Nadir metallerin ultra yüksek sıcaklıkta indüksiyonla eritilmesi yöntemi, saf ve homojen metal külçeleri veya tozları elde etmek için metallerin bir indüksiyon fırınında çok yüksek sıcaklıklara, genellikle 2000 °C'nin üzerine ısıtılmasını içeren bir tekniktir. Bu yöntem esas olarak özel optik, elektriksel ve manyetik özelliklere sahip olan ve fonksiyonel malzemeler, çelik ve demir dışı metallerde yaygın olarak uygulanan nadir toprak metallerinin ve ultra yüksek sıcaklık seramiklerinin hazırlanması ve saflaştırılması için kullanılır.
İndüksiyonla eritme yönteminin, elektrik arkıyla ısıtma veya metalotermi gibi diğer yöntemlere göre birçok avantajı vardır. Örneğin indüksiyonla eritme, metali kirletebilecek herhangi bir elektrot veya indirgeyici madde gerektirmediği için daha temiz ve daha esnek bir süreç sağlayabilir. İndüksiyonla eritme, indüksiyon bobininin frekansını ve gücünü ayarlayabildiği için metalin sıcaklığı ve bileşimi üzerinde daha yüksek derecede kontrol de sağlayabilir. İndüksiyonla eritme, metalin oksidasyonunu veya uçucu elementlerin kaybını önleyebilen bir vakumda veya inert bir atmosferde de çalışabilir.
İndüksiyonla eritme yönteminin zorluklarından bazıları, uygun bir potanın ve stabil bir erimiş elektrolitin seçilmesidir. Pota, yüksek sıcaklıklara ve erimiş metalin aşındırıcı yapısına dayanabilmelidir. Erimiş elektrolit, metal oksitlerden daha kararlı olmalı ve daha düşük bir erime noktasına ve daha yüksek bir iletkenliğe sahip olmalıdır. Olası bir çözüm, yüksek stabiliteye ve düşük buhar basıncına sahip oldukları için nadir toprak oksit ikililerini doğrudan solvent olarak kullanmaktır.
Nadir metallerin ultra yüksek sıcaklıkta indüksiyonla eritilmesi yöntemi, nadir toprak çıkarma ve geri kazanımına yönelik mevcut endüstriyel yöntemleri basitleştirebilen ve geliştirebilen umut verici bir tekniktir. Ayrıca havacılık, nükleer ve savunma endüstrilerinde potansiyel uygulamaları olan ultra yüksek sıcaklıkta seramiklerin üretimini de mümkün kılabilir.
Ultra yüksek sıcaklıkta indüksiyonla eritme potalarında kullanılan yaygın malzemelerden bazıları şunlardır:
- alüminyum oksit: Alümina potaları, nadir toprak metallerini ve kobalt ve nikel bazlı süper alaşımlar gibi yüksek sıcaklık alaşımlarını eritmek için yaygın olarak kullanılır. Alümina potalar yüksek erime noktalarına ve kimyasal dirence sahiptir ve çoğu metal ve elektrolite karşı etkisizdir. Ancak alümina potalar kırılgandır ve termal şok veya mekanik stres altında çatlayabilir.
- grafit: Grafit potalar yüksek sıcaklık dayanımlarından dolayı metal eritme ve indüksiyonla ısıtma için en iyi potalardır. Demir, çelik, bakır, pirinç, altın, gümüş, platin, paladyum gibi metallerin eritilmesinde kullanılabilirler. Ancak grafit potalar titanyum, zirkonyum ve tungsten gibi karbonla reaksiyona giren metaller için uygun değildir. Grafit potalar ayrıca erimiş metal ve elektrolit nedeniyle oksidasyona ve erozyona eğilimlidir.
- Zirkonyum: Zirkonya potaları platin, paladyum, rodyum ve iridyum gibi değerli metalleri ve süper alaşımları eritmek için uygundur. Zirkonya potaları mükemmel aşınma ve termal şok direncine sahiptir ve metalin pota tarafından kirlenmesini önleyebilirler. Ancak zirkonyum krozeleri pahalıdır ve alüminyum ve sodyum gibi bazı metaller ve elektrolitlerle reaksiyona girebilir.
- Magnezyum oksit: Magnezyum oksit potaları genellikle piller ve yakıt hücrelerinde kullanılan lityum katı hal elektrolitlerinin eritilmesinde kullanılır. Magnezyum oksit potaları ultra yüksek sıcaklıklara dayanabilir ve çoğu metal ve elektrolite karşı stabildir. Bununla birlikte, magnezyum oksit potaları higroskopiktir ve havadaki nemi emebilir, bu da elektrolitin kalitesini etkileyebilir.