第三百九十一章:特殊的伽馬鎳(2/2)
但同素異形體之間的轉化屬於化學變化,但不屬於氧化還原反應。
很多人可能會感覺同素異形體之間的轉換屬於化學變化是在扯淡。
畢竟同素異形體的種類再多,它們也都屬於同一種元素。
這樣說來,不管它們之間怎麼進行轉換,都沒有出現新的物質。
但事實上有這種想法的,都是只初淺的了解了化學變化和物理變化的區別。
物理變化和化學變化之間的唯一區別就是有沒有新的物質生成,其中有新物質生成的是化學變化,沒有新物質生成的是物理變化。
比如鐵在空氣中生鏽變成氧化鐵就屬於化學變化,因為生成了新的物質。
而液態水在加熱的條件下汽化成氣態水,就是物理變化,因為液態水與氣態水都屬於同一種物質,這個過程叫蒸發。
這是高空課本上的東西,但實際上,在材料界,這種劃分更加細緻。
比如碳的同位素就有很多,其中金剛石和石墨應該是最熟為人知的兩種碳的同素異形體了。
這兩種材料都是單純的碳分子構成的,且兩種物質都只有單純的碳元素。
如果按照元素周期表上的材料定義,的確是同一種物質,因為它們都是碳。
只不過在材料界,有更細緻的劃分,石墨和金剛石的確是兩種不同的物質,因為它們的結構完全不一樣。
石墨是層狀結構,每一層中C原子之間形成正六邊形,層與層由范德華力連接。
金剛石是正四面體的結構,每個C相互間靠著共價鍵連接在一起,性能非常穩定。
越是頂尖的東西,其對於學科內不同物質的劃分和區別就越是細緻。
同素異形體也一樣。
其實同素異形體之間的轉變,正常情況下來說,都是通過高溫、高壓等手段進行的。
比如石墨轉換成金剛石,在5-6萬大氣壓以及一千度至兩千度的高溫下,再用金屬鐵、鈷、鎳等做催化劑,就可以讓石墨轉變成金剛石粉末。
雖然石墨和金剛石都是碳元素,但在石墨轉化成金剛石的過程中,碳分子的化學鍵進行了斷裂和重組,並且晶體結構也重構了,所以兩者才被認為是兩種不同的物質。
不僅僅是石墨和金剛石,在現實中,各國的科學家研究尋找同素異形體並對他們進行轉換時,基本都是在高溫高壓這種條件下進行的。
因為摻雜其他的條件的話,很有可能會導致得到物品並非同素異形體,而是這種元素的化合物。
特別是金屬系的材料,尋找它們的同素異形體更難。
比如同為金屬的鐵,經過科學家漫長時間的尋找,一共才發現α-Fe,γ-Fe和δ-Fe三種不同的同素異形體。
數量雖然少,但其實製造方式也很簡單,就是通過純鐵,在不同的溫度以及壓強下做不同的處理。
不同於碳的多種同素異形體,鐵的同素異形體稍稍有些卻別。
比如純鐵在912℃以下,鐵原子排列成體心立方晶格,叫做α-鐵;
在912℃至1394℃之間,鐵原子排列成為面心立方晶格,叫做γ-鐵;
在1394℃以上,鐵原子又重新排列成體心立方晶格,叫做δ-鐵。
實際上,當鐵在常溫下,它就是普通的α-鐵,只有當溫度突破某個臨界點的時候,他才會轉換成γ-Fe和δ-Fe。
這是鐵的同素異形體和碳的同素異形體不同的地方。
碳不同的同素異形體可以在常溫下保存,鐵不行。
當然,要想讓鐵的同素異形體,比如γ-Fe和δ-Fe在常溫下保存也是有辦法的。
辦法也很簡單,通過快速淬火,可以讓純鐵中的部分奧氏體來不及轉變,冷卻下來後,就和大部分馬氏體共存在常溫下了。
也就是所謂的γ-Fe、δ-Fe和α-鐵共存。
只不過奧氏體是高溫相,需要在高溫的環境下才能形成和保存,在常溫下它並不是一個平衡組織結構,這種共存沒法長時間保存。
所以隨著時間,γ-Fe和δ-Fe的存在,會導致鐵金屬整體發生形變,最終導致鐵金屬或者鐵合金出現形變、裂縫甚至是破碎等。
而伽馬鎳,其實和γ-Fe、δ-Fe的性質有點類似,它同樣屬於一個特殊的共相體。
正常情況下,伽馬鎳只存在於一個高溫高壓的環境中。
但通過一系列的手段,可以讓其在常溫下保存下來,並保持一定的形狀。
這個就是如何冶煉γ鎳的關鍵點了。
各國的科學家一直無法找到鎳的穩定同素異形體,是因為鎳在普通的高溫高壓下轉化的伽馬鎳混合在純鎳中,很難判斷出不同性質,也很難將其分離和提純出來
直播間內,伽馬鎳的冶煉一直都在進行。
被送入冶煉爐中的鎳磚在真空高壓高溫的情況下開始融化,韓元則蹲在儀器前等待著這一過程,順便講解一下製造γ鎳的關鍵點。
「在製造伽馬鎳的過程中,除了純鎳的純淨性質需要高度保證外,在第一步融化鎳的過程中,還需要保證冶煉爐是一個可控溫度、壓強、以及真空的環境。」
「因為絕大部分包括鎳在內的金屬,被融化後暴露在空氣中會在表面形成一層氧化層或者氮化層。」
「而過多的氧化鎳同樣會對伽馬鎳的成型率造成影響,所以這個在冶煉伽馬鎳的過程中是需要進行控制的。」
「」
說著,反應爐中的純鎳磚也融化的差不多了。
通過集成晶片計算機自動化程序控制,漂浮於純鎳溶液表面的一層溶液被特殊的機械臂配合工具清理掉了。
剩下的純鎳溶液通過機械臂迅速轉移。
在另外一個設備中,這些高溫融化狀態的純鎳溶液會被迅速降低溫度。
在短短的三十秒時間內,原本高達一千五百多度的純鎳溶液就冷卻至了幾十度。
而冷卻形成的鎳磚表面,因為淬冷速度過快,形成了一道道到寬大的裂縫,整塊鎳礦裂的讓人感覺拿起來就會破碎成無數片一樣。
不過這正是韓元需要的效果。
鎳是親鐵系金屬,具備一些鐵的性質,在冶煉的過程中,同樣需要通過快速淬火,讓鎳溶液中形成的同素異形體來不及轉變,迅速冷卻讓其在常溫下保存下來