Mọi người ơi,
Hàn là một công nghệ cổ xưa. Người ta ước tính rằng hàn lần đầu tiên được phát hiện cách đây rất lâu, khoảng 4000 năm trước Công nguyên. Vì vậy, hàn đã có từ thời Julius Caesar (100 TCN – 44 TCN) lâu đời hơn nhiều so với thời Caesar của chúng ta ngày nay. Trước khi xem xét hàn, chúng ta hãy thảo luận về quá trình nấu chảy đồng sớm, vì đồng thường là kim loại được hàn.
Người đồng nghiệp của tôi tại Cornell, Steve Sass, đã viết một cuốn sách, Materials: The Substance of Civilization , mà tôi đã dựa vào để xây dựng khóa học cùng tên của mình. Trong cuốn sách của mình, Sass chỉ ra rằng tầm quan trọng của việc nung đất sét không thể bị cường điệu hóa vì đây là lần đầu tiên loài người thay đổi bản chất của một vật liệu. Sau khi đất sét được nung, nó tạo thành gốm, một vật liệu bền hơn nhiều so với đất sét khô. Những người thợ thủ công lần đầu tiên thực hiện kỳ công này cách đây khoảng 26.000 năm tại nơi hiện là Cộng hòa Séc.
Mặc dù tôi đồng ý với đánh giá của Sass, nhưng cũng có thể lập luận rằng sự khởi đầu của công nghệ hiện đại có thể bắt nguồn từ lần nấu chảy đồng đầu tiên. Việc nung đất sét là một quá trình quá đơn giản để khuyến khích nhiều thử nghiệm hơn nữa, điều này là cần thiết cho sự phát triển của công nghệ. Quá trình nấu chảy đồng, kim loại đầu tiên được giải phóng khỏi quặng của nó, khá phức tạp và sự phức tạp này dẫn đến các thử nghiệm tiếp theo tạo ra sắt và thép. Việc tiếp tục làm việc với kim loại có thể đã phát triển phương pháp khoa học, do đó dẫn đến tất cả các đột phá cho đến ngày nay.
Consider the novelty of the first smelting of copper. To smelt copper, our ancestors had to grind copper ore, malachite (See Figure 1.), into a powder, mix it with carbon, and heat it to greater than 1085ºC (1985ºF). By the way, you can estimate the Fahrenheit temperature by multiplying the Celsius temperature by a factor of two and will only be off by < 10% from 100-1700ºC.
Hình 1. Malachite (quặng đồng) khá hấp dẫn. Có lẽ sự hấp dẫn này đã khiến tổ tiên xa xưa của chúng ta chú ý đến nó như một ứng cử viên cho quá trình nấu chảy. Bản quyền 2018, Ronald C. Lasky, Indium Corporation
Sau khi nấu trên vỉ nướng ngoài trời, tôi vệ sinh vỉ nướng bằng cách vặn hết mức propan để làm sạch mỡ. Thông thường, nhiệt kế của vỉ nướng sẽ đọc được khoảng 600ºF trong quá trình này. Vỉ nướng tỏa ra rất nhiều nhiệt đến nỗi bạn sẽ cảm thấy khó chịu khi đến gần để tắt. Không cần phải nói, việc ghi lại cảm giác 600ºF khiến tôi nghĩ rằng rất khó để đạt được 1985ºF bằng lửa gỗ hoặc than.
Dù sao đi nữa, tôi đã tuyển dụng một số sinh viên tốt nghiệp để thử nấu chảy đồng như mô tả ở trên. Họ đã mua nhiều túi than củi, sử dụng máy thổi lá để cung cấp không khí và làm việc trong hai giờ cho hai lần thử khác nhau và cả hai lần đều thất bại. Năm sau, một số sinh viên đã xây dựng một tòa tháp có lỗ thông hơi và đặt than củi ở dưới cùng với quặng đồng và cacbon trong một nồi nấu chảy ở trên cùng. Tòa tháp của họ tương tự như lò luyện sắt của người La Mã, xem Hình 2. Họ đã thành công và sản xuất ra một mảnh đồng có kích thước bằng một xu.
Hình 2. Lò nung theo phong cách La Mã . Học trò của Tiến sĩ Ron đã xây dựng một tòa tháp tương tự từ những khối xi măng.
Hai nỗ lực này chứng minh tổ tiên xa xưa của chúng ta tuyệt vời như thế nào. Họ đã nghĩ ra cách thực hiện điều đó như thế nào? Chắc chắn đã có rất nhiều nỗ lực thất bại. Họ đã kiên trì như thế nào? Một điều chắc chắn là họ đã bắt đầu xu hướng khám phá, vào khoảng năm 5000 trước Công nguyên, dẫn đến chúng ta ngày nay. Chúng ta nợ họ rất nhiều.
Chúc mừng,
Tiến sĩ Ron
