这种悬浮装置能称之为炉子吗?

  说起炉子,对于普通人来讲就是做饭或者冬天取暖用的一种家用设备。炉子在人类社会的发展中起了巨大的作用,见证了我们的祖先由原始的茹毛饮血到现代文明的发展历程。


说起炉子,对于普通人来讲就是做饭或者冬天取暖用的一种家用设备。炉子在人类社会的发展中起了巨大的作用,见证了我们的祖先由原始的茹毛饮血到现代文明的发展历程。随着人类文明的进程,炉子无论从材料、结构、用途以及燃料种类都发生了巨大的变化,比如,燃料就从最原始的木材,进而发展到采用煤块、电力以及煤气、天然气等阶段,如图1所示两种不同用途的炉子:

图1 旧时炉子及现今取暖用壁炉


陶瓷,从某种意义上来说是“一把火”的艺术,这“一把火”需要通过炉子来实现。然而,对于陶瓷工作者而言,我们更多地将其称为窑炉。传统窑炉是用耐火材料砌成的设备,人类上万年的陶瓷烧造史,经历了从原始社会的地上露天堆烧、挖坑筑烧到馒头状升焰圆窑、半倒焰马蹄形窑、半坡龙窑、鸭蛋形窑,再到现今的室内气窑、电窑;从间歇式半间歇式操作再到连续窑(隧道窑)操作方式的过程。随着陶瓷品种的不断丰富,窑炉科技也在不断的改良和发展中。
我们在实验室中常用的窑炉多为电窑:以电为能源,电阻丝、硅碳棒或二硅化钼(硅钼棒)作为发热组件,依靠电能辐射和导热原理进行加热烧制样品。图2给出了传统烧成设备隧道窑和实验室用窑炉设备的示例:

图2 工业用隧道窑炉及实验室用硅钼棒炉


有一种悬浮装置,外观如图3所示。采用这种装置可以轻松快速地制备一些常规窑炉不能或难以制备的玻璃或陶瓷材料。以图4气悬浮装置为例,其工作原理大致如下:通过气体控制器控制气体流量将试样(红色小球)吹起并稳定悬浮,通过CO2激光器加热试样,放射温度计测量腔体温度,CCD摄像机实时拍摄、显示器实时观察试样加热过程中的状态变化,整个过程通过计算机操作完成。


图3 氧气、空气及其它气氛悬浮装置



图4  气悬浮装置加热控制系统示意图


采用该装置制备样品最大特点是样品在烧制过程中始终处于悬浮状态,不需要承装容器,也正因如此,这一技术被称之为悬浮无容器技术。
悬浮无容器技术主要是通过外加物理场如:高速气流、静电场中的库仑力、高频涡流与外磁场作用产生的洛伦兹力及其声波的非线性效应产生声辐射压力等使样品悬浮,实现样品的无容器状态,也因此分别被称为气悬浮、静电悬浮、电磁悬浮和声悬浮无容器技术。在这四种常用悬浮无容器技术中,由于气悬浮技术结构简单、操作方便、成本低廉、悬浮力大、加热过程可控、对样品无特殊要求等优点,有利于新型无机功能材料的开发。
无容器悬浮技术的特点及用途:
防止污染 - 获高纯化合物
深过冷 - 制备亚稳相
无容器 –高温热物性测试
无容器 –熔体结构在线测试
综上所述,这种装置虽然与我们传统意义上的炉子有很大区别:它不需要耐火材料;它在烧制样品时不需要匣钵、坩埚等窑具;不采用煤气、天然气为燃料或使用电阻丝、硅钼棒等加热组件。但是它确确实实是一种非常神奇的炉子,它不但可以用来快速制备常规窑炉不能或难以制备的玻璃或陶瓷材料,而且还可以用来进行对因受耐火材料限制的耐高温材料物性的检测和评价。
因此,这种悬浮装置就是一种炉子!


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