VAKUUMSKA DESTILACIJA VAKUUMSKIH METALA 4. PERIODA (Mn, Cr, Fe, Ni, Co)
Najvatrostalniji i teško isparljivi metali koji su trenutno podvrgnuti destilaciji su mangan, hrom, željezo, nikal i kobalt. Svi ovi metali su dio najvažnijih tehničkih legura.
Mehanički i fizička svojstva legure na bazi gvožđa, nikla i drugih specificiranih elemenata, a posebno svojstva različitih legura otpornih na toplotu, u velikoj meri su determinisane čistoćom polaznih materijala.Poznato je da nemetalne inkluzije i niz nečistoća koje formiraju nisko- eutektika taljenja naglo degradira mnoga svojstva legura: duktilnost, otpornost na toplotu, otpornost na koroziju itd. Posebno štetne nečistoće u svim ovim metalima su olovo, bizmut, kadmijum, sumpor, fosfor, azot i kiseonik. 4. period je izuzetan interes kako sa stanovišta proučavanja njihovih svojstava, tako i za proučavanje uticaja legirajućih aditiva na promenu svojstava legura. zračne cijevi i za proizvodnju nekih dijelova ionskih uređaja.Čisto željezo gotovo da nema interakcije sa živinim parama.Može se koristiti u cijevima sa oksidnim katodama, izuzetno osjetljivo osjetljiv na najmanja zagađenja. Čisto željezo ima visoku magnetnu permeabilnost, što mu omogućava da se koristi za zaštitu magnetnih polja. Nikl visoke čistoće je neophodan za premazivanje različitih vatrostalnih metala. Značajnu količinu čistih metala 4. perioda troši hemijska industrija za proizvodnju raznih jedinjenja. Detaljne informacije o uticaju nečistoća na svojstva metala koji se razmatraju mogu se naći u monografijama.
Najčešći način čišćenja vatrostalnih metala 4. perioda je hemijsko vezivanje nečistoća kao rezultat redoks procesa (često tretmanom vodonikom) praćeno otplinjavanjem i destilacijom nečistoća tokom vakuumskog topljenja. Obrada rastopljenih metala u vakuumu je postala široko rasprostranjena u posljednjih 5-10 godina. Koristi se ne samo za čiste metale, već i za čelike i druge legure. Budući da nismo u mogućnosti da detaljno razjasnimo relevantne radove, u kojima je dijapazon razmatranih pitanja daleko izvan okvira ove teme, ograničićemo se na opis radova na destilaciji ovih metala i destilaciji metalnih nečistoća. . Detaljne informacije o vakuumskom topljenju metala i uklanjanju plinovitih nečistoća mogu se naći u brojnim zbirkama članaka i monografija.
Od metala razmatranih u ovom stavu, gvožđe, nikl i kobalt su uključeni u podgrupu gvožđa grupe VIII periodnog sistema. Kao glavne nečistoće u ovim metalima, pored srodnih elemenata, nalaze se bakar, silicijum, mangan, hrom, aluminijum, ugljenik, fosfor, sumpor i gasovi (N 2, 0 2, H 2). Zbog blizine svojstava srodnih elemenata, stepen prečišćavanja od njih tokom destilacije je nizak, ali mali dodaci ovih metala malo utiču na svojstva glavnog elementa. Sve čisti metali podgrupe gvožđa su plastične na sobnoj i čak nižim temperaturama, dok je nikal plastičan do temperature tečnog helijuma (4,2°K). Međutim, povećanje sadržaja plina i nekih metalnih nečistoća može dovesti do povećanja temperature prijelaza metala iz duktilnog u krto stanje. Dakle, gvožđe koje sadrži >0,005% 0 2 postaje krto na 20° C. Kobalt ima nižu duktilnost od gvožđa ili nikla, što može biti posledica njegove nedovoljne čistoće. Sva tri razmatrana metala imaju slične vrijednosti tlaka pare. Njihova destilacija se obično vrši na temperaturama 20-50°C iznad tačke topljenja, iako svi sublimiraju u vakuumu na temperaturi > 1100°C.
Za razliku od metala podgrupe gvožđa, hrom i mangan visoke čistoće su krti na sobnoj temperaturi. Čak i male koncentracije nečistoća kao što su ugljik, sumpor, dušik i kisik naglo pogoršavaju njihova mehanička svojstva. U najčišćem kromu temperatura prijelaza iz krtog u duktilno stanje je blizu 50°C. Međutim, postoji mogućnost snižavanja ove temperature daljnjim čišćenjem metala.
Trenutno se smatra da je glavni razlog krhkosti hroma na sobnoj temperaturi prisustvo azota i kiseonika u njemu u količini od ~0,001%. Temperatura prijelaza kroma u plastično stanje naglo se povećava dodatkom aluminija, bakra, nikla, mangana i kobalta. Moguće je da se veliki efekat prečišćavanja hroma od azota može postići destilacijom u izolovanoj zapremini.
Mangan je krhak u cijelom rasponu postojanja α-faze (do 700°C), dok su visokotemperaturne faze (β- i γ-Mπ) prilično plastične. Razlozi krhkosti α-Mn nisu dovoljno proučeni.
Krom i mangan imaju značajan pritisak pare ispod tačaka topljenja. Krom sublimira u vakuumu primjetnom brzinom iznad 1200°C. Pošto je tačka topljenja hroma oko 1900°C, zbog sublimacije ga nije moguće rastopiti u vakuumu. Obično se pretapanje originalnog metala ili kondenzata vrši u inertnom plinu pod pritiskom većim od 700 mm Hg. Art. Mangan se destiluje i sublimacijom i iz tečne faze.
Obično, destilacijom svih metala koji se razmatraju, moguće je dobiti kondenzate čistoće od ~ 99,99%. Međutim, visoko efikasno prečišćavanje moguće je samo uz upotrebu kondenzatora temperaturnog gradijenta. Destilacija hroma i mangana detaljno je proučavana, uglavnom od strane Crolla i u laboratoriju autora.
Vakumsku destilaciju mangana prvi su opisali Thide i Birnbrauer. Geiler je detaljno proučavao ovaj proces i istražio niz svojstava rezultirajućeg mangana visoke čistoće. Destilacija je izvršena u kvarcnoj cijevi dužine 600 mm i prečnika 100 mm. Mangan je ispario iz magnezitnog lončića i kondenzirao se na drugom sličnom lončiću. Metal se zagrijavao visokofrekventnim strujama. Isparavanje je izvedeno na temperaturi od ~1250°C u vakuumu od 1-2 mm Hg. Art. Kao polazni materijal korišten je aluminotermni metal čistoće od ~99% i komercijalni mangan (~96-98%). Rezultati jedne destilacije prikazani su u tabeli. 48. Izlaz čistog metala bio je -50% težine tereta. Uz navedene parametre procesa i opterećenje od 2,7 kg, za 5 sati dobijeno je 0,76 kg čistog metala. U Geylerovoj instalaciji nije eliminirana mogućnost interakcije metala s materijalom cijevi, pa je zbog toga u nizu eksperimenata destilat bio kontaminiran silicijumom.
General Brief
Vatrostalni metali - vanadijum, hrom, niobij, tantal, molibden i volfram su do nedavno korišćeni uglavnom za legiranje legura na bazi metala kao što su gvožđe, nikl, kobalt, aluminijum, bakar, au vrlo ograničenim količinama iu drugim oblastima industrije, za primjer u električnoj i hemijskoj industriji.
Za legiranje je bilo sasvim dovoljno imati metale sa sadržajem od 1-2% nečistoća. Vatrostalni metali sa takvim sadržajem nečistoća su izuzetno krti i nisu prikladni za upotrebu kao konstrukcijski materijali. Međutim, plastičnost vatrostalnih metala raste s povećanjem njihove čistoće, a problem njihove upotrebe kao konstrukcijskih materijala postao je sasvim realan nakon razvoja metoda za dobivanje ovih metala s vrlo niskim sadržajem nečistoća.
Vatrostalni metali se obično dobijaju redukcijom njihovih soli ili oksida aktivnim metalima ili vodikom, kao i elektrolizom.
Vanadijum se dobija redukcijom njegovog pentoksida sa kalcijumom ili vanadij trihloridom sa magnezijumom ili kalcijumom. Najčišći vanadijum se dobija jodidnom metodom, kao i elektrolitičkom rafinacijom u rastopljenim solima.
Jednostavan način za dobijanje dovoljno čistog hroma je njegovo elektrolitičko taloženje iz vodenih rastvora. Međutim, elektrolitički krom sadrži prilično značajne količine kisika i vodika. Vrlo čisti hrom se dobija jodidnom metodom, kao i vakuumskom destilacijom i rafinacijom vodika komercijalno čistog hroma.
Niobij se prirodno javlja u kombinaciji s tantalom. Stoga je pri dobijanju ovih metala u čistom obliku neophodno njihovo pažljivo odvajanje. Nakon odvajanja, čisti tantal se dobija redukcijom njegovog fluorotantalata natrijumom ili drugim aktivnim metalima. Niobij se ekstrahuje iz niobijum karbida ili oksida, koji nastaje prilikom odvajanja tantala i niobija. Niobijum se takođe može dobiti elektrolizom kalijum fluoroniobata i redukcijom niobijum pentaklorida vodonikom. Za konačno prečišćavanje, tantal i niobijum se tope u visokom vakuumu.
Molibden i volfram se dobijaju redukcijom njihovih pročišćenih oksida, hlorida ili amonijumovih soli sa vodikom.
Treba napomenuti da se nakon vađenja iz ruda većina vatrostalnih metala nalazi u obliku praha ili sunđera. Stoga, za njihovo dobijanje u kompaktnom obliku, koriste se metode metalurgije praha, taljenje luka i u novije vrijeme- veoma efikasno topljenje elektronskim snopom.
Fizički i Hemijska svojstvačisti vatrostalni metali
Vatrostalni metali koji se ovdje razmatraju pripadaju podgrupama VA (vanadij, niobij i tantal) i VIA (hrom, molibden i volfram).
Neka fizička svojstva čistih vatrostalnih metala data su u tabeli. 25.
Od ostalih fizičkih svojstava čistih vatrostalnih metala treba istaći relativno mali poprečni presjek hvatanja termičkih neutrona: za niobijum 1,1, za molibden 2,4, za hrom 2,9 i za volfram 4,7 barns. Najčišći volfram i molibden na temperaturama blizu apsolutne nule su superprovodnici.
Ovo se takođe odnosi na vanadijum, niobijum i tantal, čije su supravodljive prelazne temperature 5,9 odnosno 4,5°K.
Hemijska svojstva čistih vatrostalnih metala su vrlo različita. Krom je otporan na zrak i vodu na sobnoj temperaturi. Sa povećanjem temperature povećava se aktivnost hroma i on se direktno spaja sa halogenima, dušikom, ugljikom, silicijumom, borom i nizom drugih elemenata, te izgara u kisiku.
Vanadijum je reaktivan. Počinje da stupa u interakciju sa kiseonikom, vodonikom i azotom već na temperaturama iznad 300°C. Vanadijum direktno reaguje sa halogenima kada se zagreje na 150-200°C.
Molibden je na sobnoj temperaturi stabilan u zraku i kisiku, ali kada se zagrije iznad 400 ° C, počinje intenzivno oksidirati. Ne reaguje hemijski sa vodonikom, ali ga slabo apsorbuje. Molibden aktivno stupa u interakciju s fluorom na uobičajenim temperaturama, počinje interakciju s klorom na 180 ° C i gotovo ne reagira s parama joda.
Volfram je takođe stabilan u vazduhu i kiseoniku na sobnoj temperaturi, ali snažno oksidira kada se zagreje iznad 500° C. Volfram ne reaguje sa vodonikom do tačke topljenja. Reaguje sa fluorom na sobnoj temperaturi, sa hlorom na temperaturama iznad 300°C i veoma teško reaguje sa parama joda.
Od razmatranih metala, čisti tantal i niobij karakterizira najveća otpornost na koroziju. Stabilni su u hlorovodoničnoj, sumpornoj, azotnoj i drugim kiselinama, a nešto manje u alkalijama. U mnogim sredinama, čisti tantal se približava platini po svojoj hemijskoj otpornosti. karakteristična karakteristika tantal i niobij je njihova sposobnost da apsorbuju velike količine vodonika, dušika i kisika. Kada se zagriju iznad 500 ° C, ovi metali se intenzivno oksidiraju na zraku.
Za mogućnost upotrebe vatrostalnih metala na povišenim temperaturama od posebne je važnosti njihova sklonost oksidaciji. Od metala koji se razmatraju, samo čisti krom ima visoku otpornost na oksidaciju. Svi ostali vatrostalni metali se intenzivno oksidiraju na temperaturama iznad 500-600 ° C. Visoka otpornost hroma na oksidaciju je posljedica stvaranja gustog vatrostalnog oksidnog filma na njegovoj površini, koji štiti metal od daljnje oksidacije. Na površini drugih vatrostalnih metala ne stvaraju se zaštitni oksidni filmovi.
Oksidi molibdena i vanadijuma su veoma topljivi (njihove tačke topljenja su 795, odnosno 660°C) i isparljivi. Niobijum, tantal i volfram oksidi imaju relativno visoke tačke topljenja (1460, 1900 i 1470°C, respektivno), ali su njihove specifične zapremine mnogo veće od onih odgovarajućih metala. Iz tog razloga, oksidni filmovi, čak i sa svojom vrlo malom debljinom, pucaju i ljušte se od metala, otvarajući pristup kisiku njegovoj čistoj površini.
Mehanička svojstva čistih vatrostalnih metala i utjecaj nečistoća na ta svojstva
Budući da svi opisani vatrostalni metali imaju tijelo centriranu rešetku, njihova mehanička svojstva imaju niz karakteristika karakterističnih za metale takve strukture. Mehanička svojstva vatrostalnih metala (zatezna čvrstoća, duktilnost, tvrdoća) jako zavise od prisustva nečistoća u njima. Negativan utjecaj čak i zanemarivih količina nečistoća na njihova plastična svojstva je izuzetno velik.
Odlučujuću ulogu u promjeni mehaničkih karakteristika metala usredsređenih na tijelo igraju takve intersticijske nečistoće kao što su ugljik, dušik, kisik i vodonik koji ulaze u intersticijske prostore.
Dakle, u molibdenu topljenom u lučnoj peći, sadržaj ugljika može se smanjiti na 0,01%, a sadržaj plina može se dovesti do vrlo malih vrijednosti, na primjer, kisika na 1 dio na milijun. Takav se štap može saviti bez lomljenja do temperature reda od -50 ° C, a lomi se tijekom ispitivanja na udar.
Sadržaj ugljika taljenja zona u molibdenu može se smanjiti sa 0,01 na 0,002% i niže. Prilikom ispitivanja na udar, zonski očišćeni štapovi zadržavaju svoju plastičnost do -140°C. Iz ovoga jasno proizilazi da je plastičnost molibdena (kao i drugih vatrostalnih metala) funkcija njihove čistoće u odnosu na međuprostorne nečistoće. Oslobođen ovih nečistoća, molibden i drugi vatrostalni metali lako podnose hladnu obradu (valjanje, štancanje i druge slične operacije).
Stepen prečišćavanja molibdena od kiseonika ima veoma snažan uticaj na temperaturu prelaska u krto stanje: pri 0,01% O2 je plus 300°C, pri 0,002% O2 - plus 25°C, a pri 0,0001%) O2 - minus 196 ° OD.
Trenutno se (metodom zonskog topljenja sa zagrijavanjem elektronskim snopom) uzgajaju veliki monokristali molibdena dužine oko 500 mm i poprečnog presjeka 25x75 mm. Ovi monokristali postižu visoku čistoću materijala sa ukupnim sadržajem intersticijskih nečistoća manjim od 40 delova na milion. Takvi monokristali najčistijeg molibdena odlikuju se vrlo visokom plastičnošću do temperature tekućeg helijuma.
Monokristal molibdena se može saviti bez razaranja za 180 stepeni, od monokristala molibdena prečnika 12 mm, hladnom deformacijom se može dobiti žica prečnika 30 mikrona i dužine 700-800 m ili folija sa debljine 50 mikrona, koja se može hladno štancati sa izvlačenjem, što je veoma važno za dobijanje niza kritičnih delova elektrovakuum uređaja.
Slična metoda se koristi za dobivanje monokristala drugih vatrostalnih metala - volframa, vanadijuma, niobija, tantala. Volfram se trenutno proizvodi zonskim topljenjem elektronskih zraka u obliku monokristala prečnika oko 5 mm i dužine oko 250 mm visoke gustine i čistoće (99,9975% W). Takav volfram je plastičan čak i na temperaturi od -170 ° C.
Monokristali volframa dobijeni topljenjem elektronskim snopom izdržavaju dvostruko savijanje na sobnoj temperaturi, što ukazuje na vrlo nisku temperaturu prijelaza ovog metala iz duktilnog u krto stanje. Za obični volfram početak prijelaza u krto stanje je na temperaturi iznad 700 ° C.
Monokristali volframa lako podnose hladnu obradu i trenutno se koriste za proizvodnju žice, šipki, limova i drugih poluproizvoda. Monokristalni niobijum može se deformisati na sobnoj temperaturi do 90% kompresije i zadržava dovoljno visoku duktilnost na temperaturi tečnog azota (-194°C). Jedan kristal tantala, komprimiran za 80%, također ima dovoljnu plastičnost u proizvodnji žice.
Odlična duktilnost, minimalno radno kaljenje, visoka otpornost na koroziju i dobra stabilnost karakteristični su za vatrostalne metale visoke čistoće koji se dobijaju u obliku monokristala topljenjem u zoni elektronskog snopa. Vanadijum, niobijum i tantal u obliku polikristalnih ingota topljenja elektronskim snopom ili monokristala pročišćenih zonskim topljenjem ne postaju krhki čak ni uz veoma duboko hlađenje.
Upotreba čistih vatrostalnih metala
Upotreba čistih vatrostalnih metala (a u budućnosti će se očigledno koristiti samo u ovom obliku) razvija se u dva glavna pravca: 1) za nadzvučnu avijaciju, vođene rakete, rakete i svemirski brodovi; 2) za elektronsku opremu. U oba slučaja potrebni su najčišći metali, koji imaju vrlo visoku plastičnost, što se, kao što smo vidjeli gore, postiže dubljim prečišćavanjem vatrostalnih metala od intersticijskih nečistoća.
Čelici i legure otporni na toplinu na bazi nikla i kobalta, koji mogu raditi na temperaturama od 650-870°C, više ne ispunjavaju zahtjeve nadzvučne avijacije i raketne tehnologije. Potrebni su materijali koji imaju dovoljno dugotrajnu čvrstoću na temperaturama iznad 1100°C. Takvi materijali su čisti vatrostalni metali (ili legure na njihovoj osnovi) sposobni za plastičnu deformaciju.
Za proizvodnju omotača za nadzvučne avione i rakete potrebni su listovi čistog molibdena i niobija, koji imaju veću specifičnu čvrstoću od tantala i volframa, do 1300 °C.
U težim uslovima rade delovi vazdušno-mlaznih, raketnih i turbomlaznih turbina. Za izradu ovih dijelova, koji rade na temperaturama do 1370 ° C, preporučljivo je koristiti čisti molibden i niobij, ali na višim temperaturama su prikladni samo tantal i volfram. Za rad na temperaturama iznad 1370 ° C, od najvećeg su interesa čisti tantal i njegove legure, koji na takvim temperaturama imaju relativno visoku duktilnost, a po otpornosti na toplinu nisu inferiorni od volframa.
Delovi rade u najtežim uslovima gasne turbine. Za takve dijelove najprikladniji su čisti niobij i legure na njegovoj osnovi, koje imaju prihvatljivu otpornost na oksidaciju.
Najčišći vatrostalni metali nalaze različite primjene u elektronskoj i vakuumskoj tehnologiji. Tantal je dobar getter i široko se koristi u proizvodnji vakuumskih cijevi. Niobij se koristi u elektrovakuum tehnologiji za proizvodnju anoda, rešetki, cijevi i drugih dijelova. Molibden i volfram se koriste u vakuumskim uređajima i radio cijevima za proizvodnju filamenata, elektroda, kukica, privjesaka, anoda i rešetki.
Volfram monokristali visoke čistoće i bez pora koriste se kao katodni grijači u elektrovakuumskim uređajima, za električne kontakte, u vakuumskim prekidačima, na ulazima u vakuumske instalacije - gdje je odsustvo plinova važan faktor.
Čisti vatrostalni metali proizvedeni topljenjem elektronskih zraka naći će direktnu primjenu u proizvodnji minijaturnih elektroničkih uređaja. Od interesa su prevlake od čistih vatrostalnih metala dobijene raspršivanjem ili termičkom razgradnjom spojeva vatrostalnih metala.
Čisti vanadijum i niobijum, zbog malog poprečnog preseka hvatanja termalnih neutrona, takođe se uspešno koriste u nuklearnoj energetici. Vanadij se koristi za izradu tankozidnih cijevi za nuklearne reaktore i školjke gorivnih elemenata, jer se ne legira s uranijumom i ima dobru toplinsku provodljivost i dovoljnu otpornost na koroziju.
Čisti niobijum ne reaguje sa rastopljenim natrijumom i bizmutom, koji se često koriste kao rashladna sredstva, i ne stvara krhka jedinjenja sa uranijumom.
Čisti tantal, zbog svoje visoke otpornosti na koroziju, koristi se za proizvodnju dijelova kemijske opreme koja radi u kiselim agresivnim sredinama, na primjer, u proizvodnji umjetnih vlakana. U posljednje vrijeme tantal se ovdje često zamjenjuje čistim niobijem, koji je jeftiniji i češći u prirodi. Čisti krom ima slične primjene. Ovim primjerima nisu iscrpljena sva proširena područja primjene najčistijih vatrostalnih metala.
07.02.2020
Prije nego što kupite police za police u Kijevu, poduzetnik treba razumjeti njihove vrste, svrhu i nijanse kupovine. Pogledajmo sve glavne...
07.02.2020
Prije nego što zgrabite prvi produžni kabel sa pulta i platite za njega, morate sami utvrditi da li je uređaj prikladan za dužinu kabela, broj utičnica, ...
06.02.2020
Geotekstil ili geofabrika namijenjena vrtnim stazama je biološki čist materijal. Stvaraju ga fino prešane niti. U pejzažnom dizajnu...
Čisti metali i legure koje se koriste u radio elektronici
Predavanje 8. Provodni materijali i žice
Namjena provodnih materijala;
Namjena i vrste žica.
Ciljevi predavanja:
Proučavanje provodljivih materijala;
Proučavanje žica.
8.1 Svrha provodnički materijali
Većina metalnih provodnih materijala ima visoku električnu provodljivost ( ρ = 0,015 ÷ 0,028 µOhm m). To su uglavnom čisti metali koji se koriste za proizvodnju žica i kablova za namotavanje i radio ožičenje.
Uz to, u radioelektronici se koriste provodnici s visokim električnim otporom - legure različitih metala. Za metal (otporni) ρ = 0,4 ÷ 2,0 μΩ m. Ove legure čine grupu metalnih materijala sa niskim temperaturnim koeficijentom otpornosti (TC ρ ) i koriste se za proizvodnju žičanih otpornika i drugih radio komponenti.
Bakar– glavni materijal visoke plastičnosti, dovoljno mehaničke čvrstoće i visoke električne provodljivosti. Tačka topljenja bakra je 1083°C, koeficijent termičkog širenja KTE = 17 10 -6 1/°C. Za proizvodnju proizvoda (namotaja, radio žice i kablova) koriste se čisti bakar M00k; MOK; Mock; M1k i M00b; Mob; M1b. Sadržaj bakra 99,99 - 99,90%. Proizvodi od mekog bakra (na 20°C) imaju gustinu od 8900 kg/m 3 ; σ p = 200÷280 MPa; e = 6÷35%; ρ = 0,072÷0,01724 μOhm m. Temperaturni koeficijent otpornosti za sve vrste bakra TK ρ = 0,0041/°C.
Bronza je legura bakra sa kositrom (kalajna bronza), aluminijumom (aluminijum), berilijumom (berilij) i drugim legirajućim elementima. U pogledu električne provodljivosti, bronza je inferiornija od bakra, ali je nadmašuje u mehaničkoj čvrstoći, elastičnosti, otpornosti na habanje i otpornosti na koroziju. Opružni kontakti, kontaktni dijelovi konektora i ostali dijelovi izrađeni su od bronze.
Brass– legura bakra i cinka, u kojoj najveći sadržaj cinka može biti 45% (po masi). Od mesinga se izrađuju različiti dijelovi: stezaljke, kontakti, pričvršćivači. Glavne karakteristike bronze, mesinga i bakra date su u tabeli 8.1.
Kovar- legura nikla (oko 29% masenog udjela), kobalta (oko 18%), željeza (ostatak). Karakteristična karakteristika kovara je bliskost njegovih CTE vrijednosti = (4,3÷5,4) · 10 -6 1/°C CTE vrijednostima stakla i keramike u temperaturnom rasponu od 20-200°C. Ovo omogućava proizvodnju konzistentnih, hermetičkih spojeva kovara sa staklom i keramikom. Koristi se za proizvodnju IC paketa i poluvodičkih uređaja.
Aluminijum je drugi materijal provodnika nakon bakra zbog svoje relativno visoke električne provodljivosti i otpornosti na atmosfersku koroziju.
Gustoća aluminija je 2700 kg / m 3, ᴛ.ᴇ. 3,3 puta je lakši od bakra, tačka topljenja 658°C. Aluminij karakterizira niska tvrdoća i niska vlačna čvrstoća (σ p = 80÷180 MPa) i viši CTE = 24·10 -6 1/°S u odnosu na bakar. Ovo je nedostatak aluminijuma.
Aluminijum visoke čistoće se koristi za izradu ploča za elektrolitičke kondenzatore, kao i folije. Aluminijumska žica se proizvodi Ø0,08 - 8 mm u tri varijante: meka (AM), polutvrda (APT), tvrda (AT).
Tabela 8.1
Srebro spada u grupu plemenitih metala koji ne oksidiraju na zraku na sobnoj temperaturi. Oksidacija počinje na 200°C. Srebro se odlikuje visokom duktilnošću, što omogućava dobijanje folije i žice Ø do 0,01 mm, te najvećom električnom provodljivošću.
Glavne karakteristike srebra: gustina 1050 kg/m 3 ; tačka topljenja 960,5 °C; σ p = 150÷180 MPa (meko srebro); σ p = 200÷300 MPa (čvrsto srebro); ρ = 0,0158 μΩ m; TC ρ = 0,003691/°C; CTE= 24 10 -6 1/°C.
Srebro se koristi za izradu zaštitnih slojeva na bakarnim provodnicima radioinstalacijskih žica koje se koriste na temperaturama do 250°C. Srebro se nanosi na unutrašnju površinu talasovoda da bi se dobio sloj visoke električne provodljivosti, a unosi se i u lemove (PSr10, PSr50) koji se koriste za lemljenje provodnih delova u elektronskoj opremi.
Zlato- za razliku od srebra, ne oksidira na zraku čak ni na visokim temperaturama. Ima vrlo visoku plastičnost, koristi se za proizvodnju folije debljine do 0,005 mm i žice Ø do 0,01 mm.
Glavne karakteristike zlata: gustoća 1930 kg/m 3 ; tačka topljenja 1063°C; σ p = 150÷180 MPa, ρ = 0,0224 μΩ m; TC ρ = 0,003691/°C;
CTE= 14,2 10 -6 1/°C.
Zlato se koristi za tankoslojne kontaktne prevlake pri prebacivanju niskih struja u mikro krugovima, kao i za oblaganje zidova.
talasovode i mikrotalasne rezonatore.
Čisti metali i legure koje se koriste u radio elektronici - koncept i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "Čisti metali i legure koje se koriste u radioelektronici" 2017, 2018.
Omogućava vam da uštedite energetske resurse (koks, ugalj), dobijete više proizvodnje gotovih proizvoda od sirovina, skraćuju ciklus proizvodnje uz poboljšanje kvaliteta i poboljšanje ekološkog stanja atmosfere. To je metalurgija, odnosno redukcija metala uz pomoć vodonika.
Praistorija, ili Naprijed u prošlost za čiste metale
Metalurgija je pratila čovječanstvo još od bronzanog i gvozdenog doba. Već u 14 veku pre nove ere. e. Drevni ljudi su topili željezo metodom cvjetanja. Princip je bio reducirati željeznu rudu ugljem na relativno niskoj temperaturi od 1000 °C. Kao rezultat toga, dobili su kritsu - željezni spužvu, a zatim je kovan dok se ne dobije prazan, od kojeg su napravljeni predmeti za domaćinstvo i oružje.
Već u XIV stoljeću počele su se pojavljivati primitivne peći i visoke peći, koje su postavile temelje za moderne metalurške procese: visoku peć, otvoreno ložište i konvertor. obilje kameni ugalj a željezne rude su dugo vremena fiksirale ove metode kao glavne. Međutim, sve veći zahtjevi za kvalitetom proizvoda, štednjom resursa i ekološkom sigurnošću doveli su do toga da su se već sredinom 19. stoljeća počeli vraćati svojim korijenima: direktnu redukciju čistih metala. Prvo moderno takvo postrojenje pojavilo se 1911. godine u Švedskoj, proizvodeći male serije metala dobivenih uz pomoć vodika čistoće od 99,99%. Potrošači su tada bili samo istraživačke laboratorije. 1969. godine u Portlandu (SAD) pokrenuta je fabrika koja proizvodi do 400.000 tona čistih metala. A već 1975. godine u svijetu je ovom metodom proizvedeno 29 miliona tona čelika.
Sada takve proizvode očekuju ne samo avijacija, industrija instrumenata, preduzeća za proizvodnju medicinskih instrumenata i elektronike, već i mnogi drugi. Ova tehnologija je dobila posebnu prednost u obojenoj metalurgiji, ali u bliskoj budućnosti i "vodonik crne metalurgije".
Vrlo dugo su se i neki drugi metali smatrali krhkim - hrom, molibden, volfram, tantal, bizmut, cirkonijum itd. Međutim, tako je bilo sve dok nisu naučili kako da ih dobiju u dovoljno čistom obliku. Kada je to urađeno, pokazalo se da su ovi metali vrlo duktilni čak i na niskim temperaturama. Osim toga, ne hrđaju i imaju niz drugih vrijednih svojstava. Sada se ovi metali široko koriste u raznim industrijama.
Ali šta je čisti metal? Ispostavilo se da ni na ovo nema definitivnog odgovora. Konvencionalno, prema čistoći, metali se dijele u tri grupe - tehnički čisti, kemijski čisti i ekstra čisti. Ako legura sadrži najmanje 99,9 posto osnovnog metala, to je tehnička čistoća. Od 99,9 do 99,99 posto - hemijska čistoća. Ako je 99.999 ili više, ovo je posebno čist metal. U svakodnevnom životu naučnici koriste i drugu definiciju čistoće - brojem devet nakon decimalnog zareza. Kažu: “čistoća tri devetke”, “čistoća pet devetki” itd.
U početku je industrija bila prilično zadovoljna hemijski, a često čak i tehnički čistim metalima. Ali naučna i tehnološka revolucija postavila je mnogo strože zahtjeve. Prve narudžbe za ultra čiste metale stigle su iz nuklearne industrije. Desethiljaditi, a ponekad i milioniti dio procenta nekih nečistoća činili su uran, torijum, berilijum i grafit neupotrebljivim. Dobijanje ultra-čistog uranijuma je možda bila glavna poteškoća u stvaranju atomske bombe.
Zatim je postavila svoje zahtjeve mlazna tehnologija. Ultra čisti metali su bili potrebni da bi se dobile posebno otporne na toplotu i toplotu legure koje su trebale da rade u komorama za sagorevanje mlaznih aviona i raketa. Prije nego što su metalurzi imali vremena da se nose sa ovim zadatkom, stigla je nova "primjena" - za poluvodiče. Ovaj zadatak je bio teži - u mnogim poluprovodničkim materijalima količina nečistoća ne bi trebala prelaziti milioniti dio procenta! Ne dozvolite da vas ova mala količina zbuni. Čak i sa takvom čistoćom, gdje jedan atom nečistoće pada na 100.000.000.000 atoma glavne tvari, svaki gram sadrži više od 100.000.000.000 "stranih" atoma. Dakle, daleko je od savršenog. Međutim, apsolutna čistoća ne postoji. To je ideal kojem treba težiti, ali to je nemoguće postići na ovom nivou tehnološkog razvoja. Čak i ako je nekim čudom moguće dobiti apsolutno čist metal, tada će atomi drugih tvari sadržanih u zraku odmah prodrijeti u njega.
Indikativan u tom pogledu je neobičan incident koji se dogodio čuvenom nemačkom fizičaru Verneru Hajzenbergu. Radio je sa spektrografom mase u svojoj laboratoriji. I odjednom je uređaj pokazao prisustvo atoma zlata u eksperimentalnoj supstanci. Naučnik je bio začuđen, jer to nije moglo biti. Ali uređaj tvrdoglavo "stoji sam od sebe". Nesporazum je razjašnjen tek kada je naučnik skinuo i sakrio svoje naočare sa zlatnim okvirom. Odvojeni atomi zlata, koji su "izbjegli" iz kristalne rešetke okvira, upali su u supstancu koja se proučava i "zbunila" izuzetno osjetljivi uređaj.
Ali to se dogodilo u laboratoriji, gdje je zrak čist. Šta možemo reći o modernim industrijskim regijama, čiji je zrak sve zagađeniji industrijskim otpadom?
Ovo poglavlje smo započeli govoreći o tome da je u jednom slučaju prisustvo nečistoća u metalu dobro, au drugom loše. Štaviše, u početku smo rekli da legure imaju bolju čvrstoću i otpornost na toplinu od čistih metala, a sada se ispostavilo da čisti metali imaju najveća svojstva. Nema kontradikcije. U mnogim slučajevima, legura je jača, otpornija na toplinu itd. od bilo kojeg metala u njenom sastavu. Ali ove se kvalitete višestruko pojačavaju kada sve komponente legure obavljaju određeni zadatak neophodan za osobu. Kada u njemu nema ničeg "ekstra". A to znači da same komponente moraju biti što je moguće čistije, sadržavati minimalan broj "stranih" atoma. Stoga, sada pitanje čistoće dobijenih metalurških proizvoda postaje sve akutnije. Kako oni rješavaju ovaj problem?
Na metalurških postrojenja, gdje se proizvodi velika količina metala, odlazeći u obične proizvode, sve se više koristi vakuum. U vakuumu se metal topi i sipa, a to mu omogućava da se zaštiti od ulaska štetnih plinova i molekula drugih tvari iz okolnog zraka. A u nekim slučajevima, topljenje se vrši u atmosferi neutralnog plina, što dodatno štiti metal od neželjenog "prodiranja".