De inductiesmeltmethode op ultrahoge temperatuur van zeldzame metalen is een techniek waarbij de metalen in een inductieoven tot zeer hoge temperaturen worden verwarmd, meestal boven 2000 ° C, om zuivere en homogene metaalstaven of -poeders te verkrijgen. Deze methode wordt voornamelijk gebruikt voor de bereiding en zuivering van zeldzame aardmetalen en keramiek bij ultrahoge temperaturen, die speciale optische, elektrische en magnetische eigenschappen hebben en op grote schaal worden toegepast in functionele materialen, staal en non-ferrometalen.
De inductiesmeltmethode heeft verschillende voordelen ten opzichte van andere methoden, zoals elektrische boogverwarming of metallothermie. Inductiesmelten kan bijvoorbeeld een schoner en flexibeler proces opleveren, omdat er geen elektroden of reductiemiddelen nodig zijn die het metaal kunnen vervuilen. Inductiesmelten kan ook een hogere mate van controle over de temperatuur en samenstelling van het metaal bereiken, omdat het de frequentie en het vermogen van de inductiespoel kan aanpassen. Inductiesmelten kan ook in een vacuüm of een inerte atmosfeer plaatsvinden, wat de oxidatie van het metaal of het verlies van vluchtige elementen kan voorkomen.
Enkele van de uitdagingen van de inductiesmeltmethode zijn de selectie van een geschikte smeltkroes en een stabiele gesmolten elektrolyt. De smeltkroes moet bestand zijn tegen de hoge temperaturen en de corrosieve aard van het gesmolten metaal. De gesmolten elektrolyt moet stabieler zijn dan de metaaloxiden en een lager smeltpunt en een hogere geleidbaarheid hebben. Een mogelijke oplossing is om binaire bestanden van zeldzame aardoxiden rechtstreeks als oplosmiddel te gebruiken, omdat ze een hoge stabiliteit en een lage dampspanning hebben.
De inductiesmeltmethode bij ultrahoge temperatuur van zeldzame metalen is een veelbelovende techniek die de huidige industriële methoden voor de winning en terugwinning van zeldzame aardmetalen kan vereenvoudigen en verbeteren. Het kan ook de productie mogelijk maken van keramiek met ultrahoge temperaturen, dat potentiële toepassingen heeft in de lucht- en ruimtevaart-, nucleaire en defensie-industrie.
Enkele veel voorkomende materialen die worden gebruikt voor smeltkroezen voor inductiesmelten bij ultrahoge temperaturen zijn:
- alumina: Kroezen van aluminiumoxide worden veel gebruikt voor het smelten van zeldzame aardmetalen en hogetemperatuurlegeringen, zoals superlegeringen op basis van kobalt en nikkel. Aluminiumoxide smeltkroezen hebben hoge smeltpunten en chemische weerstand, en zijn inert voor de meeste metalen en elektrolyten. Kroezen van aluminiumoxide zijn echter bros en kunnen barsten onder thermische schokken of mechanische spanning.
- grafiet: Grafietkroezen zijn de beste smeltkroezen voor het smelten van metaal en inductieverwarming vanwege hun hoge temperatuurbestendigheid. Ze kunnen worden gebruikt voor het smelten van metalen zoals ijzer, staal, koper, messing, goud, zilver, platina en palladium. Grafietkroezen zijn echter niet geschikt voor metalen die reageren met koolstof, zoals titanium, zirkonium en wolfraam. Grafietkroezen zijn ook gevoelig voor oxidatie en erosie door het gesmolten metaal en de elektrolyt.
- Zirconia: Zirkonia-kroezen zijn geschikt voor het smelten van edele metalen en superlegeringen, zoals platina, palladium, rhodium en iridium. Kroezen van zirkoniumoxide hebben een uitstekende weerstand tegen slijtage en thermische schokken en kunnen verontreiniging van het metaal door de smeltkroes voorkomen. Zirkoniumkroezen zijn echter duur en kunnen reageren met sommige metalen en elektrolyten, zoals aluminium en natrium.
- Magnesiumoxide: Magnesiumoxidekroezen worden vaak gebruikt voor het smelten van lithium-vastestofelektrolyten, die worden gebruikt voor batterijen en brandstofcellen. Magnesiumoxidekroezen zijn bestand tegen ultrahoge temperaturen en zijn stabiel tegen de meeste metalen en elektrolyten. Magnesiumoxidekroezen zijn echter hygroscopisch en kunnen vocht uit de lucht opnemen, wat de kwaliteit van het elektrolyt kan beïnvloeden.