क्रूसिबल

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

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

इतिहास

टाइपोलॉजी और क्रोनोलॉजी

क्रूसिबल के रूप के समय विभिन्न प्रकार के होते हैं, जिसमें डिज़ाइन उस प्रक्रिया को दर्शाता है जिसके लिए उनका उपयोग किया जाता है, इसके साथ ही साथ क्षेत्रीय भिन्नता भी दिखाई देती है। ईसा पूर्व यूरोप और ईरान में छठी/पांचवी सहस्राब्दि ईसा पूर्व से सबसे पहले क्रूसिबल के रूप में होते है।

ताम्रपाषाण

तांबे को गलाने के लिए उपयोग किए जाने वाले क्रूसिबल सामान्यतः मिट्टी से बने चौड़े उथले बर्तन के रूप में होते हैं, जिनमें रिफ्रैक्टरी गुणों की कमी होती है, जो उस समय के अन्य सिरेमिक में उपयोग की जाने वाली मिट्टी के प्रकार के समान होती है। ताम्रपाषाण काल के समय ब्लोपाइप का उपयोग करके क्रूसिबल को ऊपर से गर्म किया जाता था। इस समय के सिरेमिक क्रूसिबल में उनके डिजाइन जैसे हैंडल नॉब या पोरिंग स्पाउट्स में सामान्य संशोधन के रूप में होते है उन्हें अधिक आसानी से संभाला और डाला जाता है। इस अभ्यास के प्रारंभिक उदाहरण फ़िनन, जॉर्डन में देखा जा सकता है। इन क्रूसिबलों में अच्छी अदली बदली की अनुमति देने के लिए हैंडल जोड़े जाते है, चूंकि क्रूसिबल के खराब संरक्षण के कारण टोंटी डालने का कोई प्रमाण नहीं मिलता है। इस अवधि के समय क्रूसिबल का मुख्य उद्देश्य उस क्षेत्र में अयस्क को बनाये रखना था जहां गर्मी को आकार देने से पहले अशुद्धियों से अलग करने के लिए केंद्रित किया गया था.[6]

कर्मा के धार्मिक परिसर में 2300 -1900 ईसा पूर्व का कांस्य ढलाई के लिए एक क्रूसिबल भट्टी के रूप में पाया गया है।

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।

रोमन काल नई मिश्र धातुओं के उत्पादन के लिए उपयोग की जाने वाली नई विधियों के लिए क्रूसिबल के साथ प्रोद्योगिकीय नये विचारो को दर्शाता है। हीटिंग प्रोद्योगिकीय और क्रूसिबल डिज़ाइन दोनों को गलाने और पिघलने की प्रक्रिया भी बदल गई। क्रूसिबल अधिक शंक्वाकार आकार के साथ गोल या नुकीले तल वाले जहाजों के रूप में बदल गया; जो कि प्रागैतिहासिक प्रकारों के विपरीत होती है, जो आकार में अनियमित रूप में होते है और ऊपर से गर्म होते थे। इन डिजाइनों ने चारकोल के भीतर अधिक स्थिरता प्रदान की है। इन क्रूसिबल में कुछ स्थितियों में पतली दीवारें होती हैं और इनमें अधिक रिफ्रैक्टरी गुण के रूप में होते हैं।

रोमन काल के समय धातु के काम की एक नई प्रक्रिया प्रारंभ हुई, सीमेंटेशन प्रक्रिया, जिसका उपयोग पीतल के उत्पादन में किया जाता था। इस प्रक्रिया में मिश्रधातु बनाने के लिए धातु और गैस का संयोजन के रूप में सम्मलित होते है। पीतल को ठोस तांबे की धातु को जिंक ऑक्साइड या कार्बोनेट के साथ मिलाकर बनाया जाता है, जो कैलामाइन खनिज या स्मिथसोनिट के रूप में आता है। इसे लगभग 900 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, जिंक ऑक्साइड वाष्पीकृत होकर गैस के रूप में बन जाता है और जिंक गैस पिघले हुए तांबे के साथ जुड़ जाती है। यह प्रतिक्रिया आंशिक रूप से बंद कंटेनर में होनी चाहिए अन्यथा जस्ता वाष्प तांबे के साथ प्रतिक्रिया करने से पहले ही निकल जाएगी। सीमेंटेशन क्रूसिबल, इसलिए एक ढक्कन के रूप में 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 होते है। शंक्वाकार आकार और छोटे मुँह ने ढक्कन को जोड़ने की अनुमति प्रदान करता है। ये छोटे क्रूसिबल जर्मनी के कोलोनिया उल्पिया ट्रैजाना आधुनिक ज़ांतेन के रूप में देखे जाते हैं, जहाँ क्रूसिबल का आकार लगभग 4 सेमी होता है, चूँकि ये छोटे उदाहरण के रूप में होते है। बड़ी मात्रा में पीतल को संसाधित करने के लिए सीमेंटिंग के लिए खाना पकाने के बर्तन और अम्फोरा जैसे बड़े जहाजों के उदाहरण के रूप में हैं; चूंकि प्रतिक्रिया कम तापमान पर होती है, इसलिए कम जले हुए सिरेमिक का उपयोग किया जाता है। उपयोग किए जाने वाले चीनी मिट्टी के बर्तन महत्वपूर्ण होते है, 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 स्थितियों 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। इस प्रकार मध्यकालीन काल के अंत में सिरेमिक क्रूसिबल के लिए नई ताप सामग्री की शुरुआत के साथ इस प्रकार की गलाने की प्रोद्योगिकीय को बदलना प्रारंभ हो गया। इनमें से कुछ ताम्र मिश्रधातु क्रूसिबलों का उपयोग घंटियों के निर्माण में किया जाता था। बेल फाउंड्री क्रूसिबल को लगभग 60 सेंटीमीटर में बड़ा होना चाहिए। इस प्रकार ये बाद के मध्ययुगीन क्रूसिबल इन सबसे अधिक उत्पादित वस्तुएं के रूप में थीं।

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 प्रोद्योगिकीय की बहुत अच्छी समझ के कारण पीतल के उत्पादन में वृद्धि हुई। इसके अतिरिक्त 19वीं शताब्दी तक पीतल के लिए सीमेंटेशन करने की प्रक्रिया में बहुत अधिक परिवर्तन नहीं हुआ था।

चूंकि, इस अवधि के समय सीमेंटेशन प्रक्रिया, क्रूसिबल स्टील के उत्पादन का उपयोग करके एक विशाल और अत्यधिक महत्वपूर्ण प्रोद्योगिकीय नवाचार प्रारम्भ 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 के रूप में हैं, जहां क्रूसिबल अच्छी गुणवत्ता वाले निम्न कार्बन रॉट आयरन और कार्बनिक पदार्थों जैसे पत्तियों, लकड़ी आदि से भरे हुए थे। चूंकि, क्रूसिबल के भीतर किसी भी चारकोल का उपयोग नहीं किया गया था। ये प्रारंभिक क्रूसिबल केवल थोड़ी मात्रा में स्टील का उत्पादन करते है, क्योंकि प्रक्रिया समाप्त होने के बाद उन्हें तोड़ना पड़ता है।

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 के रूप में प्रस्तुत किए गए थे। ये रेतीली मिट्टी की क्रूसिबल के रूप में थीं, जो एक कपड़े की नली के चारों ओर बनाई गई थीं। 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 होता था।

उत्तर मध्यकालीन

मध्यकालीन युग के अंत में और मध्यकालीन युग के बाद, नए प्रकार के क्रूसिबल डिजाइन और प्रक्रियाएं प्रारंभ 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 समय उपयोग किए जाने वाले मुख्य प्रकार हेसियन क्रूसिबल के रूप में होते है, जो जर्मनी में हेस्से क्षेत्र में बनाए गए थे। ये त्रिकोणीय बर्तन के रूप में होते है, जो एक पहिया पर या मोल्ड के भीतर उच्च अल्युमिना मिट्टी का उपयोग करके और शुद्ध क्वार्ट्ज रेत के साथ टेम्पर्ड किए जाते हैं। इसके अतिरिक्त एक और विशेष क्रूसिबल होते है, जो एक ही समय में बनाया गया था वह दक्षिणी जर्मनी से ग्रेफाइट क्रूसिबल के रूप में है। 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 समय विधियों 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 नोबेल 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 प्रारंभ हो गया था, चूंकि, इस प्रक्रिया को पूरा करने के लिए बनाए गए पहले जहाजों की शुरुआत 16वीं शताब्दी में हुई थी। इसी प्रक्रिया के लिए उपयोग किया जाने वाला एक अन्य बर्तन एक स्कोरीफायर के रूप में होते 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 नोबेल धातुओं को वस्तु के भीतर नोबेल 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

ग्रेफाइट क्रूसिबल में सोना पिघलाना

File:Menlo Lab Cruicibles.jpg

थॉमस एडीसन द्वारा प्रयुक्त तीन क्रूसिबल

अत्यधिक उच्च तापमान पर गर्म होने पर रासायनिक यौगिक को रखने के लिए क्रूसिबल का उपयोग प्रयोगशाला में किया जाता है। क्रूसिबल कई आकारों में उपलब्ध होती है और सामान्यता एक समान आकार के ढक्कन (कंटेनर) के साथ आते हैं। जब इसे एक लौ पर गरम किया जाता है, तो क्रूसिबल को सदैव पाइपक्ले त्रिकोण के अंदर रखा जाता है जो स्वयं एक तिपाई के शीर्ष पर होता है। क्रूसिबल और उनके कवर उच्च तापमान प्रतिरोधी सामग्री, सामान्यता चीनी मिट्टी के बरतन, एल्यूमिना या रासायनिक रूप से निष्क्रिय धातु से बने होते हैं। प्लैटिनम के शुरुआती उपयोगों में से एक क्रूसिबल बनाना होता था। एल्यूमिना, ज़िरकोनिया और विशेष रूप से मैग्नीशियम ऑक्साइड जैसे सिरेमिक उच्चतम तापमान को सहन करते है। हाल ही में निकल और ज़िरकोनियम जैसी धातुओं का उपयोग किया गया है। अंदर के नमूने को गर्म करने के समय गैसों को बाहर निकलने की अनुमति देने के लिए ढक्कन सामान्यता ढीले-ढाले स्वरूप में होते है। 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 सामान्यता गुरुत्वाकर्षण रासायनिक विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाते हैं। ये छोटे आकार के क्रूसिबल और चीनी मिट्टी के बने होते है, 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। हॉबी शॉप में व्यक्तिगत रूप से बेचे जाने पर सामान्यता एक बड़ा मार्क-अप होता है।

See also: ऐश सामग्री निर्धारण

रासायनिक विश्लेषण के क्षेत्र में एक विश्लेषक या उसके व्युत्पन्न की मात्रा को मापकर परिमाणात्मक ग्रैविमेट्रिक रासायनिक विश्लेषण विश्लेषण में क्रूसिबल का प्रयोग किया जाता है विश्लेषण सामान्य क्रूसिबल का उपयोग इस प्रकार होता 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। इस प्रकार उपयोग किए जाने वाले क्रूसिबल और ढक्कन को एक विश्लेषणात्मक संतुलन पर बहुत यथार्थ रूप से पहले से तौला जाता है। कुछ संभावित धुलाई और/या इस फिल्टट्रेट के पूर्व सुखाने के बाद फिल्टर पेपर पर अवशेषों को क्रूसिबल में रखा जाता है और उसे बहुत ही उच्च तापमान पर तब तक गर्म किया जा सकता है, जब तक कि सभी वाष्पशीलता रसायन विज्ञान और नमी क्रूसिबल में नमूना अवशेष से बाहर निकाल नहीं दी जाती है। 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 यथार्थ रूप से तौला जाता है उच्च तापमान गलत परिणाम देने वाले संतुलन के आसपास हवा की धाराओं का कारण होता है। क्रूसिबल और ढक्कन को बिल्कुल ठीक-ठीक माप लिया जाता है.खाली, तौला जाने वाला और ढक्कन के ढेर को इस परिणाम से घटाया जाता है जिससे क्रूसिबल में सूखे अवशेष का द्रव्यमान उत्पन्न होता 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 बनाया गया है, जैसा कि अभी वर्णित है, और इसके आविष्कारक फ्रैंक ऑस्टिन गूच के बाद गूच क्रूसिबल कहा जाता है।

पूरी तरह से यथार्थ परिणामों के लिए, क्रूसिबल को क्लीन टंग से संभाला जाता है क्योंकि उंगलियों के निशान क्रूसिबल में वजन करने योग्य द्रव्यमान जोड़ सकते हैं। चीनी मिट्टी के बरतन क्रूसिबल हीड्रोस्कोपिक के रूप में होते है, जैसे वे हवा से वजन करने योग्य नमी का थोड़ा सा अवशोषित करते हैं। इस कारण से, पूर्व-वजन से पहले चीनी मिट्टी के बरतन उच्च तापमान पर प्री-हीटिंग क्रूसिबल और ढक्कन को पूर्व-निकाल दिया जाता है। 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 रूप में 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 रूप में होता है, इसलिए अंदर की हवा पूरी तरह से शुष्क रूप में होती है।

यह भी देखें

• हेसियन क्रूसिबल
• माइक्रो-पुलिंग-डाउन
• लेडल (धातु विज्ञान)
• वैक्स मेलटर

ग्रन्थसूची

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