Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Горнило (значения) .
Современный тигель, используемый для производства слитков кремния по методу Чохральского.

Тигель представляет собой керамический или металлический контейнер , в котором металлы или другие вещества могут быть расплавлены или подвергнуты очень высокими температурами. Хотя исторически тигли обычно делали из глины [1], его можно изготавливать из любого материала, который выдерживает достаточно высокие температуры, чтобы плавиться или иным образом изменять его содержимое.

История [ править ]

Типология и хронология [ править ]

Форма тиглей менялась с течением времени, их дизайн отражал процесс, для которого они используются, а также региональные различия. Самые ранние формы тиглей происходят из шестого / пятого тысячелетий до нашей эры в Восточной Европе и Иране. [2]

Энеолит [ править ]

Тигли, используемые для плавки меди, как правило, представляли собой широкие мелкие сосуды, сделанные из глины, которая не обладала огнеупорными свойствами, аналогичными типам глины, используемой в другой керамике того времени. [3] В период энеолита тигли нагревали сверху с помощью паяльных 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 сосредоточено тепло, чтобы отделить ее от примесей перед формованием. [5]

Железный век [ править ]

Использование тиглей в железном веке остается очень похожим на использование тиглей в бронзовом веке , когда для производства бронзы использовалась плавка меди и олова. Дизайн тиглей железного века остался таким же, как и тигли бронзового века. [ необходима цитата ]

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 металлообработки - цементация , использовавшаяся при производстве латуни . Этот процесс включает комбинацию металла и газа для производства сплава (Zwicker et al. 1985: p107). Латунь изготавливается путем смешивания твердой металлической меди с оксидом или карбонатом цинка, который имеет форму каламина или смитсонита.(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. Следовательно, 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 небольшой горлышко 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 [ править ]

Плавка и плавка меди и ее сплавов, таких как свинцовая бронза, выплавлялись в тиглях, подобных тем, 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, продолжался 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 стали для тиглей . Производство стали с использованием железа и углерода аналогично производству латуни, при этом металлическое железо смешивается с углеродом для производства стали. Первым примером цементируемой стали является сталь Wootz из Индии (Craddock 1995: p276), где тигли были заполнены высококачественным низкоуглеродистым кованым железом и углеродом в виде органических веществ, таких как листья, дерево и т. Д. Однако древесный уголь не использовался. использовался в тигле. 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 [ править ]

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 треугольные сосуды, изготовленные на круге или в форме из глиноземистой глины и обработанные 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, напоминающей 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 сосуды также использовались в процессе металлургических проб. где благородные металлы удаляются из монеты или веса металла, чтобы определить количество благородных металлов в объекте.

Современное использование [ править ]

Тигли, используемые в методе Чохральского
Плавление золота в графитовом тигле
Три тигля, использованные Томасом Эдисоном

Тигель используется в лаборатории для содержания химических соединений при нагревании до чрезвычайно высоких температур . Тигли доступны в нескольких размерах и обычно имеют крышку соответствующего размера . При нагревании над пламенем тигель часто удерживается внутри треугольника, который удерживается на вершине штатива.

Тигли и их крышки изготавливаются из жаропрочных материалов, как правило, из фарфора , оксида алюминия или инертного металла . Одним из первых применений платины было изготовление тиглей. Керамика, такая как оксид алюминия , диоксид циркония и особенно магнезия , выдерживает самые высокие температуры. Совсем недавно стали использовать такие металлы, как никель и цирконий . Крышки обычно не плотно прилегают, чтобы позволить газам выходить во время нагрева образца внутри. Тигли и их крышки могут быть в высокой и низкой форме.формы и различных размеров, но для гравиметрического химического анализа обычно используются довольно маленькие фарфоровые тигли размером от 10 до 15 мл . Эти небольшие тигли и их крышки из фарфора довольно дешевы, когда продаются в больших количествах в лаборатории, а тигли иногда утилизируют после использования для точного количественного химического анализа. Когда они продаются по отдельности в хобби-магазинах, обычно существует большая наценка .

См. Также: Определение содержания золы

В области химического анализа, тигли используются в количественном гравиметрическом химическом анализе (анализ путем измерения массы в качестве анализируемого вещества или его производного). Обычное использование тигля может быть следующим. Остаток или осадок в методе химического анализа можно собрать или отфильтровать от образца или раствора на специальной «беззольной» фильтровальной бумаге . Используемые тигель и крышка очень точно взвешиваются на аналитических весах . После некоторой возможной промывки и / или предварительной сушки этого фильтрата остатки на фильтровальной бумаге можно поместить в тигель и обжигать (нагревать до очень высокой температуры) до тех пор, пока все летучие вещества и влагавытесняют остаток образца в тигле. При этом «беззольная» фильтровальная бумага полностью выгорает. Тигель с образцом и крышкой охлаждают в эксикаторе . 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 с небольшими отверстиями, который разработан специально для использования в фильтрации, особенно для гравиметрического анализа, как только что описано, называется тиглем Гуча в честь его изобретателя Фрэнка Остина Гуча .

Для получения абсолютно точных результатов с тиглем следует обращаться с чистыми щипцами, потому что отпечатки пальцев могут добавить в тигель взвешиваемую массу. Фарфоровые тигли гигроскопичны, т.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, а также для остатка тигля, крышки и образца внутри. Поскольку масса каждого тигля и крышки разная, предварительный обжиг / предварительное взвешивание необходимо проводить для каждого нового используемого тигля / крышки. В эксикаторе содержится влагопоглотитель для поглощения влаги из воздуха внутри, поэтому воздух внутри будет полностью сухим.

См. Также [ править ]

  • Гессенский тигель
  • Микро-вытягивание вниз
  • Ковш (металлургия)
  • Воск плавильный

Ссылки [ править ]

  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. ^ Pigott, Винсент С. "Неолит (CA 7500-5500 до н.э.) и Caltholithic (CA 5500-3200 до н.э.) периоды." Археометаллургия Азиатского Старого Света. Филадельфия: Музей археологии UPenn, 1999. 73–74. Google ученый. Интернет.
  3. ^ Ререн Т. & Thornton С. П, 2009, Действительно огнеупорный тигель с четвертого тысячелетия Тепе Гиссар, Северо Ирана , журнал Археологического Science, Vol. 36, стр. 2700–2712.
  4. ^ a b Hauptmann A., 2003, Развитие медной металлургии в течение четвертого и третьего тысячелетий до нашей эры в Фейнане , Иордания, П. Крэддок и Дж. Ланг, редакторы, Горное дело и производство металлов на протяжении веков, British Museum Press, Лондон, стр. 93 –100
  5. ^ a b Rehren Th., 2003, 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. ^ Ререн Th., 1999, малый размер, Крупномасштабная Роман латунь Производство в Нижняя Германия , журнал Археологического Science, Vol. 26, стр 1083–1087
  7. ↑ Craddock P., 1995, Early Metal Mining and Production , Edinburgh University Press Ltd, Эдинбург
  8. ^ a b Rehren, Th. и Папахристу О., 2000, Передовые технологии - Ферганский процесс плавки средневековой тигельной стали , Metalla, Bochum, 7 (2) pp55–69.
  9. ^ Мартинон-Торрес M. & Ререн Th, 2009,. Постсредневековой тигель Производство и распределение: Изучение материалов и материальностей , Archaeometry Vol.51 No.1 pp49-74

Библиография [ править ]

  1. Крэддок П., 1995, Добыча и производство ранних металлов , Edinburgh University Press Ltd, Эдинбург
  2. Хауптманн А., Т. Ререн и Шмитт-Штрекер С., 2003 г., Металлургия меди в эпоху ранней бронзы в Шахр-и-Сохта (Иран) , пересмотрено, Т. Столлнер, Г. Корлин, Г. Стеффенс и Дж. Цирни, ред. , Человек и горное дело, этюды в честь Герда Вайсгербера по случаю его 65-летия, Deutsches Bergbau Museum, Бохум
  3. Мартинон-Торрес М. и Ререн Т., 2009, Постсредневековое производство и распространение тиглей: исследование материалов и материалов , Археометрия, том 51, № 1, с. 49–74
  4. О. Фаолейн С., 2004, Производство бронзовых артефактов в Ирландии позднего бронзового века : обзор, Британский археологический отчет, британская серия 382, ​​Archaeopress, Оксфорд
  5. Rehren, Th. и Папахристу О., 2000, Передовые технологии - Ферганский процесс плавки средневековой тигельной стали , Metalla, Bochum, 7 (2) pp55–69.
  6. Ререн Т. и Торнтон С. П., 2009 г., Настоящий огнеупорный тигель из Тепе Хисар четвертого тысячелетия, Северо-Восточный Иран , Журнал археологической науки, т. 36, стр. 2700–2712.
  7. Rehren Th., 1999, Производство римской латуни в малых и больших масштабах в Нижней Германии , Journal of Archaeological Science, Vol. 26, стр 1083–1087
  8. Rehren Th., 2003, Crucibles как реакционные сосуды в древней металлургии , Ed in P. Craddock & J. Lang, Mining and Metal Production Through the Ages, British Museum Press, London pp207–215
  9. Робертс Б.В., Торнтон С.П. и Пиготт В.С., 2009 г., Развитие металлургии в Евразии , Antiquity Vol. 83 с. 1012–1022
  10. Шил Б., 1989, Египетская металлообработка и инструменты , Shire Egyptology, Bucks
  11. Вавелидис М. и Андреу С., 2003, Золото и золото, добываемое в Северной Греции позднего бронзового века , Naturwissenschaften, Vol. 95, стр. 361–366
  12. Цвикер У., Грейнер Х., Хофманн К. и Райтингер М., 1985, Плавка, рафинирование и легирование меди и медных сплавов в тигельных печах от доисторических времен до римских времен , П. Крэддок и М. Хьюз, Печи и технология плавки in Antiquity, Британский музей, Лондон