Soudage 101 : la première fonte de cuivre
Les amis,
Le soudage est une technologie ancienne. On estime que le soudage a été découvert il y a aussi longtemps qu'en 4000 avant J.-C. Le soudage était donc beaucoup plus ancien pour soldering was first discovered as long ago as 4000 BC. So soldering was much more ancient to Jules César (100 av. J.-C. – 44 av. J.-C.) que César ne l'est pour nous aujourd'hui. Avant d'envisager le soudage, parlons des débuts de la fonte du cuivre, car le cuivre est habituellement le métal soudé.
Mon collègue de l'université de Cornell, Steve Sass a écrit un livre, Materials: The Substance of Civilization (Matériaux : la substance de la civilisation), sur lequel repose mon cours du même nom. Dans son livre, Sass souligne que l'importance de la cuisson de l'argile ne saurait être exagérée, car c'est la première fois que l'humanité a changé la nature d'un matériau. Une fois cuite, l'argile forme de la céramique, un matériau beaucoup plus résistant que l'argile séchée. Les artisans ont réalisé cet exploit pour la première fois il y a environ 26 000 ans sur le territoire de l'actuelle République tchèque.
Bien que je sois d'accord avec les conclusions de Sass, on pourrait aussi affirmer que le début de la technologie moderne remonte à la première fonte du cuivre. La cuisson de l'argile est un processus trop simple pour encourager la poursuite de l'expérimentation, ce qui est nécessaire à la progression de la technologie. Le processus de fonte du cuivre, premier métal libéré de son minerai, est assez complexe et cette complexité a conduit à d'autres expériences qui nous donné le fer et l’acier. La poursuite du travail avec les métaux a probablement développé la méthode scientifique, ce qui a conduit à toutes les avancées réalisées jusqu'à ce jour.
Pensez à la nouveauté de la première fonte du cuivre. Pour fondre le cuivre, nos ancêtres devaient moudre le minerai de cuivre, malachite jusqu'à obtenir une poudre, (Voir figure 1), la mélanger avec du carbone et la chauffer à une température supérieure à 1085 ºC (1985 ºF). En passant, vous pouvez estimer la température en degrés Fahrenheit en multipliant la température en degrés Celsius par un deux et en la réduisant de 10 % entre 100 et 1700 ºC.
Figure 1. La malachite (minerai de cuivre) est plutôt attrayante. C'est peut-être cette attractivité qui a attiré l'attention de nos ancêtres et l’a portée candidate à la fusion. Droit d'auteur 2018, Ronald C. Lasky, Indium Corporation
Après avoir cuisiné sur mon gril extérieur, je nettoie les grilles en tournant le propane au maximum pour éliminer la graisse. Typiquement, le thermomètre du gril indiquera environ 316 ºC (600 ºF) pendant ce processus. Le gril dégage tellement de chaleur qu'il est pénible de l'approcher pour l'éteindre. Inutile de dire que 316 °C (600 °F) me font penser qu'il est très difficile d'atteindre 1085 ºC (1985 °F) avec un feu de bois ou de charbon de bois.
Bref, j'ai recruté quelques étudiants diplômés pour essayer de fondre le cuivre comme décrit ci-dessus. Ils ont acheté de nombreux sacs de charbon de bois, ont utilisé un souffleur à feuilles pour fournir de l'air et ont travaillé pendant deux heures sur deux tentatives différentes et ont échoué les deux fois. L'année suivante, des étudiants ont construit une tour avec des évents et ont disposé du charbon de bois au fond et ont posé dessus un creuset contenant le minerai de cuivre et le carbone. Leur tour était semblable à un four de fusion romain pour le fer, voir la figure 2. Ils ont réussi et ont produit une pièce de cuivre de la taille d'un penny.
Figure 2. Un four de style romain. Les étudiants du Dr Ron ont construit une tour similaire à partir de blocs de mâchefer.
Ces deux tentatives démontrent à quel point nos lointains ancêtres étaient étonnants. Comment ont-ils imaginé procéder ? Il y a certainement eu beaucoup de tentatives ratées. Comment ont-ils persévéré ? Une chose est certaine, ils ont amorcé la découverte vers 5000 avant J.-C., laquelle nous a menés à aujourd'hui. Nous leur devons beaucoup.
Merci,
Docteur Ron
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