2 感应炉
感应炉的主要部件就是一个载有交流电的螺旋形线圈，它就像一个变压 器的初级线圈，放在线圈内的被加热的导体就像变压器的次级线圈，它 们之间没有电路连接。 当线圈上通有交流电时，在被加热体内会产生闭合的感应电流，称为涡 流。由于导体电阻小，所以涡流很大；又由于交流的线圈产生的磁力线 不断改变方向。因此，感应涡流也不断改变方向，新感应的涡流受到反 向涡流的阻滞，就导致电能转换为热能，使被加热物很快发热并达到高 温。这个加热效应主要发生在被加热物体的表面层内，交流电的频率越 高，则磁场的穿透深度越低，而被加热体受热部分的深度也越低。 实验室使用的感应炉，可以将坩埚封闭在一根冷却的石英管中，通过感 应使之加热，石英管中可以保持高真空或惰性气氛。 感应加热主要用于粉末热压烧结和真空熔炼等。
第一节 高温的获得和测量
感应炉实例图
第一节 高温的获得和测量
3电弧炉
电弧炉常用于熔炼金属，如钛、锆等，也可用于 制备高熔点化合物，如碳化物、硼化物以及低价 的氧化物等。电流由直流发电机或整流器供应。 起弧熔炼之前，先将系统抽至真空，然后通入惰 性气体，以免空气渗入炉内，正压也不宜过高， 以减少损失。 在熔化过程中，只要注意调节电极的下降速 度和电流、电压等，就可使待熔的金属全部熔化 而得均匀无孔的金属锭。尽可能使电极底部和金 属锭的上部保持较短的距离，以减少热量的损失 ，但电弧需要维持一定的长度，以免电极与金属 锭之间发生短路。
第二节 高温合成反应类型
很多合成反应需要在高温条件进行。主要的合成反应如下： 1.高温下的固相合成反应。C，N，B，Si等二元金属陶瓷化合物，多种 类型的复合氧化物，陶瓷与玻璃态物质等均是借高温下组分间的固相 反应来实现的。 2.高温下的固—气合成反应。如金属化合物借H2、CO，甚至碱金属蒸 气在高温下的还原反应，金属或非金属的高温氧化、氯化反应等等。 3.高温下的化学转移反应。 4.高温熔炼和合金制备。 5.高温下的相变合成。 6.高温熔盐电解。 7.等离子体激光、聚焦等作用下的超高温合成。 8.高温下的单晶生长和区域熔融提纯。 高温合成反应与化学热力学热别是高温下的热力学和反应动力学及反 应机理关系紧密。
第一节 高温的获得和测量
热电偶使用时，注意避免受到侵蚀，污染和电磁的干扰，要求 有一个不影响其热稳定的环境。 热电偶材料有：纯金属、合金和非金属半导体等。纯金属的均 质性，稳定性和加工性一般均较优，但热电势并不是太大，某 些特殊合金热电势较大，具有适于特定温度范围的测量，但均 质性、稳定性通常都次于纯金属。 热电偶适用温度范围： 纯金属和合金的高温热电偶，一般可应用于室温至2000℃左 右的高温，某些合金的应用范围甚至高达3000℃，常用的高温 热电偶材料为Pt,Rh,Ir铱，W等纯金属和含Rh较高的Pt-Rh合金 ，Ir-Rh合金和W-Re合金。
第一节 高温的获得和测量 实例:无水CrCl3的制备
无水三氯化铬是紫色片状晶体，铬离子处于六个 氯离子形成的八面体空隙中。它对水不活泼，但 不能在有水的环境中合成，亦不能直接采用加热 水合物的方法得到，所以一般实验采用CrO3和 CCl4 在管式炉中反应制取。 管式炉通常用于控制气氛中的高温反应，广泛用 于无水卤化物、氮化物等的制备、高温升华提纯 技术、高温下还原制取纯金属和非金属单质。
第一节 高温的获得和测量
5）钨管炉 钨管炉可以达到3000℃的最 高温度。 由于钨易被氧化，为了保温 度良好起见，钨管炉都是在 真空中使用，也可在惰性气 氛或氢气氛中使用。
在1.3×10-3-1.3×10-4 Pa的 真空下操作，如电压为10V， 电流约为1000A，则温度可达 到3000℃
第一节 高温的获得和测量
第一节 高温的获得和测量 实例:无水CrCl3的制备
具体装置如下：
第一节 高温的获得和测量 实例:无水CrCl3的制备
在高温下发生的反应为：
2Cr2O3+3CCl4=4CrCl3 Cr2O3+CCl4=2CrCl3+COCl2
第一节 高温的获得和测量 实例:无水CrCl3的制备
生成的无水三氯化铬在炉内升华与反应物 分离。反应过程中，特别是反应后期会产 生少量有毒的光气。可用体积百分数为5% 的乙醇溶液吸收。
第一节 高温的获得和测量
热电偶高温计具有下列优点： 1.体积小，重量轻，结构简单，易于装配维护，使用 方便。 2.主要作用点是出两根线连成的很小的热接点，两根 线较细，所以热惰性很小，有良好的热感度。 3. 能直接与被测物体相接触，不受环境介质如烟雾、 尘埃、二氧化碳、蒸气等影响而引起误差，具有较 高的准确度，可保证在预期的误差以内。 4.测温范围较广，一般可在室温至2000℃左右之间应 用，某些情况其至可达3000℃。 5.测量讯号可远距离传送，并由仪表迅速显示或自动 记录，便于集中管理
第一节 高温的获得和测量
6光学温度计 光学高温计是利用受热物体的单波辐射强度(即物体的单 色亮度)随温度升高而增加的原理来进行高温测量的。原 理与具体使用方法可参阅有关专著。 使用热电偶测量温度虽然简便可靠，但也存在一些限 制。例如，热电偶必须与测量的介质接触，热电偶的热电 性质和保护管的耐热程度等使热电偶不能用于长时间较高 温度的测量，在这方面光学高温计具有显著的优势。 1.不需要同被测物质接触，同时也不影响被测物质的温度 场。 2.测量温度较高，范围较大，可测量700一6000℃。 3.精确度较高，在正确使用的情况下，误差可小到正负 10℃，且使用简便、测量迅速。
第一节 高温的获得和测量
2）高温箱形电阻炉 这种电阻炉的外壳由钢板 焊接而成，炉膛由高铝砖 砌成长方形，在炉膛与炉 体外壳之间砌筑轻质粘土 砖和充填保温材料。硅碳 棒发热元件安装于炉膛顶 部。如图所示 为了方便控制温度，电炉 配有控制器，来调节和控 制电炉温度。
第一节 高温的获得和测量
高温箱形电阻炉实例图
第一节 高温的获得和测量
1、电阻炉
• 电阻炉 电阻炉是实验室和工业中最常用的 加热炉 • 优点：设备简单，使用方便，温度可精确 地控制在很窄的范围内。 应用在不同的电阻发热材料可达到不同的 温度限度。 注意：一般使用温度应低于电阻材料最高 工作温度，可延长电阻材料的使用寿命。
不同电阻材料的最高工作温度表
• 实验室常用 硅碳棒：1400 ℃
硅钼棒 1700℃
第一节 高温的获得和测量
1）几类重要的电阻发热材料 (1)石墨发热体 用石墨作为电阻发热材料，在真空下可 以达到相当高的温度，但须注意使用的条件，如在氧化或 还原的气氛下，则很难去除石墨上吸附的气体，而使真空 度不易提高，并且石墨常能与周围的气体结合形成挥发性 的物质，使需要加热的物质污染，而石墨本身也在使用中 逐渐损耗。 (2)金属发热体 在高真空和还原气氛下，金属发热材料 如钽、钨、钼等，已被证明是适用于产生高温的。通常都 采用在高真空和还原气氛的条件下进行加热。如果采用惰 性气氛，则必须使情性气氛预先经过高度纯化。有些惰性 气氛在高温下也能与物料反应，如氮气在高温能与很多物 质反应而形成氮化物。在合成纯化合物时，这些影响纯度 的因素都应注意。
第一节 高温的获得和测量
3）碳化硅电炉
用碳化硅发热元件 的加热炉其结构示 意图 发热体是硅碳棒和 硅碳管，可加热到 1350℃，也可以短 时间加入到1500℃ 。
第一节 高温的获得和测量
碳化硅电炉实例图
第一节 高温的获得和测量
4）碳管炉
用碳制的管作为发热元件。 高温时，碳管的使用寿命不很长，构造方 便的炉壳迅速地换装碳管，可很容易地达 到2000℃.
第一节 高温的获得和测量
(3)氧化物发热体 在氧化气氛中，氧化物电阻发 热体是最为理想的加热材料。高温发热体通常存 在一个不易解决的困难，就是发热体和通电导线 如何连接的问题。在连接点上常由于接触不良产 生电弧而致使导线被烧断，或是由于发热体的温 度超过导线的熔点而使之熔断。接触体解决了这 一问题，并可得到均匀的电导率。常用的接触体 的组成往往为氧化物型．如高纯度的95％ThO2和 5％La2O3(或Y2O3)，其工作温度可达1950℃，此 外接触体的组成也可以是85％ZrO2和15％La2O3( 或Y2O3)。
第一节 高温的获得和测量
由上述可知，热电偶高温计被广泛应用于高 温的精密测量中，但是热电偶在使用中，还须注 意避免受到侵蚀、污染和电磁的干扰，同时要求 有一个不影响其热稳定性的环境。例如有些热电 偶不宜于氧化气氛，但有些又应避免还原气氛。 在不合适的气氛环境中，应以耐热材料套管将其 密封，并用惰性气体加以保护，但这样就会多少 影响它的灵敏度。当温度变动较快时，隔着套管 的热电偶就显得有些热感滞后。
第一节 高温的获得和测量
电弧炉实例图
第一节 高温的获得和测量
金属及其合金熔炼电弧炉和感应加热非晶甩带炉
第一节 高温的获得和测量
金属及其合金熔炼电弧炉和感应加热非晶甩带炉
第一节 高温的获得和测量
4温度仪表的主要类型
高温的获得和测量
5热电偶高温计
• 热电偶的工作原理：热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测 量温度，并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表（二次仪 表）转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份 的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流 通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝 克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作 端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。 根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端 温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。 热 电偶测温基本原理:将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来， 构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时 ，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现 象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。