|
Có cần phải bàn luận hay không?
- “Nước bọt chó sói” - Phát minh của
vị dược sư vĩ đại - Vận
may đă đến với hai anh em - “Thép tự
tôi” của Miuset” - Không định né tránh - Màu
hoa đào - Những thí nghiệm ở Petecbua - Thành
công của các kỹ sư Đức.
Tên gọi của nhiều nguyên tố tự nói
về lai lịch của ḿnh: hyđro có nghĩa là
“sinh ra nước”; cacbon có nghĩa là “sinh ra
than”; menđelevi, enstani, fecmi, curi, kursatovi là để
tưởng niệm các nhà bác học xuất
sắc; europi, amerixi, franxi, gecmani, califoni là xuất
phát từ những địa danh. Nhưng cũng
có những nguyên tố mà tên gọi của chúng,
như người ta thường nói, cần
phải bàn luận. Vonfram vốn thuộc nguyên
tố như vậy.
Ngay cả việc định nghĩa của
từ “vonfram” - nước bọt chó sói - cũng
chưa chắc đă giải thích được
nguồn gốc của tên gọi này. Thực ra,
liệu cái nguyên tố thuộc nhóm IV của
hệ thống tuần hoàn Đ. I. Menđelêep có
thể có cái ǵ chung với con thú rừng dữ
tợn ấy không?
... Từ thời cổ xưa, các nhà luyện kim
đă lắm phen vấp phải một hiện tượng
quái lạ: thỉnh thoảng, do những nguyên nhân
hết sức khó hiểu, lượng thiếc
nấu từ quặng ra bị giảm sút ghê
gớm. V́ các chỉ tiêu kinh tế -kỹ
thuật của việc nấu luyện không
thể không làm cho tổ tiên chúng ta lo lắng nên
họ bắt đầu chăm chú theo dơi
quặng thiếc đưa vào ḷ nấu
luyện. Chẳng mấy chốc, họ đă
nhận thấy một quy luật: điều
kiện phiền toái nảy sinh khi mà trong
quặng có những ḥn đá nặng màu nâu
hoặc màu xám hơi vàng. Kết luận đó
tự nói lên một điều: ḥn đá đă
"ngốn thiếc như chó sói ngốn
thịt cừu” vậy. Và cứ như thế
th́ cứ gọi thứ đá độc ác này là
“nước bọt chó sói” - vonframit. Ở
một số nước khác, chẳng hạn,
ở Thụy Điển, cũng gặp thứ
đá tương tự nó được gọi
là “tungsten”, nghĩa là “đá nặng”.
Việc phát minh ra vonfram gắn liền với tên
tuổi của nhà hóa học nổi tiếng người
Thụy Điển Carl Vinhen Sele (Karl Wilhelm Scheele).
Vốn là một dược sư, ông đă làm
nhiều việc tại nhiều pḥng bào chế
thuốc của nhiều thành phố, tại đó,
ông cũng tiến hành nhiều cuộc nghiên
cứu khoa học. Năm 1871, Sele đă xác định
được rằng, tungsten (sau này được
gọi là seelit) là muối của một axit mà
thời bấy giờ chưa ai biết, và ông
đă tách được từ nó ra một
thứ bột trắng - đó là oxit của nguyên
tố mới này. Nhưng rồi công việc
của ông cũng không đi xa hơn thế
nữa.
Các nhà hóa học Tây Ban Nha - hai anh em Fauxto (Fausto
d’ Eluar) và Hoan Hoze đe Eluar (Juan Jose d’ Eluar)
đă rất quan tâm đến vấn đề
tungsten: họ bắt đầu tiến hành các thí
nghiệm với vonframit và tungsten. Chỉ hai năm
sau, họ đă đạt được kết
quả: sau khi trộn lẫn thứ bột
trắng thu được từ vonframit với
than gỗ tán nhỏ, họ đốt thật nóng
hỗn hợp này trong ḷ nung. Sau thí nghiệm, khi
ḷ nung đă nguội, họ mở ra và phát
hiện thấy trong đó có một chất
mầu nâu thẫm dễ tan vụn trong tay. Dùng kính
lúp để soi, các nhà bác học nhận
thấy rong bột này có một, hai rồi ba viên
kim loại nhỏ, h́nh cầu. Đó chính là
vonfram. Nh́n những hạt kim loại mới này,
liệu hai anh em đe Eluar có nghĩ là nó có vinh
dự tạo nên một bước ngoặt
thực sự trong công nghiệp hay không?
Năm 1864, một nhà bác học Anh tên là Robec
Miuset (Robert Mushet) đă lần đầu tiên dùng
vonfram (chừng 5 %) làm nguyên tố điều
chất cho thép. Thứ thép từng đi vào
lịch sử ngành luyện kim với cái tên “thép
tự tôi của Miuset” có thể chịu đựng
được sự nung đỏ, mà độ
cứng của nó không những vẫn giữ
được, lại c̣n tăng thêm, nghĩa là
nó có tính chất tự tôi. Dao cắt gọt làm
bằng thép này cho phép tăng tốc độ
cắt gọt kim loại lên một lần rưỡi
(tăng từ 5 mét lên 7,5 mét trong một phút).
Bốn chục năm sau đă xuất hiện thép
gió chứa tới 8% vonfram. Lúc ấy, tốc
độ cắt kim loại đă lên đến
18 mét trong một phút. Qua mấy năm nữa,
tốc độ cắt kim loại lại
được nâng lên đến 35 mét trong
một phút. Thế là chỉ trong ṿng nửa
thế kỷ, vonfram đă nâng năng suất
của các máy cắt gọt kim loại lên
bảy lần!
Làm thế nào để nâng cao tốc độ
cắt gọt hơn nữa? Thép th́ hẳn là không
đủ sức rồi, và ngay cả vonfram cũng
không giúp được ǵ hơn. Chẳng lẽ
đă đến giới hạn rồi ư?
Lẽ nào không thể cắt kim loại nhanh hơn?
Vẫn là vonfram trả lời. Không đâu, nó chưa
cạn hết sức lực và không định né
tránh nhiệt độ cao trong cuộc chiến
đấu cho tốc độ gia công kim loại.
Năm 1907 đă chế tạo được
hợp kim stelit gồm vonfram, crom, coban; hợp kim này
đă trở thành thủy tổ của các
hợp kim cứng mà hiện nay đang được
sử dụng rất rộng răi - những
hợp kim cho phép nâng tốc độ cắt
gọt hơn nữa. Ngày nay, tốc độ
cắt gọt đă lên đến 2000 mét trong
một phút.
Từ 5 đến 2000! Chặng đường mà
kỹ thuật gia công kim loại đă đi qua
thật là vĩ đại biết chừng nào! Các
vật liệu chứa vonfram ngày càng mới là
những cái mốc trên chặng đường
đó.
Các hợp kim cứng hiện này là hỗn
hợp của các loại cacbua của vonfram và
của một số kim loại khác (titan, niobi,
tantali) được chế tạo bằng cách
thiêu kết. Ở đây, các hạt cacbua dường
như được gắn kết bởi coban.
Ngay cả ở 1000 độ C, các vật
liệu như vậy vẫn không mất tính
cứng, chính v́ vậy nên chúng chấp nhận
được tốc độ cắt gọt
rất cao. Độ cứng của hợp kim
relit (một trong những hợp kim được
chế tạo trên nền vonfram cacbua) lớn đến
nỗi, nếu ta cà cái giũa lên một mẫu
hợp kim ấy th́ trên cái giũa sẽ c̣n
lại một đường rănh do mẫu
hợp kim để lại.
Gia công kim loại là hướng chính nhưng không
phải là hướng duy nhất để vonfram
xâm nhập vào kỹ thuật. Ngay từ giữa
thế kỷ trước người ta đă
nhận thấy rằng, vải tấm muối
natri vonframat có tính chịu lửa. Lúc bấy
giờ, các loại thuốc nhuộm màu chứa
vonfram (màu vàng, xanh nước biển, trắng, tím,
xanh lục, xanh da trời) đă được
sử dụng rộng răi. Các chất màu này c̣n
được sử dụng trong hội họa,
trong việc sản xuất đồ gốm,
đồ sứ. Cho đến nay vẫn c̣n
giữ được một số đồ
sứ đẹp tuyệt trần sản xuất
từ thế kỷ XVII ở Trung Quốc mà theo yêu
cầu của hoàng đế, chúng được
nhuộm màu hoa đào, đẹp khác thường.
Theo truyền thuyết, để tạo được
màu này, các nghệ nhân ngày xưa đă phải
thực hiện gần tám ngàn thí nghiệm
với các khoáng vật và các hợp chất khác
nhau. Phép phân tích hóa học mới được
tiến hành gần đây đă cho biết
rằng, vonfram oxit làm cho sứ có màu sắc
dịu dàng như vậy.
Năm 1860, người ta đă tạo được
hợp kim của vonfram với sắt bằng cách
nung nóng gang với axit vonframic. Độ cứng
của hợp kim này đă khiến nhiều nhà hóa
học và nhiều nhà luyện kim phải ngạc
nhiên. Chẳng bao lâu sau đă hoàn thành được
phương thức công nghiệp để
sản xuất ferovonfram - đó đă là động
lực thúc đẩy mạnh mẽ việc
sử dụng vonfram trong ngành luyện kim.
Phải đợi một số năm nữa
mới thực thi được những ư định
đầu tiên nhằm đưa vonfram vào thép làm
súng và đại bác. Cuối thế kỷ trước,
giáo sư V. N. Lipin - một trong những người
tổ chức việc sản xuất các loại
thép điều chất ở nước Nga
(về sau đă trở thành viện sĩ thông
tấn viện hàn lâm khoa học Liên Xô), đă
luyện được loại thép như vậy
tại nhà máy Putilop ở Petecbua. Chỉ cần
pha thêm một lượng nhỏ vonfram vào thép cũng
nâng cao rơ rệt khả năng của ṇng súng và
ṇng đại bác chống lại sự ăn ṃn
do khói thuốc súng gây nên. Các kỹ sư Đức
đă đánh giá đúng ư nghĩa của
việc làm sớm hơn những người khác.
Trong những năm chiến tranh thế giới
thứ nhất, đại bác hạng nhẹ
của Đức có thể bắn được
mười lăm ngàn phát, trong khi đó, đại
bác của Nga và Pháp chỉ bắn được
từ sáu đến tám ngàn phát th́ hỏng.
Lẽ tự nhiên, lượng quặng vonfram khai
thác được trong những năm đó
đă tăng lên đột ngột. Nếu như
trong những năm 90 của thế kỷ trước,
mỗi năm thế giới chỉ khai thác
được chừng 200 - 300 tấn quặng
vonfram, th́ ngay trong năm 1910 đă khai thác 8 ngàn
tấn và trong năm 1918 đă lên đến 35 ngàn
tấn.
Song dù sao vẫn thiếu vonfram. Nước Đức
hầu như không có nguồn riêng về kim
loại này nên lại càng cần nó. Thực ra,
khi chuẩn bị chiến tranh, những người
Đức biết lo xa đă dự trữ
sẵn quặng vonfram, nhưng chẳng mấy
chốc, lượng dự trữ này đă
cạn kiệt mà công nghiệp chiến tranh th́
vẫn tiếp tục đ̣i hỏi thép vonfram
một cách gay gắt.
“Cái khó làm ló cái khôn” - Miếng mồi ngon -
Hăy mở rộng túi hơn - Sự im lặng
nặng nề - “Khoảnh rừng không cấm”
của công tước Vlađimirovich - Đi đời
nhà ma - “Sự giúp đỡ” từ bên ngoài -
Trong giá rét và nóng bức - Trả lại
những tên “đào ngũ” - Ở tận
mặt trời - Hàng tỷ tia chớp - Vài phút
và mấy thế kỷ - “Uran - 1” ở Montrean.
Sự thiếu thốn đă khiến các nhà
luyện kim Đức phải suy nghĩ nát óc. Nhưng
không phải vô cớ mà người ta nói: “Cái
khó làm ló cái khôn”. Họ đă t́m được
cách giải thoát khỏi t́nh huống gay go:
họ nhớ lại rằng, khi “ăn”
thiếc, “nước bọt chó sói” đă mang
thiếc theo ḿnh vào xỉ, mà trên lănh thổ nước
Đức - nơi đă từng nấu luyện
thiếc hàng mấy trăm năm, th́ đă tích
tụ lại hàng núi xỉ thiếc. Ngay sau đó,
các nhà luyện kim người Đức đă
bắt đầu lấy vonfram từ xỉ này.
Tất nhiên, xỉ không thể làm dịu hẳn
cơn đói vonfram, nhưng nhờ nó cũng có
thể làm nguôi cơn đói đôi chút.
Ở nước Nga dưới thời Sa hoàng,
ngay cả trong thời kỳ thịnh vượng
chung của công nghiệp vonfram, sản lượng
kim loại rất quư báu này vẫn rất ít
ỏi. Trong năm 1915, vẻn vẹn chỉ có 1,4
tấn quặng vonfram được đưa
lên từ mỏ ở Zabaikan đến nhà máy
Ijora gần Petrograt, c̣n trong năm 1916 th́ chỉ
có 8,7 tấn quặng được chở đến
nhà máy Motovilikha ở thành phố Pemơ. Sản
lượng ferovonfram ở nước Nga trong
những năm đó chỉ đạt được
vài chục put (một put bằng 16,38 kilôgam).
Nhiều hăng nước ngoài, chủ yếu là
các hăng của Thụy Điển và Nhật
Bản, đă ḍm ngó vùng mỏ Zabaikan như
một miếng mồi ngon. Mùa hè năm 1916, các
nhà địa chất của một công ty
Nhật Bản đă tiến hành thăm ḍ - t́m
kiếm ở vùng mỏ này. Có lẽ kết
quả t́m kiếm đă hứa hẹn nhiều
điều, bởi v́ những người lănh
đạo công ty này đă t́m nhiều cách để
với tới những kho tàng dưới đất
ở đây, nhưng họ đă bị từ
chối trong việc thuê mướn đất.
Trong những năm đó, nhà công nghiệp
Tonmachep và kỹ sư mỏ Zicxơ đă
thầu mỏ vonfram lớn nhất ở đây.
Các nhà kinh doanh này đă cho một hăng của
Thụy Điển thầu lại để
kiếm lời, v́ sau khi kiểm tra lại mỏ
này, các đại diện của hăng ấy
rất thích thú. Tonmachep đă định vớ
ngay 30 ngàn rúp về khoản tiền tạm
ứng theo hợp đồng với hăng này, nhưng
món tiền chưa kịp lọt vào túi y: v́ nghi
ngờ là Tonmachep đă cố t́nh hạ thấp
trữ lượng ước tính của mỏ
nên mượn cớ những khó khăn trong
thời chiến, Ủy ban địa chất
đă đề nghị trưng dụng những
hầm mỏ của Tonmachep và chuyển giao
quyền điều hành cho nội các Sa hoàng. Ngay
sau đó, triều đ́nh đă nhất trí thi
hành biện pháp này.
Trong hồi kư của ḿnh về thời kỳ
này, viện sĩ A. E. Ferxman đă viết: “Trước
Cách mạng tháng Mười, công việc của
tiểu ban “Các lực lượng sản
xuất tự nhiên” thuộc viện hàn lâm khoa
học không thể triển khai được.
Trong những điều kiện gay go mà nền
khoa học nước Nga lúc bấy giờ đang
phải chịu đựng, sáng kiến của
các nhà bác học đă vấp phải vô vàn
trở ngại. Ngay cả đối với
vấn đề cực kỳ quan trọng như
nghiên cứu để khai thác các mỏ vonfram,
thế mà suốt hai năm ṛng, viện hàn lâm
khoa học không thể nhận được
những khoản tiền dù là rất ít
ỏi”.
Tiếc rằng, trước mắt các nhà khoa
học không phải chỉ có các vấn đề
tài chính mà c̣n có những vấn đề khác
có lẽ c̣n quan trọng hơn. Về mặt
này, trong một cuốn sách của ḿnh, nhà bác
học lớn nhất của ngành đóng tàu,
viện sĩ A. N. Crưlop đă nhắc đến
một t́nh tiết. Vào tháng giêng năm 1917, nghĩa
là trong những tuần lễ cuối cùng của
triều đại Nicolai đệ nhị,
tiểu ban “Các lực lượng sản
xuất tự nhiên” thuộc viện hàn lâm khoa
học đă thảo luận vấn đề
về các mỏ vonfram - thứ kim loại mà lúc
bấy giờ nước Nga rất thiếu.
Thuyết tŕnh viên - một quan chức rất có
thế lực trong triều đ́nh, đă thông
báo rằng, trên địa phận Turkextan có các
mỏ quặng kim loại này và để trang
bị cho một đoàn khảo sát đến
đó th́ phải có 500 rúp. Sau bản báo cáo
của y, mọi người đều im
lặng. Hầu hết mọi người trong
phiên họp đều biết là ngay cả ḷng
đất vùng Antai cũng giàu vonfram, nhưng
không một ai quyết định nói lên điều
đó, bởi v́ toàn bộ vùng Antai - một trong
những vùng đất Nga giàu có nhất, đồng
thuộc quyền của đại công tước
Vlađimirovich - một người họ hàng
gần gũi của nhà vua, nên thậm chí
chỉ mới nghĩ đến việc thăm
ḍ địa chất trong lănh địa của
lăo ta cũng đă là có lỗi rồi.
A. N. Crưlop đă phá tan những giây lát
nặng nề: “Về các mỏ quặng ở
Turkextan th́ công việc rất đơn giản
thôi - đây, năm trăm rúp đây!”. Rút ra
tờ giấy bạc có chân dung Piôt đệ
nhất, ông đưa cho người chủ
toạ phiên họp là A. E. Ferxman và nói: “Với
Antai, công việc c̣n phức tạp hơn.
Thuyết tŕnh viên đă không nói rằng, các xí
nghiệp khai mỏ đều nằm trên đất
đai của đại công tước Vlađimirovich.
Vonfram - đó là thép gió, nghĩa là làm tăng
gấp đôi tốc độ chế tạo
trái phá. Nếu hỏi rằng nên trưng thu
hoặc trưng dụng ở đâu th́ phải
nói là chính ở đây: không có đạn trái
phá, nghĩa là sẽ thua trận, và lúc đó
th́ không phải chỉ có gia đ́nh Vlađimirovich
mà cả triều đại đều đi
đời nhà ma”.
Nhà khoa học dũng cảm đă nh́n thấu
suốt: một tháng sau, cả triều đ́nh
Romanop đă “bay” đến địa chỉ
mà ông đă nói.
Sự “giúp đỡ” của các chuyên gia nước
ngoài là một trở ngại nữa đă ḱm
hăm sự phát triển của công nghiệp vonfram
ở nước Nga. Năm 1931, tại nhà bảo
tàng của trường đại học
tổng hợp Maxcơva, khi sắp xếp lại
các bộ sưu tập khoáng vật cũ, các
nhà bác học đă đụng chạm đến
các mẫu seelit lấy từ một mỏ ở
Tajikixtan mà hồi bấy giờ chưa được
biết đến. Th́ ra các mẫu này đă
được t́m thấy từ năm 1912 và
được gửi về Maxcơva để
nghiên cứu. Song các nhà địa chất người
Đức mới đến làm cố vấn
đă bỏ qua mỏ đó, cho là không sinh
lợi, c̣n chính phủ Nga hoàng th́ đặt lên
đó một cái cây thập ác. Mấy tháng sau
khi t́m thấy mẫu quặng tại nhà bảo
tàng, một tiểu ban được phái đến
Tajikixtan đă phát hiện ra ở đó những
thân quặng vonfram rất lớn.
Cũng vào khoảng những năm đó, nhà
địa chất Xô - viết nổi tiếng,
viện sĩ X. X. Xmirnop cùng các học tṛ của
ḿnh đă triển khai rộng răi các cuộc t́m
kiếm mỏ quặng vonfram. Các nhà địa
chất đă vượt qua hàng ngàn kilomet trong
giá lạnh và nóng nực, khi th́ đi bộ, khi
th́ dùng xe do chó hoặc hươu kéo, họ
đă đi dọc ngang khắp mọi nẻo
đường của đất nước. Và
tại nhiều nơi mà những con người
thăm ḍ ḷng đất quả cảm đă
đi qua - ở Zabaikan, Iakutia, trên bờ biển
Okhot, đă xuất hiện những xí nghiệp
mỏ quặng mới; các nhà máy mới đă
được xây dựng - công nghiệp vonfram
của Liên Xô đă h́nh thành.
Hiện nay, ngành luyện thép chất lượng
cao tiêu thụ khoảng 80 % tổng số vonfram
khai thác được trên thế giới,
khoảng 15 % được dùng vào việc
sản xuất các hợp kim cứng, 5 % c̣n
lại th́ được công nghiệp sử
dụng ở dạng vonfram nguyên chất - thứ
kim loại có những tính chất kỳ diệu.
Để nấu chảy vonfram, cần phải
nung nóng nó đến nhiệt độ mà ở
đó đa số các kim loại đều đă
bốc hơi - 3410 độ C. C̣n bản thân
vonfram th́ ngay cả khi ở gần mặt
trời vẫn c̣n ở trạng thái lỏng:
nhiệt độ sôi của nó là gần 6000
độ C. Tính khó chảy của nguyên tố
này c̣n bảo đảm cho nó được
sử dụng vào một trong những ngành công
nghiệp quan trọng nhất - ngành kỹ
thuật điện.
Kể từ đầu thế kỷ XX, sau khi
sợi đốt bằng vonfram thay thế sợi
than, sợi osimi và sợi tantali mà trước
đó đă được dùng để chế
tạo bóng đèn điện, cứ mỗi
buổi tối, những tia chớp vonfram nhỏ
li ti lại bừng sáng trong nhà chúng ta. Hàng năm,
thế giới sản xuất ra vài tỷ bóng
đèn điện. Hàng tỉ ngọn đèn! Như
thế có nhiều không? Bạn hăy tự xét
lấy: kể từ đầu công nguyên đến
nay, loài người mới chỉ sống
được hơn một tỷ phút (ngày 19
tháng tư năm 1902, lúc 10 giờ 40 phút là
vừa đúng một tỷ phút sau công nguyên).
Các nhà bác học và kỹ sư thường
xuyên nghĩ cách cải tiến bóng đèn điện,
mong sao cho tuổi thọ của nó càng kéo dài
càng tốt. Tương tự như ngọn
nến cháy đang tan dần, khi ta “bật”
điện, vonfram bắt đầu bốc hơi
khỏi bề mặt sợi đốt. Để
giảm bớt sự bốc hơi và chính
nhờ vậy mà kéo dài thời gian sử
dụng của bóng đèn, người ta thường
bơm vào nó các thứ khí trơ dưới
một áp suất nhất định. Gần
đây, hơi iot được sử dụng
vào mục đích này v́ người ta đă
phát hiện ra vai tṛ rất đáng chú ư của
iot: nó bắt giữ các phân tử vonfram bị
bốc hơi rồi liên kết hóa học
với chúng, sau đó ngưng đọng lại
trên sợi đốt, bằng cách đó mà nó
trả lại cho sợi đốt “những
kẻ đào ngũ”. Loại bóng đèn như
vậy dùng được lâu hơn rất
nhiều .
Mặt hàng bóng đèn điện do công
nghiệp sản xuất ra thật là đa
dạng: từ những bóng đèn “hạt cườm”
tí hon dùng trong y học đến những đèn
chiếu “mặt trời” cực mạnh. Năm
1967, tại triển lăm quốc tế tại
Montrean (Canađa), trong gian hàng của Liên Xô đă
trưng bày thiết bị nung kiểu bức
xạ “Uran - 1”, mà một trong những bộ
phận chủ yếu của nó là một
loại đèn có cấu tạo độc đáo,
được làm nguội bằng nước và
không khí. Trong một b́nh cầu tương đối
nhỏ làm bằng thạch anh chịu nóng
chứa đầy khí xenon, có hai điện
cực bằng vonfram. Khi bật đèn, plasma khí
được đốt nóng đến 8000 độ
C sẽ bừng sáng lên giữa hai điện
cực. Một bộ gương phản xạ
đặc biệt (mà so với nó th́ những
tấm gương b́nh thường chẳng khác
ǵ những miếng sắt tây mờ) hướng
các tia hồng ngoại của “mặt trời
nhân tạo” (đèn này tạo ra quang phổ
mặt trời) vào hệ thống quang học
của thiết bị nung nóng này, ở đó,
chúng hội tụ lại thành một ḍng duy
nhất có đường kính hơi lớn hơn
một xentimet. Nhiệt độ ở tiêu điểm
của chùm tia đạt tới 3000 độ C.
Với chế độ đốt nóng như
vậy, “Uran -1” có thể làm việc hàng trăm
giờ liên tục.
Cái gọi là các tia âm cực được
sử dụng rộng răi trong kỹ thuật.
Đó là một luồng điện tử phóng
ra từ bề mặt của catôt kim loại vào
chân không (sự phát xạ điện tử).
Thực tế đă chứng tỏ rằng,
vonfram là một trong những vật liệu
tốt nhất để làm catôt.
Uy tín trong xă hội - Độ chuẩn xác
của nghề kim hoàn - “Ria mép” trở thành
thời trang - Vonfram có “lông tơ” - Tấm gương
nhiều lớp - Theo chương tŕnh “Liên
hợp” - “Apollo”.
Một trong những đặc điểm của
vonfram là mật độ của nó rất cao: nó
cũng nặng như vàng. Về mặt này,
vonfram chỉ thua osimi, iriđi và platin một ít nhưng
nó lại rẻ hơn các kim loại này rất
nhiều. Đối với máy bay và tên lửa vũ
trụ, theo lẽ thường, trọng lượng
cao của vật liệu là một nhược
điểm nghiêm trọng; tuy nhiên, trong một
số lĩnh vực kỹ thuật khác, tính
chất này có thể nói là quư như vàng. Nhưng
trên thực tế, trong những trường
hợp như vậy các nhà chế tạo sẽ
không dùng vàng hoặc platin v́ chúng quá đắt.
Ở đây, vonfram hoàn toàn thích hợp: trên cơ
sở kim loại này, người ta đă chế
tạo ra các hợp kim nặng có công dụng
đa dạng. Từ các hợp kim như vậy,
người ta làm ra các màn chắn bức xạ
(tốt hơn các màn chắn bằng ch́), b́nh
chứa các đồng vị phóng xạ, con
lắc và đối trọng trong đồng
hồ và trong các khí cụ khác, roto của con
lắc hồi chuyển, đầu đạn
để bắn thủng xe thiết giáp, cùng các
chi tiết và sản phẩm khác có “uy tín trong
xă hội”.
Vonfram nguyên chất có độ bền rất
cao: sức chống đứt của nó lên đến
40 tấn trên một xentimet vuông, vượt xa
độ bền của loại thép tốt
nhất. Ngay cả ở 800 độ C, kim
loại này vẫn khéo léo giữ được
những tính năng rất tốt về độ
bền.
Độ bền cao của vonfram kim loại
được kết hợp với độ
dẻo rất tốt nên có thể kéo kim loại
này thành sợi cực mảnh: chỉ cần 250
gam là đă có thể kéo dài thành 100 kilômet.
Gần đây, sợi vonfram vốn được
sử dụng rộng răi trong việc sản
xuất bóng đèn điện lại có thêm
một nghề mới nữa: người ta đề
nghị dùng nó làm dụng cụ cắt để
gia công các vật liệu gịn. Nhờ một
bộ phận biến đổi, máy siêu âm
truyền dao động cho sợi vonfram; sợi
này sẽ cứa vào vật liệu cần gia
công, tuy chậm nhưng rất chính xác: “Dao
cắt” mới này dễ dàng ứng xử
với các vật liệu ngang bướng như
thạch anh, hồng ngọc, xitan, thủy tinh,
gốm v. v ..., cắt chúng thành từng phần
hoặc tạo nên những đường rănh
và những kẽ hở có h́nh dáng phức
tạp và kích thước bất kỳ, với
độ chuẩn xác của hàng kim hoàn.
Mặc dầu độ bền của sợi
vonfram rất cao, song vẫn không thể sánh
với độ bền của những “sợi
ria” làm bằng kim loại này - đó là
những tinh thể cực kỳ mảnh, mảnh
hơn sợi tóc hàng trăm lần. Các nhà
vật lư Xô - viết đă tạo được
những “sợi ria” vonfram có đường
kính chỉ bằng hai phần triệu xentimet.
Độ bền của chúng đạt đến
230 tấn trên một xentimet vuông, tức là
gần bằng giới hạn tuyệt đối
về độ bền (giới hạn bền lư
thuyết của các chất trên trái đất
được xác định theo tính toán).
Những thứ sợi kim loại thần kỳ
như vậy chỉ mới tồn tại trong
bốn bức tường của pḥng thí
nghiệm.
Người ta cũng điều chế vonfram
nguyên chất để dùng trong kỹ thuật
theo phương pháp khử vonfram oxit bằng khí
hidro. Những hạt bụi vonfram cực kỳ
nhỏ được tạo thành ở đây
được ép lại và thiêu kết bằng
cách đốt nóng đến 3000 độ C
nhờ ḍng điện. Từ kim loại này, người
ta kéo thành sợi đốt của bóng đèn
điện, dập các chi tiết của đèn
điện tử và của các ống rơngen,
sản xuất tiếp điểm cho các cầu
dao, điện cực và bộ phận ngắt
điện.
Các nhà bác học đă đề xuất phương
pháp hồ quang - plasma để nuôi các tinh
thể vonfram, molipđen và các kim loại khó nóng
chảy khác có kích thước lớn. Tại
viện luyện kim tại viện hàn lâm khoa
học Liên Xô, bằng phương pháp này có
thể tạo được một đơn
tinh thể vonfram rất lớn, cân nặng 10
kilôgam. Nhờ có độ tinh khiết rất cao
mà thứ kim loại này có những tính chất cơ
học khác thường; ngay cả ở nhiệt
độ rất thấp, nó vẫn giữ
được tính dẻo, c̣n ở nhiệt
độ khá cao, nó hầu như không làm mất
độ bền của ḿnh. Các đơn tinh
thể được sử dụng trong nhiều
khí cụ điện - chân không.
Các nhà bác học đă khám phá ra một tính
chất rất độc đáo của vonfram: nó
tích cực bắt giữ và tích lũy năng lượng
của ánh sáng mặt trời. Thực ra, đây
không phải nói về chính kim loại này, mà nói
về lớp màng cực kỳ mỏng của
nó, lớp màng thu được bằng cách cho
vonfram ở thể khí kết tủa. Khi đốt
nóng đến 500 độ C, kim loại có
bề mặt như vậy có thể giữ
được nhiệt độ này khá lâu
nếu cho chiếu các tia mặt trời vào nó.
Giải thích như thế nào về hiệu
ứng nhiệt độc đáo này? Nếu soi
màng vonfram bằng kính hiển vi th́ thấy nó là
một đám lông tơ: bề mặt của nó
là những “bụi rậm” gồm những tinh
thể lông tơ h́nh cành cây khiến cho các tia
mặt trời bị “lạc đường”
trong đó.
Để xác định quỹ đạo
chuyển động của các proton, người
ta dùng bản rộng có vô số sợi lông tơ
vonfram mà hầu như mắt thường không
thể nh́n thấy, c̣n trên đó th́ phủ
một lớp vàng.
Như chúng ta đều biết, tia rơngen có
khả năng xâm nhập rất mạnh. Nhưng,
cái ǵ dù tốt đẹp đến mấy cũng
có những mặt trái của nó: các tia này không
muốn phản xạ, cũng không muốn khúc
xạ. Đáng tiếc thật! Giá như có
thể hội tụ được chúng lại
th́ các nhà bác học đă có thể nghĩ
đến việc chế tạo kính hiển vi
và laze rơngen và những triển vọng
mới tốt đẹp đă mở ra cho khoa
học rồi. Dù sao cách đây không lâu cũng
đă chế tạo được cái gọi là
“gương rơngen”; loại gương này
có thể phản xạ được một
phần nào đó của các tia, trong số đó
có cả những tia chiếu vuông góc với gương
mặt, mà đây là điều hết sức
quan trọng. Gương này gồm vài chục
lớp vonfram và cacbon xen kẽ nhau, được
tráng trên nền là một màng silic mỏng.
Bề dày của mỗi lớp vonfram chưa đầy
một nanomet (tức là một phần tỷ
mét), c̣n mỗi lớp cacbon th́ “dày” gấp hai
lần như vậy. Bề dày của các lớp
phải được bảo đảm thật
chính xác để tránh sư giao thoa của các
tia, làm cho sự phản xạ bị yếu đi.
Bề dày tổng cổng của cái gương
khác thường này chỉ bằng 0,38 milimet, c̣n
đường kính của nó bằng 76,2 milimet.
Trong chuyến bay phối hợp theo chương
tŕnh “Liên hợp” - “Apollo”, các nhà du hành vũ
trụ Liên Xô và Mỹ đă tiến hành một
cuộc thực nghiệm lư thú có vonfram tham gia.
Trong những điều kiện của trái đất,
thật khó, mà thường là không thể
chế tạo các hợp kim gồm các kim loại
có tỷ trọng khác xa nhau, v́ trong quá tŕnh
nấu chảy và kết tinh, các phân tử
của thành phần nặng hơn sẽ có xu hướng
chiếm các “tầng thấp” của thỏi,
c̣n các phân tử của kim loại nhẹ hơn
th́ sẽ “cư trú” ở các tầng trên
cùng. Tất nhiên, trong thực tế không thể
sử dụng các hợp kim có thành phần nham
nhở như vậy. Nhưng nếu nấu
luyện trong vũ trụ th́ kết quả
sẽ khác hẳn. Ở đây, trong điều
kiện không trọng lượng, tất cả
các kim loại dù nhẹ hay nặng - đều
b́nh đẳng, v́ vậy, các hợp kim sẽ
có thành phần và cấu trúc đồng đều.
Thế là các nhà bác học quyết định
nấu luyện trong vũ trụ một hợp
kim của nhôm - thứ kim loại vừa nhẹ
lại vừa dễ nóng chảy, với vonfram là
kim loại vừa nặng lại vừa có
nhiệt độ nóng chảy cao nhất.
Cuộc thực nghiệm này chỉ là khởi
đầu của việc nghiên cứu công
nghệ vũ trụ. Một trong những người
tham gia chuyến bay lịch sử này - Valeri Cubaxop
đă nói: “Không lâu nữa, bằng sức
mạnh phối hợp, chúng ta có thể xây
dựng cả những nhà máy trong vũ trụ.
Chúng sẽ chuyên về nghề luyện kim hoàn
toàn mới - chế tạo các hợp kim và
vật liệu mà trong những điều
kiện của trái đất th́ không thể
chế tạo được”.
... Trải qua nhiều thế kỷ, kim loại
vẫn phục vụ con người một cách
trung thành, giúp con người sáng tạo nên
thế giới kỹ thuật kỳ diệu.
Vonfram - một kim loại đứng trên các
“tuyến lửa” hoàn toàn xứng đáng
được chiếm một trong những
vị trí danh dự.
|
|