Rezumat general
Până nu demult, metalele refractare - vanadiu, crom, niobiu, tantal, molibden și wolfram erau folosite în principal pentru alierea aliajelor pe bază de metale precum fier, nichel, cobalt, aluminiu, cupru, și în cantități foarte limitate în alte domenii ale industriei, pt. exemplu în industria electrică și chimică.
Pentru aliere a fost suficient să existe metale cu un conținut de 1-2% impurități. Metalele refractare cu un astfel de conținut de impurități sunt extrem de fragile și nu sunt potrivite pentru utilizare ca materiale structurale. Cu toate acestea, plasticitatea metalelor refractare crește odată cu creșterea purității acestora, iar problema utilizării lor ca materiale structurale a devenit destul de reală în urma dezvoltării metodelor de obținere a acestor metale cu un conținut foarte scăzut de impurități.
Metalele refractare se obțin de obicei prin reducerea sărurilor sau oxizilor lor cu metale active sau hidrogen, precum și prin electroliză.
Vanadiul se obține prin reducerea pentoxidului său cu calciu sau triclorura de vanadiu cu magneziu sau calciu. Vanadiul cel mai pur se obtine prin metoda iodurii, precum si prin rafinare electrolitica in saruri topite.
O modalitate simplă de a obține crom suficient de pur este depunerea electrolitică a acestuia din soluții apoase. Cromul electrolitic conține, totuși, cantități destul de importante de oxigen și hidrogen. Cromul foarte pur se obține prin metoda iodurii, precum și prin distilare în vid și rafinarea cu hidrogen a cromului pur comercial.
Niobiul apare în mod natural în asociere cu tantalul. Prin urmare, la obținerea acestor metale în formă pură, este necesară separarea lor atentă. După separare, tantalul pur este obținut prin reducerea fluorotantalatului său cu sodiu sau alte metale active. Niobiul este extras din carbură sau oxid de niobiu, care se formează în timpul separării tantalului și niobiului. Niobiul poate fi obținut și prin electroliza fluoroniobatului de potasiu și reducerea pentaclorurii de niobiu cu hidrogen. Pentru purificarea finală, tantalul și niobiul sunt topite în vid înalt.
Molibdenul și wolframul se obțin prin reducerea oxizilor, clorurilor sau a sărurilor lor de amoniu purificate cu hidrogen.
Trebuie remarcat faptul că, după extracția din minereuri, majoritatea metalelor refractare sunt sub formă de pulbere sau burete. Prin urmare, pentru a le obține într-o formă compactă se folosesc metode de metalurgie a pulberilor, topirea cu arc și, mai nou, topirea cu fascicul de electroni foarte eficientă.
Proprietățile fizice și chimice ale metalelor refractare pure
Metalele refractare considerate aici aparțin subgrupelor VA (vanadiu, niobiu și tantal) și VIA (crom, molibden și wolfram).
Unele proprietăți fizice ale metalelor refractare pure sunt prezentate în tabel. 25.
Dintre celelalte proprietăți fizice ale metalelor refractare pure, trebuie remarcată o secțiune transversală relativ mică de captare a neutronilor termici: pentru niobiu 1,1, pentru molibden 2,4, pentru crom 2,9 și pentru hambare de wolfram 4,7. Cel mai pur wolfram și molibden la temperaturi apropiate de zero absolut sunt supraconductori.
Acest lucru este valabil și pentru vanadiu, niobiu și tantal, ale căror temperaturi de tranziție supraconductoare sunt de 5,9 și, respectiv, 4,5 °K.
Proprietățile chimice ale metalelor refractare pure sunt foarte diferite. Cromul este rezistent la aer și apă la temperatura camerei. Odată cu creșterea temperaturii, activitatea cromului crește și se combină direct cu halogeni, azot, carbon, siliciu, bor și o serie de alte elemente și se arde în oxigen.
Vanadiul este reactiv. Începe să interacționeze cu oxigenul, hidrogenul și azotul deja la temperaturi de peste 300 ° C. Vanadiul reacționează direct cu halogenii atunci când este încălzit la 150-200 ° C.
Molibdenul la temperatura camerei este stabil în aer și oxigen, dar atunci când este încălzit peste 400 ° C, începe să se oxideze intens. Nu reacționează chimic cu hidrogenul, dar îl absoarbe slab. Molibdenul interacționează activ cu fluorul la temperaturi obișnuite, începe să interacționeze cu clorul la 180 ° C și aproape nu reacționează cu vaporii de iod.
Tungstenul este stabil și în aer și oxigen la temperatura camerei, dar se oxidează puternic atunci când este încălzit peste 500 ° C. Tungstenul nu reacționează cu hidrogenul până la punctul de topire. Reacționează cu fluorul la temperatura camerei, cu clorul la temperaturi peste 300°C și reacționează foarte greu cu vaporii de iod.
Dintre metalele considerate, tantalul pur și niobiul se caracterizează prin cea mai mare rezistență la coroziune. Sunt stabili în acizi clorhidric, sulfuric, azotic și alți acizi și ceva mai puțin în alcalii. În multe medii, tantalul pur se apropie de platină în ceea ce privește rezistența sa chimică. O trăsătură caracteristică a tantalului și niobiului este capacitatea lor de a absorbi cantități mari de hidrogen, azot și oxigen. Când sunt încălzite peste 500 ° C, aceste metale sunt oxidate intens în aer.
Pentru posibilitatea utilizării metalelor refractare la temperaturi ridicate, tendința lor de a se oxida este de o importanță deosebită. Dintre metalele luate în considerare, doar cromul pur are o rezistență ridicată la oxidare. Toate celelalte metale refractare sunt oxidate intens la temperaturi de peste 500-600 ° C. Rezistența ridicată a cromului la oxidare se datorează formării unui film dens de oxid refractar pe suprafața sa, care protejează metalul de oxidarea ulterioară. Pe suprafața altor metale refractare nu se formează pelicule de oxid de protecție.
Oxizii de molibden și vanadiu sunt foarte fuzibili (punctele lor de topire sunt 795, respectiv 660°C) și sunt volatili. Oxizii de niobiu, tantal și wolfram au puncte de topire relativ ridicate (1460, 1900 și, respectiv, 1470°C), dar volumele lor specifice le depășesc considerabil pe cele ale metalelor corespunzătoare. Din acest motiv, peliculele de oxid, chiar și cu o grosime foarte mică, crapă și se exfoliază din metal, deschizând accesul la oxigen către suprafața curată a acestuia.
Proprietățile mecanice ale metalelor refractare pure și efectul impurităților asupra acestor proprietăți
Deoarece toate metalele refractare descrise au o rețea centrată pe corp, proprietățile lor mecanice au o serie de caracteristici caracteristice metalelor cu o astfel de structură. Proprietățile mecanice ale metalelor refractare (rezistența la tracțiune, ductilitate, duritate) depind puternic de prezența impurităților în ele. Influența negativă chiar și a cantităților neglijabile de impurități asupra proprietăților lor plastice este excepțional de mare.
Rolul decisiv în modificarea caracteristicilor mecanice ale metalelor centrate pe corp este jucat de impurități interstițiale precum carbonul, azotul, oxigenul și hidrogenul care pătrund în spațiile interstițiale.
Deci, în molibdenul topit într-un cuptor cu arc, conținutul de carbon poate fi redus la 0,01%, iar conținutul de gaz poate fi adus la valori foarte mici, de exemplu, oxigenul la 1 parte per milion. O astfel de tijă poate fi îndoită fără a se rupe până la o temperatură de ordinul a -50 ° C și se rupe în timpul unui test de impact.
Conținutul de carbon de topire în zona din molibden poate fi redus de la 0,01 la 0,002% și mai jos. În timpul testării de impact, tijele curățate în zonă își păstrează plasticitatea până la -140 ° C. Din aceasta rezultă în mod clar că plasticitatea molibdenului (precum și a altor metale refractare) este o funcție a purității lor în raport cu impuritățile interstițiale. Eliberate de aceste impurități, molibdenul și alte metale refractare rezistă cu ușurință la lucru la rece (laminare, ștanțare și alte operațiuni similare).
Gradul de purificare a molibdenului din oxigen are un efect foarte puternic asupra temperaturii de tranziție la o stare fragilă: la 0,01% O2 este plus 300 ° C, la 0,002% O2 - plus 25 ° C și la 0,0001%) O2 - minus 196 ° DE LA.
În prezent (prin metoda de topire a zonei cu încălzire cu fascicul de electroni) sunt crescute monocristale mari de molibden cu o lungime de aproximativ 500 mm și o secțiune transversală de 25x75 mm. Aceste monocristale ating o puritate ridicată a materialului, cu un conținut total de impurități interstițiale de mai puțin de 40 de părți per milion. Astfel de monocristale din cel mai pur molibden se caracterizează prin plasticitate foarte mare până la temperatura heliului lichid.
Monocristalul de molibden poate fi îndoit fără distrugere la 180 de grade, dintr-un monocristal de molibden cu diametrul de 12 mm, deformarea la rece poate fi folosită pentru a obține un fir cu diametrul de 30 microni și lungimea de 700-800 m sau o folie cu o grosime de 50 de microni, care poate fi ștanțată la rece cu tragere, ceea ce este foarte important pentru obținerea unui număr de părți critice ale dispozitivelor de electrovacuum.
O metodă similară este utilizată pentru obținerea monocristalelor din alte metale refractare - wolfram, vanadiu, niobiu, tantal. Tungstenul este produs în prezent prin topirea zonei cu fascicul de electroni sub formă de monocristale cu un diametru de aproximativ 5 mm și o lungime de aproximativ 250 mm de înaltă densitate și puritate (99,9975% W). Un astfel de tungsten este plastic chiar și la o temperatură de - 170 ° C.
Monocristalele de wolfram obținute prin topirea cu fascicul de electroni rezistă la dubla îndoire la temperatura camerei, ceea ce indică o temperatură de tranziție foarte scăzută a acestui metal de la starea ductilă la starea fragilă. Pentru wolfram obișnuit, începutul tranziției la o stare fragilă este la o temperatură de peste 700 ° C.
Monocristalele de wolfram rezistă cu ușurință la lucru la rece și sunt utilizate în prezent pentru fabricarea de sârmă, material de tijă, foi și alte produse semifabricate. Niobiul monocristal poate fi deformat la temperatura camerei până la compresie de 90% și păstrează o ductilitate suficient de mare la temperatura azotului lichid (-194°C). Un singur cristal de tantal, comprimat cu 80%, are, de asemenea, suficientă plasticitate în fabricarea sârmei.
Ductilitatea excelentă, întărirea minimă, rezistența ridicată la coroziune și stabilitatea bună sunt caracteristice metalelor refractare de înaltă puritate obținute sub formă de monocristale prin topirea zonei cu fascicul de electroni. Vanadiul, niobiul și tantalul sub formă de lingouri policristaline de topire cu fascicul de electroni sau monocristale purificate prin topirea zonelor nu devin fragile chiar și cu răcirea foarte profundă.
Utilizarea metalelor refractare pure
Utilizarea metalelor refractare pure (și în viitor vor fi utilizate evident doar sub această formă) se dezvoltă în două direcții principale: 1) pentru aviația supersonică, rachete ghidate, rachete și nave spațiale; 2) pentru echipamente electronice. În ambele cazuri sunt necesare metale cele mai pure, care au o plasticitate foarte mare, care, după cum am văzut mai sus, se realizează prin purificarea profundă a metalelor refractare de impuritățile interstițiale.
Oțelurile și aliajele rezistente la căldură pe bază de nichel și cobalt, care pot funcționa la temperaturi de 650-870 ° C, nu mai îndeplinesc cerințele aviației supersonice și ale tehnologiei rachetelor. Sunt necesare materiale care să aibă o rezistență suficient de lungă la temperaturi peste 1100°C. Astfel de materiale sunt metale refractare pure (sau aliaje pe baza acestora) capabile de deformare plastică.
Pentru fabricarea de piei pentru aeronave supersonice și rachete, sunt necesare foi de molibden pur și niobiu, care au o rezistență specifică mai mare decât tantalul și wolfram, până la 1300 ° C.
În condiții mai severe, piese ale turbinelor cu jet de aer, rachete și turbojet funcționează. Pentru fabricarea acestor piese care operează la temperaturi de până la 1370 ° C, este recomandabil să se folosească molibden pur și niobiu, dar la temperaturi mai ridicate sunt potrivite doar tantalul și wolfram. Pentru lucrul la temperaturi de peste 1370 ° C, de cel mai mare interes sunt tantalul pur și aliajele sale, care au o ductilitate relativ mare la astfel de temperaturi și nu sunt inferioare wolframului în ceea ce privește rezistența la căldură.
Părți ale turbinelor cu gaz funcționează în cele mai severe condiții. Pentru astfel de piese, niobiul pur și aliajele pe bază de acesta, care au o rezistență acceptabilă la oxidare, sunt cele mai potrivite.
Cele mai pure metale refractare găsesc diverse aplicații în tehnologia electronică și a vidului. Tantalul este un bun getter și este utilizat pe scară largă în producția de tuburi vidate. Niobiul este folosit în tehnologia electrovacuum pentru fabricarea anozilor, grilelor, tuburilor și a altor piese. Molibdenul și wolframul sunt utilizate în dispozitivele de vid și tuburile radio pentru fabricarea de filamente, electrozi, cârlige, pandantive, anozi și grile.
Monocristalele de tungsten de înaltă puritate și lipsite de pori sunt folosite ca încălzitoare catodice în dispozitivele electrovacuum, pentru contacte electrice, în vacuoruptoare, în intrările la instalațiile de vid - unde absența gazelor este un factor important.
Metalele refractare pure produse prin topirea cu fascicul de electroni își vor găsi aplicație directă în producția de dispozitive electronice miniaturale. De interes sunt acoperirile de metale refractare pure obținute prin pulverizare sau descompunerea termică a compușilor metalelor refractare.
Vanadiul și niobiul pur, datorită secțiunii transversale mici a captării neutronilor termici, sunt, de asemenea, utilizate cu succes în ingineria nucleară. Vanadiul este folosit pentru a face țevi cu pereți subțiri pentru reactoare nucleare și învelișuri de elemente de combustibil, deoarece nu se aliază cu uraniul și are o conductivitate termică bună și o rezistență suficientă la coroziune.
Niobiul pur nu reacționează cu sodiul topit și bismutul, care sunt adesea folosiți ca agenți de răcire, și nu formează compuși fragili cu uraniul.
Tantalul pur, datorită rezistenței sale ridicate la coroziune, este utilizat pentru fabricarea pieselor echipamentelor chimice care funcționează în medii acide agresive, de exemplu, în producția de fibre artificiale. Recent, tantalul a fost adesea înlocuit aici cu niobiu pur, care este mai ieftin și mai comun în natură. Cromul pur are aplicații similare. Aceste exemple departe de a epuiza toate domeniile în expansiune de aplicare ale celor mai pure metale refractare.
07.02.2020
Înainte de a cumpăra rafturi la Kiev, un antreprenor ar trebui să le înțeleagă tipurile, scopul și nuanțele achiziției. Să aruncăm o privire la toate principalele...
07.02.2020
Înainte de a apuca primul prelungitor care vine peste tejghea și de a plăti bani pentru el, trebuie să aflați singur dacă dispozitivul este potrivit pentru lungimea cablului, numărul de prize, ...
06.02.2020
Geotextilul sau geoțesatura destinată căilor de grădină este un material curat din punct de vedere biologic. Fire presate fine o creează. În amenajarea peisajului...
Multă vreme, alte metale au fost considerate fragile - crom, molibden, wolfram, tantal, bismut, zirconiu etc. Cu toate acestea, asta până când au învățat cum să le obțină într-o formă suficient de pură. Odată făcut acest lucru, s-a dovedit că aceste metale sunt foarte ductile chiar și la temperaturi scăzute. În plus, nu ruginesc și au o serie de alte proprietăți valoroase. Acum aceste metale sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii.
Dar ce este un metal pur? Se pare că nu există nici un răspuns definitiv la aceasta. În mod convențional, în funcție de puritate, metalele sunt împărțite în trei grupe - pure din punct de vedere tehnic, pure din punct de vedere chimic și extrapure. Dacă aliajul conține cel puțin 99,9% din metalul de bază, aceasta este puritatea tehnică. De la 99,9 la 99,99 la sută - puritate chimică. Dacă 99,999 sau mai mult, acesta este un metal deosebit de pur. În viața de zi cu zi, oamenii de știință folosesc și o altă definiție a purității - cu numărul de nouă după virgulă zecimală. Ei spun: „puritatea celor trei nouă”, „puritatea celor cinci nouă”, etc.
La început, industria a fost destul de mulțumită de metale pure din punct de vedere chimic și adesea chiar din punct de vedere tehnic. Dar revoluția științifică și tehnologică a impus cerințe mult mai stricte. Primele comenzi de metale ultrapure au venit din industria nucleară. Zece miimi, și uneori chiar milionimi de procent din unele impurități au făcut inutilizabile uraniul, toriu, beriliul și grafitul. Obținerea uraniului ultra-pur a fost poate principala dificultate în crearea unei bombe atomice.
Apoi tehnologia cu jet și-a prezentat cerințele. Metalele ultra-pure erau necesare pentru a obține aliaje deosebit de rezistente la căldură și rezistente la căldură, care trebuiau să funcționeze în camerele de ardere ale avioanelor cu reacție și rachetelor. Înainte ca metalurgiștii să aibă timp să facă față acestei sarcini, a fost primită o nouă „aplicație” - pentru semiconductori. Această sarcină a fost mai dificilă - în multe materiale semiconductoare, cantitatea de impurități nu ar trebui să depășească o milioneme de procent! Nu lăsa această sumă mică să te încurce. Chiar și cu o astfel de puritate, în care un atom de impuritate cade pe 100.000.000.000 de atomi ai substanței principale, fiecare gram din acesta conține încă mai mult de 100.000.000.000 de atomi „străini”. Deci este departe de a fi perfect. Cu toate acestea, puritatea absolută nu există. Acesta este un ideal pentru care să lupți, dar este imposibil de realizat la acest nivel de dezvoltare tehnologică. Chiar dacă printr-un miracol se poate obține un metal absolut pur, atunci atomii altor substanțe conținute în aer vor pătrunde imediat în el.
Indicativ în acest sens este un incident curios petrecut cu celebrul fizician german Werner Heisenberg. A lucrat cu un spectrograf de masă în laboratorul său. Și brusc dispozitivul a arătat prezența atomilor de aur în substanța experimentală. Omul de știință a fost uimit, pentru că acest lucru nu putea fi. Dar dispozitivul se încăpățânează „stă pe cont propriu”. Neînțelegerea a fost clarificată abia atunci când omul de știință și-a scos și și-a ascuns ochelarii cu ramă aurie. Atomi de aur separați, „scăpând” din rețeaua cristalină a cadrului, au căzut în substanța studiată și au „încurcat” dispozitivul extrem de sensibil.
Dar asta s-a întâmplat în laborator, unde aerul este curat. Ce putem spune despre regiunile industriale moderne, al căror aer este din ce în ce mai poluat de deșeuri industriale?
Am început acest capitol vorbind despre faptul că într-un caz prezența impurităților în metal este bună, iar în celălalt este rea. Mai mult, la început am spus că aliajele au o rezistență și o rezistență la căldură mai bune decât metalele pure, iar acum se dovedește că metalele pure au cele mai înalte proprietăți. Nu există nicio contradicție. În multe cazuri, aliajul este mai puternic, mai rezistent la căldură etc. decât oricare dintre metalele din compoziția sa. Dar aceste calități sunt îmbunătățite de multe ori atunci când toate componentele aliajului îndeplinesc o anumită sarcină necesară unei persoane. Când nu există nimic „în plus” în el. Și asta înseamnă că componentele în sine trebuie să fie cât mai pure posibil, să conțină un număr minim de atomi „străini”. Prin urmare, problema purității produselor metalurgice obținute devine din ce în ce mai acută. Cum rezolvă ei această problemă?
În instalațiile metalurgice, care produc o cantitate mare de metal care intră în produsele obișnuite, vidul este din ce în ce mai utilizat. În vid, metalul este topit și turnat, ceea ce face posibilă protejarea acestuia de pătrunderea gazelor nocive și a moleculelor altor substanțe din aerul înconjurător. Și, în unele cazuri, topirea se realizează într-o atmosferă de gaz neutru, care protejează și mai mult metalul de „penetrarea” nedorită.
metale pure metale cu un continut scazut de impuritati. În funcție de gradul de puritate, există metale de înaltă puritate (99,90-99,99%), metale de înaltă puritate, sau chimic pure (99,99-99,999%), metale de înaltă puritate, sau spectral pure, metale ultrapure (peste 99,999 %). ).
Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .
Vedeți ce este „Metale pure” în alte dicționare:
metale pure- Metale cu un continut scazut de impuritati (< 5 мас. %). Выделяют м. повыш. чистоты (от 99,90 до 99,99 %) и особой чистоты (от 9,999 до 99,9999 %). Тематики металлургия в целом EN pure metals … Manualul Traducătorului Tehnic
Metale sau aliaje cu un conținut scăzut de impurități. În funcție de gradul de puritate, metalele se disting cf. puritate sau pur tehnic (99,0 99,90%). crește puritate (99,90 99,99%), puritate ridicată sau pur chimic (99,99 99,999%). special...... Marele dicționar politehnic enciclopedic
metale pure- metale cu un continut scazut de impuritati (< 5 мас. %). Выделяют металлы повышенной чистоты (от 99,90 до 99,99 %) и особой чистоты (от 9,999 до 99,9999%); Смотри также: Металлы щелочные металлы ультрачистые металлы тяжелые металлы …
METALELE PURE- vezi Gradul de puritate a metalului sau aliajului... Dicţionar metalurgic
Substanțe simple care în condiții normale au proprietăți caracteristice: conductivitate electrică și termică ridicată, coeficient de temperatură negativ al conductibilității electrice, capacitatea de a reflecta bine undele electromagnetice ... ...
- (din grecescul metalon, inițial o mină, minereu, mină), simplu în wa, care în condiții normale au proprietăți caracteristice: conductivitate electrică și termică ridicată, coeficient de temperatură negativ. conductivitate electrică, capacitatea de a bine ...... Enciclopedia fizică
metale ultrapure- metale de înaltă puritate, de înaltă puritate, în care fracția de masă a impurităților nu depășește 1 10 3%. Principalele etape ale tehnologiei de producere a metalelor ultrapure: obținerea de compuși chimici puri, reducerea acestora la ... ... Dicţionar Enciclopedic de Metalurgie
Metale de înaltă puritate, metale extrapure, metale, conținutul total de impurități în care nu depășește 1․10 3% (în masă). Principalele etape ale tehnologiei de producție U. m.: obținerea compușilor chimici puri, refacerea acestora la ...... Marea Enciclopedie Sovietică
metale radioactive- metale care ocupă locuri în Sistemul Periodic de elemente cu număr atomic mai mare de 83 (Bi), care emit particule radioactive: neutroni, protoni, particule alfa, beta sau cuante gamma. Găsit în natură: At, Ac, Np, Pa, Po... Dicţionar Enciclopedic de Metalurgie
metale de tranziție- elementele Ib şi VIIIb ale subgrupei Sistemului Periodic. În atomii de metal de tranziție, învelișurile interioare sunt doar parțial umplute. Există d metale în care există o umplere treptată de 3d (de la Se la Ni), 4d (de la Y la ... ... Dicţionar Enciclopedic de Metalurgie
Vă permite să economisiți resurse energetice (cocs, cărbune), să obțineți un randament mai mare de produse finite din materii prime, să scurtați ciclul de producție, îmbunătățind în același timp calitatea și îmbunătățirea stării ecologice a atmosferei. Aceasta este metalurgia, și anume reducerea metalelor cu ajutorul hidrogenului.
Preistorie, sau înainte spre trecut pentru metale pure
Metalurgia a însoțit omenirea încă din Epoca Bronzului și Fierului. Încă din secolele 14 î.Hr. e. oamenii antici topeau fier folosind metoda de înflorire. Principiul a fost reducerea minereului de fier cu cărbune la o temperatură relativ scăzută de 1000 °C. Drept urmare, au primit un kritsa - un burete de fier, apoi a fost forjat până când a fost obținut un semifabricat, din care s-au făcut obiecte de uz casnic și arme.
Deja în secolul al XIV-lea au început să apară cuptoarele și furnalele primitive, care au pus bazele proceselor metalurgice moderne: furnal, vatră deschisă și convertor. Abundența de cărbune și minereuri de fier a fixat aceste metode ca fiind principale pentru o lungă perioadă de timp. Cu toate acestea, cerințele tot mai mari privind calitatea produselor, economisirea resurselor și siguranța mediului au dus la faptul că deja la mijlocul secolului al XIX-lea au început să se întoarcă la rădăcini: să folosească reducerea directă a metalelor pure. Prima astfel de instalație modernă a apărut în 1911 în Suedia, producând loturi mici de metale obținute cu ajutorul hidrogenului cu o puritate de 99,99%. Consumatorii erau atunci doar laboratoare de cercetare. În 1969, în Portland (SUA), a fost lansată o fabrică care producea până la 400.000 de tone de metale pure. Și deja în 1975, 29 de milioane de tone de oțel au fost produse în lume prin această metodă.
Acum, astfel de produse sunt așteptate nu numai de aviație, industria de fabricare a instrumentelor, întreprinderile pentru fabricarea de instrumente medicale și electronice, ci și de mulți alții. Această tehnologie a primit un avantaj deosebit în metalurgia neferoasă, dar în viitorul apropiat, „metalurgia feroasă cu hidrogen”.
Metale pure și aliaje utilizate în electronica radio
Curs 8. Materiale conducătoare și fire
Scopul materialelor conductoare;
Scopul și tipurile de fire.
Obiectivele prelegerii:
Studiul materialelor conductoare;
Studiul firelor.
8.1 Scop materiale conductoare
Majoritatea materialelor conductoare metalice au o conductivitate electrică ridicată ( ρ = 0,015 ÷ 0,028 µOhm m). Acestea sunt în principal metale pure, care sunt utilizate pentru fabricarea firelor și cablurilor de înfășurare și cablare radio.
Împreună cu aceasta, conductorii cu rezistență electrică ridicată sunt utilizați în electronica radio - aliaje de diferite metale. Pentru metal (rezistiv) ρ = 0,4 ÷ 2,0 μΩ m. Aceste aliaje constituie un grup de materiale metalice cu un coeficient de rezistivitate la temperatură scăzută (TC ρ ) și sunt utilizate pentru fabricarea rezistențelor bobinate și a altor componente radio.
Cupru– materialul principal cu plasticitate ridicată, rezistență mecanică suficientă și conductivitate electrică ridicată. Punctul de topire al cuprului este de 1083°C, coeficientul de dilatare termică KTE = 17 10 -6 1/°C. Pentru fabricarea produselor (înfășurare, fire și cabluri radio), se folosesc clasele de cupru pur M00k; CIO; A-și bate joc; M1k și M00b; Gloată; M1b. Conținut de cupru 99,99 - 99,90%. Produsele din cupru moale (la 20°C) au o densitate de 8900 kg/m 3 ; σ p = 200÷280 MPa; e = 6÷35%; ρ = 0,072÷0,01724 μOhm m. Coeficientul de temperatură al rezistivității pentru toate gradele de cupru TK ρ = 0,0041/°C.
Bronz este un aliaj de cupru cu staniu (bronz de staniu), aluminiu (aluminiu), beriliu (beriliu) și alte elemente de aliere. În ceea ce privește conductivitatea electrică, bronzul este inferior cuprului, dar îl depășește ca rezistență mecanică, elasticitate, rezistență la abraziune și rezistență la coroziune. Contactele elastice, părțile de contact ale conectorilor și alte părți sunt realizate din bronz.
Alamă– un aliaj de cupru și zinc, în care cel mai mare conținut de zinc poate fi de 45% (în masă). Din tablă de alamă sunt fabricate diferite piese: cleme, contacte, elemente de fixare. Principalele caracteristici ale bronzului, alamei și cuprului sunt prezentate în tabelul 8.1.
Kovar- un aliaj de nichel (aproximativ 29% din greutate), cobalt (aproximativ 18%), fier (restul). O trăsătură caracteristică a kovarului este apropierea valorilor sale CTE = (4,3÷5,4) · 10 -6 1/°С la valorile CTE ale sticlei și ceramicii în intervalul de temperatură de 20–200°С. Acest lucru permite producerea de joncțiuni consistente, ermetice de kovar cu sticlă și ceramică. Este utilizat pentru fabricarea pachetelor IC și a dispozitivelor semiconductoare.
Aluminiu este al doilea material conductor după cuprul datorită conductivității electrice relativ ridicate și rezistenței la coroziune atmosferică.
Densitatea aluminiului este de 2700 kg / m 3, ᴛ.ᴇ. este de 3,3 ori mai ușor decât cuprul, punctul de topire 658°C. Aluminiul se caracterizează prin duritate scăzută și rezistență scăzută la tracțiune (σ p = 80÷180 MPa) și CTE mai mare = 24·10 -6 1/°С comparativ cu cuprul. Acesta este un dezavantaj al aluminiului.
Calitățile de aluminiu de înaltă puritate sunt folosite pentru a face plăci pentru condensatoare electrolitice, precum și folie. Sârma de aluminiu este produsă Ø0,08 - 8mm în trei variante: moale (AM), semidure (APT), tare (AT).
Tabelul 8.1
Argint aparține grupului de metale nobile care nu se oxidează în aer la temperatura camerei. Oxidarea începe la 200°C. Argintul se caracterizează prin ductilitate ridicată, ceea ce face posibilă obținerea foliei și a sârmei cu Ø de până la 0,01 mm și cea mai mare conductivitate electrică.
Principalele caracteristici ale argintului: densitate 1050 kg/m 3 ; punct de topire 960,5 °C; σ p = 150÷180 MPa (argint moale); σ p = 200÷300 MPa (argint solid); ρ = 0,0158 μΩ m; TC ρ = 0,003691/°C; CTE= 24 10 -6 1/°C.
Argintul este folosit pentru realizarea straturilor de protecție pe conductorii de cupru ale firelor de instalații radio utilizate la temperaturi de până la 250°C. Argintul este aplicat pe suprafața interioară a ghidurilor de undă pentru a obține un strat cu conductivitate electrică ridicată și este introdus și în lipituri (PSr10, PSr50) folosite pentru lipirea pieselor conductoare din echipamentele electronice.
Aur- spre deosebire de argint, nu se oxideaza in aer nici la temperaturi ridicate. Are o plasticitate foarte mare; se foloseste la producerea foliei de pana la 0,005 mm grosime si a firului cu Ø de pana la 0,01 mm.
Principalele caracteristici ale aurului: densitate 1930 kg/m 3 ; punct de topire 1063°C; σ p = 150÷180 MPa, ρ = 0,0224 μΩ m; TC ρ = 0,003691/°C;
CTE= 14,2 10-6 1/°C.
Aurul este utilizat pentru acoperirile de contact cu peliculă subțire la comutarea curenților mici în microcircuite, precum și pentru acoperirea pereților.
ghiduri de undă și rezonatoare cu microunde.
Metale pure și aliaje utilizate în electronica radio - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Metale și aliaje pure utilizate în electronica radio” 2017, 2018.
