Metoda topienia indukcyjnego metali rzadkich w ultrawysokiej temperaturze to technika polegająca na podgrzewaniu metali do bardzo wysokich temperatur, zwykle powyżej 2000 °C, w piecu indukcyjnym w celu uzyskania czystych i jednorodnych wlewków lub proszków metali. Metodę tę stosuje się głównie do przygotowania i oczyszczania metali ziem rzadkich i ceramiki wysokotemperaturowej, które mają specjalne właściwości optyczne, elektryczne i magnetyczne i są szeroko stosowane w materiałach funkcjonalnych, stali i metalach nieżelaznych.
Metoda topienia indukcyjnego ma kilka zalet w porównaniu z innymi metodami, takimi jak ogrzewanie łukiem elektrycznym lub metalotermia. Na przykład topienie indukcyjne może zapewnić czystszy i bardziej elastyczny proces, ponieważ nie wymaga żadnych elektrod ani środków redukujących, które mogłyby zanieczyścić metal. Topienie indukcyjne może również osiągnąć wyższy stopień kontroli nad temperaturą i składem metalu, ponieważ może regulować częstotliwość i moc cewki indukcyjnej. Topienie indukcyjne można również przeprowadzić w próżni lub w atmosferze obojętnej, co może zapobiec utlenianiu metalu lub utracie lotnych pierwiastków.
Niektóre z wyzwań związanych z metodą topienia indukcyjnego obejmują wybór odpowiedniego tygla i stabilnego stopionego elektrolitu. Tygiel musi być w stanie wytrzymać wysokie temperatury i korozyjny charakter roztopionego metalu. Stopiony elektrolit musi być bardziej stabilny niż tlenki metali, mieć niższą temperaturę topnienia i wyższą przewodność. Jednym z możliwych rozwiązań jest użycie związków podwójnych tlenków metali ziem rzadkich bezpośrednio jako rozpuszczalnika, ponieważ mają one wysoką stabilność i niską prężność par.
Metoda topienia indukcyjnego metali rzadkich w ultrawysokiej temperaturze jest obiecującą techniką, która może uprościć i ulepszyć obecne przemysłowe metody ekstrakcji i odzyskiwania pierwiastków ziem rzadkich. Może również umożliwić produkcję ceramiki wysokotemperaturowej, która ma potencjalne zastosowania w przemyśle lotniczym, nuklearnym i obronnym.
Niektóre z typowych materiałów używanych na tygle do topienia indukcyjnego w ultrawysokiej temperaturze to:
- Glinka: Tygle z tlenku glinu są szeroko stosowane do topienia metali ziem rzadkich i stopów wysokotemperaturowych, takich jak nadstopy na bazie kobaltu i niklu. Tygle z tlenku glinu mają wysoką temperaturę topnienia i odporność chemiczną oraz są obojętne w stosunku do większości metali i elektrolitów. Jednakże tygle z tlenku glinu są kruche i mogą pękać pod wpływem szoku termicznego lub naprężeń mechanicznych.
- grafit: Tygle grafitowe to najlepsze tygle do topienia metalu i nagrzewania indukcyjnego ze względu na ich odporność na wysoką temperaturę. Można ich używać do topienia metali takich jak żelazo, stal, miedź, mosiądz, złoto, srebro, platyna i pallad. Tygle grafitowe nie nadają się jednak do metali reagujących z węglem, takich jak tytan, cyrkon i wolfram. Tygle grafitowe są również podatne na utlenianie i erozję pod wpływem stopionego metalu i elektrolitu.
- Cyrkon: Tygle cyrkonowe nadają się do topienia metali szlachetnych i nadstopów, takich jak platyna, pallad, rod i iryd. Tygle cyrkonowe mają doskonałą odporność na zużycie i szok termiczny, a także mogą zapobiegać zanieczyszczeniu metalu przez tygiel. Jednakże tygle cyrkonowe są drogie i mogą reagować z niektórymi metalami i elektrolitami, takimi jak aluminium i sód.
- Tlenek magnezu: Tygle z tlenku magnezu są często używane do topienia litowych elektrolitów w stanie stałym, które są stosowane w akumulatorach i ogniwach paliwowych. Tygle z tlenku magnezu wytrzymują bardzo wysokie temperatury i są stabilne w stosunku do większości metali i elektrolitów. Jednakże tygle z tlenku magnezu są higroskopijne i mogą pochłaniać wilgoć z powietrza, co może mieć wpływ na jakość elektrolitu.