क्रूसिबल

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Czochralski प्रक्रिया के माध्यम से सिलिकॉन सिल्लियों के उत्पादन में प्रयुक्त एक आधुनिक क्रूसिबल

एक क्रूसिबल एक सिरेमिक या धातु का कंटेनर होता है जिसमें धातु या अन्य पदार्थ पिघल सकते हैं या बहुत उच्च तापमान के अधीन हो सकते हैं। हालांकि क्रुसिबल ऐतिहासिक रूप से मिट्टी से बने होते हैं,[1] उन्हें किसी भी सामग्री से बनाया जा सकता है जो पिघलने या अन्यथा इसकी सामग्री को बदलने के लिए पर्याप्त उच्च तापमान का सामना करता है।

इतिहास

टाइपोलॉजी और कालक्रम

क्रूसिबल का रूप समय के माध्यम से भिन्न होता है, जिसमें डिज़ाइन उस प्रक्रिया को दर्शाता है जिसके लिए उनका उपयोग किया जाता है, साथ ही साथ क्षेत्रीय भिन्नता भी। जल्द से जल्द क्रूसिबल रूप छठी/पांचवीं सहस्राब्दी ईसा पूर्व से प्राप्त होते हैं। पूर्वी यूरोप और ईरान में।[2]


ताम्रपाषाण

तांबे के गलाने के लिए उपयोग किए जाने वाले क्रूसिबल आमतौर पर मिट्टी से बने चौड़े उथले बर्तन होते हैं जिनमें दुर्दम्य गुणों की कमी होती है जो उस समय के अन्य सिरेमिक में उपयोग की जाने वाली मिट्टी के प्रकार के समान होती है।[3] चालकोलिथिक काल के दौरान, ब्लोपाइप का उपयोग करके क्रूसिबल को ऊपर से गर्म किया जाता था।[4] इस समय के सिरेमिक क्रूसिबल में उनके डिजाइन जैसे हैंडल, नॉब या पोरिंग स्पाउट्स में मामूली संशोधन थे[5] उन्हें अधिक आसानी से संभाला और डाला जा सकता है। इस प्रथा के शुरुआती उदाहरण फ़िनन, जॉर्डन में देखे जा सकते हैं।[4]इन क्रूसिबलों में बेहतर हेरफेर की अनुमति देने के लिए हैंडल जोड़े गए हैं, हालांकि, क्रूसिबल के खराब संरक्षण के कारण टोंटी डालने का कोई सबूत नहीं है। इस अवधि के दौरान क्रूसिबल का मुख्य उद्देश्य उस क्षेत्र में अयस्क को रखना था जहां आकार देने से पहले इसे अशुद्धियों से अलग करने के लिए गर्मी केंद्रित थी।[6] 2300-1900 ईसा पूर्व मलाई के एक धार्मिक परिसर में कांस्य ढलाई के लिए एक क्रूसिबल भट्टी मिली है।[7]


लौह युग

लौह युग में क्रूसिबल का उपयोग कांस्य युग के समान ही रहता है, जिसमें तांबा और टिन गलाने का उपयोग कांस्य का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। लौह युग क्रूसिबल डिजाइन कांस्य युग के समान ही रहता है।[citation needed]

रोमन काल तकनीकी नवाचारों को दर्शाता है, नए मिश्र धातुओं के उत्पादन के लिए उपयोग की जाने वाली नई विधियों के लिए क्रूसिबल। हीटिंग तकनीक और क्रूसिबल डिज़ाइन दोनों के साथ गलाने और पिघलने की प्रक्रिया भी बदल गई। क्रूसिबल अधिक शंक्वाकार आकार के साथ गोल या नुकीले तल वाले जहाजों में बदल गया; ये प्रागैतिहासिक प्रकारों के विपरीत, जो आकार में अनियमित थे और ऊपर से गर्म किए गए थे, नीचे से गर्म किए गए थे। इन डिजाइनों ने चारकोल के भीतर अधिक स्थिरता प्रदान की।[8] इन क्रूसिबल में कुछ मामलों में पतली दीवारें होती हैं और इनमें अधिक दुर्दम्य गुण होते हैं।[9] रोमन काल के दौरान धातु के काम की एक नई प्रक्रिया शुरू हुई, सीमेंटेशन प्रक्रिया, जिसका उपयोग पीतल के उत्पादन में किया जाता था। इस प्रक्रिया में मिश्रधातु बनाने के लिए धातु और गैस का संयोजन शामिल है।[10] पीतल को ठोस तांबे की धातु को जिंक ऑक्साइड या कार्बोनेट के साथ मिलाकर बनाया जाता है जो कैलामाइन (खनिज) या smithsonite के रूप में आता है।[11] इसे लगभग 900 °C तक गर्म किया जाता है, जिंक ऑक्साइड वाष्पीकृत होकर गैस बन जाता है, और जिंक गैस पिघले हुए तांबे के साथ जुड़ जाती है।[12] यह प्रतिक्रिया आंशिक रूप से बंद या बंद कंटेनर में होनी चाहिए अन्यथा जस्ता वाष्प तांबे के साथ प्रतिक्रिया करने से पहले ही निकल जाएगी। सीमेंटेशन क्रूसिबल, इसलिए, एक ढक्कन या ढक्कन होता है जो क्रूसिबल से गैस के नुकसान की मात्रा को सीमित करता है। क्रूसिबल का डिज़ाइन गलाने और पिघलने वाले क्रूसिबल के समान सामग्री का उपयोग करने वाली अवधि के गलाने और पिघलने वाले क्रूसिबल के समान है। शंक्वाकार आकार और छोटे मुँह ने ढक्कन को जोड़ने की अनुमति दी। ये छोटे क्रूसिबल जर्मनी के कोलोनिया उल्पिया ट्रैजाना (आधुनिक ज़ांतेन) में देखे जाते हैं, जहाँ क्रूसिबल का आकार लगभग 4 सेमी है, हालाँकि, ये छोटे उदाहरण हैं।[13] बड़ी मात्रा में पीतल को संसाधित करने के लिए सीमेंटिंग के लिए खाना पकाने के बर्तन और अम्फोरा जैसे बड़े जहाजों के उदाहरण हैं; चूंकि प्रतिक्रिया कम तापमान पर होती है, इसलिए कम जले हुए सिरेमिक का उपयोग किया जा सकता है।[6]उपयोग किए जाने वाले चीनी मिट्टी के बर्तन महत्वपूर्ण हैं क्योंकि बर्तन दीवारों के माध्यम से गैस खोने में सक्षम होना चाहिए अन्यथा दबाव बर्तन को तोड़ देगा। एक बार प्रतिक्रिया समाप्त हो जाने के बाद पीतल को हटाने के लिए क्रूसिबल को खोलने के कारण सीमेंटेशन जहाजों का बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जाता है क्योंकि ज्यादातर मामलों में ढक्कन बर्तन को सख्त रूप से बेक कर लेता है या पीतल बर्तन की दीवारों का पालन कर सकता है।

मध्यकाल

तांबे और उसके मिश्र धातुओं जैसे सीसा वाले कांस्य को गलाने और पिघलाने के लिए रोमन काल के समान क्रूसिबल में पिघलाया जाता था, जिसमें भट्टियों के भीतर बैठने के लिए पतली दीवारें और सपाट आधार होते हैं। मध्यकालीन काल के अंत में सिरेमिक क्रूसिबल के लिए नई तड़के सामग्री की शुरुआत के साथ इस प्रकार की गलाने की तकनीक को बदलना शुरू हो गया। इनमें से कुछ ताम्र मिश्रधातु क्रूसिबलों का उपयोग घंटियों के निर्माण में किया जाता था। बेल फाउंड्री क्रूसिबल को लगभग 60 सेंटीमीटर बड़ा होना चाहिए।[14] ये बाद के मध्ययुगीन क्रूसिबल अधिक बड़े पैमाने पर उत्पादित उत्पाद थे।

सीमेंटेशन प्रक्रिया, जो रोमन काल के अंत से प्रारंभिक मध्ययुगीन काल तक खो गई थी, उसी तरह पीतल के साथ जारी रही। मध्ययुगीन काल में इसके पीछे की तकनीक की बेहतर समझ के कारण पीतल के उत्पादन में वृद्धि हुई। इसके अलावा, 19वीं शताब्दी तक पीतल के लिए सीमेंटेशन करने की प्रक्रिया में बहुत अधिक परिवर्तन नहीं हुआ था।[15] हालांकि, इस अवधि के दौरान सीमेंटेशन प्रक्रिया, क्रूसिबल स्टील के उत्पादन का उपयोग करके एक विशाल और अत्यधिक महत्वपूर्ण तकनीकी नवाचार हुआ। लोहे और कार्बन का उपयोग करके स्टील का उत्पादन पीतल के समान काम करता है, स्टील बनाने के लिए लोहे की धातु को कार्बन के साथ मिलाया जाता है। सीमेंटेशन स्टील के पहले उदाहरण भारत से वूट्ज़ स्टील हैं,[16] जहां क्रूसिबल अच्छी गुणवत्ता वाले निम्न-कार्बन रॉट आयरन और कार्बनिक पदार्थों जैसे पत्तियों, लकड़ी आदि से भरे हुए थे। हालांकि, क्रूसिबल के भीतर किसी भी चारकोल का उपयोग नहीं किया गया था। ये शुरुआती क्रूसिबल केवल थोड़ी मात्रा में स्टील का उत्पादन करेंगे क्योंकि प्रक्रिया समाप्त होने के बाद उन्हें तोड़ना होगा।

मध्ययुगीन काल के अंत तक, इस्पात उत्पादन भारत से आधुनिक उज़्बेकिस्तान में स्थानांतरित हो गया था, जहाँ स्टील क्रूसिबल के उत्पादन में नई सामग्री का उपयोग किया जा रहा था, उदाहरण के लिए, मुलाइट क्रूसिबल पेश किए गए थे।[17] ये रेतीली मिट्टी की क्रूसिबल थीं जो एक कपड़े की नली के चारों ओर बनाई गई थीं।[17]इन क्रूसिबल्स का उपयोग अन्य सीमेंटेशन जहाजों की तरह ही किया जाता था, लेकिन दबाव से बचने के लिए पोत के शीर्ष में एक छेद के साथ।

उत्तर मध्यकालीन

मध्यकालीन युग के अंत में और मध्यकालीन युग के बाद, नए प्रकार के क्रूसिबल डिजाइन और प्रक्रियाएं शुरू हुईं। गलाने और पिघलने वाले क्रूसिबल के प्रकार डिजाइन में अधिक सीमित होने लगे जो कुछ विशेषज्ञों द्वारा निर्मित किए जाते हैं। मध्ययुगीन काल के बाद के दौरान उपयोग किए जाने वाले मुख्य प्रकार हेसियन क्रूसिबल हैं जो जर्मनी में हेस्से क्षेत्र में बनाए गए थे। ये त्रिकोणीय बर्तन हैं जो एक पहिया पर या मोल्ड के भीतर उच्च अल्युमिना मिट्टी का उपयोग करके और शुद्ध क्वार्ट्ज रेत के साथ टेम्पर्ड किए जाते हैं।[18] इसके अलावा, एक और विशेष क्रूसिबल जो एक ही समय में बनाया गया था वह दक्षिणी जर्मनी से ग्रेफाइट क्रूसिबल था। इनका डिज़ाइन हेसे के त्रिकोणीय क्रूसिबल के समान था, लेकिन वे शंक्वाकार रूपों में भी पाए जाते हैं। इन क्रूसिबलों का पूरे यूरोप और नई दुनिया में कारोबार किया गया था।

मध्ययुगीन और उत्तर-मध्यकाल के दौरान तरीकों के शोधन ने कपल के आविष्कार का नेतृत्व किया, जो चीनी मिट्टी या हड्डी की राख से बना एक छोटा अंडा कप जैसा दिखता है, जिसका उपयोग आधार धातुओं को महान धातुओं से अलग करने के लिए किया जाता था। इस प्रक्रिया को कपेलेशन के रूप में जाना जाता है। मध्ययुगीन काल के बाद कपेलेशन बहुत पहले शुरू हो गया था, हालांकि, इस प्रक्रिया को पूरा करने के लिए बनाए गए पहले जहाजों की शुरुआत 16वीं शताब्दी में हुई थी।[19] इसी प्रक्रिया के लिए उपयोग किया जाने वाला एक अन्य बर्तन एक स्कोरीफायर है जो कपल के समान होता है लेकिन थोड़ा बड़ा होता है और सीसे को हटा देता है और उत्कृष्ट धातुओं को पीछे छोड़ देता है। कपल्स और स्कोरिफ़ायर बड़े पैमाने पर उत्पादित किए गए थे क्योंकि प्रत्येक कटौती के बाद जहाजों ने सभी सीसे को अवशोषित कर लिया था और पूरी तरह से संतृप्त हो गए थे। इन जहाजों का उपयोग धातुकर्म परख की प्रक्रिया में भी किया जाता था, जहां महान धातुओं को वस्तु के भीतर महान धातुओं की मात्रा निर्धारित करने के लिए एक सिक्के या धातु के वजन से हटा दिया जाता है।

आधुनिक समय के उपयोग

File:Czochralski method crucibles.jpg
Czochralski विधि में प्रयुक्त क्रूसिबल
File:Melting crucible.jpg
ग्रेफाइट क्रूसिबल में सोना पिघलाना
थॉमस एडीसन द्वारा प्रयुक्त तीन क्रूसिबल

अत्यधिक उच्च तापमान पर गर्म होने पर रासायनिक यौगिकों को रखने के लिए क्रूसिबल का उपयोग प्रयोगशाला में किया जाता है। क्रूसिबल कई आकारों में उपलब्ध हैं और आमतौर पर एक समान आकार के ढक्कन (कंटेनर) के साथ आते हैं। जब एक लौ पर गरम किया जाता है, तो क्रूसिबल को अक्सर पाइपक्ले त्रिकोण के अंदर रखा जाता है जो स्वयं एक तिपाई के शीर्ष पर होता है। क्रूसिबल और उनके कवर उच्च तापमान प्रतिरोधी सामग्री, आमतौर पर चीनी मिट्टी के बरतन, एल्यूमिना या रासायनिक रूप से निष्क्रिय धातु से बने होते हैं। प्लैटिनम के शुरुआती उपयोगों में से एक क्रूसिबल बनाना था। एल्यूमिना, zirconia और विशेष रूप से मैग्नीशियम ऑक्साइड जैसे सिरेमिक उच्चतम तापमान को सहन करेंगे। हाल ही में निकल और zirconium जैसी धातुओं का उपयोग किया गया है। अंदर के नमूने को गर्म करने के दौरान गैसों को बाहर निकलने की अनुमति देने के लिए ढक्कन आमतौर पर ढीले-ढाले होते हैं। क्रूसिबल और उनके ढक्कन 'उच्च रूप' और 'निम्न रूप' आकार और विभिन्न आकारों में आ सकते हैं, लेकिन छोटे 10 से 15 मिली लीटर आकार के चीनी मिट्टी के बरतन क्रूसिबल आमतौर पर गुरुत्वाकर्षण रासायनिक विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाते हैं। ये छोटे आकार के क्रूसिबल और चीनी मिट्टी के बने उनके कवर प्रयोगशालाओं में मात्रा में बेचे जाने पर काफी सस्ते होते हैं, और सटीक मात्रात्मक रासायनिक विश्लेषण में उपयोग के बाद कभी-कभी क्रूसिबल का निपटान किया जाता है। शौक की दुकानों में व्यक्तिगत रूप से बेचे जाने पर आम तौर पर एक बड़ा मार्क-अप होता है।

See also: Ash content determination

रासायनिक विश्लेषण के क्षेत्र में, क्रूसिबल का उपयोग मात्रात्मक ग्रेविमेट्रिक रासायनिक विश्लेषण में किया जाता है (विश्लेषण या इसके व्युत्पन्न के द्रव्यमान को मापकर विश्लेषण)। सामान्य क्रूसिबल का उपयोग इस प्रकार हो सकता है। रासायनिक विश्लेषण पद्धति में एक अवशेष या अवक्षेप को विशेष ऐशलेस फिल्टर पेपर पर कुछ नमूने या समाधान से एकत्र या फ़िल्टर किया जा सकता है। उपयोग किए जाने वाले क्रूसिबल और ढक्कन को एक विश्लेषणात्मक संतुलन पर बहुत सटीक रूप से पहले से तौला जाता है। कुछ संभावित धुलाई और/या इस छानना के पूर्व-सुखाने के बाद, फिल्टर पेपर पर अवशेषों को क्रूसिबल में रखा जा सकता है और तब तक गर्म किया जा सकता है (बहुत उच्च तापमान पर गरम किया जाता है) जब तक कि सभी वाष्पशीलता (रसायन विज्ञान) और नमी बाहर नहीं निकल जाती। क्रूसिबल में नमूना अवशेष। इस प्रक्रिया में राख रहित फिल्टर पेपर पूरी तरह से जल जाता है। नमूने और ढक्कन के साथ क्रूसिबल को एक जलशुष्कक में ठंडा होने दिया जाता है। अंदर के नमूने के साथ क्रूसिबल और ढक्कन को कमरे के तापमान पर पूरी तरह से ठंडा होने के बाद ही फिर से बहुत सटीक रूप से तौला जाता है (उच्च तापमान गलत परिणाम देने वाले संतुलन के आसपास हवा की धाराओं का कारण होगा)। क्रूसिबल में पूरी तरह से सूखे अवशेषों के द्रव्यमान का उत्पादन करने के लिए इस परिणाम से खाली, पूर्व-तले हुए क्रूसिबल और ढक्कन का द्रव्यमान घटाया जाता है।

छोटे छेद के साथ छिद्रित तल के साथ एक क्रूसिबल जिसे विशेष रूप से निस्पंदन में उपयोग के लिए डिज़ाइन किया गया है, विशेष रूप से गुरुत्वाकर्षण विश्लेषण के लिए, जैसा कि अभी वर्णित है, को इसके आविष्कारक फ्रैंक ऑस्टिन गूच के बाद गूच क्रूसिबल कहा जाता है।

पूरी तरह से सटीक परिणामों के लिए, क्रूसिबल को साफ चिमटे से संभाला जाता है क्योंकि उंगलियों के निशान क्रूसिबल में वजन करने योग्य द्रव्यमान जोड़ सकते हैं। चीनी मिट्टी के बरतन क्रूसिबल हीड्रोस्कोपिक हैं, i। इ। वे हवा से वजन करने योग्य नमी का थोड़ा सा अवशोषित करते हैं। इस कारण से, पूर्व-वजन से पहले चीनी मिट्टी के बरतन क्रूसिबल और ढक्कन को भी पूर्व-निकाल दिया जाता है (उच्च तापमान पर प्री-हीटिंग)। यह पूरी तरह से सूखे क्रूसिबल और ढक्कन के द्रव्यमान को निर्धारित करता है। क्रूसिबल और ढक्कन के स्थिर (पूरी तरह से सूखे) द्रव्यमान की पुष्टि करने के लिए कम से कम दो फायरिंग, कूलिंग और वेटिंग की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप क्रूसिबल, ढक्कन और नमूना अवशेषों के लिए फिर से समान द्रव्यमान की आवश्यकता होती है। चूंकि प्रत्येक क्रूसिबल और ढक्कन का द्रव्यमान अलग-अलग होता है, प्रत्येक नए क्रूसिबल/ढक्कन के लिए प्री-फायरिंग/प्री-वेटिंग किया जाना चाहिए। दुध के गाढ़ा करने का एक प्रकार का यंत्र में अंदर की हवा से नमी को अवशोषित करने के लिए जलशुष्कक होता है, इसलिए अंदर की हवा पूरी तरह से शुष्क होगी।

यह भी देखें

संदर्भ

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ग्रन्थसूची

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