Тигель - Crucible

Для использования в других целях см. Горнило (значения).
Современный тигель, используемый для производства кремний слитков через Процесс Чохральского

А тигель представляет собой керамический или металлический контейнер, в котором металлы или другие вещества могут плавиться или подвергаться воздействию очень высоких температур. Исторически тигли обычно делали из глины,[1] они могут быть изготовлены из любого материала, который выдерживает достаточно высокие температуры, чтобы плавиться или иным образом изменять его содержимое.

История

Типология и хронология

Форма тиглей менялась с течением времени, их дизайн отражал процесс, для которого они используются, а также региональные различия. Самые ранние формы тиглей восходят к шестому / пятому тысячелетию до нашей эры. в Восточной Европе и Иране.[2]

Энеолит

Тигли, используемые для медь плавка обычно были широкие мелкие сосуды, сделанные из глины, в которой огнеупорный свойства, которые подобны типам глины, используемой в другой керамике того времени.[3] В период энеолита тигли нагревали сверху с помощью дутьевых труб.[4] Керамические тигли того времени претерпели незначительные изменения в конструкции, такие как ручки, ручки или разливочные желоба (Bayley & Rehren 2007: стр. 47), что упростило обращение с ними и их разливку. Ранние примеры этой практики можно увидеть в Фейнане, Иордания.[4] Эти тигли имеют дополнительные ручки для облегчения манипуляций, однако из-за плохой сохранности тиглей нет признаков разливочного носика. Основная цель тигля в этот период заключалась в том, чтобы удерживать руду в области, где было сконцентрировано тепло, чтобы отделить ее от примесей перед формованием.[5]

Железный век

Использование тиглей в Железный век остается очень похожим на Бронзовый век при плавке меди и олова производят бронзу. Дизайн тиглей железного века остался таким же, как и тигли бронзового века.

Римский период показывает технические новшества, когда для производства новых сплавов используются тигли для новых методов. Процесс плавки и плавки также изменился как в технике нагрева, так и в конструкции тигля. Тигель превратился в сосуды с округлым или заостренным дном, имеющие более коническую форму; они обогревались снизу, в отличие от доисторических типов, которые имели неправильную форму и нагревались сверху. Эти конструкции обеспечивали большую стабильность угля (Bayley & Rehren 2007: p49). Эти тигли в некоторых случаях имеют более тонкие стенки и более огнеупорные свойства (Tylecote 1976: p20).

В римский период начался новый процесс обработки металлов, цементация, используется в производстве латунь. Этот процесс включает комбинацию металла и газа для производства сплава (Zwicker et al. 1985: p107). Латунь производится путем смешивания твердой металлической меди с оксидом или карбонатом цинка, который имеет форму каламин или смитсонит (Ререн 2003: 209). Он нагревается примерно до 900 ° C, оксид цинка испаряется в газ, и газообразный цинк связывается с расплавленной медью (Rehren 1999: p1085). Эта реакция должна происходить в частично закрытом или закрытом контейнере, иначе пары цинка улетучатся, прежде чем они вступят в реакцию с медью. Таким образом, тигли для цементации имеют крышку или колпачок, ограничивающий потери газа из тигля. Конструкция тигля аналогична плавильным и плавильным тигелям того периода, в которых используется тот же материал, что и плавильные и плавильные тигли. Коническая форма и маленькая горловина позволили добавить крышку. Эти маленькие тигли можно увидеть в Colonia Ulpia Trajana (современный Ксантен), Германия, где тигли имеют размер около 4 см, однако это небольшие примеры.[6] Есть примеры более крупных сосудов, таких как кастрюли и амфоры, которые используются для цементирования при переработке большего количества латуни; поскольку реакция протекает при низких температурах, можно использовать керамику с более низким обжигом.[5] Используемые керамические сосуды важны, так как сосуд должен иметь возможность терять газ через стенки, иначе давление может разрушить сосуд. Сосуды для цементации производятся серийно из-за того, что тигли необходимо вскрывать, чтобы удалить латунь после завершения реакции, поскольку в большинстве случаев крышка прилипла бы к емкости или латунь могла прилипнуть к стенкам емкости.

Средневековый период

Плавка и плавка меди и ее сплавы такие как свинцовая бронза выплавлялись в тиглях, похожих на те, что использовались в римский период, с более тонкими стенками и плоскими основаниями для размещения внутри печей. Технология этого типа плавки начала меняться в конце средневековья с появлением нового материала для закалки керамических тиглей. Некоторые из этих тиглей из медного сплава использовались при изготовлении колоколов. Тигли для литья колокола должны были быть больше, примерно 60 см (Tylecote 1976: стр. 73). Эти более поздние средневековые тигли были продуктом более массового производства.

Процесс цементирования, который был утерян с конца римского до раннего средневековья, продолжился таким же образом с медью. Производство латуни увеличилось в средневековый период из-за лучшего понимания технологии, лежащей в основе этого. Кроме того, процесс цементирования латуни существенно не изменился вплоть до 19 века.[7]

Однако в этот период произошли огромные и очень важные технологические инновации с использованием процесса цементирования, производства тигельная сталь. Производство стали с использованием железа и углерода аналогично производству латуни, при этом металлическое железо смешивается с углеродом для производства стали. Первые образцы цементной стали: Wootz Steel из Индии (Craddock 1995: p276), где тигли были заполнены высококачественным низкоуглеродистым кованым железом и углеродом в форме органических веществ, таких как листья, дерево и т. д. Однако в тигле не использовался древесный уголь. Эти ранние тигли производили лишь небольшое количество стали, так как их пришлось бы сломать после завершения процесса.

К концу средневековья производство стали переместилось из Индии в современный Узбекистан, где для производства стальных тиглей использовались новые материалы, например, были внедрены муллитовые тигли.[8] Это были тигли из песчаной глины, которые были сформированы вокруг тканевой трубки.[8] Эти тигли используются так же, как и другие емкости для цементации, но с отверстием в верхней части емкости для сброса давления.

Пост-средневековье

В конце средневековой эры и в пост-средневековую эру появились новые типы конструкций и процессов тиглей. Типы плавильных и плавильных тиглей стали более ограниченными в конструкции, которую изготавливают несколько специалистов. Основными типами, использовавшимися в постсредневековый период, являются Гессенские тигли, которые были изготовлены в регионе Гессен в Германии. Это сосуды треугольной формы, изготовленные на круге или в форме с использованием высоких глинозем глины и закалены чистым кварцевым песком.[9] Кроме того, в то же время был изготовлен еще один специализированный тигель из графитового тигля из южной Германии. Они имеют очень похожую конструкцию на треугольные тигли из Гессена, но также имеют коническую форму. Эти тигли продавались по всей Европе и в Новом Свете.

Совершенствование методов в средневековый и постсредневековый периоды привело к изобретению чаши, которая напоминает маленькую чашку для яиц, сделанную из керамики или костяной золы, которая использовалась для отделения неблагородных металлов от благородных металлов. Этот процесс известен как купелирование. Купелирование началось задолго до постсредневекового периода, однако первые сосуды, предназначенные для этого процесса, появились в 16 веке (Rehren 2003: p208). Другой сосуд, используемый для того же процесса, представляет собой скорификатор, который похож на купель, но немного больше, он удаляет свинец и оставляет благородные металлы. Купели и скорификаторы производились серийно, так как после каждого восстановления сосуды поглощали весь свинец и полностью насыщались. Эти суда также использовались в процессе металлургическая проба где благородные металлы удаляются из монеты или веса металла, чтобы определить количество благородных металлов в объекте.

Современное использование

Тигли, используемые в Метод Чохральского

ite crucible]]

Три тигля использовали Томас Эдисон

Тигель используются в лаборатория содержать химические соединения при очень сильном нагреве температуры. Тигли доступны в нескольких размерах и обычно поставляются с крышка.

При нагревании над пламенем тигель часто удерживают внутри треугольник который сам устанавливается на штатив.

Студент, проводящий химический эксперимент с использованием тигля

Тигли и их крышки изготавливаются из жаропрочных материалов, обычно фарфор, глинозем или инертный металл. Одно из первых применений платина было сделать тигли. Керамика, такая как глинозем, цирконий, и особенно магнезия выдержит самые высокие температуры. Совсем недавно металлы, такие как никель и цирконий был использован. Крышки обычно не плотно прилегают, чтобы позволить газам выходить во время нагрева образца внутри. Тигли и их крышки могут входить высокая форма и низкая форма формы и разных размеров, но довольно маленькие 10–15 мл фарфоровые тигли размера обычно используются для гравиметрический химический анализ. Эти небольшие тигли и их крышки из фарфора довольно дешевы, когда продаются в больших количествах в лаборатории, и тигли иногда утилизируют после использования для точного количественного химического анализа. Когда они продаются по отдельности, обычно существует большая наценка. хобби магазины.

Два тигля разного размера
Смотрите также: Определение зольности

В области химического анализа тигли используются для количественного гравиметрического химического анализа (анализ методом измерения масса из аналит или его производная). Обычное использование тигля может быть следующим. Остаток или осадок в методе химического анализа может быть собран или отфильтрован из некоторого образца или раствора на специальном «беззольном». фильтровальная бумага. Используемые тигель и крышка очень точно взвешиваются на аналитические весы. После возможной стирки и / или предварительной сушки фильтрат остатки на фильтровальной бумаге можно поместить в тигель и обжигать (нагреть до очень высокой температуры), пока все летучие вещества и влажность вытесняют остаток образца в тигле. При этом «беззольная» фильтровальная бумага полностью выгорает. Тигель с образцом и крышкой дают остыть в эксикатор. Тигель и крышка с образцом внутри снова очень точно взвешиваются только после того, как он полностью остынет до комнатной температуры (более высокая температура вызовет воздушные потоки вокруг весов, что приведет к неточным результатам). Из полученного результата вычитается масса пустого предварительно взвешенного тигля и крышки, чтобы получить массу полностью высушенного остатка в тигле.

Тигель с дном, перфорированным небольшими отверстиями, который разработан специально для использования в фильтрации, особенно для гравиметрического анализа, как только что описано, называется тиглем. Гуч тигель после его изобретателя, Фрэнк Остин Гуч.

Для получения абсолютно точных результатов с тиглем следует обращаться с чистым щипцы потому что отпечатки пальцев могут добавить в тигель взвешиваемую массу. Фарфоровые тигли гигроскопичный, я. е. они поглощают из воздуха немного взвешенной влаги. По этой причине фарфоровый тигель и крышка также предварительно обжигаются (предварительный нагрев до высокой температуры) до постоянной массы перед предварительным взвешиванием. Это определяет массу полностью сухого тигля и крышки. По крайней мере, два обжига, охлаждения и взвешивания, дающие точно такую ​​же массу, необходимы для подтверждения постоянной (полностью сухой) массы тигля и крышки и аналогичным образом для тигля, крышки и остатка образца внутри. Поскольку масса каждого тигля и крышки различна, предварительный обжиг / предварительное взвешивание необходимо проводить для каждого нового используемого тигля / крышки. В эксикаторе содержится осушитель впитывать влагу из воздуха внутри, поэтому воздух внутри будет полностью сухим.

Смотрите также

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ Перси, Джон. Природные огнеупорные материалы, используемые при строительстве тиглей, реторт, плит и т. Д. Металлургия. Лондон: W. Clowes and Sons, 1861. 208–09. Распечатать.
  2. ^ Пиготт, Винсент К. «Периоды неолита (7500–5500 гг. До н. Э.) И калтолита (5500–3200 гг. До н. Э.)». Археометаллургия Азиатского Старого Света. Филадельфия: Музей археологии UPenn, 1999. 73–74. Google ученый. Интернет.
  3. ^ Ререн Т. и Торнтон К. П., 2009 г., По-настоящему огнеупорный тигель из Тепе Хиссара четвертого тысячелетия, Северо-Восточный Иран, Журнал археологической науки, Vol. 36, стр. 2700–2712.
  4. ^ а б Гауптманн А., 2003, Развитие металлургии меди в четвертом и третьем тысячелетиях до нашей эры. в Фейнане, Jordan, P. Craddock & J. Lang, Eds, Mining and Metal Production Through the Ages, British Museum Press, London, pp93–100.
  5. ^ а б Rehren Th., 2003 г., Тигли как реакционные сосуды в древней металлургии, Эд в П. Крэддоке и Дж. Лэнге, Горное дело и производство металлов сквозь века, British Museum Press, Лондон, стр. 207–215.
  6. ^ Rehren Th., 1999, г. Производство римской латуни в малых и больших масштабах в Нижней Германии, Журнал археологической науки, Vol. 26, стр 1083–1087
  7. ^ Крэддок П., 1995, Добыча и производство ранних металлов, Edinburgh University Press Ltd, Эдинбург
  8. ^ а б Rehren, Th. и Папахристу О., 2000 г., Передовые технологии - Ферганский процесс плавки средневековой тигельной стали, Metalla, Bochum, 7 (2) pp55–69
  9. ^ Мартинон-Торрес М. и Ререн Т., 2009 г., Постсредневековое производство и распространение тиглей: исследование материалов и материалов, Archaeometry Vol.51 No. 1 pp49–74

Библиография

  • Крэддок П., 1995, Добыча и производство ранних металлов, Edinburgh University Press Ltd, Эдинбург
  • Хауптманн А., Ререн Т. и Шмитт-Штрекер С., 2003 г., Металлургия меди в эпоху ранней бронзы в Шахри Сохте (Иран), пересмотрено, T. Stollner, G. Korlin, G. Steffens & J. Cierny, Eds., Человек и горное дело, этюды в честь Герда Вайсгербера по случаю его 65-летия, Deutsches Bergbau Museum, Бохум
  • Мартинон-Торрес М. и Ререн Т., 2009 г., Постсредневековое производство и распространение тиглей: исследование материалов и материалов, Archaeometry Vol.51 No. 1 pp49–74
  • О. Фаолайн С., 2004 г., Производство бронзовых артефактов в Ирландии позднего бронзового века: Обзор, Британский археологический отчет, Британская серия 382, ​​Археопресс, Оксфорд.
  • Rehren, Th. и Папахристу О., 2000 г., Передовые технологии - Ферганский процесс плавки средневековой тигельной стали, Metalla, Bochum, 7 (2) pp55–69
  • Ререн Т. и Торнтон К. П., 2009 г., По-настоящему огнеупорный тигель из Тепе Хиссара четвертого тысячелетия, Северо-Восточный Иран, Журнал археологической науки, Vol. 36, стр. 2700–2712.
  • Rehren Th., 1999, г. Производство римской латуни в малых и больших масштабах в Нижней Германии, Журнал археологической науки, Vol. 26, стр 1083–1087
  • Rehren Th., 2003, Cрусиблы как реакционные сосуды в древней металлургии, Эд в П. Крэддоке и Дж. Лэнге, Горное дело и производство металлов сквозь века, British Museum Press, Лондон, стр. 207–215.
  • Робертс Б. В., Торнтон К. П. и Пиготт В. К., 2009, Развитие металлургии в Евразии, Antiquity Vol. 83 с. 1012–1022
  • Шил Б., 1989 г., Египетская металлообработка и инструменты, Ширская египтология, Бакс
  • Вавелидис М. и Андреу С., 2003 г., Золото и золото в эпоху поздней бронзы в Северной Греции, Naturwissenschaften, Vol. 95, стр. 361–366
  • Цвикер У., Грейнер Х., Хофманн К. и Райтингер М., 1985, Плавка, рафинирование и легирование меди и медных сплавов в тигельных печах с доисторических времен до римских времен, П. Крэддок и М. Хьюз, Печи и технологии плавки в древности, Британский музей, Лондон