Медь

Медь известна человечеству с очень и очень давних времен, и очень сомнительно, что попаданец окажется во временах, когда медь недоступна.

Поэтому эта статья не о том, как выплавлять медь.

Статья о том материале, который получит попаданец в древние времена. И хотя тот металл назывался «медь», в нем было достаточно отличий от того металла, что мы привыкли использовать…

Начнем с того, что вообще понятие «медный век» оно растяжимое.

Там, где он был — он существовал, как правило, параллельно с каменным. Но во многих цивилизациях он вообще отсутствовал, там сразу встал бронзовый век.

Как вообще такое могло произойти?

Дело в том, что там, где существовал чистый медный век — он был без выплавки меди.

Так как планета была нетронута, то хватало мест, где сверху лежали медные самородки. Их сначала перековывали в холодном виде, а потом стали разогревать — но именно в этом месте и начались приключения. То есть еще при разогреве, без плавки!

Медь можно подвергать отжигу.

Если медь нагреть примерно до 600^oC (докрасна), а потом резко охладить, опустив в холодную воду, то медь станет очень мягкой. Ситуация абсолютно обратная, чем с закалкой стали. Но тем не менее, достаточно удобная. Если из такой меди отформовать что требуется и нагреть ее до 400^oC, оставив остывать на воздухе, то медь станет куда тверже.

НО! Описывая отжиг, нужно помнить, что когда мы говорим «медь», мы подразумеваем современную электролитическую медь, с чистотой 0.05-0.1% примесей. Вообще, если вы сейчас захотите купить самую грязную медь, то в ней будет максимум 1% примесей и сейчас такая медь идет разве что на бронзу для памятников.

Но лично я не вижу способов получить в древнем мире такую чистоту. Даже если вам повезло и вы для выплавки используете самородную медь, в ней будет 2-5% всего разного.

Например, в самородной меди обязательно есть свинец и висмут.

Все бы ничего, если бы эти два элемента даже в тысячных долях процента не уничтожали пластичность меди. То есть можно забыть про прокатку или волочение. При этом эвтектика Cu-Bi плавится начиная от 270^oC, а Cu-Pb при 330^oC.

То есть — если мы возьмем самородную медь и попытаемся выковать из нее топор, то у нас, в общем, все получится.

Но если мы захотим сделать из нее провода методом волочения, то мы не можем сделать отжиг, чтобы медь стала пластичной. Потому что при такой температуре расплавится висмут и сделает нашу медь все равно хрупкой.

При этом для меди можно сделать наклеп — то есть механическая ковка увеличивает прочность меди и уменьшает пластичность. При этом может дойти до того, что дальнейшая обработка меди будет невозможна. Ну а отжиг для восстановления пластичности… Ну, вы поняли?

Поэтому медь не была настолько удобным металлом.

Древние кузнецы были очень и очень квалифицированными специалистами. Они балансировали на грани пластичность-прочность. Как я понимаю, они должны были нагревать самородную медь до температуры в районе 250^oC, при которой ее легче было ковать, но висмут в ней еще не расплавлялся. И без термометра. И ориентируясь на утерянные сейчас приметы.

Такая ситуация продолжалась достаточно долго — это и был классический медный век.

После чего произошел скачок — медь научились плавить.

Для меди это 1083^oC, что очень нетривиально по тем временам, древняя керамика не прогревалась до такой температуры. Это был самый настоящий хай-тек, полный ухищрений, о которых мы сейчас и не догадываемся.

Но что произошло при этом?

Изменилась технология получения медного инструмента.

Медь стали отливать в формы — и уже на отлитом образце можно было делать наклеп для упрочнения. Кузнецы стучали молотками по выплавкам, опять странное на первый взгляд смешение технологий.

Но кроме как на отливки эта медь была мало на что годна. В то время, когда благополучно волочили золотую проволоку 0.3 мм (Ур, 3 тыс лет до нашей эры), для получения медной проволоки лист резался на узкие полоски. Телеграф для фараона задерживается.

Кроме примесей висмута и свинца, которые отрицательно влияют на свойства меди и которых в современном металла допускается не больше 0.002%, отрицательно влияет еще и кислород. При 0.1 — 0.2% кислорода меть опять нельзя волочить или прокатывать, кислород делает медь хрупкой. Но кроме прочего, медь с кислородом нельзя нагревать в восстановительной атмосфере (например СО), кислород при этом восстанавливается и внутри металла образовываются газы, которые дают трещины вплоть до разрушения детали. Все слышали про провода из «бескислородной меди»?

В общем, древняя медь была хрупкой и непрочной. Паровой котел из такой меди сделать, в общем-то, можно, но давление там будет смешное. А также — смешная мощность и мизерный КПД. Такую вещь стоит строить, только если четко рассчитать экономический эффект. И главное — решить зачем вообще строить паровик в такой древности.

Конечно, постепенно методы получение меди улучшались.

Например, Агрикола в классическом труде «De Re Metallica Libri» (1556 год) описывает уже достаточно сложный процесс выплавки меди — с несколькими пережиганиями по 6-8 часов. Руду смешивают с целым списком добавок и получают медный штейн. Далее, в зависимости от качества руды, этот штейн могут переплавлять с добавками еще три раза. То есть медь хорошего качества получается только после третьей плавки, а ведь с каменным углем тогда было все совсем плохо!

Такая медь уже годится для волочения, но и цена у нее недетская.

Однако, плавка меди при наличии примесей дала очень приятный результат — когда примесью стало олово. Появилась классическая бронза и мир перешел в бронзовый век. Появилась и
латунь
, но качество ее было не лучше, чем у меди. Просто потому, что оловянной бронзе висмут со свинцом не страшны, а латунь унаследовала недостатки чистой меди.

Итак, услышав слово «медь» попаданец первым делом хватается за электричество.

Гальванический элемент из древней меди получится.

Что дальше с ним делать?

Нарезать провода из полосок? Сделать генератор?

Тут нужно вспомнить еще об одной особенности меди — электропроводности.

Сейчас медные провода везде. Но опять-таки — их делают из чистой меди, причем из самой чистой, у которой 0.05% примесей.

Это происходит потому, что малое электрическое сопротивление характеризует только химически чистую медь, а малейшие примеси Bi, Pb, Sb, As убивают эту электропроводность на корню. Только 0.2% кислорода подсаживают электропроводность в два раза.

Итак, мы хотим телеграф в Древнем Египте?

Из-за низкой электропроводности провода придется делать толстыми. Но это не беда — ведь волочить мы их не сможем, они все равно будут рублеными из листа неясной толщины. Километр телеграфа (два провода) обойдутся в такую сумму, что дешевле будет проложить очень тонкую золотую проволоку…