Чище, еще чище! Получение металлов высокой чистоты Если ли чистый металл из.

Чистые металлы

металлы с низким содержанием примесей. В зависимости от степени чистоты различают металлы повышенной чистоты (99,90-99,99%), металлы высокой чистоты, или химически чистые (99,99-99,999%), металлы особой чистоты, или спектрально-чистые, Ультрачистые металлы (свыше 99,999%).

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Чистые металлы" в других словарях:

чистые металлы - Металлы с низким содержанием примесей (< 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 … Справочник технического переводчика

Металлы или сплавы с низким содержанием примесей. В зависимости от степени чистоты различают металлы ср. чистоты, или технически чистые (99,0 99.90%). повыш. чистоты (99,90 99,99%), высокой чистоты, или химически чистые (99,99 99,999%). особой… … Большой энциклопедический политехнический словарь

чистые металлы - металлы с низким содержанием примесей (< 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 …

ЧИСТЫЕ МЕТАЛЛЫ - смотри Степень чистоты металла или сплава … Металлургический словарь

Простые вещества, обладающие в обычных условиях характерными свойствами: высокой электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, способностью хорошо отражать электромагнитные волны… …

- (от греч. metallon, первоначально шахта, руда, копи), простые в ва, обладающие в обычных условиях характерными св вами: высокими электропроводностью и теплопроводностью, отрицательным температурным коэфф. электропроводности, способностью хорошо… … Физическая энциклопедия

ультрачистые металлы - высокочистые, особочистые металлы, в которых массовая доля примесей не превышает 1 10 3%. Основные стадии технологии производства ультрачистых металлы: получение чистых химических соединений, восстановление их до… … Энциклопедический словарь по металлургии

Высокочистые металлы, особо чистые металлы, металлы, суммарное содержание примесей в которых не превышает 1․10 3% (по массе). Основные стадии технологии производства У. м.: получение чистых химических соединений, восстановление их до… … Большая советская энциклопедия

радиоактивные металлы - металлы, занимающие места в Периодической системе элементов с атомный номер больше 83 (Bi), испускающие радиоактивные частицы: нейтроны, протоны, альфа, бетачастицы или гамма кванты. В природе обнаружены: At, Ac, Np, Pa, Ро … Энциклопедический словарь по металлургии

переходные металлы - элементы Iб и VIIIб подгруппы Периодической системы. У атомов переходных металлов внутренние оболочки заполнены только частично. Различают d металлы, у которых происходит постепенное заполнение 3d (от Se до Ni), 4d (от Y до… … Энциклопедический словарь по металлургии

Позволяет сэкономить энергоресурсы (кокс, уголь), получить больший выход готовой продукции из сырья, сократить цикл производства с одновременным повышением качества и улучшением экологического состояния атмосферы. Это металлургия, а именно – восстановление металлов с помощью водорода.

Предыстория, или Вперед в прошлое за чистыми металлами

Металлургия сопровождает человечество со времен бронзового и железного веков. Еще за 14 столетий до н. э. древние люди выплавляли железо кричным методом. Принцип заключался в восстановлении железной руды углем при сравнительно невысокой температуре 1000 °C. В итоге получали крицу – железную губку, затем ее проковывали до получения болванки, из которой изготавливали предметы быта и оружие.

Уже в XIV веке стали появляться примитивные горны и домницы, положившие начало современным металлургическим процессам: доменному, мартеновскому и конвертерному. Обилие каменного угля и железных руд надолго закрепили эти методы как основные. Однако, повышающиеся требования к качеству продукции, экономия ресурсов и экологическая безопасность привели к тому, что уже в середине XIX века стали возвращаться к истокам: использовать прямое восстановление чистых металлов. Первая современная такая установка появилась в 1911 г. в Швеции, выпускавшая малые партии полученных с помощью водорода металлов чистотой 99,99%. Потребителями тогда были лишь исследовательские лаборатории. В 1969 г. в Портленде (США) заработала фабрика, выпускавшая до 400 тыс. тонн чистых металлов. А уже в 1975 г. в мире этим способом выпускалось 29 млн тонн стали.

Сейчас такую продукцию ждут не только авиационная, приборостроительная отрасль, предприятия по изготовлению медицинских инструментов и электроники, но и многие другие. Особое преимущество эта технология получила в цветной металлургии, но в недалекой перспективе и «водородная черная металлургия».

В связи с развитием новых отраслей техники требуются металлы очень высокой чистоты. Например, в металле германии, используемом в качестве полу­проводника, допустимо содержание на десять миллионов атомов германия только одного атома фосфора, мышьяка или сурьмы. В жаропрочных спла­вах, применяемых в ракетостроении, совершенно недопустима даже ни­чтожная примесь свинца или серы.

Один из лучших конструкционных материалов для атомных реакторов – цирконий становится совершенно непригодным, если в нем содержится даже незначительная примесь гафния, кадмия или бора, поэтому содержа­ние этих элементов в материалах атомной энергетики не должно превышать 10 -6 . Электрическая проводимость меди снижается на 14 % при нали­чии примеси мышьяка лишь 0,03 %. Особенно большое значение имеет чис­тота металлов в электронной и вычислительной технике, а так же ядерной энергети­ке. Для металлических материалов термоядерных реакторов и полупроводниковых приборов содержание примесей не должно превышать 10 -10 %. Существует несколько методов очистки металлов.

1. Перегонка в вакууме. Этот метод основан на различии летучести ме­талла и имеющихся в нем примесей.

2. Термическое разложение летучих соединений металлов. В основе дан­ного способа лежат химические реакции, в которых металл с тем или иным реагентом образует газообразные продукты, разлагающиеся затем с выде­лением высокочистого металла. Рассмотрим принцип данного способа на примере карбонильного и йодидного методов.

А) Карбонильный метод. Этот метод применяется для получения высоко­чистых никеля и железа. Подлежащий очистке технический металл нагре­вают при данном методе в присутствии оксида углерода (II): Ni + 4CO = Ni(CO) 4 , Fe + 5CO = Fe(CO) 5

Полученные летучие карбонилы Ni(CO) 4 (температура кипения 43 °С) или Fe(CO) 5 (температура кипения 105 °С) перегоняют для очистки от при­месей. Затем карбонилы разлагают при температуре выше 180 °С, в резуль­тате образуются чистые металлы и газообразный оксид углерода (II): Ni(CO) 4 = Ni + 4CO, Fe(CO) 5 = Fe + 5CO

Б) Йодидный метод. При данном методе очищаемый металл, например титан, нагревают вместе с йодом до температуры 900 °С: Ti + 2I 2 = ТI 4

Образующийся летучий тетрайодид титана поступает в реактор, в ко­тором находится проволока из чистого титана, нагреваемая электриче­ским током до 1400 °С. При этой температуре тетрайодид титана термиче­ски диссоциирует: Til 4 = Ti + 2I 2

Чистый титан осаждается на проволоке, а йод снова возвращается в процесс очистки титана. Этим методом получают также чистый цирконий, хром и другие тугоплавкие металлы.

3. Зонная плавка. Замечательным методом очистки является так назы­ваемая зонная плавка. Зонная плавка заключается в медленном протяги­вании слитка очищаемого металла через кольцевую печь. Зонной плавке подвергаются металлы, прошедшие предварительную очистку до концен­трации примесей приблизительно 1 %. Метод основан на различном со­держании примесей в твердом и расплавленном металле . Процесс прово­дят путем медленного перемещения вдоль твердого удлиненного образца (слитка) узкой расплавленной зоны, создаваемой специальным нагревате­лем (кольцевая печь).

Участок (зона) слитка металла, который в данный момент находится в печи, переходит в расплавленное состояние.

Возникает две подвижные межфазные границы: на одной (вхождение металла в печь) происходит плавление, на другой (выход металла из печи) происходит кристаллизация.

В зависимости от растворимости примесей одни концентрируются в расплавленной зоне и перемещаются вместе с ней к концу слитка, примеси других металлов концентрируются в образующихся кристаллах и остаются за движущейся зоной, при неоднократном повторении процесса они пере­мещаются к началу слитка. Вследствие этого состав образующихся кри­сталлов отличается от состава расплава.

Для достижения высокой степени очистки обычно производят несколько проходов расплавленной зоны вдоль слитка металла. В результате средняя часть слитка получается наиболее чистой, ее вырезают и используют.

Метод зонной плавки позволяет получить особо чистые металлы с со­держанием примесей 10 -7 -10 -9 %. Данный метод применяется для получения сверхчистых германия, висмута, теллура и др.

Основное достоинство данного метода - высокая эффективность. Не­достатки метода - низкая производительность, высокая стоимость, большая продолжительность процесса.

4. электрохимический ме­тод очистки металлов (рафинирование металлов).

ВАКУУМНАЯ ДИСТИЛЛЯЦИЯ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ 4-ГО ПЕРИОДА (Mn, Cr, Fe,Ni,Co)

Наиболее тугоплавкими и труднолетучими металлами, кото-рые в настоящее время подвергают дистилляции, являются мар-ганец, хром, железо, никель и кобальт. Все указанные металлы входят в состав важнейших технических сплавов.

Механические и физические свойства сплавов на основе же-леза, никеля и других указанных элементов, особенно свойства различных жаропрочных сплавов, в значительной "степени опре-деляются чистотой исходных материалов. Хорошо известно, что неметаллические включения и ряд примесей, образующих легко-плавкие эвтектики, резко ухудшают многие свойства сплавов: пластичность, жаропрочность, коррозионную стойкость и др. Особенно вредными примесями во всех указанных металлах яв-ляются свинец, висмут, кадмий, сера, фосфор, азот и кислород. В связи с этим получение чистых металлов 4-го периода пред-ставляет исключительный интерес как с точки зрения исследова-ния их свойств, так и для изучения влияния легирующих добавок на изменение свойств сплавов. Чистые металлы необходимы в вакуумной технике для изготовления электродов, для анодов рентгеновских трубок и для производства некоторых деталей ионных приборов. Чистое железо почти не взаимодействует с па-рами ртути. Оно может быть использовано в трубках с оксидны-ми катодами, крайне чувствительными к малейшим загрязнени-ям. Чистое железо имеет высокую магнитную проницаемость, что позволяет использовать его для экранирования магнитных полей. Никель высокой чистоты необходим для нанесения покрытий на различные тугоплавкие металлы. Значительное количество чис-тых металлов 4-го периода потребляется химической промышлен-ностью для изготовления различных соединений. Подробные све-дения о влиянии примесей на свойства рассматриваемых метал-лов можно найти в монографиях .

Наиболее распространенный метод очистки тугоплавких ме-таллов 4-го периода заключается в химическом связывании при-месей в результате окислительно-восстановительных процессов (часто путем обработки водородом) с последующей дегазацией и отгонкой примесей при плавке в вакууме. Обработка расплав-ленных металлов в вакууме получила за последние 5—10 лет ши-рокое распространение. Она применяется не только для чистых металлов, но и для сталей и других сплавов. Не имея возможно-сти подробно осветить соответствующие работы, в которых круг рассматриваемых вопросов далеко выходит за рамки настоящей темы, мы ограничимся лишь описанием работ по дистилляции указанных металлов и по отгонке металлических примесей. Под-робные сведения относительно вакуумной плавки металлов и удаления газовых примесей можно найти в ряде сборников ста-тей и монографий .

Из рассматриваемых в настоящем параграфе металлов желе-зо, никель и кобальт входят в подгруппу железа VIII группы пе-риодической системы. В качестве основных примесей в этих ме-таллах, кроме родственных элементов, присутствуют медь, крем-ний, марганец, хром, алюминий, углерод, фосфор, сера й газы (N 2 , 0 2 , Н 2). Вследствие близости свойств родственных элемен-тов степень очистки от них при дистилляции невысока, но неболь-шие добавки этих металлов мало влияют на свойства основного элемента. Все чистые металлы подгруппы железа пластичны при комнатной и даже более низкой температуре, а никель пласти-чен вплоть до температуры жидкого гелия (4,2°К). Однако увеличение содержания газовых и некоторых металлических при-месей может привести к увеличению температуры перехода ме-таллов от пластичного к хрупкому состоянию. Так, железо, со-держащее >0,005% 0 2 , становится хрупким при 20° С. Кобальт обладает более низкой пластичностью, чем железо или никель, что, возможно, является следствием его недостаточной чистоты. Все три рассматриваемых металла имеют близкие значения упру-гости пара. Их дистилляция обычно проводится при температу-рах на 20—50° С выше точки плавления, хотя все они возгоняют-ся в вакууме при температуре > 1100° С.

В отличие от металлов подгруппы железа хром и марганец высокой чистоты являются хрупкими при комнаткой температу-ре. Даже незначительные концентрации таких примесей, как уг-лерод, сера, азот и кислород, резко ухудшают их механические свойства. У чистейшего хрома температура перехода ив хрупко-го в пластичное состояние близка к 50° С. Имеется, однако, воз-можность снижения этой температуры путем дальнейшей очист-ки металла.

В настоящее время считается, что основной причиной хрупко-сти хрома при комнатной температуре является присутствие в нем азота и кислорода в количествах ^0,001%. Температура перехода хрома в пластичное состояние резко возрастает при добавлении алюминия, меди, никеля, марганца и кобальта. Воз-можно, что большой эффект очистки хрома от азота может быть получен при дистилляции его в изолированном объеме.

Марганец хрупок во всем интервале существования α-фазы (до 700° С), тогда как высокотемпературные фазы (β- и γ-Μπ) довольно пластичны. Причины хрупкости α-Μn исследованы не-достаточно.

Хром и марганец имеют значительные упругости пара ниже температур их плавления. Хром сублимирует в вакууме с замет-ной скоростью выше 1200° С. Так как температура плавления хрома находится около 1900° С, то расплавить его в вакууме не-возможно из-за сублимации. Обычно переплавка исходного ме-талла или конденсата проводится в инертном газе при давлении более 700 мм рт. ст. Марганец перегоняется как путем сублима-ции, так и из жидкой фазы.

Обычно при дистилляции всех рассматриваемых металлов можно получить конденсаты чистотой ~ 99,99%. Однако высоко-эффективная очистка возможна лишь при использовании кон-денсаторов с градиентом температуры. Дистилляция хрома и марганца подробно исследована в основном Кроллем и в лабо-ратории авторов .

Дистилляция марганца в вакууме впервые описана Тиде и Бирнбрауэром . Гейлер подробно изучила этот про-цесс и исследовала ряд свойств полученного высокочистого мар-ганца. Дистилляцию осуществляли в кварцевой трубе длиной 600 мм и диаметром 100 мм. Марганец испарялся ив магнезито-вого тигля и конденсировался на другом таком же тигле. Металл нагревали токами высокой частоты. Испарение велось при темпе-ратуре ~ 1250° С в вакууме 1—2 мм рт. ст. В качестве исходного материала использовали алюминотермический металл чистотой ~99% и технический марганец (~96—98%). Результаты одно-кратной дистилляции показаны в табл. 48. Выход чистого метал-ла составлял —50% от веса загрузки. При указанных парамет-рах процесса и загрузке 2,7 кг за 5 ч получалось 0,76 кг чистого металла. В установке Гейлер не была устранена возможность взаимодействия металла с материалом трубы, в связи с чем в ряде опытов дистиллят загрязнялся кремнием.

Общие краткие сведения

До недавнего времени тугоплавкие металлы - ванадий, хром, ниобий, тантал, молибден и вольфрам применялись главным образом для легирования сплавов на основе таких металлов, как железо, никель, кобальт, алюминий, медь, и в очень ограниченном количестве в других областях промышленности, например в электроламповой и химической промышленности.
Для легирования было вполне достаточно иметь металлы с содержанием 1-2% примесей. Тугоплавкие металлы с таким содержанием примесей чрезвычайно хрупки и не пригодны для использования в качестве конструкционных материалов. Однако пластичность тугоплавких металлов возрастает с повышением их чистоты, и проблема их применения в качестве конструкционных материалов стала вполне реальной после разработки методов получения этих металлов с очень малым содержанием примесей.
Тугоплавкие металлы получают обычно восстановлением их солей или окислов активными металлами или водородом, а также электролизом.
Ванадий получают восстановлением его пятиокиси кальцием или треххлористого ванадия магнием или кальцием. Наиболее чистый ванадий получают йодидным способом, а также электролитическим рафинированием в расплавленных солях.
Простым способом получения достаточно чистого хрома является электролитическое осаждение его из водных растворов. Электролитический хром содержит, однако, довольно значительные количества кислорода и водорода. Весьма чистый хром получают йодидным методом, а также вакуумной дистилляцией и водородным рафинированием технически чистого хрома.
Ниобий встречается в природе обычно вместе с танталом. Поэтому при получении этих металлов в чистом виде необходимо тщательное их разделение. После разделения чистый тантал получают восстановлением его фтортанталата натрием или другими активными металлами. Ниобий извлекают из карбида или окиси ниобия, которые образуются при разделении тантала и ниобия. Ниобий возможно также получить электролизом фторниобата калия и восстановлением пентахлорида ниобия водородом. Для окончательной очистки тантал и ниобий переплавляют в глубоком вакууме.
Молибден и вольфрам получают восстановлением их очищенных окислов, хлоридов или аммониевых солей водородом.
Необходимо отметить, что после извлечения из руд большинство тугоплавких металлов имеет форму порошка или губки. Поэтому для получения их в компактной форме применяют методы порошковой металлургии, дуговую плавку, а в последнее время - весьма эффективную электронно-лучевую плавку.

Физические и химические свойства чистых тугоплавких металлов

Рассматриваемые здесь тугоплавкие металлы относятся к подгруппам VA (ванадий, ниобий и тантал) и VIA (хром, молибден и вольфрам).
Некоторые физические свойства чистых тугоплавких металлов приведены в табл. 25.

Из других физических свойств чистых тугоплавких металлов следует отметить сравнительно небольшое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов: у ниобия 1,1, у молибдена 2,4, у хрома 2,9 и у вольфрама 4,7 барна. Чистейшие вольфрам и молибден при температурах вблизи абсолютного нуля - сверхпроводники.
Это относится также и к ванадию, ниобию и танталу, температуры перехода которых в сверхпроводящее состояние соответственно равны 5,9 и 4,5° К.
Химические свойства чистых тугоплавких металлов весьма различны. Хром при комнатной температуре устойчив к действию воздуха и воды. С повышением температуры активность хрома возрастает и он непосредственно соединяется с галогенами, азотом, углеродом, кремнием, бором и рядом других элементов, а в кислороде сгорает.
Ванадий химически активен. Он начинает взаимодействовать с кислородом, водородом и азотом уже при температурах выше 300° С. С галогенами ванадий реагирует непосредственно при нагревании до 150-200° С.
Молибден при комнатной температуре устойчив на воздухе и в кислороде, но при нагревании выше 400° С начинает интенсивно окисляться. Он химически не реагирует с водородом, но слабо поглощает его. Молибден активно взаимодействует с фтором при обычной температуре, с хлором начинает взаимодействовать при 180° С, а с парами йода он почти не реагирует.
Вольфрам также устойчив на воздухе и в кислороде при комнатной температуре, но сильно окисляется при нагревании выше 500° С. С водородом вольфрам не реагирует вплоть до температуры плавления. Он реагирует с фтором при комнатной температуре, с хлором - при температуре выше 300° С и очень трудно взаимодействует с парами йода.
Из рассматриваемых металлов чистые тантал и ниобий характеризуются наиболее высокой коррозионной стойкостью. Они устойчивы в соляной, серной, азотной и других кислотах и несколько менее в щелочах. Во многих средах чистый тантал по своей химической стойкости приближается к платине. Характерной особенностью тантала и ниобия является их способность поглощать большие количества водорода, азота и кислорода. При нагревании выше 500° С эти металлы интенсивно окисляются на воздухе.
Для возможности применения тугоплавких металлов при повышенных температурах особое значение имеет их склонность к окислению. Из рассматриваемых металлов лишь чистый хром обладает высоким сопротивлением окислению. Все остальные тугоплавкие металлы интенсивно окисляются при температурах выше 500-600° С. Высокая стойкость хрома к окислению обусловлена образованием на его поверхности плотной тугоплавкой окисной пленки, которая защищает металл от дальнейшего окисления. На поверхности остальных тугоплавких металлов не образуется защитных окисных пленок.
Окислы молибдена и ванадия очень легкоплавки (температуры их плавления соответственно 795 и 660° С) и летучи. Окислы ниобия, тантала и вольфрама имеют сравнительно высокие температуры плавления (соответственно 1460, 1900 и 1470° С), но их удельные объемы значительно превышают удельные объемы соответствующих металлов. По этой причине окисные пленки даже при весьма небольшой их толщине растрескиваются и отслаиваются от металла, открывая доступ кислороду к его чистой поверхности.

Механические свойства чистых тугоплавких металлов и влияние примесей на эти свойства

Так как все описываемые тугоплавкие металлы обладают объемноцентрированной решеткой, их механические свойства имеют ряд особенностей, характерных для металлов с такой структурой. Механические свойства тугоплавких металлов (прочность на разрыв, пластичность, твердость) сильно зависят от наличия в них примесей. Отрицательное влияние даже ничтожных количеств примесей на их пластические свойства исключительно велико.
Решающую роль в изменении механических характеристик объемноцентрированных металлов играют такие примеси внедрения, как углерод, азот, кислород, водород, входящие в междуузельные пространства.
Так, в молибдене, плавленном в дуговой печи, содержание углерода можно снизить до 0,01 %, а содержание газов можно довести до очень малых величин, например кислорода до 1 части на миллион. Такой пруток может быть согнут без разрушения до температуры порядка -50° С, а при ударном испытании ломается.
Зонной плавкой содержание углерода в молибдене можно снизить с 0,01 до 0,002% и ниже. При ударном испытании зонноочищенные прутки сохраняют свою пластичность до -140° С. Отсюда ясно следует, что пластичность молибдена (а также других тугоплавких металлов) есть функция их чистоты в отношении примесей внедрения. Освобожденные от этих примесей молибден и другие тугоплавкие металлы легко выдерживают холодную обработку (прокатку, штамповку и другие подобные операции).
Весьма сильно влияет степень очистки молибдена от кислорода на температуру перехода в хрупкое состояние: при 0,01 % O2 она равна плюс 300° С, при 0,002% O2 - плюс 25° С, а при 0,0001%) O2 - минус 196° С.
В настоящее время (методом зонной плавки с электронно-лучевым нагревом) выращивают большие монокристаллы молибдена длиной порядка 500 мм и сечением 25х75 мм. В этих монокристаллах достигнута высокая чистота материала с общим содержанием примесей внедрения меньше 40 частей на 1 миллион. Такие монокристаллы чистейшего молибдена характеризуются очень высокой пластичностью вплоть до температуры жидкого гелия.
Монокристалл молибдена может быть изогнут без разрушения на 180 град., из монокристалла молибдена диаметром 12 мм холодной деформацией можно получить проволоку диаметром 30 мкм и длиной 700-800 м или фольгу толщиной 50 мкм, которая может быть подвергнута холодной штамповке с вытяжкой, что очень важно для получения ряда ответственных деталей электровакуумных приборов.
Подобным же методом получают монокристаллы других тугоплавких металлов - вольфрама, ванадия, ниобия, тантала. Вольфрам производится в настоящее время методом электронно-лучевой зонной плавки в форме монокристаллов диаметром около 5 мм и длиной около 250 мм высокой плотности и чистоты (99,9975% W). Такой вольфрам пластичен даже при температуре - 170° С.
Полученные электронно-лучевой плавкой монокристаллы вольфрама выдерживают изгиб вдвое при комнатной температуре, что свидетельствует об очень низкой температуре перехода этого металла из пластичного в хрупкое состояние. Для обычного вольфрама начало перехода в хрупкое состояние находится при температуре выше 700° С.
Вольфрамовые монокристаллы легко выдерживают холодную обработку и применяются в настоящее время для изготовления проволоки, пруткового материала, листов и других полуфабрикатов. Монокристаллический ниобий может деформироваться при комнатной температуре до 90% обжатия и сохраняет достаточно высокую пластичность при температуре жидкого азота (-194°С). Монокристалл тантала, обжатый на 80%, при изготовлении проволоки также обладает еще достаточной пластичностью.
Превосходная пластичность, минимальное упрочнение при нагартовке, высокая коррозионная стойкость и хорошая стабильность характерны для высокочистых тугоплавких металлов, получаемых в форме монокристаллов методом электронно-лучевой зонной плавки. Ванадий, ниобий и тантал в виде поликристаллических слитков электронно-лучевой плавки или очищенных зонной плавкой монокристаллов даже при очень глубоком охлаждении не переходят в хрупкое состояние.

Применение чистых тугоплавких металлов

Применение чистых тугоплавких металлов (а в дальнейшем они будут, очевидно, применяться только в таком виде) развивается по двум главным направлениям: 1) для сверхзвуковой авиации, управляемых снарядов, ракет и космических кораблей; 2) для электронной техники. В обоих случаях необходимы чистейшие металлы, обладающие весьма высокой пластичностью, что, как мы видели выше, достигается глубокой очисткой тугоплавких металлов от примесей внедрения.
Жаропрочные стали и сплавы на никелевой и кобальтовой основе, которые могут работать при температурах 650-870° С, уже не удовлетворяют требованиям сверхзвуковой авиации и ракетной техники. Необходимы материалы, обладающие достаточно длительной прочностью при температурах выше 1100°С. Такими материалами и являются чистые тугоплавкие металлы (или сплавы на их основе), способные к пластической деформации.
Для изготовления обшивки сверхзвуковых самолетов и ракет требуются листы из чистых молибдена и ниобия, обладающие большей удельной прочностью, чем тантал и вольфрам, до 1300° С.
В более тяжелых условиях работают детали воздушно-реактивных, ракетных и турбореактивных турбин. Для изготовления этих деталей, работающих при температурах до 1370° С, целесообразно применять чистые молибден и ниобий, но при более высоких температурах пригодны лишь тантал и вольфрам. Для работы при температуре выше 1370° С наибольший интерес представляет чистый тантал и его сплавы, которые имеют сравнительно высокую пластичность при таких температурах, а по жаропрочности не уступают вольфраму.
В наиболее жестких условиях работают детали газовых турбин. Для таких деталей наиболее подходят чистый ниобий и сплавы на его основе, обладающие приемлемым сопротивлением окислению.
Чистейшие тугоплавкие металлы находят разнообразное применение в электронной и вакуумной технике. Тантал является хорошим геттером и широко используется при производстве электровакуумных радиоламп. Ниобий применяется в электровакуумной технике для изготовления анодов, сеток, трубок и других деталей. Молибден и вольфрам используют в электровакуумных приборах и радиолампах для изготовления нитей накаливания, электродов, крючков, подвесок, анодов и сеток.
Высокочистые и беспористые монокристаллы вольфрама находят применение в качестве подогревателей катодов в электровакуумных приборах, для электрических контактов, в вакуумных переключателях, в вводах в вакуумные установки - там, где отсутствие газов является важным фактором.
Чистые тугоплавкие металлы, изготовляемые с применением электронно-лучевой плавки, найдут непосредственное применение в производстве миниатюрных электронных приборов. Интерес представляют покрытия из чистых тугоплавких металлов, получаемые напылением или термическим разложением соединений тугоплавких металлов.
Чистые ванадий и ниобий благодаря малому поперечному сечению захвата тепловых нейтронов успешно применяются и в ядерной энергетике. Из ванадия изготовляют тонкостенные трубы для атомных реакторов, оболочки тепловыделяющих элементов, так как он не сплавляется с ураном и имеет хорошую теплопроводность и достаточную коррозионную стойкость.
Чистый ниобий не взаимодействует с расплавленным натрием и висмутом, которые часто применяют в качестве теплоносителей, и не образует с ураном хрупких соединений.
Чистый тантал благодаря его высокой коррозионной стойкости применяют для изготовления деталей химической аппаратуры, работающих в кислых агрессивных средах, например при производстве искусственного волокна. В последнее время тантал здесь часто заменяют чистым ниобием, который дешевле и более распространен в природе. Аналогичные области применения имеет и чистый хром. Этими примерами далеко не исчерпываются все расширяющиеся области применения чистейших тугоплавких металлов.

07.02.2020

Перед тем, как приобрести полочные стеллажи в Киеве, предпринимателю стоит разобраться в их видах, назначении и нюансах покупки. Рассмотрим все основные и...

07.02.2020

Прежде чем хватать с прилавка первый попавшийся удлинитель и платить за него деньги, нужно уяснить для себя, подходит ли прибор по длине шнура, числу розеток,...

06.02.2020

Геотекстиль или геоткань, предназначенная для садовых дорожек, является биологически чистым материалом. Тонкие прессованные нити создают ее. В ландашфтном дизайне...