Van goudraffinage tot wetenschappelijk onderzoek: een uitgebreid overzicht van moderne toepassingen van keramische smeltkroezen (1)
▶▶▶▶Wat is een keramische kroes?
Moderne keramische smeltkroezen zijn hittebestendige containers, gemaakt van hoogzuivere keramische materialen (zoals kwarts, aluminiumoxide, boornitride, zirkoniumoxide, enz.) als basismateriaal via een nauwkeurig sinterproces bij hoge temperatuur. Ze worden voornamelijk gebruikt voor het vasthouden, smelten en mogelijk maken van reacties van diverse vaste of vloeibare stoffen.
Keramische smeltkroezen verkrijgen hun robuuste eigenschap om extreme temperaturen van 1600 °C tot 2700 °C te weerstaan door de roosterstructuur van anorganische niet-metalen materialen te optimaliseren. Dankzij hun uitstekende chemische inertheid en thermische schokbestendigheid zijn ze inmiddels onmisbare componenten geworden in scenario's zoals laboratoriummateriaalanalyse, zuivering van edelmetalen in de metaalindustrie, de groei van monokristallijn silicium in halfgeleiders en het gieten van polysiliciumstaven met nieuwe energieën.
De belangrijkste eigenschap van dit materiaal is dat het een stabiele morfologie en prestaties behoudt in omgevingen met extreem hoge temperaturen. Bovendien vervormt of corrodeert het niet snel.
▶▶▶▶Veelvoorkomende materialen voor keramische smeltkroezen
Het materiaal is de belangrijkste factor bij de keuze van een kroes, omdat het direct bepaalt hoe hoog de kroes temperaturen kan weerstaan en welke chemische stoffen corrosie kunnen tegengaan.
1.Traditionele vuurvaste klei: Deze wordt gemaakt door het bakken van grondstoffen zoals klei en kwarts. Het is goedkoop en bevat een relatief hoog gehalte SiO₂ (siliciumdioxide), dat tot zure materialen behoort. Het wordt voornamelijk gebruikt voor het smelten van zure metalen of materialen, zoals koperlegeringen. Het mag nooit worden gebruikt voor het smelten van actieve metalen zoals aluminium, magnesium en titanium, omdat deze metalen silicium uit SiO₂ reduceren, wat de smeltkroes ernstig corrodeert en zelfs kan leiden tot lekkage of perforatie. Het wordt ook veel gebruikt bij kleinschalige gietstukken en chemische experimenten.
2.Aluminiumoxide (Al₂O₃):Het is het meest voorkomende type [keramisch smeltkroesmateriaal], met een temperatuurbestendigheid die doorgaans boven de 1600 °C ligt, en het bezit zowel een hoge sterkte als een uitstekende chemische stabiliteit. Het wordt veel gebruikt bij het smelten van metaal, het sinteren van poeder, laboratoriumanalyses, hogetemperatuurreactoren en andere toepassingen. De maximale bedrijfstemperatuur en prestaties variëren afhankelijk van de zuiverheid (zoals 99% aluminiumoxidekeramiek, 95% aluminiumoxidekeramiek en 85% aluminiumoxidekeramiek).
3. Zirkoniumoxide (ZrO₂): Van alle oxidekeramiek heeft het de hoogste temperatuurbestendigheid (met een smeltpunt van ongeveer 2700 °C), maar de thermische schokbestendigheid is relatief laag. Het is extreem corrosiebestendig en vertoont een uitstekende stabiliteit, met name tegen gesmolten metalen (zoals edelmetalen zoals platina en palladium). Het wordt voornamelijk gebruikt voor het smelten van edelmetalen en actieve metalen (bijv. platina, rhodium, palladium, titanium) bij hoge temperaturen en wordt ook toegepast bij het sinteren van speciale keramiek en ovenbekledingen voor hoge temperaturen.
4. Kwarts (SiO₂): Dit is een hittebestendige container, gemaakt van zeer zuiver kwartszand als belangrijkste grondstof, door middel van smelt-, trek- of rotatiegietprocessen bij hoge temperaturen. Het is grotendeels doorschijnend en bestand tegen hoge temperaturen van 1200 tot 1400 °C. Het wordt veel gebruikt bij de productie van halfgeleidermaterialen en optisch glas. Het grootste voordeel is de hoge zuiverheid en het lage gehalte aan onzuiverheden, waardoor materialen niet verontreinigd raken tijdens verwerking bij hoge temperaturen. Houd er echter rekening mee dat kwartskroezen niet bestand zijn tegen alkalische stoffen en vatbaar zijn voor corrosie bij contact met sterke basen.
5.Boornitride (BN): Het heeft een goede thermische geleidbaarheid, zelf-smerende eigenschappen, een lage hechting aan gesmolten metalen en is gemakkelijk te verwerken, vandaar de naam "wit grafiet ddhhh. Het is bestand tegen hoge temperaturen (ongeveer 3000 °C) in een inerte atmosfeer, maar oxideert bij hoge temperaturen in de lucht. Het is een ideaal materiaal voor metaalvormende mallen, smeltkroezen voor het smelten van metalen (met name aluminium, koper en halfgeleidermaterialen) en verdampingsboten voor vacuüm aluminiumplating.
6.Siliciumcarbide (SiC): Het bezit een extreem hoge hardheid, thermische geleidbaarheid en thermische schokbestendigheid. Het behoudt zijn hoge sterkte bij hoge temperaturen, maar is niet bestand tegen sterk oxiderende zuren en sterke basen; het oxideert langzaam bij hoge temperaturen (>1000 ℃) aan de lucht. Het wordt veel gebruikt in ovenmeubilair (zoals planken en rekken), hogetemperatuurwarmtewisselaars en aluminium vloeistoftransportleidingen. Het kan ook worden gebruikt als een hoogwaardige smeltkroes voor het smelten van non-ferrometalen.
7.Magnesiumoxide (MgO): Het heeft een hoog smeltpunt (ongeveer 2850 °C) en is een alkalisch materiaal, waardoor het bijzonder goed bestand is tegen corrosie door alkalische gesmolten slakken. Het reageert echter gemakkelijk met waterdamp tot magnesiumhydroxide en verpulvert, waardoor het moeilijk op te slaan is. Het wordt voornamelijk gebruikt voor het smelten van alkalische materialen of metalen, zoals nikkel, uranium, thorium, enz.
``````
▶▶▶▶Veelvoorkomende vormen en maten van keramische smeltkroezen
Cilindrisch: Geschikt voor gelijkmatige verwarming:
Vierkant of rechthoekig: veelgebruikt voor het sinteren van poedermaterialen:
Diepe buis type: geschikt voor het smelten van metalen om te voorkomen dat er vloeistof uit spat:
Plat type: gebruikt voor verassing of verdamping:
Dekselkroes: voorkomt spetteren van materiaal, vermindert warmteverlies en isoleert lucht:
Kroes met een speciale vorm (onregelmatig, enz.): voor specifieke processen, zoals het gieten van gietlepels, speciale apparaten voor destillatie en zuivering, enz.:
Veel voorkomende maten:
(1) Klein formaat: enkele tientallen milliliters (zoals een diameter van 20-50 mm), gebruikt voor de analyse van laboratoriummonsters.
(2) Middelgrote omvang: enkele honderden milliliters (diameter 100-150 mm), gebruikt voor de verwerking van kleine hoeveelheden materiaal.
(3) Grote omvang: enkele liters of zelfs tientallen liters (diameter meer dan 200 mm), vaak gezien bij industriële smeltingen en grootschalige experimenten.