El método de fusión por inducción a temperatura ultraalta de metales raros es una técnica que implica calentar los metales a temperaturas muy altas, generalmente por encima de 2000 °C, en un horno de inducción para obtener lingotes o polvos metálicos puros y homogéneos. Este método se utiliza principalmente para la preparación y purificación de metales de tierras raras y cerámicas de temperatura ultraalta, que tienen propiedades ópticas, eléctricas y magnéticas especiales y se aplican ampliamente en materiales funcionales, acero y metales no ferrosos.
El método de fusión por inducción tiene varias ventajas sobre otros métodos, como el calentamiento por arco eléctrico o la metalotermia. Por ejemplo, la fusión por inducción puede proporcionar un proceso más limpio y flexible, ya que no requiere electrodos ni agentes reductores que puedan contaminar el metal. La fusión por inducción también puede lograr un mayor grado de control sobre la temperatura y la composición del metal, ya que puede ajustar la frecuencia y la potencia de la bobina de inducción. La fusión por inducción también puede realizarse al vacío o en atmósfera inerte, lo que puede evitar la oxidación del metal o la pérdida de elementos volátiles.
Algunos de los desafíos del método de fusión por inducción son la selección de un crisol adecuado y un electrolito fundido estable. El crisol debe poder soportar las altas temperaturas y la naturaleza corrosiva del metal fundido. El electrolito fundido debe ser más estable que los óxidos metálicos y tener un punto de fusión más bajo y una conductividad más alta. Una posible solución es utilizar binarios de óxidos de tierras raras directamente como disolvente, ya que tienen alta estabilidad y baja presión de vapor.
El método de fusión por inducción a temperatura ultraalta de metales raros es una técnica prometedora que puede simplificar y mejorar los métodos industriales actuales de extracción y recuperación de tierras raras. También puede permitir la producción de cerámicas de temperatura ultraalta, que tienen aplicaciones potenciales en las industrias aeroespacial, nuclear y de defensa.
Algunos de los materiales comunes utilizados en los crisoles para fusión por inducción a temperaturas ultraaltas son:
- Alúmina: Los crisoles de alúmina se utilizan ampliamente para fundir metales de tierras raras y aleaciones de alta temperatura, como superaleaciones a base de cobalto y níquel. Los crisoles de alúmina tienen altos puntos de fusión y resistencia química, y son inertes a la mayoría de los metales y electrolitos. Sin embargo, los crisoles de alúmina son quebradizos y pueden agrietarse debido a un choque térmico o tensión mecánica.
- Grafito: Los crisoles de grafito son los mejores crisoles para fundir metales y calentar por inducción debido a su resistencia a altas temperaturas. Se pueden utilizar para fundir metales como hierro, acero, cobre, latón, oro, plata, platino y paladio. Sin embargo, los crisoles de grafito no son adecuados para metales que reaccionan con el carbono, como el titanio, el circonio y el tungsteno. Los crisoles de grafito también son propensos a la oxidación y erosión por el metal fundido y el electrolito.
- zirconia: Los crisoles de circonio son adecuados para fundir metales preciosos y superaleaciones, como platino, paladio, rodio e iridio. Los crisoles de circonio tienen una excelente resistencia al desgaste y al choque térmico y pueden evitar la contaminación del metal por el crisol. Sin embargo, los crisoles de circonio son caros y pueden reaccionar con algunos metales y electrolitos, como el aluminio y el sodio.
- Óxido de magnesio: Los crisoles de óxido de magnesio se utilizan a menudo para fundir electrolitos de litio en estado sólido, que se utilizan para baterías y pilas de combustible. Los crisoles de óxido de magnesio pueden soportar temperaturas ultraaltas y son estables para la mayoría de los metales y electrolitos. Sin embargo, los crisoles de óxido de magnesio son higroscópicos y pueden absorber humedad del aire, lo que puede afectar la calidad del electrolito.