高中物理教材(人教版)選修3-2在《渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)》一節(jié)中,對(duì)利用渦流冶煉金屬的優(yōu)點(diǎn)描述為“能在真空中進(jìn)行”,“能防止空氣中雜質(zhì)進(jìn)入金屬”。筆者以為本處敘述與事實(shí)有出入。
利用渦流現(xiàn)象冶煉金屬的設(shè)備叫做感應(yīng)爐,根據(jù)感應(yīng)加熱的電源頻率可分為工頻、中頻和高頻三種。工作原理是通過(guò)交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng),然后加到樣品之上,對(duì)樣品進(jìn)行感應(yīng),產(chǎn)生渦電流(渦流),從而產(chǎn)生焦耳熱,使樣品迅速升溫熔化。熔化了的液態(tài)金屬分子活動(dòng)劇烈,不同金屬樣品分子之間充分混合或反應(yīng),形成合金或新的化合物。經(jīng)過(guò)反復(fù)冶煉,得到成分均勻的合金樣品。
如果冶煉過(guò)程暴露在空氣中,金屬樣品就會(huì)被空氣氧化生成金屬氧化物。金屬氧化物又與原來(lái)的金屬樣品混合,形成合金。金屬氧化物的加入影響了金屬樣品的純度,改變了金屬樣品原有性質(zhì),所以在冶煉金屬時(shí)候,需要把爐內(nèi)空氣抽出。通常操作是:先抽出冶煉爐中空氣,為了確??諝獗煌耆槌?,需要向爐內(nèi)充入高純度惰性氣體(通常是氬氣),與殘留的空氣混合后再次抽出,如此反復(fù)兩到三次,最后在爐內(nèi)充人高純度惰性氣體(約為一個(gè)大氣壓)不再抽出,此時(shí)才可以接通電源開(kāi)始冶煉金屬。所以,感應(yīng)冶金是在高純惰性氣體中進(jìn)行,不會(huì)從空氣中引入雜質(zhì)。
感應(yīng)冶金過(guò)程中,如果金屬樣品本身含有雜質(zhì),雜質(zhì)分子同樣可以與金屬樣品反應(yīng)而生成新的化合物,或是雜質(zhì)分子嵌入金屬樣品分子間隙中,形成合金而影響金屬樣品的純度,進(jìn)而改變金屬樣品的物理性質(zhì)。所以,在感應(yīng)爐中熔煉的金屬一般都有很高純度。金屬樣品冶煉后從爐中取出時(shí),表面溫度仍然較高而容易被接觸的空氣氧化,此時(shí)只能在金屬表面形成氧化層。
如上所述,利用渦流冶金不是在真空中進(jìn)行,雜質(zhì)也不是來(lái)自于空氣。
(欄目編輯 王柏廬)