เหล็ก คุณเคยเห็นภาชนะเหล็กหลอมเหลวในการผลิตเหล็กหรือไม่ ไม่มีอะไรผิดปกติกับสิ่งที่คล้ายเหยือกบรรจุของเหลวที่ถูกเผาไหม้มากกว่าหนึ่งพันองศา เหตุใดภาชนะเหล็กหลอมเหลวจึงทนต่ออุณหภูมิสูงได้ ภาชนะชนิดนี้เรียกว่าเบ้าหลอมนอกจากจะใช้ทำเหล็กแล้วยังใช้กลั่นน้ำมันและเก็บสารเคมีอีกด้วย มันจะไม่ละลาย ไม่สึกกร่อน และดูคงกระพันต่อพิษทั้งปวง

ถ้วยใส่ตัวอย่างเป็นภาชนะที่ใช้เป็นพิเศษ สำหรับการให้ความร้อนแก่ของแข็งที่อุณหภูมิสูง สามารถปรับแต่งรูปแบบและขนาดตามปัจจัยต่างๆเช่น ขนาดการผลิตและขนาดแบทช์ การผลิตถ้วยใส่ตัวอย่างมีขั้นตอนที่แน่นอน และมาตรฐานที่เข้มงวด ถ้วยใส่ตัวอย่างสามารถบรรจุของแข็งโดยตรงและเผาที่อุณหภูมิสูง และสสารที่อยู่ภายในจะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวและไม่เคลื่อนที่เลย

หากเดิมทีสารอยู่ในรูปของสารละลายและจำเป็นต้องทำให้เข้มข้น ตกผลึก หรือระเหย ก็สามารถใส่ลงในถ้วยใส่ตัวอย่างโดยตรงเพื่อทำให้เย็นลงได้ ดังนั้น วัสดุที่ใช้ทำถ้วย ใส่ตัวอย่างก็จะแตกต่างกันไปตามการใช้งานด้วย ถ้วยใส่ตัวอย่างที่ใช้ในโลหวิทยาทำจากเหล็กหล่อ ซึ่งสามารถใช้หลอมวัสดุโลหะผสมต่างๆเช่น โลหะผสมอะลูมิเนียม โลหะผสมสังกะสี และโลหะผสมตะกั่ว

เมื่อหลอมโซเดียมไฮดรอกไซด์ จะใช้ถ้วยใส่ตัวอย่างที่ทำจากโลหะที่ไม่ใช้งานเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่มีความเป็นด่างสูง ถ้วยใส่ตัวอย่างที่ทำจากโลหะเฉื่อยเหมาะสำหรับการจับสารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง ถ้วยใส่ตัวอย่างโลหะ ได้แก่ถ้วยใส่ตัวอย่างอลูมินา ถ้วยใส่ตัวอย่างเงิน ถ้วยใส่ตัวอย่างแพลทินัม และถ้วยใส่ตัวอย่างนิกเกิล

วัสดุอื่นๆได้แก่ ถ้วยใส่ตัวอย่างควอตซ์ ถ้วยใส่ตัวอย่างกราไฟต์ ถ้วยใส่ตัวอย่างพอร์ซเลน และถ้วยใส่ตัวอย่างซิลิคอนคาร์ไบด์ จุดหลอมเหลวของวัสดุแต่ละชนิดจะแตกต่างกัน และยังแตกต่างกันอีกด้วยอย่างไรก็ตาม ไม่ว่าจะเป็นถ้วยใส่ตัวอย่าง ชนิดใด จุดหลอมเหลวจะสูงมาก และต้องแน่ใจว่าสารที่บรรจุอยู่จะไม่กัดกร่อน และปฏิกิริยาเคมีหรืออุณหภูมิความร้อนจะไม่ละลาย

ถ้วยใส่ตัวอย่างทำจากวัสดุที่แตกต่างกันเนื่องจากสารต่างๆที่มีอยู่ในนั้น และมีหลายชนิด ในชีวิตประจำวันสิ่งที่เราใช้กันมากที่สุดคือเบ้าหลอมสำหรับการผลิต เหล็ก จุดหลอมเหลวของเหล็กอยู่ที่ประมาณ 1,500 องศา ดังนั้นจุดหลอมเหลวของเบ้าหลอมจะต้องมากกว่า 1,600 องศาเป็นอย่างน้อย มิฉะนั้น มีโอกาสหลอมเหลวได้เหล็กน้อยมาก

มนุษย์มีความชำนาญในเทคโนโลยีการผลิตเหล็กมานานแล้ว แต่สิ่งหนึ่งที่น่าสงสัยมาก ในสมัยโบราณไม่มีเทคโนโลยีขั้นสูงเช่นนี้ ผู้เชี่ยวชาญการผลิตเหล็กใช้อะไรทำถ้วยใส่ตัวอย่าง ในปี ค.ศ. 1742 ชาวอังกฤษชื่อฮันท์สแมนใช้เบ้าหลอมที่ทำจากดินเพื่อเผาวัสดุเหล็กที่มีคาร์บูไรซ์ เนื่องจากดินเหนียวเป็นส่วนผสมของแร่ธาตุต่างๆ จึงมีปริมาณคาร์บอนสูงและไม่มีจุดหลอมเหลวคงที่

แต่จะอ่อนตัวลงเมื่อถึงจุด อุณหภูมิที่แน่นอน ดังนั้น เบ้าหลอมดินเหนียวยังคงดูดซับคาร์บอนในวัสดุเหล็กในระหว่างกระบวนการให้ความร้อน ทำให้วัสดุเหล็กอ่อนลง และช่วยให้บุคคลนี้ได้รับหม้อเหล็กหลอมเหลว จากนั้นนายพรานจะหล่อหลอมเหล็กหลอมให้เป็นรูปร่างตามที่เขาต้องการ นี่เป็นวิธีการผลิตเหล็กในเบ้าหลอมกราไฟต์ใน ยุคแรกๆ

เมื่ออุตสาหกรรมโลหการในยุโรปพัฒนาขึ้น ผู้คนไม่เพียงแต่ใช้กราไฟต์ทำถ้วยใส่ตัวอย่างเท่านั้น แต่ยังใช้วัสดุต่างๆเช่น ควอตซ์และเซรามิกด้วย ความหักเหของควอตซ์อยู่ระหว่าง 1,750 องศาถึง 1,800 องศา และจุดหลอมเหลวของเซรามิกจะสูงกว่าควอตซ์ซึ่งสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 2,000 องศา และยังคงรักษาความเสถียรทางเคมีได้ดีมากภายใต้อุณหภูมิสูง

เมื่ออุตสาหกรรมโลหวิทยาของยุโรปพัฒนาขึ้น มีวัสดุใส่ถ้วยใส่ตัวอย่างหลายประเภทอยู่แล้ว ชาวยุโรปใช้ถ้วยใส่ตัวอย่างเหล่านี้ในการถลุงโลหะผสมทองแดง และเหล็กกล้าคุณภาพสูง ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอุตสาหกรรม ถ้วยใส่ตัวอย่างที่มีความทนทานมากขึ้นได้ปรากฏขึ้นเช่นถ้วยใส่ตัวอย่างเพชร จุดหลอมเหลวของเพชรนั้นสูงกว่าเซรามิกมาก ระหว่าง 3,550 องศาถึง 4,000 องศา

ไม่ว่าจะถลุงโลหะอะไรก็ตาม มันก็เพียงพอแล้ว ในความเป็นจริงแล้ว เมื่อพูดถึงโลหวิทยา มันสามารถย้อนไปถึงยุคสำริด ซึ่งเป็นยุคที่มีถ้วยใส่ตัวอย่างจริง เครื่องสำริดที่เก่าแก่ที่สุดปรากฏขึ้นในสมัยบาบิโลน ซึ่งมีประวัติยาวนานกว่า 6,000 ปี เครื่องสำริดในประเทศของเราปรากฏขึ้นในสมัยราชวงศ์เซี่ย แม้ว่าจะไม่มีบันทึกที่เป็นลายลักษณ์อักษรเกี่ยวกับราชวงศ์นี้แต่บางคนก็ยังสงสัย

ภาชนะสำริดสำหรับพิธีกรรมที่ขุดพบจากแหล่งเอ้อหลี่โถว โฮมูวูดิง ในประเทศจีนปัจจุบันเป็นเครื่องสำริดที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่ขุดพบ คนโบราณใช้ถ้วยใส่ตัวอย่างในการทำโฮมูวูดิงแล้ว เบ้าหลอมเครื่องปั้นดินเผาขนาดใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 83 เซนติเมตร และความหนา 4 ถึง 5 เซนติเมตร ถูกขุดพบจากซากปรักหักพังหยินในเมืองอันหยาง มณฑลเหอหนาน

ถ้วยใส่ตัวอย่างแต่ละใบสามารถหลอมทองสัมฤทธิ์ได้ 200 กิโลกรัม และต้องมีถ้วยใส่ตัวอย่างอย่างน้อย 6 ถ้วยเพื่อทำโฮมูวูดิง คนสมัยก่อนใช้ถ้วยใส่ตัวอย่างในการทำโฮมูวูดิง และเครื่องปั้นดินเผาปรากฏขึ้นในยุคหินใหม่ ดังนั้นจึงสามารถคาดเดาได้ว่าเครื่องปั้นดินเผาของราชวงศ์เซี่ย จะถูกเผาในถ้วยใส่เครื่องปั้นดินเผาด้วย ถ้วยใส่ตัวอย่างเครื่องปั้นดินเผายุคแรกมีที่จับและพวยกา

ซึ่งก้าวหน้ามากแม้แต่ถ้วยใส่ตัวอย่างดินเหนียวที่นายพรานประดิษฐ์ขึ้นในปี ค.ศ. 1742 ก็ไม่ได้ดีไปกว่าถ้วยใส่ตัวอย่างที่คนโบราณสร้างเมื่อหลายพันปีก่อน ใครจะจินตนาการได้ว่าภูมิปัญญาของคนสมัยก่อนนั้นยอดเยี่ยมเพียงใดที่เคยเป็น ในยุคโรมันโบราณด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการให้ความร้อน เทคโนโลยีโลหวิทยาของเบ้าหลอมได้รับการคิดค้นขึ้น

วิธีการคาร์บูไรซิ่งได้เข้าสู่ขั้นตอนของโลหวิทยาสำหรับการผลิตทองเหลือง นวัตกรรมเทคโนโลยีการถลุงเบ้าหลอมในกรุงโรมโบราณเนื่องจากต้องได้รับความร้อนถึง 900 องศา และสังกะสีออกไซด์จะระเหยกลายเป็นก๊าซเพื่อรวมตัวกับทองแดงที่หลอมเหลว ปฏิกิริยาเคมีจึงต้องดำเนินการในภาชนะปิด ดังนั้นถ้วยใส่ตัวอย่างจึงถูกปิดไว้

ในยุคกลาง เกือบทุกประเทศในโลกมีความเชี่ยวชาญในเทคโนโลยีการผลิตเหล็กบางอย่าง เบ้าหลอมได้รับการอัพเกรดอย่างมากอีกครั้ง และเหล็กคุณภาพสูงชนิดหนึ่งที่เรียกว่า wootz steel ปรากฏในผลิตภัณฑ์เหล็ก ซึ่งสามารถใช้ทำสงครามได้อาวุธ ชุดเกราะ เป็นต้น ถ้วยใส่ตัวอย่างคุณภาพสูงที่ทันสมัย ในยุคปัจจุบัน อุตสาหกรรมมีความต้องการเหล็กที่สูงขึ้น

โดยปกติแล้ว ถ้วยใส่ตัวอย่างจะต้องได้รับการอัพเกรดหลายครั้งเพื่อตอบสนองความต้องการของการผลิตเหล็ก และวัสดุต่างๆก็มีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆสิ่งเหล่านี้ไม่ได้จำกัดอยู่แค่วัสดุชนิดเดียวอีกต่อไป แต่วัสดุคอมโพสิตความต้องการสูงของอุตสาหกรรมสมัยใหม่สำหรับเหล็กทำให้วัสดุของถ้วยใส่ตัวอย่างมีความซับซ้อนมากขึ้น ถ้วยใส่

ตัวอย่างดินเหนียวในศตวรรษที่ 18 ถูกกล่าวถึงก่อนหน้านี้ แต่ถ้วยใส่ตัวอย่างกราไฟต์ที่ใช้ในปัจจุบันมีความทนทานมากกว่า และวัสดุหลักที่ใช้คือกราไฟต์ธรรมชาติที่เป็นผลึก กราไฟต์เป็นธาตุคาร์บอนชนิดหนึ่ง ทั้งตัวมีสีเทาดำ ทึบแสง มีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียร จุดหลอมเหลวอยู่ระหว่าง 3652 องศาถึง 3697 องศา และจุดเดือดอยู่ที่ 4830 องศาทนต่อการกัดกร่อนและไม่แตกง่าย

ทำปฏิกิริยากับกรดและด่าง แม้ว่าเบ้าหลอมกราไฟท์จะต้องถูกออกซิไดซ์ แต่การออกซิเดชั่นก็สม่ำเสมอ มันไม่ง่ายที่จะกินทอง และการสูญเสียการผลิตก็ต่ำมาก หากใช้ร่วมกับการเคลือบควอทซ์ เอฟเฟกต์จะเพิ่มเป็นสองเท่า นอกจากการถลุงเหล็กและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กแล้ว ถ้วยใส่ตัวอย่างกราไฟต์ยังมีความสำคัญอย่างมากในอุตสาหกรรมพลังงานอีกด้วย

ถ้วยใส่ตัวอย่างกราไฟต์เป็นที่นิยมอย่างมากในปัจจุบันและผลิตในปริมาณมากนอกจากถ้วยใส่ตัวอย่างกราไฟต์แล้ว ถ้วยใส่ตัวอย่างโมลิบดีนัมยังเป็นถ้วยใส่ตัวอย่างที่ดีที่สุด ในบรรดาถ้วยใส่ตัวอย่างที่ทันสมัยอีกด้วย โลหะโมลิบดีนัมเป็นธาตุที่สัตว์ต้องการ สารธรรมดาคือโลหะสีเงินขาว ค่อนข้างเหนียว จุดหลอมเหลวประมาณ 2620 องศา จุดเดือดสูงถึง 4639 องศา

เป็นโลหะหายากที่ละลายได้ยากโมลิบดีนัมมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเล็กน้อย มีความแข็งแรงสูง และมีการนำไฟฟ้านอกจากนี้ ยังทนต่อการกัดกร่อนและมีการนำความร้อนได้ดี ใช้ในอุตสาหกรรมโลหวิทยาและโลหะหายาก แน่นอน ถ้วยใส่ตัวอย่างทังสเตนก็ทรงพลังมากเช่นกัน ทนความร้อนสูง เห็นได้จากการใช้ลวดทังสเตนของเอดิสันเป็นเส้นใยของหลอดไฟฟ้า

สารที่เป็นองค์ประกอบของทังสเตน ยังเป็นโลหะสีเงินขาวมันวาวที่มีความแข็งสูง และมีจุดหลอมเหลว3410 องศา จุดเดือดสูงกว่าโมลิบดีนัมและกราไฟต์ที่ 5,660 องศา คุณสมบัติทางเคมีค่อนข้างคงที่

บทความที่น่าสนใจ : ลุ่มน้ำเสฉวน ทำความเข้าใจว่าลุ่มน้ำเสฉวนกลายเป็นทะเลสาบได้อย่างไร