O método de fusão por indução de metais raros em temperatura ultra-alta é uma técnica que envolve o aquecimento dos metais a temperaturas muito altas, geralmente acima de 2000 ° C, em um forno de indução para obter lingotes ou pós metálicos puros e homogêneos. Este método é usado principalmente para a preparação e purificação de metais de terras raras e cerâmicas de temperatura ultra-alta, que possuem propriedades ópticas, elétricas e magnéticas especiais e são amplamente aplicados em materiais funcionais, aço e metais não ferrosos.
O método de fusão por indução apresenta diversas vantagens sobre outros métodos, como aquecimento por arco elétrico ou metalotermia. Por exemplo, a fusão por indução pode proporcionar um processo mais limpo e flexível, pois não requer eletrodos ou agentes redutores que possam contaminar o metal. A fusão por indução também pode atingir um maior grau de controle sobre a temperatura e a composição do metal, pois pode ajustar a frequência e a potência da bobina de indução. A fusão por indução também pode operar no vácuo ou em atmosfera inerte, o que pode evitar a oxidação do metal ou a perda de elementos voláteis.
Alguns dos desafios do método de fusão por indução são a seleção de um cadinho adequado e de um eletrólito fundido estável. O cadinho deve ser capaz de suportar as altas temperaturas e a natureza corrosiva do metal fundido. O eletrólito fundido deve ser mais estável que os óxidos metálicos e ter um ponto de fusão mais baixo e uma condutividade mais alta. Uma solução possível é usar binários de óxidos de terras raras diretamente como solvente, pois apresentam alta estabilidade e baixa pressão de vapor.
O método de fusão por indução em temperatura ultra-alta de metais raros é uma técnica promissora que pode simplificar e melhorar os métodos industriais atuais de extração e recuperação de terras raras. Também pode permitir a produção de cerâmicas de temperatura ultra-alta, que têm aplicações potenciais nas indústrias aeroespacial, nuclear e de defesa.
Alguns dos materiais comuns usados em cadinhos para fusão por indução em temperatura ultra-alta são:
- Alumina: Os cadinhos de alumina são amplamente utilizados para fundir metais de terras raras e ligas de alta temperatura, como superligas à base de cobalto e níquel. Os cadinhos de alumina têm altos pontos de fusão e resistência química, e são inertes à maioria dos metais e eletrólitos. No entanto, os cadinhos de alumina são frágeis e podem rachar sob choque térmico ou estresse mecânico.
- Graphite: Os cadinhos de grafite são os melhores cadinhos para fusão de metal e aquecimento por indução devido à sua resistência a altas temperaturas. Eles podem ser usados para fundir metais como ferro, aço, cobre, latão, ouro, prata, platina e paládio. No entanto, os cadinhos de grafite não são adequados para metais que reagem com carbono, como titânio, zircônio e tungstênio. Os cadinhos de grafite também são propensos à oxidação e erosão pelo metal fundido e pelo eletrólito.
- Zircônia: Os cadinhos de zircônia são adequados para fundir metais preciosos e superligas, como platina, paládio, ródio e irídio. Os cadinhos de zircônia possuem excelente resistência ao desgaste e ao choque térmico, podendo evitar a contaminação do metal pelo cadinho. No entanto, os cadinhos de zircônia são caros e podem reagir com alguns metais e eletrólitos, como alumínio e sódio.
- Óxido de magnésio: Cadinhos de óxido de magnésio são frequentemente usados para derreter eletrólitos de estado sólido de lítio, que são usados para baterias e células de combustível. Os cadinhos de óxido de magnésio podem suportar temperaturas ultra-altas e são estáveis à maioria dos metais e eletrólitos. No entanto, os cadinhos de óxido de magnésio são higroscópicos e podem absorver a umidade do ar, o que pode afetar a qualidade do eletrólito.