4 ข้อเท็จจริงของ ‘Tungsten’ สุดยอดโลหะที่หนักทนร้อนสุดขั้ว

ทังสเตนเป็นหนึ่งในโลหะที่มีคุณสมบัติยอดเยี่ยมที่สุด แต่ก็ยากมากที่จะนำของแบบนี้มาใช้ในราคาถูกๆ เนื่องจากเป็นโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงมากๆ มันจึงต้องใช้พลังงานมากเพื่อแปรรูป หมายความว่าต้นทุนก็สูงขึ้นมากเช่นกัน

1. อะไรคือทังสเตน (Tungsten)

Advertisements

ตั้งแต่กระสุนเจาะเกราะ หัวฉีดเครื่องยนต์จรวด ดอกสว่านสำหรับตัดผ่านหินแข็ง นี่เป็นเพียงผลิตภัณฑ์บางส่วนที่ทำด้วยทังสเตน ซึ่งเป็นโลหะที่แข็งแกร่งและทนความร้อนมากที่สุดชนิดหนึ่งในจักรวาล (เท่าที่มนุษย์รู้จัก)

ทังสเตนก็เหมือนกับองค์ประกอบโลหะอื่นๆ ส่วนใหญ่ เราจะไม่พบมันในธรรมชาติ จำเป็นต้องแยกมันออกจากสารประกอบอื่นๆ ในกรณีนี้คือแร่วูลฟราไมต์ (wolframium) ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ซึ่งเป็นสาเหตุที่สัญลักษณ์ของทังสเตนในตารางธาตุไม่ใช่ตัว T แต่เป็น W ซึ่งย่อมาจาก “wolfram”

ชื่อทังสเตนเป็นภาษาสวีเดนที่หมายถึง “หินหนัก” มันอ้างอิงถึงความหนาแน่นและน้ำหนักอันน่าพิศวงของธาตุเลขอะตอม (จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอม) คือ 74 และน้ำหนักอะตอม (ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ) คือ 183.8

Advertisements

2. จุดหลอมเหลวสูงสุดในโลหะทั้งหมด

คุณสมบัติที่น่าประทับใจ และมีประโยชน์มากที่สุดของทังสเตนคือจุดหลอมเหลวสูงมาก มันเป็นองค์ประกอบสูงที่สุดของธาตุโลหะทั้งหมด ทังสเตนบริสุทธิ์จะละลายที่ 3,422 องศาเซลเซียส และจะไม่เดือดจนกว่าอุณหภูมิจะสูงถึง  5,555 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นอุณหภูมิเดียวกับโฟโตสเฟียร์ของดวงอาทิตย์

หากให้เปรียบเทียบ เหล็กมีจุดหลอมเหลว 1,538 องศาเซลเซียส และทองคำจะเปลี่ยนเป็นของเหลวที่อุณหภูมิเพียง 1,064.18 องศาเซลเซียส จะเห็นว่าทังสเตนต้องใช้พลังงานความร้อนมากกว่า 2 เท่าของเหล็ก

“ทนความร้อนสูง ..ทำไมมันถึงสำคัญนัก?” ลองนึกถึง Edison ที่ทำงานเกี่ยวกับเส้นใยสำหรับหลอดไส้ เขาต้องการวัสดุที่ไม่เพียงแต่เปล่งแสงแต่จะต้องไม่ละลายจากความร้อนด้วย”

เอดิสันทดลองกับวัสดุเส้นใยต่างๆ มากมาย ทั้งแพลตตินั่ม (Platinum) อิริเดียม (Iridium) แต่ไม่ใช่เขาที่ค้นพบวิธีใช้ทังสเตน

Advertisements

แต่ก็เป็นนักประดิษฐ์ชาวอเมริกันที่ชื่อ “วิลเลียม คูลิดจ์ (William D. Coolidge)” ผู้ซึ่งได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้ประดิษฐ์ไส้หลอดทังสเตนที่ใช้ในหลอดไฟส่วนใหญ่ตลอดศตวรรษที่ 20

จุดหลอมเหลวสูงของทังสเตนมีข้อดีอื่นๆ เช่นสามารถนำไปผสมกลับโลหะผสมอื่นๆ ได้ มันสามารถเคลือบบนผิวของจรวดและขีปนาวุธที่ต้องการให้ทนต่อความร้อนสูง รวมทั้งหัวฉีดเครื่องยนต์ที่ปล่อยเชื้อเพลิงแรงดันสูงที่ระเบิดได้ ..ทุกสิ่งประดิษฐ์ที่ต้องการให้ทนความร้อนสูง ทังสเตนคือตัวเลือกดีที่สุด แต่มันไม่เหมาะที่จะนำไปใช้กับสิ่งที่ให้ความสำคัญกับน้ำหนักที่เบาได้ ..นั้นเพราะมันหนักมาก

3. ทำไมทังสเตนถึงหนักมาก?

ในทางปฏิบัติ หากคุณถือทังสเตนก้อนใหญ่ในมือข้างหนึ่ง และถือเงินหรือเหล็กในปริมาณเท่ากัน ทังสเตนจะรู้สึกหนักกว่ามาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งความหนาแน่นของทังสเตนคือ 19.3 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร เงินมีความหนาแน่นประมาณครึ่งหนึ่งของทังสเตน (10.5 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร) และเหล็กมีความหนาแน่นเกือบหนึ่งในสาม (7.9 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร)

Advertisements

ความหนาแน่นสูงของทังสเตนสามารถเป็นประโยชน์ในการใช้งานบางอย่าง โดยมักใช้ในกระสุนเจาะเกราะ ทหารใช้ทังสเตนเพื่อสร้างอาวุธที่เรียกว่า “การทิ้งระเบิดจลนศาสตร์ (ระเบิดจลน์)” เป็นการยิงแท่งทังสเตนที่มีน้ำหนักมากไปในอากาศเพื่อเจาะกำแพงและเกราะของรถถัง (อเมริกาเคยมีแนวคิดใช้ระเบิดจลน์ที่ทิ้งลงมาจากอวกาศ)

ในวงการตกปลา ทังสเตนถือเป็นวัสดุที่ยอดเยี่ยมมากที่สุด ไม่ใช่เพราะความแข็ง แต่เป็นเรื่องน้ำหนักของมัน เมื่อใช้ทังสเตนแทนตะกั่ว จะทำให้เหยื่อตัวเล็กลง วัตถุถ่วงน้ำหนักก็เล็กลงเช่นกัน ซึ่งทั้งหมดเป็นเรื่องดี เพียงแต่มันจะแพงมาก! แพงกว่าตะกั่วหลายเท่าตัว

4. เพชรเท่านั้นที่แข็งกว่าทังสเตนคาร์ไบด์

ทังสเตนบริสุทธิ์นั้นไม่ได้แข็งขนาดนั้น คุณสามารถตัดมันได้ด้วยเลื่อยมือ แต่เมื่อทังสเตนรวมกับคาร์บอนจำนวนเล็กน้อย มันจะกลายเป็นทังสเตนคาร์ไบด์ ซึ่งเป็นหนึ่งในธาตุที่แข็งที่สุดและยากที่จะทำลายที่สุดในโลก

“เมื่อคุณใส่คาร์บอนหรือโลหะอื่นๆ จำนวนเล็กน้อยลงในทังสเตน มันจะแก้ไขโครงสร้างและป้องกันไม่ให้เกิดการเสียรูปได้ง่ายของทังสเตน”

Advertisements

ทังสเตนคาร์ไบด์นั้นแข็งมากจนสามารถเจียระไนได้ด้วยเพชรเท่านั้น แต่ถึงกระนั้น เพชรก็ใช้งานได้ก็ต่อเมื่อทังสเตนคาร์ไบด์ไม่ผ่านการบ่มอย่างสมบูรณ์เท่านั้น ทังสเตนคาร์ไบด์มีความแข็งมากกว่าเหล็กกล้าถึงสามเท่า มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าเหล็กกล้าถึง 100 เท่า (ภายใต้สภาวะการเสียดสีสูง) และยังมีกำลังรับแรงอัดสูงสุดในบรรดาโลหะหลอมหมด ซึ่งหมายความว่ามันจะไม่บุบหรือบิดเบี้ยวเมื่อถูกบีบด้วยแรงมหาศาล

อ่านเรื่องอื่น

Advertisements