희소금속의 초고온 유도 용해법은 금속을 유도로에서 매우 높은 온도(보통 2000°C 이상)로 가열하여 순수하고 균질한 금속 잉곳이나 분말을 얻는 기술입니다. 이 방법은 특수한 광학적, 전기적, 자기적 특성을 가지며 기능성 소재, 철강, 비철금속 등에 널리 적용되는 희토류 금속 및 초고온 세라믹의 제조 및 정제에 주로 사용됩니다.
유도 용융 방법은 전기 아크 가열이나 금속열과 같은 다른 방법에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 예를 들어, 유도 용해는 금속을 오염시킬 수 있는 전극이나 환원제가 필요하지 않기 때문에 더 깨끗하고 유연한 공정을 제공할 수 있습니다. 유도 용해는 유도 코일의 주파수와 전력을 조정할 수 있기 때문에 금속의 온도와 구성에 대해 더 높은 수준의 제어를 달성할 수도 있습니다. 유도 용해는 진공이나 불활성 분위기에서도 작동할 수 있어 금속의 산화나 휘발성 원소의 손실을 방지할 수 있습니다.
유도 용융 방법의 과제 중 일부는 적합한 도가니와 안정적인 용융 전해질을 선택하는 것입니다. 도가니는 고온과 용융 금속의 부식성을 견딜 수 있어야 합니다. 용융된 전해질은 금속 산화물보다 더 안정적이어야 하며 녹는점이 더 낮고 전도성이 더 높아야 합니다. 한 가지 가능한 해결책은 안정성이 높고 증기압이 낮은 희토류 산화물 바이너리를 용매로 직접 사용하는 것입니다.
희토류의 초고온 유도 용해법은 희토류 추출 및 회수의 현재 산업적 방법을 단순화하고 개선할 수 있는 유망한 기술입니다. 또한 항공우주, 원자력, 방위 산업에 응용할 수 있는 초고온 세라믹 생산도 가능합니다.
초고온 유도 용해용 도가니에 사용되는 일반적인 재료는 다음과 같습니다.
- 알루미나: 알루미나 도가니는 코발트, 니켈계 초합금 등 희토류 금속 및 고온합금을 용해하는 데 널리 사용됩니다. 알루미나 도가니는 높은 융점과 내화학성을 가지며 대부분의 금속과 전해질에 대해 불활성입니다. 그러나 알루미나 도가니는 부서지기 쉽고 열충격이나 기계적 응력으로 인해 깨질 수 있습니다.
- 석묵: 흑연 도가니는 고온 저항성으로 인해 금속 용융 및 유도 가열에 가장 적합한 도가니입니다. 철, 강철, 구리, 황동, 금, 은, 백금, 팔라듐과 같은 금속을 녹이는 데 사용할 수 있습니다. 그러나 흑연 도가니는 티타늄, 지르코늄, 텅스텐과 같이 탄소와 반응하는 금속에는 적합하지 않습니다. 흑연 도가니는 또한 용융 금속과 전해질에 의해 산화 및 침식되기 쉽습니다.
- 지르코니아: 지르코니아 도가니는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐 등 귀금속 및 초합금의 용융에 적합합니다. 지르코니아 도가니는 내마모성과 내열충격성이 뛰어나 도가니에 의한 금속의 오염을 방지할 수 있습니다. 그러나 지르코니아 도가니는 가격이 비싸고 알루미늄이나 나트륨과 같은 일부 금속 및 전해질과 반응할 수 있습니다.
- 마그네슘 산화물: 산화마그네슘 도가니는 배터리, 연료전지 등에 사용되는 리튬 고체 전해질을 녹일 때 많이 사용됩니다. 산화마그네슘 도가니는 초고온을 견딜 수 있으며 대부분의 금속 및 전해질에 안정적입니다. 그러나 산화마그네슘 도가니는 흡습성이 있으며 공기 중 수분을 흡수하여 전해질 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.