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焊接 101:第一次炼铜

乡亲们

焊接是一项古老的技术。据 据估计 ,焊接技术最早可追溯至公元前4000年。因此,焊接技术比 尤利乌斯·凯撒 (公元前100年—公元前44年)而言,比凯撒对我们今天而言还要古老得多。在探讨焊接之前,让我们先讨论一下早期的铜冶炼,因为铜通常是焊接所用的金属。

我的 康奈尔大学 同事 史蒂夫·萨斯 写了一本书, 《材料:文明的基石》,我正是以此书为蓝本撰写了我的 同名课程 。萨斯在书中指出,陶土烧制的意义再怎么强调也不为过,因为这是人类首次改变某种材料的本质。陶土经烧制后形成陶瓷,其强度远超未烧制的陶土。大约26,000年前,工匠们在如今的捷克共和国首次完成了这一壮举。

虽然我赞同萨斯的观点,但也可以认为,现代技术的起源可以追溯到首次冶炼铜。烧制陶土的过程过于简单,难以激发进一步的实验探索,而这种探索正是技术发展的必要条件。 铜是人类首次从矿石中提炼出的金属,其冶炼过程相当复杂,而这种复杂性led ,从而推动了进一步的实验探索,最终使我们获得了铁和钢。对金属的持续研究很可能催生了科学方法,进而led ,直至今日的所有突破。

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.

两块矿物岩石,一块较小且呈深绿色,另一块较大且呈绿松石色,位于浅灰色的表面上。

图1. 孔雀石(铜矿)非常引人注目。也许正是这种吸引力,让我们的远古祖先将其视为冶炼的候选材料。版权所有 2018,罗纳德·C·拉斯基,铟泰公司

在户外烧烤结束后,我会将丙烷气调至最大档,让油脂烧干,以此清洁烤架。通常在此过程中,烤架上的温度计会显示约600ºF。烤架散发的热量如此之大,以至于靠近它关火时都让人感到难以忍受。 不言而喻,亲身体验过600ºF的灼热感后,我意识到仅靠木柴或木炭燃烧,要达到1985ºF的温度简直难如登天。

总之,我招募了几名研究生,让他们按照上述方法尝试冶炼铜。他们购买了许多袋木炭,使用吹叶机供气,分两次尝试,每次都工作了两个小时,但两次都以失败告终。 第二年,一些学生搭建了一座带有通风口的塔,在底部铺上木炭,顶部则将铜矿石和碳放入坩埚中。他们搭建的塔与古罗马的炼铁炉相似,见图2。这次他们成功了,炼出了一块约有一便士硬币大小的铜块。

一座高大的、呈圆锥形的陶土窑,内部烈火熊熊,火焰从顶部喷涌而出,位于户外。

图2. 一座罗马式窑炉。罗恩博士的学生们用空心砖砌了一座类似的塔。

这两次尝试充分展现了我们远古祖先的非凡之处。他们当时是如何想到要这么做的呢?其中肯定经历了许多失败的尝试。他们又是如何坚持下来的呢?有一点是肯定的,他们大约在公元前5000年开启了探索的潮流,led us to today。我们欠他们很多。

干杯

罗恩博士