早期的熔金屬熔煉器具——石墨坩堝的鍛造方法

    石墨坩堝是由石墨、耐火粘土和熟料所制成的,它的耐火度高、抗渣性強、熱導性大和熱膨脹性小。一般粘土坩鍋的性能,在這幾點上是比不石墨坩鍋的,所以石墨坩堝是用來熔煉金屬的優良的耐火材料。
     制造石墨坩堝的主要原料是石墨,耐火粘土、熟料和廢石墨坩堝等,石墨于非金元素礦物類,成分是純粹的碳(C)屬六方晶系的晶,往往成為屬于該系的六角精晶片。石墨的薄片有柔性,能屈,但無彈性。顏色黑色,條痕是黑色,具有金屬光澤,體質是全不透明的。硬度(摩氏硬度計)是1.5~1,比重為1.9~2.3,以手指觸時有滑膩感。耐火度很高(3000℃以上),膨脹系數低,熱傳導性和電氣傳導性都良好。在氧化焰中燒之變為二氧化碳,最后遺留的多是灰燼。

     用來制造坩堝的石墨,它的化學成分一般含有固定75~90%、灰份8~20%和揮發物2~5%。固定碳如果能達到80%至90%,則這種石墨是較好的。石墨中的灰分應控制在25%以下為宜,否制制成的坩堝質量很低,往往不能使用,勢必造成工料的浪費。石墨坩堝要具有表面平滑、組織致密的質量,這樣可以減少熔料粘附在坩堝上面,也能夠減少對坩堝的侵觸,因此,一般都采用晶形片狀的石墨。石墨的片狀大小以0.3~1.2公厘為最適宜。此外,晶形除了狀石墨中的微粒群不能用來制造坩堝外,而針狀荒粒結晶群的石墨同樣可以作為原料。
      耐火粘土是土狀或石狀的礦物合體,叫做泥質巖石，顏色有白、灰、黃、綠、紅褐、棕等，它的耐火度不低于1580°C，其主要成分是水硅酸鋁-高嶺石但耐火粘土還含有雜質,這些雜質包括有:游離石英、硫化鐵、氧化、氧化鈣、氧化鎂,還有的含有云母等。使用的耐火粘土的雜質含量應愈少愈好,尤其是氧化鐵不得超過3%。因為這些有害雜質都能降低粘土的耐火度。
       制造時必須注意坩堝原料的混和,因為要使鱗片狀石墨均勻地分布是相當困難的。所以必用較長的時間充分混和。這樣也可以充分發揮耐火粘土的粘作用,以利成型。石墨坩堝在使用時發生裂和漏洞的毛病,往往是由于原料混和不均勻所造成。  
     制造石墨坩鍋使用的耐火粘土,它的耐火度應1710°c(sk32)以上。由于石墨缺乏可塑性,不能單獨成型,所以必須配合具有可塑性的耐火粘土。火粘土不僅是作為石墨的結合劑,且在使用過程中也能使坩堝形成一保護性薄膜,對石墨遭受燃燒時稍有防護作用。
    經過高溫煅燒和粉碎后的耐火粘土,稱為熟料。加入熟料能增大坩鍋的穩定性,當成型后進行干燥和成時,可以減少收縮,容易使坩堝形狀正確和尺寸準確;外還能提高坩堝的機械強度,增加抗磨性。
    
      原料混勻后須放置15~20天,使水分徹底分布,可塑性增大。坩堝的成型可以在木模或金屬模內以手工或機壓進行操作。如果形狀不良,將會降低坩堝的質量。
     坩堝壁的厚薄若不均一,對機械強度和熱傅導性都有一定的影響。坩堝干燥時應控制溫度,使它發散水份。以慢慢地進行為宜。由于加熱過快或不均勻,都會使坩堝產生裂、氣泡或變形的發品。
     干燥后以手指或木棒敲擊,若發出清晰的金聲,就表示巳完干燥了。坩堝是在1000℃以下的溫度中燒成。為了防止石墨的燃燒,燒成時它的表面應撒一些細粒焦炭或放入以焦炭充填的匣缽內。窯內必須保持還原焰或中性焰,不可以用氧化焰燒成墨坩堝燒成時約需4天。