Тугоплавкие металлы и легкоплавкие: Тугоплавкие металлы — описание, изделия из тугоплавких Металлов |

Содержание

Тугоплавкие металлы — описание, изделия из тугоплавких Металлов |

Определение “тугоплавкие металлы” не требует дополнительных пояснений в силу исчерпывающей информативности самого термина. Единственным нюансом остается пороговая температура плавления, после которой вещество можно считать тугоплавким.

Разногласия в критическом параметре

Одни источники устанавливают пороговую величину как 4000 F. В переводе на привычную шкалу это дает 2204 0С. Согласно этому критерию, к жаропрочным относятся только пять элементов: вольфрам, ниобий, рений, тантал и молибден. Например, температура плавления вольфрама составляет 3422 0С.

Видео – плавка вольфрама водородной горелкой

Другое утверждение позволяет расширить класс температуростойких материалов, поскольку принимает за точку отсчета температуру плавления железа – 1539 0С. Это позволяет увеличить список еще на девять элементов, включив в него титан, ванадий, хром, иридий, цирконий, гафний, родий, рутений и осмий.

Существует еще несколько пороговых величин температуры, однако они не получили широкого распространения.

к содержанию ↑

Следует отметить, что тугоплавкие материалы не ограничиваются исключительно металлами. К этой категории относится ряд соединений – сплавы и легированные металлы, разработанных, чтобы улучшить определенные характеристики исходного материала. Относительно чистых элементов, можно привести наглядную таблицу степени их температурной устойчивости. Возглавляет ее самый тугоплавкий металл, известный на сегодня, – вольфрам с температурой плавления 3422 0С. Такая осторожная формулировка связана с попытками выделить металлы, обладающие порогом расплава, превосходящим вольфрам. Поэтому вопрос, какой металл самый тугоплавкий, может в будущем получить совсем иное определение.

Пороговые величины остальных соединений приведены ниже:

Остается добавить еще один интересный факт, касающийся физических свойств жапропрочных элементов. Температура плавления некоторых из них чувствительная к чистоте материала. Ярким примером этому выступает хром, температура плавления которого может варьироваться от 1513 до 1920 0С, в зависимости от химического состава примесей. Поэтому, данные интернет пространства часто разнятся точными цифрами, однако качественная составляющая от этого не страдает.

Хром в чистом виде

к содержанию ↑

Общие свойства жаропрочных материалов

Относительная схожесть физико-химических характеристик данных элементов, обусловлена общностью атомного строения и тем, что они оказываются переходными металлами. Напротив, различия в свойствах, связаны с их принадлежностью к широкому спектру групп Периодической таблицы: IV – VII.

Базовая общая характеристика тугоплавких материалов – прочные межатомные связи. Для их разрыва требуется высокая энергия, которая и обуславливает температуру плавления в тысячи градусов по Цельсию. Дополнительно, данное свойство сказывается на высоких значениях таких параметров тугоплавких металлов, как: твердость, механическая прочность, электрическое сопротивление.

Следующая характеристика, объединяющая данные элементы, – высокая химическая активность. Она связана с общей тенденцией тугоплавких металлов образовывать химические связи посредством свободной p- и частично заполненной d-орбитали, отдавая электроны с наружных уровней s и d. Это свойство затрудняет получение чистых тугоплавких металлов, разбивая технологическое производство на несколько этапов.

Строение жаропрочных элементов также идентично, все они характеризуются объемно-центрированной кубической кристаллической решеткой. Для этой структуры характерно “охрупчивание”. Исключение составляет рений, обладающий гексагональной ячейкой. Переход в хрупкое состояние для каждого металла происходит при определенной температуре, регулирование которой достигается при помощи легирования.

Каждый тугоплавкий металл, по определению жаропрочный, однако не любой из них жаростойкий. Большинство тугоплавких металлов устойчивы к окислению и действию агрессивных сред: кислоты, щелочи; в обычных условиях. Однако, с повышением температуры до 400 0С их активность аномально возрастает. Это требует создания определенных условий эксплуатации. Поэтому, изделия из тугоплавких металлов, при повышенных температурах использования, часто помещают в атмосферу инертных газов или добиваются степени разреженности воздуха до условий вакуума.

к содержанию ↑

Получение тугоплавких материалов

Как отмечалось ранее, основной препятствующий фактор производству жаропрочных металлов их высокая химическая активность, препятствующая выделению элементов в чистом виде.

Основной технологией получения остается порошковая металлургия. Данная методика позволяет получать порошки тугоплавких металлов различными способами:

  1. Восстановление триоксидом водорода. Процесс производится в несколько этапов, внутри многотрубных печей при 750 – 950 °С. Технология применима под порошки тугоплавких металлов: вольфрам и молибден.
  2. Восстановлением водородом перрената. Схема реализуется в производстве металлического рения. Рабочие температуры составляют около 500 °С. Заключительная стадия предусматривает отмывание порошка от щелочи. Для этого последовательно используется горячая вода и раствор соляной кислоты.
  3. Использование солей металлов. Технология развита для выделения молибдена. Основным сырьем выступает аммонийная соль металла и его металлический порошок, вводимый в смесь на уровне 5 – 15% от массы. Состав проходит термическую обработку 500 – 850 °С в проточном инертном газе. Восстановление металла проходит в атмосфере водорода при температурах 800 – 1000 °С.

Производство тугоплавких металлов – порошковая металлургия

Экскурсия на производство

Способы получения жаропрочных металлов продолжают совершенствоваться, как и химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов, что связано с развитием ядерной энергетики, авиастроения, появлением новых моделей ракетных двигателей.

Одно из крупнейших предприятий по производству вольфрама на территории РФ – унечский завод тугоплавких металлов. Этот предприятие относительно молодое, строительство его началось в 2007 году на территории населенного пункта Унеча. Производственный акцент завода направлен на порошки тугоплавких металлов, точнее вольфрама и его карбидов.

В дальнейшем, для получения слитков рассыпчатую массу спекают или сдавливают прессом. Подобным образом порошки тугоплавких металлов обрабатываются для производства жаропрочных изделий.

к содержанию ↑

Применение тугоплавких материалов

Применение чистых жаропрочных металлов имеет приоритеты по ряду направлений:

  • сверхзвуковая авиация;
  • производство космических кораблей;
  • изготовление управляемых снарядов, ракет;
  • электронная и вакуумная техника.

Космическая промышленность

Последний пункт затрагивает электроды электровакуумных радиоламп. Например, высокочистый ниобий используется для производства сеток, трубок электронных деталей. Также из него изготавливаются электроды – аноды электровакуумных приборов.

Электровакуумные радиолампы

Аналогичное применение свойственно молибдену, вольфраму. Эти металлы в чистом виде используются не только как нити накаливания, но и под электроды радиоламп, крючки, подвески электровакуумного оборудования. Монокристаллы вольфрама, напротив, эксплуатируются как подогреватели электродов, в частности катодов, а также при изготовлении электрических контактов, предохранителей.

Чистые ванадий и ниобий используются в ядерной энергетике, где их них изготовлены трубы атомных реакторов, оболочки тепловыделяющих элементов. Область применения высокочистого тантала – химия (посуда и аппаратура), поскольку металл обладает высокой стойкостью к коррозии.

Отдельно следует рассматривать тугоплавкий припой, поскольку он не включает металлов, имеющих высокие температуры плавления. Например, тугоплавкое олово не содержит порошки тугоплавких металлов. В качестве добавок тут используются медь, серебро, никель или магний.

Тугоплавкие металлы и сплавы востребованы как прокат, так и в других сферах. В частности, применение сплавов обусловлено способностью, модифицировать определенные свойства металла: понизить температуру охрупчивания, улучшить жаропорочные характеристики.

Прокат из тугоплавких металлов достаточно широк по ассортименту и включает:

  • полосы обычные и для глубокой вытяжки;
  • проволоку и прутки.

Термоэлектродная проволока вольфрам-рениевая

Наиболее крупным отечественным производителем данного типа продукции выступает опытный завод тугоплавких металлов и твердых сплавов.

к содержанию ↑

Видео – Вольфрам – 184

Приведите примеры металлов тугоплавких и легкоплавких

Определение «тугоплавкие металлы» не требует дополнительных пояснений в силу исчерпывающей информативности самого термина. Единственным нюансом остается пороговая температура плавления, после которой вещество можно считать тугоплавким.

Разногласия в критическом параметре

Одни источники устанавливают пороговую величину как 4000 F. В переводе на привычную шкалу это дает 2204 0 С. Согласно этому критерию, к жаропрочным относятся только пять элементов: вольфрам, ниобий, рений, тантал и молибден. Например, температура плавления вольфрама составляет 3422 0 С.

Видео — плавка вольфрама водородной горелкой

Другое утверждение позволяет расширить класс температуростойких материалов, поскольку принимает за точку отсчета температуру плавления железа – 1539 0 С. Это позволяет увеличить список еще на девять элементов, включив в него титан, ванадий, хром, иридий, цирконий, гафний, родий, рутений и осмий.

Существует еще несколько пороговых величин температуры, однако они не получили широкого распространения.

Сравнительная таблица степени тугоплавкости чистых металлов

Следует отметить, что тугоплавкие материалы не ограничиваются исключительно металлами. К этой категории относится ряд соединений – сплавы и легированные металлы, разработанных, чтобы улучшить определенные характеристики исходного материала. Относительно чистых элементов, можно привести наглядную таблицу степени их температурной устойчивости. Возглавляет ее самый тугоплавкий металл, известный на сегодня, – вольфрам с температурой плавления 3422 0 С. Такая осторожная формулировка связана с попытками выделить металлы, обладающие порогом расплава, превосходящим вольфрам. Поэтому вопрос, какой металл самый тугоплавкий, может в будущем получить совсем иное определение.

Пороговые величины остальных соединений приведены ниже:

Остается добавить еще один интересный факт, касающийся физических свойств жапропрочных элементов. Температура плавления некоторых из них чувствительная к чистоте материала. Ярким примером этому выступает хром, температура плавления которого может варьироваться от 1513 до 1920 0 С, в зависимости от химического состава примесей. Поэтому, данные интернет пространства часто разнятся точными цифрами, однако качественная составляющая от этого не страдает.

Хром в чистом виде

Общие свойства жаропрочных материалов

Относительная схожесть физико-химических характеристик данных элементов, обусловлена общностью атомного строения и тем, что они оказываются переходными металлами. Напротив, различия в свойствах, связаны с их принадлежностью к широкому спектру групп Периодической таблицы: IV – VII.

Базовая общая характеристика тугоплавких материалов – прочные межатомные связи. Для их разрыва требуется высокая энергия, которая и обуславливает температуру плавления в тысячи градусов по Цельсию. Дополнительно, данное свойство сказывается на высоких значениях таких параметров тугоплавких металлов, как: твердость, механическая прочность, электрическое сопротивление.

Следующая характеристика, объединяющая данные элементы, – высокая химическая активность. Она связана с общей тенденцией тугоплавких металлов образовывать химические связи посредством свободной p- и частично заполненной d-орбитали, отдавая электроны с наружных уровней s и d. Это свойство затрудняет получение чистых тугоплавких металлов, разбивая технологическое производство на несколько этапов.

Строение жаропрочных элементов также идентично, все они характеризуются объемно-центрированной кубической кристаллической решеткой. Для этой структуры характерно «охрупчивание». Исключение составляет рений, обладающий гексагональной ячейкой. Переход в хрупкое состояние для каждого металла происходит при определенной температуре, регулирование которой достигается при помощи легирования.

Каждый тугоплавкий металл, по определению жаропрочный, однако не любой из них жаростойкий. Большинство тугоплавких металлов устойчивы к окислению и действию агрессивных сред: кислоты, щелочи; в обычных условиях. Однако, с повышением температуры до 400 0 С их активность аномально возрастает. Это требует создания определенных условий эксплуатации. Поэтому, изделия из тугоплавких металлов, при повышенных температурах использования, часто помещают в атмосферу инертных газов или добиваются степени разреженности воздуха до условий вакуума.

Получение тугоплавких материалов

Как отмечалось ранее, основной препятствующий фактор производству жаропрочных металлов их высокая химическая активность, препятствующая выделению элементов в чистом виде.

Основной технологией получения остается порошковая металлургия. Данная методика позволяет получать порошки тугоплавких металлов различными способами:

  1. Восстановление триоксидом водорода. Процесс производится в несколько этапов, внутри многотрубных печей при 750 – 950 °С. Технология применима под порошки тугоплавких металлов: вольфрам и молибден.
  2. Восстановлением водородом перрената. Схема реализуется в производстве металлического рения. Рабочие температуры составляют около 500 °С. Заключительная стадия предусматривает отмывание порошка от щелочи. Для этого последовательно используется горячая вода и раствор соляной кислоты.
  3. Использование солей металлов. Технология развита для выделения молибдена. Основным сырьем выступает аммонийная соль металла и его металлический порошок, вводимый в смесь на уровне 5 — 15% от массы. Состав проходит термическую обработку 500 – 850 °С в проточном инертном газе. Восстановление металла проходит в атмосфере водорода при температурах 800 – 1000 °С.

Производство тугоплавких металлов — порошковая металлургия

Экскурсия на производство

Способы получения жаропрочных металлов продолжают совершенствоваться, как и химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов, что связано с развитием ядерной энергетики, авиастроения, появлением новых моделей ракетных двигателей.

Одно из крупнейших предприятий по производству вольфрама на территории РФ – унечский завод тугоплавких металлов. Этот предприятие относительно молодое, строительство его началось в 2007 году на территории населенного пункта Унеча. Производственный акцент завода направлен на порошки тугоплавких металлов, точнее вольфрама и его карбидов.

В дальнейшем, для получения слитков рассыпчатую массу спекают или сдавливают прессом. Подобным образом порошки тугоплавких металлов обрабатываются для производства жаропрочных изделий.

Применение тугоплавких материалов

Применение чистых жаропрочных металлов имеет приоритеты по ряду направлений:

  • сверхзвуковая авиация;
  • производство космических кораблей;
  • изготовление управляемых снарядов, ракет;
  • электронная и вакуумная техника.

Последний пункт затрагивает электроды электровакуумных радиоламп. Например, высокочистый ниобий используется для производства сеток, трубок электронных деталей. Также из него изготавливаются электроды – аноды электровакуумных приборов.

Аналогичное применение свойственно молибдену, вольфраму. Эти металлы в чистом виде используются не только как нити накаливания, но и под электроды радиоламп, крючки, подвески электровакуумного оборудования. Монокристаллы вольфрама, напротив, эксплуатируются как подогреватели электродов, в частности катодов, а также при изготовлении электрических контактов, предохранителей.

Чистые ванадий и ниобий используются в ядерной энергетике, где их них изготовлены трубы атомных реакторов, оболочки тепловыделяющих элементов. Область применения высокочистого тантала – химия (посуда и аппаратура), поскольку металл обладает высокой стойкостью к коррозии.

Отдельно следует рассматривать тугоплавкий припой, поскольку он не включает металлов, имеющих высокие температуры плавления. Например, тугоплавкое олово не содержит порошки тугоплавких металлов. В качестве добавок тут используются медь, серебро, никель или магний.

Тугоплавкие металлы и сплавы востребованы как прокат, так и в других сферах. В частности, применение сплавов обусловлено способностью, модифицировать определенные свойства металла: понизить температуру охрупчивания, улучшить жаропорочные характеристики.

Прокат из тугоплавких металлов достаточно широк по ассортименту и включает:

  • полосы обычные и для глубокой вытяжки;
  • проволоку и прутки.

Термоэлектродная проволока вольфрам-рениевая

Наиболее крупным отечественным производителем данного типа продукции выступает опытный завод тугоплавких металлов и твердых сплавов.

Вопрос по химии:

Приведите примеры металлов: а)Тугоплавких и легкоплавких б)серебристо-серых и имеющих цвет

Ответы и объяснения 1

Тугоплавкие: сталь, вальфрам, чугун
Легкоплавкие: золото, свинец, олово и тд.
Серебристо – серые: хром, серебро, олово)
Другие: медь, золото, бронза и тд.

Знаете ответ? Поделитесь им!
Как написать хороший ответ?

Чтобы добавить хороший ответ необходимо:

  • Отвечать достоверно на те вопросы, на которые знаете правильный ответ;
  • Писать подробно, чтобы ответ был исчерпывающий и не побуждал на дополнительные вопросы к нему;
  • Писать без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок.

Этого делать не стоит:

  • Копировать ответы со сторонних ресурсов. Хорошо ценятся уникальные и личные объяснения;
  • Отвечать не по сути: «Подумай сам(а)», «Легкотня», «Не знаю» и так далее;
  • Использовать мат – это неуважительно по отношению к пользователям;
  • Писать в ВЕРХНЕМ РЕГИСТРЕ.
Есть сомнения?

Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует? Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие вопросы в разделе Химия.

Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи – смело задавайте вопросы!

Химия — одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их составе и строении, их свойствах, зависящих от состава и строения, их превращениях, ведущих к изменению состава — химических реакциях, а также о законах и закономерностях, которым эти превращения подчиняются.

HHe
LiBeBCNOFNe
NaMgAlSiPSClAr
KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr
RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe
CsBaLa*HfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn
FrRaAc**RfDbSgBhHsMtDsRg
*CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu
**ThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr
Тугоплавкие металлыРасширенная группа тугоплавких металлов [1]

Тугоплавкие металлы — класс химических элементов (металлов), имеющих очень высокую температуру плавления и стойкость к изнашиванию. Выражение тугоплавкие металлы чаще всего используется в таких дисциплинах как материаловедение, металлургия и в технических науках. Определение тугоплавких металлов относится к каждому элементу группы по разному. Основными представителями данного класса элементов являются элементы пятого периода — ниобий и молибден; шестого периода — тантал, вольфрам и рений. Все они имеют температуру плавления выше 2000 °C, химически относительно инертны и обладают повышенным показателем плотности. Благодаря порошковой металлургии из них можно получать детали для разных областей промышленности.

Содержание

Определение [ править | править код ]

Большинство определений термина тугоплавкие металлы определяют их как металлы имеющие высокие температуры плавления. По этому определению, необходимо, чтобы металлы имели температуру плавления выше 4,000 °F (2,200 °C). Это необходимо для их определения как тугоплавких металлов [2] . Пять элементов — ниобий, молибден, тантал, вольфрам и рений входят в этот список как основные [3] , в то время как более широкое определение этих металлов позволяет включить в этот список ещё и элементы имеющие температуру плавления 2123 K (1850 °C) — титан, ванадий, хром, цирконий, гафний, рутений и осмий. Трансурановые элементы (которые находятся за ураном, все изотопы которых нестабильны и на земле их найти очень трудно) никогда не будут относиться к тугоплавким металлам [4] .

Свойства [ править | править код ]

Физические свойства [ править | править код ]

Свойства четвёртой группы элементов

НазваниеНиобийМолибденТанталВольфрамРений
Температура плавления2750 K (2477 °C)2896 K (2623 °C)3290 K (3017 °C)3695 K (3422 °C)3459 K (3186 °C)
Температура кипения5017 K (4744 °C)4912 K (4639 °C)5731 K (5458 °C)5828 K (5555 °C)5869 K (5596 °C)
Плотность8,57 г·см³10,28 г·см³16,69 г·см³19,25 г·см³21,02 г·см³
Модуль Юнга105 ГПа329 ГПа186 ГПа411 ГПа463 ГПа
Твёрдость по Виккерсу1320 МПа1530 МПа873 МПа3430 МПа2450 МПа

Температура плавления этих элементов самая высокая, исключая углерод и осмий. Данное свойство зависит не только от их свойств, но и от свойств их сплавов. Металлы имеют кубическую сингонию, исключая рений, у которого она принимает вид гексагональной плотнейшей упаковки. Большинство физических свойств элементов в этой группе существенно различается, потому что они являются членами различных групп [5] [6] .

Сопротивление к деформации ползучести является определяющим свойством тугоплавких металлов. У обычных металлов деформация начинается с температуры плавления металла, а отсюда деформация ползучести в алюминиевых сплавах начинается от 200 °C, в то время как у тугоплавких металлов она начинается от 1500 °C. Это сопротивление к деформации и высокая температура плавления позволяет тугоплавким металлам быть использованными, например, в качестве деталей реактивных двигателей или при ковке различных материалов [7] [8] .

Химические свойства [ править | править код ]

На открытом воздухе подвергаются окислению. Эта реакция замедляется в связи с формированием пассивированного слоя. Оксид рения является очень неустойчивым, потому что при пропускании плотного потока кислорода его оксидная плёнка испаряется. Все они относительно устойчивы к воздействию кислот. [5]

Применение [ править | править код ]

Тугоплавкие металлы используются в качестве источников света, деталей, смазочных материалов, в ядерной промышленности в качестве АРК, в качестве катализатора. Из-за того, что они имеют высокие температуры плавления, они никогда не используются в качестве материала для выплавки на открытом месте. В порошкообразном виде материал уплотняют с помощью плавильных печей. Тугоплавкие металлы можно переработать в проволоку, слиток, арматуру, жесть или фольгу.

Вольфрам и его сплавы [ править | править код ]

Вольфрам был найден в 1781 г. Шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле. Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди всех металлов — 3422 °C (6170 °F)

Рений используется в сплавах с вольфрамом в концентрации до 22 %, что позволяет повысить тугоплавкость и устойчивость к коррозии. Торий применяется в качестве легирующего компонента вольфрама. Благодаря этому повышается износостойкость материалов. В порошковой металлургии компоненты могут быть использованы для спекания и последующего применения. Для получения тяжёлых сплавов вольфрама применяются никель и железо или никель и медь. Содержание вольфрама в данных сплавах как правило не превышает 90 %. Смешивание легирующего материала с ним низкое даже при спекании [9] .

Вольфрам и его сплавы по-прежнему используются там, где присутствуют высокие температуры, но нужна однако высокая твёрдость и где высокой плотностью можно пренебречь [10] . Нити накаливания, состоящие из вольфрама, находят своё применение в быту и в приборостроении. Лампы более эффективно преобразуют электроэнергию в свет с повышением температуры [9] . В вольфрамовой газодуговой сварке ( англ. ) оборудование используется постоянно, без плавления электрода. Высокая температура плавления вольфрама позволяет ему быть использованным при сварке без затрат [11] [12] . Высокая плотность и твёрдость позволяют вольфраму быть использованным в артиллерийских снарядах [13] . Его высокая температура плавления применяется при строении ракетных сопел, примером может служить ракета «Поларис» [14] . Иногда он находит своё применение благодаря своей плотности. Например, он находит своё применение в производстве клюшек для гольфа [15] [16] . В таких деталях применение не ограничивается вольфрамом, так как более дорогой осмий тоже может быть использован.

Сплавы молибдена [ править | править код ]

Широкое применение находят сплавы молибдена. Наиболее часто используемый сплав — титан-цирконий-молибден — содержит в себе 0,5 % титана, 0,08 % циркония и остальное молибден. Сплав обладает повышенной прочностью при высоких температурах. Рабочая температура для сплава — 1060 °C. Высокое сопротивление сплава вольфрам-молибден (Mo 70 %, W 30 %) делает его идеальным материалом для отливки деталей из цинка, например, клапанов [17] .

Молибден используется в ртутных герконовых реле, так как ртуть не формирует амальгамы с молибденом [18] [19] .

Молибден является самым часто используемым тугоплавким металлом. Наиболее важным является его использование в качестве усилителя сплавов стали. Применяется при изготовлении трубопроводов вместе с нержавеющей сталью. Высокая температура плавления молибдена, его сопротивляемость к износу и низкий коэффициент трения делают его очень полезным материалом для легирования. Его прекрасные показатели трения приводят его к использованию в качестве смазки где требуется надежность и производительность. Применяется при производстве ШРУСов в автомобилестроении. Большие месторождения молибдена находятся в Китае, США, Чили и Канаде [20] [21] [22] [23] .

Сплавы ниобия [ править | править код ]

Ниобий почти всегда находится вместе с танталом; ниобий был назван в честь Ниобы, дочери Тантала в греческой мифологии. Ниобий находит множество путей для применения, некоторые он разделяет с тугоплавкими металлами. Его уникальность заключается в том, что он может быть разработан путём отжига для того, чтобы достичь широкого спектра показателей твёрдости и упругости; его показатель плотности самый малый по сравнению с остальными металлами данной группы. Он может применяться в электролитических конденсаторах и является самым частым металлом в суперпроводниковых сплавах. Ниобий может применяться в газовых турбинах воздушного судна, в электронных лампах и ядерных реакторах.

Сплав ниобия C103, который состоит из 89 % ниобия, 10 % гафния и 1 % титана, находит своё применение при создании сопел в жидкостных ракетных двигателях, например таких как Apollo CSM ( англ. ) [24] . Применявшийся сплав не позволяет ниобию окисляться, так как реакция происходит при температуре от 400 °C [24] .

Тантал [ править | править код ]

Тантал является самым стойким к коррозии металлом из всех тугоплавких металлов.

Важное свойство тантала было выявлено благодаря его применению в медицине — он способен выдерживать кислую среду (организма). Иногда он используется в электролитических конденсаторах. Применяется в конденсаторах сотовых телефонов и компьютера.

Сплавы рения [ править | править код ]

Рений является самым последним открытым тугоплавким элементом из всей группы. Он находится в низких концентрациях в рудах других металлов данной группы — платины или меди. Может применяться в качестве легирующего компонента с другими металлами и придает сплавам хорошие характеристики — ковкость и увеличивает предел прочности. Сплавы с рением могут применяться в компонентах электронных приборов, гироскопах и ядерных реакторах. Самое главное применение находит в качестве катализатора. Может применяться при алкилировании, деалкилировании, гидрогенизации и окислении. Его столь редкое присутствие в природе делает его самым дорогим из всех тугоплавких металлов [25] .

Общие свойства тугоплавких металлов [ править | править код ]

Тугоплавкие металлы и их сплавы привлекают внимание исследователей из-за их необычных свойств и будущих перспектив в применении.

Физические свойства тугоплавких металлов, таких как молибден, тантал и вольфрам, их показатели твёрдости и стабильность при высоких температурах делает их используемым материалом для горячей металлообработки материалов как в вакууме, так и без него. Многие детали основаны на их уникальных свойствах: например, вольфрамовые нити накаливания способны выдерживать температуры вплоть до 3073 K.

Однако, их сопротивляемость к окислению вплоть до 500 °C делает их одним из главных недостатков этой группы. Контакт с воздухом может существенно повлиять на их высокотемпературные характеристики. Именно поэтому их используют в материалах, в которых они изолированы от кислорода (например лампочка).

Сплавы тугоплавких металлов — молибдена, тантала и вольфрама — применяются в деталях космических ядерных технологий. Эти компоненты были специально созданы в качестве материала способного выдержать высокие температуры (от 1350 K до 1900 K). Как было указано выше, они не должны контактировать с кислородом.

Металл тугоплавкие — Справочник химика 21





    Существует некий серебристо-белый металл, тугоплавкий, легкий, стойкий на воздухе и в морской воде. Его название связано с именем царицы эльфов из старинных германских сказок. Он пластичен, хорошо подвергается ковке, прокатке в листы и даже в фольгу. Примеси кислорода, азота, углерода и водорода делают металл хрупким, лишают его пластичности, а заодно снижают его химическую активность. В чистом виде металл реагирует с фтороводородной и (при нагревании) с соляной кислотой, образуя фиолетовые растворы. Стружка металла способна загораться от спички, а порошок его вспыхивает от искры и пламени. В пылевидном состоянии металл на воздухе может даже взорваться и превращается при этом в диоксид. В присутствии окислителей (например, нитрата калия) металл реагирует с расплавами щелочей. Какой это металл  [c.213]







    Радиусы атомов ниобия и тантала, а также радиусы их ионов (Э «) очень близки из-за лантаноидного сжатия. Это объясняет большое сходство их физико-химических свойств. В свободном состоянии ванадий, ниобий и тантал весьма стойки к химическим воздействиям и обладают высокими температурами плавления. Эти металлы вместе с хромом, молибденом, вольфрамом, рением, а также рутением, родием, осмием и иридием (см. ниже) относятся к тугоплавким металлам. Тугоплавкими условно считают те металлы, температура плавления которых выше, чем хрома (1890°С). Тугоплавкие металлы и их сплавы играют большую роль в современной технике. [c.286]

    Металлы III группы легко образуют интерметаллиды с другими металлами, что используется при создании сплавов со специальными свойствами. Карбиды и бориды этих металлов тугоплавки и слабо окисляются, обладая при этом электронной проводимостью.[c.324]

    Металлическое состояние. Платиновые металлы тугоплавки  [c.154]

    Гафний Hf (4,5-10 % по массе) очень походит по свойствам на цирконий и только с большим трудом может быть от него отделен. По-видимому, такое близкое сходство объясняется, помимо аналогии в строении электронных оболочек, еще и очень небольшим различием в величине радиусов атомов обоих элементов. Тягучесть металла, тугоплавкость и высокая электронная эмиссия (способность испускать электроны при нагревании) гафния поз- [c.275]

    Силициды переходных металлов тугоплавки, устойчивы к окислению на воздухе даже при высоких температурах и не взаимо- [c.77]

    Карбиды этих металлов тугоплавки и очень тверды. [c.349]

    Как известно, элементы подгруппы железа и платины в свою очередь подразделяются на металлы подгруппы железа (Ре, О), N1) и металлы подгруппы платины (Ки, КЬ, Н(1, Оз, 1г, Р1), которые по сходству их свойств делятся на три диады рутений и ось-мий, родий и иридий, палладий и платина. Структуры внешних электронных оболочек атомов металлов подгруппы железа и платины приведены в табл. 20. Там же содержится ряд других данных, представляющих интерес для качественной характеристики строения расплавленных металлов этой подгруппы. Так как все эти металлы тугоплавки, строение и свойства их расплавов пока еще слабо изучены. [c.193]

    Металлы III группы легко образуют интерметаллиды с другими металлами, что используется при создании сплавов со специальными свойствами. Карбиды и бориды этих металлов тугоплавки и слабо окисляются, обладая при этом электронной проводимостью. Нитриды этих металлов также отличаются металлической электропроводностью и, несмотря на одинаковые количественные составы с нитридом алюминия, совершенно на него не похожи (табл. 73). [c.338]

    Соединения с переходными металлами тугоплавки, не растворяются в кислотах, щелочах и органических растворителях. Взаимодействуют с кислородом при нагревании. [c.58]

    Непосредственным взаимодействием металлов подгруппы хрома при высоких температурах или косвенным путем можно получить их нитриды, фосфиды, арсениды, карбиды, силициды и бориды. Состав соединений большей частью не соответствует стехиометрическим соотношениям. По химическим свойствам они близки к металлам, тугоплавки, устойчивы по отношению к нагреванию и химическим реагентам. [c.571]

    Система жидкий металл — тугоплавкое соединение. [c.100]

    В последнее время получены различные нитевидные кристаллы из оксидов металлов, тугоплавких соединений типа карбидов, боридов, нитридов. Нитевидные кристаллы из оксидов металлов имеют ряд преимуществ по сравнению с металлическими волокнами и волокнами типа карбидов, нитридов, боридов высокую механическую прочность, высокую огнестойкость, химическую инертность, стабильные свойства при высоких температурах. [c.140]

    В центре слитка образуется зона равноосных кристаллов 3. Здесь нет выраженного направления и имеется много центров кристаллизации в виде случайно попавших в жидкий металл тугоплавких составляющих и примесей. Эта часть слитка, как правило, обладает наименьшей прочностью. [c.23]

    Большинство платиновых металлов (Ru, Rh и Ir) серебристо-белого цвета. Только платина серовато-белая, а осмий — синевато-белый. Все эти металлы тугоплавки. Pt и Pd сравнительно мягкие, хорошо поддаются механической обработке Ru, Rh, Os и Ir — металлы твердые и хрупкие. [c.507]

    Широко применяются две конструкции универсальных ручных горелок, предназначенных для использования при монтаже всевозможных схем в вакуумных установках, пайки металла тугоплавкими припоями, сварки всевозможных металлических вводов в стеклоизделия, а также нагрева, проварки, резки, отжига и т.п. Принцип работы горелок аналогичен рассмотренным выше. Техническая характеристика горелок, соответствующая некоторым технологическим режимам, приведена в табл. 15.6. [c.232]

    V Все металлы, кроме ртути, при обычной температуре твердые. Легкие металлы в общем и наиболее легкоплавкие. Большинство тяжелых металлов тугоплавкие. [c.193]

    При вза и1модействии1 щелочи с хлоридом М еталла (1П) выпадает осадок зеленого цвета, который при нагревании теряет воду, и образуется оксид соответствующего металла — тугоплавкое темно-зеленое вещество, n p им eняeм oe для изготовления масляных красок. Такое же кол1Ичвство окоида металла можно получить при термическом разложении 50,4 г дихромата аммония. Рассчитайте количество исходного хлорида металла (III). [c.15]

    Вольфрам применяется, как и хром, для придания твердости и других свойств сплаву. Оба металла тугоплавки и оба при накаливании способны давать соединения с углеродом и железом (подмесь к стали вольфрама придает ей тягучесть и твердость) [560). Молибден представляет порошок серого цвета, едва спекающийся в сильнейшем жару, имеющий уд. вес 9,0. На воздухе при обыкновенной температуре он не изменяется, но при накаливании превращается сперва в бурую, а потом в голубую окись и, наконец, в молибденовый ангидрид. Кислоты на него не действуют, т.-е. не выделяют с ним водо- [c.240]

    Плотность металлов весьма различна. При этом металлы с плотностью не выше 5 г/см называют л е г к и м и, а остальные — тяжелыми. Как правило, легкие металлы и самые легкоплавкие например, щелочной металл цезий плавится при +28° С. Большинство тяжелых металлов тугоплавки наибольшую температуру плавления имеет вольфрам (3380° С). Кипят металлы при очень высоких температурах платина — при 4350° С, медь — при 2877° С и т. п. [c.240]

    Е Металлы тугоплавкие. Методы испытания на растяжение при [c.17]

    Металлы в чистом виде выделить гораздо труднее, так как это металлы тугоплавкие, а при высоких температурах обладающие высокой химической активностью. [c.340]

    В зависимости от плотности металлы условно делятся на две группы легкие, плотность которых меньше пяти, и тяжелые — с плотностью больше пяти. Самый легкий металл — литий плотность 0,53 г см , (0,53 10 кг/м ), самый тяжелый — осмий плотность 22,48 г/см (22,48 10 кг/.н ). Многие легкие металлы легкоплавки, например цезий (т. пл. 28° С). Большинство тяжелых металлов тугоплавки. Самый тугоплавкий металл — вольфрам (т. пл. 3410° С). [c.169]

    Бериллий и магний образуют соединения с галогенами, кислородом, серой и азотом. Окиси обоих металлов — тугоплавкие вещества белого цвета. Окись бериллия с водой образует почти не растворимую в воде гидроокись Ве(0Н)2, которая проявляет амфотерный характер, растворяясь как в кислотах, так и в щелочах. При взаимодействии гидроокиси бериллия со щелочами получаются бериллаты [c.224]

    В таблице видно, что все эти металлы тугоплавкие и тяжелые. Рений имеет самую высокую температуру плавления очень редкий элемент. Технеций впервые был получен искусственно в 1937 г. Практически важен лишь марганец. [c.254]

    В таблице видно, что рассматриваемые металлы в отличие от щелочных металлов тугоплавки и имеют значительно более высокую плотность. Энергии ионизации и радиусы атомов металлов 1В под- группы, если таковые сравнить с металлами 1А подгруппы, позволяет сделать вывод о том, что ойи химически пассивны. Обладают слабыми восстановительными свойствами. В ряду напряжений стоят вправо от водорода, следовательно, воду не разлагают и в разбав- [c.268]

    Системы редкоземельный. металл — тугоплавкий металл. [c.222]

    Жидкий металл — тугоплавкий окисел Экспериментальные и теоретические исследования выявили сле-дутощие признаки смачивания окислов жидкими металлами, [c.100]

    Силициды переходных металлов тугоплавки, устойчивы к окислению на воздухе даже при высоких температурах и не взаимодействуют с неокисляющими кислотами. Например, TaSiz плавится при 2200″С, M0S12 устойчив к окислению до 1800° С, в силу чего его используют в качестве материала нагревательных элементов, работающих в окислительной атмосфере. Многие силициды переходных металлов, особенно с большим содержание кремния, устойчивые в кислых средах, разлагаются щелочами. [c.279]

    Термодинамически рассмотрен процесс смачивания твердых тел исходя из концепции А. Н. Фрумкина об устойчивости тонких пленок. Рассмотрен случай, когда Ож > От- Сформулированы условия смачивания металлом тугоплавких соединений типа окислов, нитридов и карбидов. Сконструирована установка, позволяющая оценить характер изменения натяжения жидких пленок с толщиной на поверхности твердого тела. Полученные экспериментальные результаты для некоторых систем качественно подтверждают развитые представления. Применительно к процессу пропитки или жидкофазного спекания проведенный анализ позволяет сформулировать два возможных механизма образования метастабильных смачиваюцщх пленок или растекания — с затратой энергии на образование пленки металла конечной толщины и безактивационное смачивание. Аналогично рассмотрен процесс перехода границы раздела металл — твердое или металл — газ тугоплавкими частицами. Рис. 2, библиогр. 11. [c.229]

    Рассматриваемые металлы тугоплавки и высокостойки к химическим воздействиям лишь при высокой температуре, когда разрушается защитная оксидная пленка, они взаимодействуют с кислородом, углеродом, галогенами и другими неметаллами. Оксидная защитная пленка настолько устойчива, что металлы не поддаются действию кислот, ванадий окисляется лишь азотной кислотой. С водными растворами щелочей не реагируют. В расплавленных щелочах разрушается оксидная пленка, имеющая кислотный характер  [c.246]

    Рутений Ru (лат. Ruthenium). Р.— элемент VIII группы 5-го периода периодич, системы Д. И, Менделеева, п. н. 44, атомная масса 101,07, относится к семейству платиновых металлов. Был открыт в 1844 г. Клаусом и назван в честь России (лат. название Ruthenia). Встречается вместе с другими платиновыми металла.ми. Р.— серебристо-белый, похожий на платину металл, тугоплавкий и очень твердый даже при высоких температурах. Наиболее ценные свойства Р.— тугоплавкость, твердость, химическая стойкость, способность ускорять некоторые химические реакции. Наиболее характерны соединения со степенью окисления -ЬЗ, -f4 и — -З. Склонен к образованию комплексных соединений. Применяют как катализатор, в сплавах с платиновыми металлами как материал для острых наконечников, для контактов, Электродов, в ювелирном деле и др. [c.115]

    Физические и химические свойства. Р.— серебристо-белый, похожий на платину металл, тугоплавкий и очепь твердый даже при высоких темп-рах. Для него известны аморфное (скрытокристаллическое) и кристаллич. состояния. Аморфный Р.— черный порошок, образуется при восстановлении металла из р-ров. После перекристаллизации аморфного Р. из расплава с 5—6-кратным количеством Sn и обработки плава хлористым водородом получают светло-серые кристаллы кубич. формы. Кристаллич. решетка гексагональная с плотнейшей упаковкой, а = 2,7057 A, с == =4,2815 A. На основании измерений уд. теплоемкости и термич. коэфф. сопротивления было установлено существование 4 полиморфных модификаций Р. и определены темп-ры фазовых переходов а , 1035° Y, 1190° у б, 1500°. Атомный радиус Ru 1,338 A ионные радиусы Ru2+0,85 A Ru= +0,77A Ru +0,71A. Плотн, 12,4 (20°).Т. пл. 2250° т. кип. 4900° (вероятно) теплота плавления 46 кал1г теплота испарения (при т. нл.) 1460 кал1г давление пара 9,8-10 мм рт. ст. Уд. теплоемкость 0,057 кал/г-град (0°) термич. коэфф. линейного расширения 9,1 10″ (20°).Уд. электросопротивление 7,16—7,6 мком-см (0°) термич. коэфф. электросопротивления 44,9-10 (0—100°). Р. парамагнитен, уд. магнитная восприимчивость 0,426-10 (20°). Механич. свойства Р. (при комнатной темп-ре) модуль нормальной упругости 47 200 кГ/мм , твердость по Бринеллю (отожженного) 220 кГ/мм . [c.361]

    Некоторые металлы, потребность в которых в связи с развитие.м новой техники непрерывно возрастает, вообще могут быть получены только три применении вакуума, как, например, ниобий и таитал [274]. Эти металлы, как и титан, являются самыми перспективными для химического аппаратостроения, так как они обладают превосходной коррозионной устойчивостью по отношению к действию многих агрессивных сред и прежде всего слот. Ниобий, тантал, их сплавы и некоторые соединения могут быть применены для изготовления нагревателей, конденсаторов, реакторов, аэраторов, адсорберов, мешалок, клапанов, трубопроводов, сит, проволочных фильтров. На ниобий практически не действуют применяемые в качестве жидко-металлических охладителей в ядерных реакторах жидкие расплавы натрия и его сплава с калием, лития, висмута, свинца, ртути, олова. Химическая устойчивость обусловлена наличием окисной пленки на поверхности металла. Эти металлы тугоплавки, имеют низкую упругость пара при высоких температурах  [c.340]

    Сжимаемость. Коэффициент сжимаемости определяется как относительное уменьшение объема на единицу давления при постоянной температуре. Для органических кристаллов коэффициент сжимаемости, как и коэффициент теплового расширения, значительно больше, чем для типичных неорганических веществ (исключая щелочные металлы), что опять-таки связано со сравнительно плохо упакованными структурами кристаллов органических веществ. Значения коэффициентов для металлов, тугоплавких окислов и неорганических солей обычно от 0,3-10 до 6-10 см -кг- -. Для щелочных металлов характерны значения от 1 10 до 6-10 см — кг» -, а для органических кристаллов — от 2-10 до 5-10 см -кг -. Сжимаемость бензола и гексана вблизи точки плавления исследовалась Стэйвели и Парамом [6881. Исследование кристаллических нормальных парафинов проведено Мюллером [450], который измерял методом дифракции рентгеновских лучей деформации решетки вдоль цепей и различных кристаллографических осей кристаллов под давлением до 1500 атм. Он показал, что сжимаемость вдоль оси цепочек молекул примерно в десять раз меньше, чем в перпендикуляр-Бом направлении. Пожалуй, наиболее обширное исследование сжимаемости органических кристаллов провел Бриджмен [87], который определил сжимаемость большого ряда органических кристаллов до высоких давлений порядка 4-10 кг-сж 2. Среди исследованных Бриджменом соединений были вормальные и циклические парафины, ароматические конденсированные циклические системы, органические производные, содержащие галогены, кислород, азот, серу и фосфор. Обобщение исследований Бриджмена до 1948 г. и другие данные по сжимаемости твердых веществ можно найти в его монографии [88]. [c.54]


Тугоплавкие металлы к сплавы — Справочник химика 21





    Тугоплавкие металлы и сплавы, Металлургия , 1965, [c.297]

    Металлический алюминий служит в основном для производства сплавов. Сплавы алюминия менее устойчивы к коррозии из-за возникновения гальванических микроэлементов в местах включений примесей. Алюминий идет на производство кабелей, фольги, зеркал, серебристой краски. Способность алюминия восстанавливать металлы из оксидов при высоких температурах послужила основой метода алюмотермии, т. е. восстановления тугоплавких металлов, например хрома или марганца, из их оксидов  [c.152]








    Тугоплавкие металлы в чистом виде и в виде сплавов получили в последнее время исключительное значение в ряде отраслей новой техники. [c.652]

    Метод порошковой технологии широко используется для получения большинства компактных тугоплавких металлов и ряда других тугоплавких материалов, к числу которых относятся карбидные твердые сплавы, керметы и пр. Керметы (металлокерамические материалы) получают спеканием смеси порошков металлов (чаще всего используются порошки Сг, Ре и их аналогов) и неметаллических компонентов — тугоплавких боридов, карбидов, оксидов и др. Керметы сочетают в себе тугоплавкость, твердость и жаростойкость керамики с проводимостью, пластичностью и прочими свойствами металлов. [c.321]

    В настоящее время в основном металлический натрий применяется в производстве тетраэтилсвинца, как антидетонатора при получении высокооктанового моторного топлива, кроме того, его используют для производства чистых цианидов, синтетических моющих средств — детергентов, перекиси натрия, синтетического каучука, индиго, гидрида натрия, фармацевтических препаратов и других продуктов неорганического и органического синтеза. Натрий как восстановитель используется для получения металлического калия и различных тугоплавких металлов. Применяется натрий также для модификации в раскислении сплавов цветных металлов, специальных сталей и для производства безоловянистых антифрикционных сплавов. За последнее время появился повышенных интерес к натрию и его сплавам с калием как к эффективным теплоносителям для атомных реакторов. Табл. 44 дает представление о масштабах потребления натрия в различных производствах в США. [c.303]

    ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ — металлы, имеющие высокую температуру плавления. Например, W — 3410° С, Та — 2850 С, Мо — 2620 С, Nb — 2500° С. Эти металлы и их сплавы широко применяются в технике. [c.254]

    Кроме компактных тугоплавких металлов методами порошковой металлургии получают ряд других материалов. Важнейшими из них являются карбидные твердые сплавы, ферриты, пористые материалы, керметы. [c.659]

    Амальгамным методом получают сплавы тугоплавких металлов, которые трудно приготовить сплавлением компонентов. Для [c.599]

    Радиусы атомов ниобия и тантала, а также радиусы их ионов (Э «) очень близки из-за лантаноидного сжатия. Это объясняет большое сходство их физико-химических свойств. В свободном состоянии ванадий, ниобий и тантал весьма стойки к химическим воздействиям и обладают высокими температурами плавления. Эти металлы вместе с хромом, молибденом, вольфрамом, рением, а также рутением, родием, осмием и иридием (см. ниже) относятся к тугоплавким металлам. Тугоплавкими условно считают те металлы, температура плавления которых выше, чем хрома (1890°С). Тугоплавкие металлы и их сплавы играют большую роль в современной технике. [c.286]

    Для технического получения тугоплавких металлов разработаны или разрабатываются методы термического восстановления их из соединений при помощи А1, Mg, Na, Si, СаСг, сплавов Al — Si, Si — Са в вакууме или в атмосфере инертного газа.[c.324]








    Описан рентгенофлуоресцентный метод [1112] определения серебра в тугоплавких металлах, сплавах, в порошкообразном титане, в карбидах и других соединениях. [c.189]

    Из-за высокотемпературных переходов у некоторых тугоплавких металлов, в том числе титана, циркония, скандия, железа, марганца, они непригодны в качестве компонентов жаропрочных материалов. Никель не имеет высокотемпературного фазового перехода, и этот металл используется для создания жаропрочных сплавов. [c.229]

    Как самый тугоплавкий металл, вольфрам входит в состав ряда жаропрочных сплавов. В частности, его сплавы с кобальтом н хр.о-мом — стеллиты — обладают высокими твердостью, износоустойчивостью, жаростойкостью. Сплавы вольфрама с медью и с серебром сочетают в себе высокие электро- и теплопроводность, и износоустойчивость. Они применяются для изготовления рабочих частей рубильников, выключателей, электродов для точечной сварки. [c.661]

    Электролиз расплавленных сред используют для получения ряда металлов, сплавов и других соединений, которые другими методами получить невозможно или экономически невыгодно. К примеру, щелочные и щелочноземельные металлы, такие как натрий, калий, кальций, магний, ряд тугоплавких и редких металлов, а также фтор получают электролизом расплавленных сред, поскольку электролизом водных растворов их получить практически невозможно из-за высокой реакционной способности (фтор, щелочные металлы) и протекании на электродах, в основном, процессов выделения водорода (на катоде) или кислорода (на аноде). [c.202]

    Коррозионная стойкость металлов и сплавов в ат-мосфере воздуха в значительной мере зависит от содержания в нем влаги, возможности ее конденсации, степени загрязненности дымами и производственными газами. Например, при загрязнении воздуха хлором черные металлы подвержены точечной коррозии. Молибден является одним из наиболее тугоплавких металлов низкая жаростойкость его на [c. 819]

    Хотя платина является одним из наиболее тугоплавких металлов (температура ее плавления около 1750 ), со многими металлами, не только легкоплавкими, как свинец, олово или серебро, но и с такими, как железо, она может образовывать легкоплавкие сплавы. Поэтому платиновую посуду в горячем состоянии следует брать исключительно никелевыми или никелированными щипцами, а лучше всего применять щипцы с платиновыми наконечниками. [c.37]

    В качестве основы (матрицы) используются металлы и сплавы, полимеры, керамика. Они обеспечивают связь между составляющими компонентами, прочность и пластичность под действием нагрузок. Значительно разнообразнее применяемые наполнители, особенно для композитов на основе пластмасс, от которых зависит прочность и жесткость композитов. Из наполнителей следует выделить металлические и углеродные волокна, дисперсные тугоплавкие металлы с размером частиц от 0,01 до 0,06 мкм, нитевидные кристаллы карбида и нитрида кремния. Созданы также упрочняющие нити и волокна с нанесенными барьерными слоями карбид бора — бор на вольфраме, карбид бора на боре, углеродные волокна, покрытые карбидом кремния, бором, бор на оксиде кремния (IV) и т. д. [c.177]

    ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ (металлокерамика) — группа технологических методов производства металлических порошков или композиций металлов с неметаллами и спекание из них изделий.. Методы П. м. приобрели важное значение в связи с необходимостью переработки тугоплавких металлов, соединений и сплавов, а также потребностью в тугоплавких, жаростойких, жаропрочных и коррозионностойких материалов. [c.202]

    Рений в основном используется в электротехнической промышленности и как катализатор. Жаропрочные и тугоплавкие сплавы рения с вольфрамом, молибденом, танталом и другими тугоплавкими металлами находят применение для конструирования ответственных узлов и деталей машин. [c.392]

    В настоящее время ЭХОМ используется для обработки лопаток турбин, штампов и пресс-форм, твердых и тугоплавких металлов и сплавов, получения и обработки отверстий и полостей, для фрезерования, точения и шлифования различных изделий, заточки инструмента.[c.373]

    Металлический кальций применяют в металлургии, используя метод кальцнйтер-мни для получения чистых бериллия, ванадия, циркония, ниобия, тантала и других тугоплавких металлов, а также вводя его в сплавы меди, никеля и специальные стали для связывания примесей серы, фосфора, углерода. Его применяют также для очистки благородных газов от кислорода н аз га, с которыми кальций энергично взаимодействует. Кальций и барий используют как вещества (геттеры), служащие для поглощения газов и создания глубокого вакуума в алектронных приборах. [c.299]

    Из-за высокой реакционной способности чистый магний находит применение в раскислении и модификации специальных сталей и сплавов цветных металлов, пиротехнике, магнийорганическом синтезе, дегидратации веществ и в получении тугоплавких металлов, в частности титана. При сгорании магния развивается высокая температура, что было широко использовано во время второй мировой войны в производстве боеприпасов. [c.286]

    Газоразрядную низкотемпературную плазму получают в специальном устройстве — плазмотроне, где она образуется в виде столба разряда между электродами. Один из электродов сделан из тугоплавкого металла (W, Мо) или сплава, другой —из меди. Его охлаждают водой. Основание столба разряда бегает по электроду с большой скоростью, в результате чего электрод не плавится. Плазму от стенок плазмотрона оттесняют магнитным полем. [c.16]

    Простота плазменных печей (по сравнению, например, с вакуумными) приводит к их внедрению в металлургическую практику для выплавки и разливки тугоплавких металлов и сплавов ответственного назначения. В таких печах обычно в атмосфере аргона с необходимыми добавками других газов выплавляют слитки специальных сталей, сплавов на основе молибдена или подобных металлов массой в одну тонну и больше. Получаемый металл отличается весьма высокими служебными свойствами. [c.359]

    Больщую часть получаемых молибдена и вольфрама используют для легирования сталей. Молибденом легируют конструкционные стали, вольфрамом — главным образом инструментальные стали. Молибден добавляют также к чугуну для получения кислотостойкого материала. Вольфрам, как самый тугоплавкий металл, используется для производства жаропрочных сплавов. [c.273]

    Наиболее перспективными сплавами для работы в интервале 1000—1400° С являются, по-видимому, сплавы на основе молибдена и ниобия, а для работы при более высоких температурах — сплавы тантала и вольфрама. При температурах выше 600″ С тугоплавкие металлы, за исключением хрома и некоторых металлов платиновой группы, интенсивно окисляются (рис. 77) и охруп-чиваются растворяющимся кислородом. [c.117]

    Важнейшие области применения натрия — это атомная энергетика, металлургия, промышленность органического синтеза. В атомной энергетике натрий и его сплав с калием применяются в качестве жидкометаллических теплоносителей. Сплав натрия с калием, содержаш,ий 77,2% (масс.) калия, находится в жидком состоянии в широком интервале температур (темп, плавл. -12,8°С), имеет высокий коэффициент теплопередачи и не взаимодействует с большинством конструкционных материалов ни при обычных, ни при повышенных температурах. В металлургии натрийтермическим методом- получают ряд тугоплавких металлов, а восстанавливая натрием КОН выделяют калий. Кроме того, натрий используется как добавка, упрочняющая свинцовые сплавы. В промышленности органического синтеза натрий используется при получении многих веществ. Он служит также катализатором при получении некоторых органических полимеров. [c.385]

    Цирконий. Элемент находится в природе в виде двуокиси Zг02 (циркониевая земля), а также силиката 2г5104 (минерал циркон). В чистом виде стально-серый тугоплавкий металл. Применяется в качестве присадок к стали, для чего большей частью используется сплав Ре + Zr (ферроциркон). Циркон идет также при сооружении ядерных реакторов. [c.464]

    Один из первых сплавов на основе бериллия, получивший практическое применение, — бериллиевая бронза. Это сплав с 1—3% меди, он внешне похож на настоящую бронзу, обладает замечательной упругостью, и из него можно изготовить практически вечные пружины (к сожалению, очень дорогие и из-за дефицита бериллия используемые только в исключительных случаях). Если бы не дефицитность и дороговизна бериллия, он мог бы применяться, кроме того, в качестве великолепного раскислителя различных металлов, сталей, сплавов. Этому способствуют сильные восстановительные свойства и тугоплавкость металла (т. пл.= 1284°С), легкая возгоняемость (/ 1000°С) образующегося при раскислении окисла ВеО. Теплота образования ВеО составляет 135 ккал/моль, что мало отличается от такой же величины Na и Ва, слишком химически активных для применения в качестве раскислителей (теплота образования Na20=146 ккал/моль, ВаО= = 140 ккал/моль). Так что препятствие для такого использования — дороговизна бериллия, а также его токсичность. Особенно опасны пары окисла бериллия. Вдыхание их вызывает боль в легких, в сердце, а затем, при больших дозах, наступает бериллоз — общее отравление организма, часто кончающееся летальным исходом. Так что работать с бериллием и его соединениями надо, принимая необходимые меры предосторожности. Впрочем, Вокелен, открывший бериллий, без. заметного вреда для своего здоровья пробовал его соединения на вкус [c.28]

    Интерметалличёские карбиды образуются -металлами IVB—VIMB-rpynn и, как правило, они являются соединениями переменного состава. В них атомы углерода находятся в пустотах кристаллической решетки металла, упрочняя ее и образуя структуры внедрения. Интерметаллические карбиды имеют высокие температуры плавления. Например, сплав ТаС (80%) с Hf (20%) — самый тугоплавкий из известных матер алов ( пл = =4000°С). Такие карбиды обладают и большой твердостью, некоторые из них (например, Wa ) — близкой к алмазу. Многие интерметаллические карбиды имеют металлический блеск, проводят электрический ток и способны образовывать с металлами сплавы (типа твердых растворов).[c.275]

    Плотность кальция 1,55 г/сл , температура плавления 85ГС, температура кипения 1440° С. По химическим свойствам кальций близок к натрию, отличаясь от последнего резко выраженными гетерными свойствами — способностью соединяться при нагревании на воздухе не только с кислородом, но и с азотом и водородом. Основное применение кальций имеет как восстановитель в химической и металлургической промышленности, а также как раскислитель для медных сплавов и специальных сталей. Заслуживает внимания применение кальция для получения гидрида СаНг, имеющего значение как восстановитель при получении тугоплавких металлов и в процессах органической химии. Гидрид кальция может быть также источником получения водорода в полевых условиях. Кальций может применяться также для извлечения висмута при рафинировании свинца, хотя для этой цели выгоднее получать непосредственно сплавы Са—РЬ электролизом хлоридов кальция и натрия с жидким свинцовым катодом. [c.321]

    Сплавы Al-Mg-Be и Ве-А1, отличающиеся большой легкостью, применяются в самолетостроении и ракетной технике. Добавка бериллия к платине (0,06% Ве) сообщает ей твердость 20%-ного 1г-Р1-сплава. Известны коррозионностойкие сплавы на бериллиевой основе, содержащие до 2% Са, V, N1, 2г. В последнее время большое внимание уделяется интерметаллическим соединениям бериллия с тугоплавкими металлами, в первую очередь с танталом и цирконием (2гВе1з и ТагВе ,) их изготовляют в США в промышленных масштабах [47]. Тугоплавкость бериллидов, легкость и устойчивость к окислению до 1650° делают их идеальными конструкционными материалами для ракет, управляемых снарядов и спутников. Изучаются свойства и возможности использования бериллидов ЫЬ, Ш, Мо, а также редкоземельных элементов [17, 48]. [c.187]

    Перспективно применение НГ и его соединений в жаропрочных сплавах для самолетостроения и ракетной техники. Сплавы титана, легированные гафнием (до нескольких процентов), выдерживают нагревание до 980 . Сплавы тантала с гафнием устойчивы против окисления до 1650°. Сплавы МЬ и Та с НГ (2—10%) и У (8—10%) хорошо обрабатываются, коррозионно стойки, высокопрочны выше 2000° и вблизи абсолютного нуля. Уникальные свойства имеют жаропрочные материалы на основе карбида и нитрида гафния. Твердый раствор карбидов НГ и Та, плавящийся выше 4000°, — самый тугоплавкий керами ческий материал. Йз него готовят тигли для выплавки тугоплавких металлов и детали реактивных двигaтeлeiV 15, 16, 72, 731. [c.309]


Наиболее тугоплавкий металл — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Наиболее тугоплавкий металл

Cтраница 1

Наиболее тугоплавкие металлы — ниобий, тантал, молибден, вольфрам, рений, осмий, имеющие температуры плавления 2465 — 3400 С, обладают и самыми высокими теплотами испарения, отражающими предельно высокую прочность их межатомных связей.
 [1]

Среди наиболее тугоплавких металлов особенно перспективен для разработки жаропрочных сплавов ниобий, отличающийся высокой пластичностью, относительно малой окисляемостъю и другими полезными характеристиками. На основе новых теоретических и экспериментальных данных выявлена возможность эффективного упрочнения ниобия и его сплавов дисперсными частицами карбидов, нитридов и окислов циркония и гафния. Закономерности образования и распада пересыщенных твердых растворов в двухфазных нио-биевых сплавах являются типичными для классических стареющих сплавов. В связи с этим большое значение имеет возможность регулирования структуры и свойств этих сплавов путем термической обработки. Сочетание оптимального количества упрочняющей дисперсной фазы и рационального режима термической обработки позволяет значительно повысить жаропрочные свойства современных ниобиевых сплавов.
 [2]

Волбфрам является наиболее тугоплавким металлом.
 [3]

Молибден относится к наиболее тугоплавким металлам. Более высокие точки плавления имеют только вольфрам, рений и тантал.
 [4]

При изготовлении сплавов сначала плавят наиболее тугоплавкий металл, затем, сняв корытце с огня, кладут кусочки более легкоплавкого металла и дальнейший нагрев ведут только в том случае, если последний не расплавится за счет теплоты более тугоплавкого металла. Если же поступить наоборот, например, изготовляя сплав для пайки, расплавить сначала более легкоплавкий металл олово и затем добавить туда свинца, то к моменту расплавления последнего значительная часть олова окислится, превратившись в порошок.
 [5]

Хотя платина является одним из наиболее тугоплавких металлов ( температура ее плавления около 1750), со многими металлами, не только легкоплавкими, как свинец, олово или серебро, но и с такими, как железо, она может образовывать легкоплавкие сплавы. Поэтому платиновую посуду в горячем состоянии следует брать исключительно никелевыми или никелированными щипцами, а лучше всего применять щипцы с платиновыми наконечниками.
 [6]

Вольфрам — тяжелый, твердый, наиболее тугоплавкий металл. После нескольких стадий переработки и восстановления получают порошок вольфрама с размером зерен 24 — 10 мм. Трехокись вольфрама восстанавливают водородом в электрической трубчатой печи при температуре 800 — 900 С.
 [7]

Спираль изготовлена из вольфрама — одного из наиболее тугоплавких металлов. Его температура плавления равна 3410 С. Кроме высокой тугоплавкости, вольфрам обладает еще одним очень важным свойством — высокой пластичностью.
 [8]

Из данных таблицы видно, что первые семь наиболее тугоплавких металлов обладают наибольшей абсолютной жаропрочностью. Эти металлы наряду с тугоплавкостью обладают высокими значениями энергии активации самодиффузии, теплоты возгонки, температуры начала и конца рекристаллизации, модулей упругости и небольшими коэффициентами линейного расширения.
 [9]

В качестве АЭ эмиттеров чаще всего используются металлические острия из наиболее тугоплавких металлов: вольфрама, рения.
 [11]

В качестве АЭ эмиттеров чаще всего используются металлические острия из наиболее тугоплавких металлов: вольфрама, рения.
 [13]

Вольфрам — очень тяжелый ( 19 3 г / см3) и наиболее тугоплавкий металл. С конца прошлого столетия он применяется в качестве нитей накаливания в электрических лампах. Впоследствии основное свое применение вольфрам нашел в металлургической промышленности и производстве жаропрочных сверхтвердых сталей и сплавов. Одним из них является победит, из которого изготовляются рабочие части режущих инструментов. Сплавы вольфрама с молибденом, танталом, рением и ниобием находят применение в электронике, ракетной технике и других отраслях. Замена медных контактов на электроконтакты из сплава вольфрама с медью повышает срок их службы в 20 — 30 раз. Из сплава вольфрама с железом и никелем изготовляются контейнеры для хранения радиоактивных веществ.
 [14]

Страницы:  

   1

   2

   3




Самый тугоплавкий металл на земле

Любознательных людей наверняка интересует вопрос, какой металл самый тугоплавкий? Прежде чем дать на него ответ, стоит разобраться с сами понятием тугоплавкости. Все известные науки металлы имеют разную температуру плавления в связи с различной степенью устойчивости связей между атомами в кристаллической решетке. Чем слабее эта связь, тем меньшая температура требуется, чтобы ее разорвать.


Самые тугоплавкие металлы в мире используются в чистом виде или в составе сплавов для производства деталей, которые работают в экстремальных термических условиях. Они позволяют эффективно противостоять высоким температурам и значительно продляют эксплуатационный период агрегатов. Но стойкость металлов данной группы к термическому воздействию заставляет металлургов прибегать к нестандартным методам их производства.

 

Какой металл самый тугоплавкий?

 

Самый тугоплавкий металл на Земле был открыт в 1781 году шведским ученым Карлом Вильгельмом Шееле. Новый материал получил название вольфрам. Шееле удалось синтезировать триокись вольфрама путем растворения руды в азотной кислоте. Чистый металл был выделен двумя годами позже испанскими химиками Фаусто Фермином и Хуаном Хосе де Элюар. Новый элемент не сразу получил признание и был взят на вооружение промышленниками. Дело в том, что технологии того времени не позволяли обрабатывать столь тугоплавкое вещество, поэтому большинство современников не придали особого значения научному открытию.

 

 

Вольфрам был оценен гораздо позже. На сегодняшний день его сплавы используются при производстве термостойких деталей для различных отраслей промышленности. Нить накаливания в газоразрядных бытовых лампах также изготавливается из вольфрама. Также он применяется в аэрокосмической промышленности для производства ракетных сопел, используется в качестве многоразовых электродов в газодуговой сварке. Кроме тугоплавкости вольфрам также обладает высокой плотностью, что позволяет использовать его для изготовления высококачественных клюшек для гольфа.


Соединения вольфрама с неметаллами также широко применяется в промышленности. Так сульфид используется в качестве термостойкой смазки, способной переносить температуры до 500 градусов по Цельсию, карбид служит для изготовления резцов, абразивных дисков и сверл, способных обрабатывать самые твердые вещества и переносить высокие температуры нагрева. Рассмотрим, наконец, промышленное получение вольфрама. Самый тугоплавкий металл имеет температуру плавления 3422 градуса по Цельсию.

 

Как получают вольфрам?

 

 

 

В природе чистый вольфрам не встречается. Он входит в состав горных пород в виде триоксида, а также вольфрамитов железа, марганца и кальция, реже меди или свинца. По оценкам ученых содержание вольфрама в земной коре в среднем составляет 1,3 грамма на одну тонну. Это достаточно редкий элемент по сравнению с другими видами металлов. Содержание вольфрама в руде после добычи обычно не превышает 2%. Поэтому добытое сырье отправляется на обогатительные фабрики, где методом магнитной или электростатической сепарации массовая доля металла доводится до отметки 55-60%.

 

 

Процесс его получения разделяется на технологические этапы. На первом этапе выделяют чистый триоксид из добытой руды. Для этого используют метод термического разложения. При температурах от 500 до 800 градусов по Цельсию все лишние элементы расплавляются, а тугоплавкий вольфрам в виде оксида легко можно собрать из расплава. На выходе получается сырье с содержанием оксида шестивалентного вольфрама на уровне 99%.


Полученное соединение тщательно измельчают и проводят восстановительную реакцию в присутствии водорода при температуре 700 градусов по Цельсию. Это позволяет выделить чистый металл в виде порошка. Далее его спрессовывают под высоким давлением и спекают в водородной среде при температурах 1200-1300 градусов по Цельсию. После этого полученная масса отправляется в электрическую плавильную печь, где под воздействием тока нагревается до температуры свыше 3000 градусов. Так вольфрам переходит в расплавленное состояние.

 

 

Для окончательной очистки от примесей и получения монокристаллической структурной решетки используется метод зонной плавки. Он подразумевает, что в определенный момент времени расплавленной находится только некоторая зона из общей площади металла. Постепенно двигаясь, эта зона перераспределяет примеси, в результате чего в конечном итоге они скапливаются в одном месте и их легко можно удалить из структуры сплава.

Готовый вольфрам поступает на склад в виде штабиков или слитков, предназначенных для последующего производства нужной продукции. Для получения сплавов вольфрама все составные элементы измельчают и смешивают в виде порошка в необходимых пропорциях. Далее производится спекание и плавка в электрической печи.

Никель самый тугоплавкий металл — Морской флот

При слове «металл» многие сразу начинают представлять что-то прочное, долговечное и прочное. Какой же тугоплавкий металл, созданный природой и руками человека, самый прочный?

Самым прочным металлом является титан, который был получен русским ученым Д.К. Кириловым в 1875 году.

Где применяется титан?

В 1925 году голландский ученый получил титан с плотностью чистоты 99,9 процентов. Главным отличием данного металла от других стала его пластичность. Благодаря этому, стало возможным прокатывать его в прутья, трубы, проволоку, листы и даже в фольгу.

Используется титан обычно для изготовления кованых кругов с шлифованной поверхностью и стальных горячекатаных кругов.

Главное достоинство титана, это его физико-химические свойства. Дело все в том, что титан тверже железа и меди почти в четыре раза, хотя железом в несколько раз тяжелее титана.

Данный тугоплавкий металл может сохранять свою прочность даже при высоких температурах. Кроме этого он обладает антикоррозийными свойствами. Например, этот металл может пролежать в море в течение десяти лет и не поржаветь.

Электротехники и радиоэлектротехники ценят этот металл за электросопротивляемость и немагнитность.

Сплавы из титана на сегодняшний день широко применяются в судостроении, авиационной промышленности, автомобилестроении и во многих других промышленных отраслях.

Несмотря на то, что у титана множество достоинств у него есть один минус, это цена. Причиной высокой стоимости титана является сложность извлечения его из руды. Поскольку титан в чистом виде стоит очень дорого, его обычно выпускают в сплавах.

Сплавы из титана по прочности не уступают чистому металлу, хотя их считают более экономичным сырьем.

Создан жидкий металл.

Недавно калифорнийские ученые заявили о том, что они создали новый очень прочный металлический сплав, с которым не может сравнится даже титан. Создан он был из смеси палладия, серебра и других видов металла. Впоследствии он был назван жидким металлом.

К тугоплавким относятся металлы с температурой плавления выше 1700 ° С: вольфрам, молибден, тантал, ниобий, хром, цирконий, рений. Чаще всего их получают методами порошковой металлургии с использованием электровакуумных технологий выплавки и очистки.

Применение тугоплавких металлов:

• изделия электровакуумной техники;

• испарители в установках термического осаждения для получения тонких высокопроводящих и резистивных пленок;

• термопары для измерения высоких температур.

Все тугоплавкие металлы при нагревании на воздухе до температур выше 600 ° С интенсивно окисляются с образованием летучих оксидов. Поэтому в качестве нагревательных элементов они работают в вакууме или в защитной инертной среде, например в аргоне. Тугоплавкие металлы имеют ничтожно малое давление насыщенных паров – важное качество для материала испарителя при получении тонких пленок.

Вольфрам (W) – наиболее тугоплавкий из всех металлов (Т пл = 3400 ° С), имеет высокую твердость, хорошую проводимость

Вольфрам – один из важнейших материалов электровакуумной техники. Благодаря волокнистой структуре, приобретаемой в результате обработки ковкой и волочением, тонкая вольфрамовая проволока диаметром до 0,01мм обладает высокой гибкостью. Вольфрам – основной материал для изготовления нитей ламп накаливания. Однако проволока и спирали из чистого вольфрама при высоких температурах становятся хрупкими вследствие процессов рекристаллизации, сопровождающихся интенсивным ростом зерна до размеров поперечного сечения проволоки. Для улучшения свойств чистого вольфрама в него вводят различные присадки. Оксид тория Th 2 O 3 замедляет процесс рекристаллизации и препятствует росту зерна, добавки оксидов кремния SiO 2 и алюминия Al 2 O 3 улучшают формоустойчивость вольфрамовой проволоки. В элек-

тровакуумном производстве применяют вольфрам марок ВА (с кремне-алюминиевой присадкой) и ВТ (с присадкой оксида тория).

Из вольфрама изготовляют катоды высокого напряжения мощных генераторных ламп, рентгеновских трубок с рабочей температурой 2200…2800 К. Вольфрамовые катоды обладают стабильной эмиссией электронов и способностью работать в высоком вакууме. Катоды из торированного вольфрама ВТ имеют более высокие эмиссионные свойства.

Вольфрам обладает наименьшим температурным коэффициентом линейного расширения среди всех чистых металлов (α l =

= 4,4 10 -6 К -1 ). Это свойство используется для изготовления термически стойких спаев вольфрама с тугоплавкими стеклами.

Вольфрам и его сплавы с молибденом, иридием, рением используют также для нагревательных элементов, работающих при температурах выше 1200 ° С, и для высокотемпературных термопар. Благодаря высокой твердости, дугостойкости, электроэрозионной стойкости и низкой свариваемости вольфрам широко используется в высоконагруженных разрывных контактах.

Молибден (Mo) – аналог вольфрама, но несколько менее тугоплавкий ( Т пл = 2620 ° С) и менее твердый. Отожженный молибден с мелкозернистой структурой значительно пластичнее вольфрама, он широко используется для различных деталей сложной конфигурации. Среди всех тугоплавких металлов молибден обладает наименьшим удельным сопротивлением ( ρ = 0,05 мкОм·м).

Молибден используется для нагревательных элементов в высокотемпературных (до 1700 ° С) электрических печах, работающих в защитной атмосфере. Из молибдена изготовляют сетки и электроды электронных ламп и другие вспомогательные детали электровакуумных приборов (крючки, нити, подвески), работающие в напряженном тепловом режиме.

Большое практическое значение имеют сплавы вольфрама с молибденом , которые образуют структуру твердого раствора во всем диапазоне концентраций. Сплавы, содержащие 45%Мо, обладают максимальным удельным сопротивлением и твердостью, высокой эрозионной стойкостью. Их применяют для высоконагруженных контактов в защитной среде. W-Mo-сплавы используют также

для нитей накаливания электроламп и катодов подогрева, так как они имеют более высокие механические свойства, чем чистый вольфрам, хотя и более низкие допустимые рабочие температуры.

Рений (Re) – редкий и тяжелый металл с температурой плавления, близкой к температуре плавления вольфрама ( Т пл = 3180 ° С). Рений твердый и прочный, как вольфрам, и пластичный, как молибден, имеет высокое удельное сопротивление ( ρ = 0,214 мкОм·м), стоек к дуге постоянного тока. Рений часто применяют в сплавах для высоконагруженных разрывных контактов, например, сплавы W+15. 20%Re отличаются повышенной износостойкостью.

Рений и его сплавы с вольфрамом применяют в производстве электровакуумных приборов взамен вольфрама, так как он меньше испаряется в атмосфере водорода, отличается более длительным сроком службы. Re- и W-Re-сплавы используются для термопар до 2500…2800 ° С в защитной среде.

В радиоэлектронике рений применяют для защиты от коррозии

и износа деталей из меди, вольфрама и молибдена. Тонкие пленки рения используются для прецизионных резисторов в интегральных схемах.

Тантал (Та) по тугоплавкости несколько уступает вольфраму ( Т пл = 3000 ° С), но значительно превосходит его по пластичности, что позволяет изготовлять фасонные детали, проволоку и фольгу толщиной до 10 мкм. Тантал образует на поверхности плотную оксидную пленку Та 2 О 5 , устойчивую до температуры 1500 ° С. Это свойство используется при производстве электролитических и тонкопленочных конденсаторов высокой удельной емкости, получаемых путем анодного оксидирования.

Тантал широко используется в электровакуумной технике для ответственных деталей: анодов и сеток генераторных ламп, катодов накаливания. Благодаря своей способности поглощать газы в диапазоне температур 600…1200 ° С, тантал применяют в вакуумной аппаратуре в качестве стабилизатора высокого вакуума (геттера). Тантал используется также в тонкопленочных технологиях при производстве резисторов. На воздухе происходит активное растворение азота в танталовой пленке с образованием нитридной пленки Та 2 N, обладающей высокой стабильностью свойств.

Ниобий (Nb) – металл, близкий по свойствам к танталу, но более легкоплавкий ( Т пл = 2500 ° С), обладает высокой газопоглощающей способностью в температурном интервале 400…900 ° С. Поэтому в электровакуумных приборах детали из ниобия одновременно выполняют функции геттера. У ниобия среди всех тугоплавких металлов наименьшая работа выхода электронов, его применяют в качестве катодов накаливания в мощных генераторных лампах. Среди всех химических элементов ниобий обладает самой высокой критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние ( Т св = = 9,2 К). Поэтому ниобий, как и тантал ( Т св = 4,5 К), применяют в криогенной технике.

Хром (Cr) обладает сравнительно невысокой температурой плавления ( Т пл = 1900 ° С) по сравнению с другими тугоплавкими металлами, но в противоположность остальным металлам этой группы является весьма распространенным в земной коре. Его отличительная особенность – высокая стойкость к окислению, поэтому хром используется для защитных покрытий изделий (хромирование), в том числе эксплуатируемых при повышенных температурах.

Хром обладает хорошей адгезионной способностью к стеклу, керамике, ситаллам и хорошо совместим с другими проводящими материалами. Поэтому технология осаждения тонких пленок хрома на подложку широко используется в микроэлектронике при изготовлении резисторов, адгезионных подслоев для контактных площадок

и токопроводящих соединений.

2.2.5. Сверхпроводящие металлы и сплавы

Сверхпроводимость – это состояние вещества, характеризуемое отсутствием электрического сопротивления. Сверхпроводимость наблюдается у ряда металлов и сплавов при температурах, близких к абсолютному нулю. Температура перехода в сверхпрово-

дящее состояние называется критической температурой сверхпроводимости – Т св .

При температуре ниже Т св электрический ток, наведенный в сверхпроводящем контуре, будет циркулировать бесконечно долго, не убывая, при условии поддержания низкой температуры. Удель-

ное сопротивление материала в сверхпроводящем состоянии составляет порядка 10 -25 Ом·м, что в 10 17 раз меньше, чем у меди.

Физическая природа сверхпроводимости. Впервые явление сверхпроводимости было обнаружено у ртути ( Т св = 4,2 К) голландским физиком Камерлинком-Онессом в 1911 г. Современная теория сверхпроводимости, основанная на квантовых представлениях, была предложена в 1957 г. американскими учеными Бардиным, Купером и Шриффером. Значительный вклад в развитие теории сверхпроводимости внесли работы советского академика Н.Н.Боголюбова.

В металле свободные электроны, движущиеся в среде положительно заряженных ионов, взаимодействуют с тепловыми колебаниями решетки, обмениваясь с ней квантами тепловой энергии – фононами, при этом электроны могут поглощать или отдавать энергию, т.е. изменять свой импульс. Обмен фононами между электронами при участии решетки происходит непрерывно. В результате обменного фононного взаимодействия пара электронов с разными импульсами и антипараллельными спинами испытывают взаимное притяжение и образуют так называемую куперовскую пару .

Рассмотрим упрощенную схему (рис. 9). Электрон 1, движущийся между ионами, притягивает ближайшие ионы, создавая по траектории движения локальную зону повышенной плотности положительного заряда. Электрон 2, движущийся вслед за первым, притягивается этой зоной. В результате, косвенным образом, через решетку, между электронами возникают силы притяжения. Силы притяжения невелики, парные образования слабо локализованы в пространстве, они постоянно распадаются и создаются, образуя электронный конденсат.

При низких температурах ( Т св ) энергия тепловых колебаний решетки чрезвычайно мала и спаренные электроны не рассеиваются на дефектах структуры. Особенность куперовских пар – их импульсная упорядоченность. Электронные волны, описывающие движение пар, имеют одинаковую длину и фазу. Фактически движение всех электронных пар можно рассматривать как распространение одной электронной волны, которая не рассеивается решеткой, «обтекает» дефекты структуры.

Рис. 9. Схема образования электронных пар в сверхпроводнике

При температуре абсолютного нуля все электроны, расположенные вблизи уровня Ферми, связаны в пары. При повышении температуры часть электронных пар распадается. Неспаренные электроны переходят с основных уровней на возбужденные, и их движение затрудняется рассеянием на дефектах структуры. При температуре Т св происходит полный разрыв всех куперовских пар, и состояние сверхпроводимости исчезает.

Сверхпроводники обладают специфическими магнитными свойствами. Поскольку электроны с противоположно направленными спинами связаны в пары, результирующий спиновый момент пары равен нулю, и сверхпроводник становится идеальным диамагнетиком. Как всякие диамагнетики, сверхпроводники выталкиваются из магнитного поля. Внешнее магнитное поле совершенно не проникает в толщину образца, затухая в тончайшем поверхностном слое (10 -7 …10 -8 м). Эффект выталкивания выражен столь сильно, что с помощью магнитного поля можно удерживать постоянный магнит над кольцом из сверхпроводящего материала. Однако состояние сверхпроводимости может быть разрушено, если напряженность магнитного поля превысит некоторое критическое значение Н св .

В настоящее время известно более 30 металлов, обладающих сверхпроводимостью при криогенных температурах, и более 1000

сверхпроводниковых сплавов и химических соединений различных элементов. Параметры некоторых сверхпроводниковых материалов представлены в табл. 5.

Металлы – это самый распространенный материал (наряду с пластмассами и стеклом), который применяется людьми с древних времен. Уже тогда человеку была известна характеристика металлов, он с выгодой использовал все их свойства для создания прекрасных произведений искусства, посуды, предметов быта, сооружений.

Одной из главных черт при рассмотрении этих веществ является их твердость и тугоплавкость. Именно эти качества позволяют определять область использования того или иного металла. Поэтому рассмотрим все физические свойства и особое внимание уделим вопросам плавкости.

Физические свойства металлов

Характеристика металлов по физическим свойствам может быть выражена в виде четырех основных пунктов.

  1. Металлический блеск – все имеют примерно одинаковый серебристо-белый красивый характерный блеск, кроме меди и золота. Они имеют красноватый и желтый отлив соответственно. Кальций – серебристо-голубой.
  2. Агрегатное состояние – все твердые при обычных условиях, кроме ртути, которая находится в виде жидкости.
  3. Электро- и теплопроводность – характерна для всех металлов, однако выражена в разной степени.
  4. Ковкость и пластичность – также общий для всех металлов параметр, который способен варьироваться в зависимости от конкретного представителя.
  5. Температура плавления и кипения – определяет, какой металл тугоплавкий, а какой легкоплавкий. Этот параметр разный для всех элементов.

Все физические свойства объясняются особым строением металлической кристаллической решетки. Ее пространственным расположением, формой и прочностью.

Легкоплавкие и тугоплавкие металлы

Данный параметр является очень важным, когда речь заходит об областях применения рассматриваемых веществ. Тугоплавкие металлы и сплавы – это основа машино- и кораблестроения, выплавки и литья многих важный изделий, получения качественного рабочего инструмента. Поэтому знание температур плавления и кипения играет основополагающую роль.

Характеризуя металлы по прочности, можно разделить их на твердые и хрупкие. Если же говорить о тугоплавкости, то здесь выделяют две основные группы:

  1. Легкоплавкие – это такие, которые способны менять агрегатное состояние при температурах ниже 1000 о С. Примерами могут служить: олово, свинец, ртуть, натрий, цезий, марганец, цинк, алюминий и другие.
  2. Тугоплавкими считаются те, чья температура плавления выше обозначенной величины. Их не так много, а на практике применяется еще меньше.

Таблица металлов, имеющих температуру плавления свыше 1000 о С, представлена ниже. Именно в ней и располагаются самые тугоплавкие представители.

Название металлаТемпература плавления, о СТемпература кипения, о С
Золото, Au1064.182856
Бериллий, Ве12872471
Кобальт, Со14952927
Хром, Cr19072671
Медь, Cu1084,622562
Железо, Fe15382861
Гафний, Hf22334603
Иридий, Ir24464428
Марганец, Mn12462061
Молибден, Мо26234639
Ниобий, Nb24774744
Никель, Ni14552913
Палладий, Pd1554,92963
Платина, Pt1768.43825
Рений, Re31865596
Родий, Rh19643695
Рутений, Ru23344150
Тантал, Та30175458
Технеций, Тс21574265
Торий, Th17504788
Титан, Ti16683287
Ванадий, V19103407
Вольфрам, W34225555
Цирконий, Zr18554409

Данная таблица металлов включает в себя всех представителей, чья температура плавления выше 1000 о С. Однако на практике многие из них не применяются по различным причинам. Например, из-за экономической выгоды или вследствие радиоактивности, слишком высокой степени хрупкости, подверженности коррозионному воздействию.

Также из данных таблицы очевидно, что самый тугоплавкий металл в мире – это вольфрам. Наименьший показатель у золота. При работе с металлами важное значение имеет мягкость. Поэтому многие из обозначенных выше также не используются в технических целях.

Наиболее тугоплавкий металл – вольфрам

В периодической системе располагается под порядковым номером 74. Название получил по фамилии известного физика Стивена Вольфрама. При обычных условиях представляет собой твердый тугоплавкий металл серебристо-белого цвета. Обладает ярко выраженным металлическим блеском. Химически практически инертен, в реакции вступает неохотно.

В природе содержится в виде минералов:

Учеными было доказано, что вольфрам – наиболее тугоплавкий металл из всех существующих. Однако существуют предположения о том, что сиборгий теоретически способен побить рекорд этого металла. Но он является радиоактивным элементом с очень коротким периодом существования. Поэтому доказать это пока невозможно.

При определенной температуре (свыше 1500 о С) вольфрам становится ковким и пластичным. Поэтому возможно изготовление тонкой проволоки на его основе. Это свойство используется для изготовления нитей накаливания в обычных бытовых электрических лампочках.

Как наиболее тугоплавкий металл, выдерживающий температуры больше 3400 о С, вольфрам применяется в следующих областях техники:

  • как электрод при аргонной сварке;
  • для получения кислотоустойчивых, износостойких и жаростойких сплавов;
  • в качестве нагревательного элемента;
  • в вакуумных трубках как нить накаливания и прочее.

Помимо металлического вольфрама, широко применяются в технике, науке и электронике его соединения. Как самый тугоплавкий металл в мире он и соединения формирует с очень высококачественными характеристиками: прочные, устойчивые практически ко всем видам химического воздействия, не подвергающиеся коррозии, выдерживающие низкие и высокие температуры (победит, сульфид вольфрама, его монокристаллы и другие вещества).

Ниобий и его сплавы

Nb, или ниобий, – при обычных условиях серебристо-белый блестящий металл. Он также является тугоплавким, поскольку температура перехода в жидкое состояние для него составляет 2477 о С. Именно это качество, а также сочетание низкой химической активности и сверхпроводимости позволяет ниобию становиться все более популярным в практической деятельности человека с каждым годом. Сегодня этот металл используется в таких отраслях, как:

  • ракетостроение;
  • авиационная и космическая промышленность;
  • атомная энергетика;
  • химическое аппаратостроение;
  • радиотехника.

Этот металл сохраняет свои физические свойства даже при очень низких температурах. Изделия на его основе отличаются коррозионной устойчивостью, жаростойкостью, прочностью, отличной проводимостью.

Этот металл добавляют к алюминиевым материалам для повышения химической стойкости. Из него изготовляют катоды и аноды, им легируют цветные сплавы. Даже монеты в некоторых странах делают с содержанием ниобия.

Тантал

Металл, в свободном виде и при обычных условиях покрытый оксидной пленкой. Обладает набором физических свойств, которые позволяют ему быть широко распространенным и очень важным для человека. Его основные характеристики следующие:

  1. При температуре свыше 1000 о С становится сверхпроводником.
  2. Это наиболее тугоплавкий металл после вольфрама и рения. Температура плавления составляет 3017 о С.
  3. Прекрасно поглощает газы.
  4. С ним легко работать, так как он прокатывается в пласты, фольгу и проволоку без особого труда.
  5. Обладает хорошей твердостью и не хрупкий, сохраняет пластичность.
  6. Очень устойчив к воздействию химических агентов (не растворяется даже в царской водке).

Благодаря таким характеристикам сумел завоевать популярность как основа для многих жаропрочных и кислотоустойчивых, антикоррозионных сплавов. Его многочисленные соединения находят применение в ядерной физике, электронике, приборах вычислительного плана. Используются как сверхпроводники. Раньше тантал использовался как элемент в лампах накаливания. Сейчас его место занял вольфрам.

Хром и его сплавы

Один из самых твердых металлов, в естественном виде голубовато-белой окраски. Его температура плавления ниже, чем у рассмотренных до сих пор элементов, и составляет 1907 о С. Однако он все равно используется в технике и промышленности повсеместно, так как хорошо поддается механическим воздействиям, обрабатывается и формуется.

Особенно ценен хром в качестве напылителя. Его наносят на изделия для придания им красивого блеска, защиты от коррозии и повышения износостойкости. Процесс называется хромированием.

Сплавы хрома очень популярны. Ведь даже небольшое количество этого металла в сплаве значительно увеличивает твердость и устойчивость последнего к воздействиям.

Цирконий

Один из самых дорогих металлов, поэтому применение его в технических целях затруднено. Однако физические характеристики делают его просто незаменимым во многих других отраслях.

При обычных условиях это красивый серебристо-белый металл. Обладает достаточно высокой температурой плавления – 1855 о С. Имеет хорошую твердость, устойчивость к коррозии, так как химически не активен. Также отличается великолепной биологической совместимостью с кожей человека и всего организма в целом. Это делает его ценным металлом для использования в медицине (инструменты, протезы и так далее).

Основные области применения циркония и его соединений, в том числе сплавов, следующие:

Из циркония и сплавов на его основе изготавливаются даже украшения, способные влиять на улучшение состояния здоровья человека.

Молибден

Если выяснять, какой металл самый тугоплавкий, то, помимо обозначенного вольфрама, можно назвать и молибден. Его температура плавления составляет 2623 о С. При этом он достаточно твердый, пластичный и поддающийся обработке.

Используется он в основном не в чистом виде, а как составной компонент сплавов. Они, благодаря присутствию молибдена, значительно укрепляются в износостойкости, жаропрочности и антикоррозийности.

Некоторые соединения молибдена используют как технические смазки. Также этот металл является легирующим материалом, одновременно влияющим и на прочность, и на антикоррозийность, что встречается очень редко.

Ванадий

Серый металл с серебристым блеском. Обладает достаточно высоким показателем плавкости (1920 о С). Используется в основном как катализатор во многих процессах, благодаря своей инертности. Применяется в энергетике как химический источник тока, в производствах неорганических кислот. Основное значение имеет не чистый металл, а именно некоторые его соединения.

Рений и сплавы на его основе

Какой металл самый тугоплавкий после вольфрама? Это рений. Его показатель плавкости составляет 3186 о С. По прочности превосходит и вольфрам, и молибден. Пластичность его не слишком высока. Спрос на рений очень велик, а вот добыча составляет сложности. Вследствие этого он является самым дорогим металлом из существующих на сегодняшний день.

Применяется для изготовления:

  • реактивных двигателей;
  • термопар;
  • нитей накаливания для спектрометров и прочих устройств;
  • как катализатор при нефтепереработке.

Все области применения дорогостоящие, поэтому он используется только в случае крайней необходимости, когда заменить чем-либо другим возможности нет.

Титановые сплавы

Титан – это очень легкий металл серебристо-белого цвета, который находит широкое применение в металлургической промышленности и металлообработке. Может взорваться при нахождении в мелкодисперсном состоянии, поэтому является пожароопасным.

Применяется в авиа- и ракетостроении, при производстве кораблей. Широко используется в медицине благодаря биологической совместимости с организмом (протезы, пирсинги, имплантаты и прочее).

Тугоплавкий металл — обзор

5.1 Введение

Исследования и разработки силицидов тугоплавких металлов в целом и силицидов молибдена в частности обусловлены требованиями более высоких рабочих температур в диапазоне 1100–1400 ° C для компоненты газовых турбин в реактивных двигателях и других аэрокосмических приложениях. Кроме того, существует несколько других существующих или потенциальных применений, включая нагревательные элементы в высокотемпературных печах, фурмы для расплавленного металла и свечи накаливания дизельных двигателей [1].Основными требованиями для таких применений являются высокие температуры плавления, сохранение прочности при повышенных температурах, сопротивление ползучести и окислению, а также разумная пластичность и вязкость разрушения в температурном диапазоне применения. Конечно, также желательно, чтобы материал обладал достаточной пластичностью и вязкостью разрушения при комнатной температуре.

Обычно силициды Mo, Nb, W, Ti и Cr имеют температуры плавления около 2000 ° C или выше. Основываясь на обзоре структуры и свойств, Мештер и Шварц [1] показали, что MoSi 2 и Ti 5 Si 3 являются наиболее перспективными среди всех бинарных силицидов для структурных приложений при повышенных температурах.Кроме того, MoSi 2 получил большее внимание из-за его выдающейся стойкости к окислению в диапазоне от 700 ° C до 1700 ° C, а его удельное электрическое сопротивление увеличивается с температурой, что делает его идеальным для использования в качестве «суперкантального» нагревательного элемента на воздухе. или окислительные печи. Первый патент, связанный с разработкой сплавов MoSi 2 и Mo (Si, Al) 2 для использования в нагревательных элементах, принадлежит Kieffer et al. [2] Действительно, первое коммерческое применение нагревательных элементов на основе MoSi 2 было запатентовано в 1956 году Kanthal [3].

Хронологию всех исторических событий, связанных с исследованиями и разработками MoSi 2 , начиная с его изобретения в 1907 году, можно найти в более раннем обзоре Васудевана и Петровича [4]. Идея разработать MoSi 2 в качестве конструкционного материала, по-видимому, зародилась в начале 1950-х годов и принадлежит Максвеллу [5]. Для несущих нагрузок структурная целостность и сохранение прочности при повышенных температурах так же важны, как и устойчивость к разрушению окружающей среды. Первоначальные исследования механических свойств, проведенные Максвеллом, определили хрупкость при комнатной температуре и низкую вязкость разрушения как основные недостатки MoSi 2 , о которых необходимо позаботиться для широкого применения в конструкциях. Хотя до 1970-х годов интерес к хрупким материалам был незначительным, все же можно найти работу Фитцера [6] о покрытиях MoSi 2 и Mo 5 Si 3 и Новотны. по расчетам фазовой диаграммы [7].Интерес резко возрос в конце 1980-х годов после того, как было сообщено о значительном улучшении вязкости разрушения за счет дисперсии пластичной арматуры из Nb-проволоки [8]. Среди интерметаллидов на основе силицидов, MoSi 2 и Ti 5 Si 3 были показаны как наиболее перспективные для структурных применений благодаря обзору материалов этого класса, проведенному Мештером и Шварцем [9]. Помимо MoSi 2 , Mo 5 Si 3 и многофазных тройных или четверных сплавов, содержащих бор в качестве легирующего элемента, также вызвали значительный интерес в последнее десятилетие [10–13].Интерес к сплавам Mo-Si-B значительно вырос после того, как Беркзик [11] получил патент на семейство тугоплавких тройных сплавов на основе Mo-Si (1,6–15,2 ат.%) — B (0–39,4 ат.%), Которые показал впечатляющую стойкость к окислению. Кроме того, имеются обзоры [13–15] по разработке сплавов Mo-Si-B с акцентом на состав и обработку, эволюцию микроструктуры, физико-механические свойства и поведение при окислении.

Основные цели исследований силицидов молибдена для применения в конструкциях при повышенных температурах включают разработку материалов со следующими свойствами: (i) температура плавления ≥ 2000 ° C, (ii) плотность предпочтительно меньше, чем у используемых в настоящее время сплавов, (iii ) BDTT как можно ниже, (iv) вязкость разрушения при комнатной температуре ≥ 15.0 МПа√м, и (v) впечатляющая стойкость к окислению при возможных температурах воздействия. В таблице 5.1 представлена ​​информация о некоторых основных физических, механических и окислительных свойствах различных силицидов Mo, которые были исследованы в прошлом.

Таблица 5.1. Данные о свойствах силицидов Mo, которые имеют решающее значение для приложений

Силициды Точки плавления (° C) Плотность (г / см3) Модуль Юнга (ГПа) BDTT (° C) Вязкость разрушения (МПа√м) Комментарии по стойкости к окислению
MoSi 2 2020 6.24 439,7 [16–18] SC, RT [19]
Poly, 1100–1300 [20]
SC, 1,9–4 [21]
Poly, 2,5–4 [22–26]
Надежный , 700–1700 ° C [27]
Вредоносное образование [28]
Mo 5 Si 3 2180 8,24 323 [29] SC, 1250 [30] SC, 2–2,5 [31]
Poly, 2,9 [32]
Плохое заражение [33]
Mo 3 Si 2025 8.9 295 [34] Poly, 1400 [35] Poly, 3,0 [35] Ожидается плохое качество
Mo 5 SiB 2 2160–2200 8,8 383 [29] SC, 1500 [36] SC, 2,0 [36] Хорошо [37]
Mo (Si, Al) 2 6,2 370,7 [38] SC, 1100 [39] Нет в наличии Хорошо [40]

«SC» — это сокращение от монокристалла, а «поли» — для поликристалла.

Механическое поведение сплавов на основе силицида молибдена зависит от множества факторов: (а) кристаллической структуры, которая влияет на типы ближайших соседних атомов и их системы связи и вероятного скольжения; (б) методы обработки; (c) микроструктурные особенности, включая размер зерна, структурные дефекты и включения на основе оксидов и примесей; (d) легирующие добавки, которые влияют на кристаллическую структуру, природу межатомных связей и микроструктуру; и (e) объемная доля, распределение и морфология хрупкой или пластичной и непрерывной или прерывистой арматуры.Монокристаллы MoSi 2 с осью напряжений вдоль выбранных мягких ориентаций показали доказательства пластической деформации при отрицательных или комнатных температурах [16]. Однако поликристаллический MoSi 2 оказался хрупким при температурах ≤ 1000 ° C из-за необходимости наличия пяти независимых систем скольжения для пластической деформации поликристаллических материалов. Более того, плохая симметрия кристалла приводит к тому, что величина возможных векторов Бюргерса дислокаций становится большой, тем самым увеличивая как их собственную энергию, так и силу, необходимую для их движения.Окислительное поведение силицидов молибдена зависит в первую очередь от состава сплава и условий воздействия. При заданной температуре окислительное поведение зависит от характеристик оксидной окалины наиболее активных частиц, которая может быть либо самовосстанавливающейся и защищать ее от дальнейшего окисления, либо быть пористой, допускающей проникновение кислорода из воздуха.

Эта глава иллюстрирует основы, касающиеся фазовых равновесий и структур интерметаллидов на основе силицида молибдена; конкретные методологии обработки; механические свойства, включая вязкость разрушения, предел текучести при изгибе и сжатии, впечатляющие характеристики ползучести при сжатии и растяжении; а также стойкость к окислению в различных температурных режимах.В этой главе представлена ​​сравнительная оценка свойств, взаимосвязей структура-свойство и механизмов деформации и окисления.

Узнайте о тугоплавких металлах

Термин «тугоплавкий металл» используется для описания группы металлических элементов, которые имеют исключительно высокие температуры плавления и устойчивы к износу, коррозии и деформации.

В промышленности термин тугоплавкий металл чаще всего относится к пяти наиболее часто используемым элементам:

Однако более широкие определения также включали менее часто используемые металлы:

Характеристики

Отличительной чертой тугоплавких металлов является их термостойкость.Все пять промышленных тугоплавких металлов имеют температуру плавления выше 3632 ° F (2000 ° C).

Прочность тугоплавких металлов при высоких температурах в сочетании с их твердостью делает их идеальными для режущих и сверлильных инструментов.

Тугоплавкие металлы также очень устойчивы к тепловому удару, а это означает, что повторное нагревание и охлаждение нелегко вызвать расширение, напряжение и растрескивание.

Все металлы имеют высокую плотность (они тяжелые), а также хорошие электрические и теплопроводные свойства.

Еще одним важным свойством является их сопротивление ползучести, склонность металлов к медленной деформации под действием напряжения.

Благодаря своей способности образовывать защитный слой тугоплавкие металлы также устойчивы к коррозии, хотя они легко окисляются при высоких температурах.

Огнеупорные металлы и порошковая металлургия

Из-за их высоких температур плавления и твердости тугоплавкие металлы чаще всего перерабатываются в виде порошка и никогда не получают литьем.

Металлические порошки изготавливаются определенного размера и формы, затем смешиваются для создания правильного сочетания свойств перед уплотнением и спеканием.

Спекание включает нагрев металлического порошка (в форме) в течение длительного периода времени. Под действием тепла частицы порошка начинают связываться, образуя твердую деталь.

Спекание может связывать металлы при температурах ниже их точки плавления, что является значительным преимуществом при работе с тугоплавкими металлами.

Карбидные порошки

Одно из первых применений многих тугоплавких металлов возникло в начале 20 века с разработкой цементированных карбидов.

Widia , первый коммерчески доступный карбид вольфрама, был разработан Osram Company (Германия) и поступил на рынок в 1926 году. Это привело к дальнейшим испытаниям с такими же твердыми и износостойкими металлами, что в конечном итоге привело к разработке современных спеченных карбидов.

Для изделий из карбидных материалов часто используются смеси различных порошков.Этот процесс смешивания позволяет привнести полезные свойства из разных металлов, тем самым создавая материалы, превосходящие то, что можно было бы создать из отдельного металла. Например, исходный порошок Widia состоял на 5-15% из кобальта.

Примечание. Подробнее о свойствах тугоплавких металлов см. В таблице внизу страницы.

Приложения

Сплавы и карбиды на основе тугоплавких металлов используются практически во всех основных отраслях промышленности, включая электронику, аэрокосмическую, автомобильную, химическую, горнодобывающую, ядерную технологии, обработку металлов и протезирование.

Следующий список конечного использования тугоплавких металлов был составлен Ассоциацией тугоплавких металлов:

Металлический вольфрам

  • Нити накаливания, люминесцентные и автомобильные лампы
  • Аноды и мишени для рентгеновских трубок
  • Полупроводниковые держатели
  • Электроды для дуговой сварки в инертном газе
  • Катоды большой емкости
  • Электроды для ксеноновых систем зажигания
  • Автомобильные системы зажигания
  • Ракетные сопла
  • Электронные трубчатые излучатели
  • Тигли для переработки урана
  • Нагревательные элементы и радиационные экраны
  • Легирующие элементы в сталях и суперсплавах
  • Армирование в металл-матричных композитах
  • Смазочные материалы в химических и нефтехимических процессах

молибден

  • Легирующие добавки в чугун, сталь, нержавеющую сталь, инструментальные стали и суперсплавы на основе никеля
  • Высокоточные шпиндели шлифовальных кругов
  • Металлизация распылением
  • Плашки для литья под давлением
  • Детали ракет и ракетных двигателей
  • Электроды и перемешивающие стержни в производстве стекла
  • Нагревательные элементы электропечи, лодки, тепловые экраны и футеровка глушителя
  • Насосы для рафинирования цинка, желоба, клапаны, мешалки и колодцы для термопар
  • Производство управляющих стержней ядерного реактора
  • Переключающие электроды
  • Опоры и опоры для транзисторов и выпрямители
  • Нити и опорные провода для автомобильных фар
  • Геттеры для вакуумных трубок
  • Юбки, конусы и тепловые экраны ракет
  • Компоненты ракет
  • Сверхпроводники
  • Химическое технологическое оборудование
  • Теплозащитные экраны в высокотемпературных вакуумных печах
  • Легирующие добавки в fe Металлические сплавы и сверхпроводники

Карбид вольфрама цементированный

  • Карбид вольфрама цементированный
  • Режущий инструмент для обработки металлов
  • Оборудование для атомной энергетики
  • Инструмент для горнодобывающей и нефтяной промышленности
  • Формовочные штампы
  • Металлообрабатывающие валки
  • Направляющие резьбы

Вольфрамовый тяжелый металл

  • Втулки
  • Седла клапанов
  • Лезвия для резки твердых и абразивных материалов
  • Наконечники шариковых ручек
  • Пилы и сверла для каменной кладки
  • Heavy Metal
  • Защитные экраны
  • Противовесы самолетов
  • Противовесы самолетов
  • Самоподзавод
  • механизмы балансировки камеры

  • противовесы лопастей винта вертолета
  • вставки золотых булав
  • корпуса дротиков
  • предохранители вооружения
  • гашение вибрации
  • боеприпасы
  • дробовики

Тантал

  • Электролитические конденсаторы
  • Теплообменники
  • Байонетные нагреватели
  • Отверстия для термометров
  • Нити для вакуумных трубок
  • Химическое технологическое оборудование
  • Компоненты высокотемпературных печей
  • Тигли для работы с расплавленным металлом и сплавами
  • Инструмент для резки металла и сплавов
  • компоненты

  • Хирургические имплантаты
  • Добавка сплава в суперсплавы

Физические свойства тугоплавких металлов

Тип Установка Пн Ta Nb Вт Rh Zr
Типичная коммерческая чистота 99.95% 99,9% 99,9% 99,95% 99,0% 99,0%
Плотность см / куб.см 10,22 16,6 8,57 19,3 21,03 6,53
фунтов / дюйм 2 0,369 0.60 0,310 0,697 0,760 0,236
Температура плавления по Цельсию 2623 3017 2477 3422 3180 1852
° F 4753.4 5463 5463 6191,6 5756 3370
Температура кипения по Цельсию 4612 5425 4744 5644 5627 4377
° F 8355 9797 8571 10 211 10 160,6 7911
Типичная твердость DPH (Виккерс) 230 200 130 310 150
Теплопроводность (при 20 ° C) кал / см 2 / см ° C / сек 0.13 0,126 0,397 0,17
Коэффициент теплового расширения ° С x 10 -6 4,9 6,5 7,1 4,3 6,6
Удельное электрическое сопротивление Микроом-см 5,7 13,5 14,1 5,5 19,1 40
Электропроводность % МАКО 34 13.9 13,2 31 9,3
Прочность на разрыв (KSI) Окружающий 120-200 35-70 30–50 100-500 200
500 ° С 35-85 25-45 20-40 100-300 134
1000 ° С 20-30 13-17 5-15 50-75 68
Минимальное удлинение (калибр 1 дюйм) Окружающий 45 27 15 59 67
Модуль упругости 500 ° С 41 25 13 55 55
1000 ° С 39 22 11.5 50

Источник: http://www.edfagan.com

тугоплавких металлов | Конструкция машины


Тугоплавкие металлы характеризуются чрезвычайно высокими температурами плавления, которые намного превышают температуры плавления железа, кобальта и никеля. Они используются в сложных условиях, требующих высокой термостойкости и коррозионной стойкости. Наиболее широко используемые из этих металлов — вольфрам, тантал, молибден и колумбий (ниобий).Они взаимно растворимы и образуют друг с другом твердые сплавы в любом соотношении. Эти четыре тугоплавких металла и их сплавы доступны в прокатных формах, а также в таких продуктах, как винты, болты, шпильки и трубки.

Хотя точки плавления этих металлов намного выше 4000 ° F, они окисляются при гораздо более низких температурах. Ускоренное окисление на воздухе происходит при 190 ° C для вольфрама, 395 ° C для молибдена и 425 ° C для тантала и колумбия. Следовательно, на эти металлы должны быть нанесены защитные покрытия, если они будут использоваться при более высоких температурах.Предел прочности и текучести тугоплавких металлов в значительной степени сохраняется при высокой температуре.

Колумбий и тантал: Эти металлы обычно рассматриваются вместе, поскольку большинство их рабочих характеристик схожи. Их можно изготавливать самыми обычными методами при комнатной температуре. Тяжелые секции для ковки можно нагревать без защиты примерно до 425 ° C.

Из нескольких промышленных танталовых сплавов те, которые содержат вольфрам, колумбий и молибден, обычно сохраняют коррозионную стойкость тантала и обеспечивают более высокие механические свойства.Колумбий также доступен в сплавах, содержащих тантал, вольфрам, молибден, ванадий, гафний, цирконий или углерод. Сплавы обеспечивают улучшенные характеристики растяжения, текучести и ползучести, особенно в диапазоне от 1100 до 1650 ° C.

Большая часть листового металла из колумбия и тантала изготавливается в диапазоне толщины от 0,004 до 0,060 дюйма. Колумбий, как и тантал, можно сваривать сам с собой и с некоторыми другими металлами с помощью контактной сварки, сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG). , и самому себе дуговой сваркой в ​​инертном газе.Электронно-лучевая сварка также может использоваться, особенно для соединения с другими металлами. Однако поверхности, которые во время сварки нагреваются выше 315 ° C, должны быть защищены инертным газом для предотвращения охрупчивания.

Основные области применения тантала — аноды конденсаторов, нити, геттерирующие устройства, химическое технологическое оборудование и компоненты высокотемпературных аэрокосмических двигателей. Колумбий используется в сверхпроводящих материалах, тонкопленочных подложках, электрических контактах, радиаторах, а также в качестве легирующей добавки в сталях и суперсплавах.

Молибден: Молибден, вероятно, самый универсальный из тугоплавких металлов, также является природным ресурсом Соединенных Штатов. Это отличный конструкционный материал для применений, требующих высокой прочности и жесткости при температурах до 3000 ° F, где он может работать в вакууме, в инертной или восстановительной атмосфере.

Молибден нелегированный и его основной сплав ТЗМ получают методами порошковой металлургии и вакуумно-дуговой плавкой. Оба продукта коммерчески доступны в виде обычных продуктов прокатного стана: поковки, стержни, прутки, проволока, бесшовные трубы, пластины, полосы и тонкая фольга.По сравнению с нелегированным молибденом сплав TZM (Mo-0,5% Ti-0,1% Zr) демонстрирует более высокую прочность при комнатной температуре и гораздо более высокие характеристики разрушения при напряжении и ползучести при всех повышенных температурах. При температуре от 1800 до 2000 ° F TZM может выдерживать напряжение 30 000 фунтов на квадратный дюйм в течение более 100 часов, что в три раза больше, чем для нелегированного молибдена.

Молибден и TZM легко обрабатываются обычными инструментами. Лист можно обрабатывать штамповкой, штамповкой, прядением и глубокой вытяжкой. Некоторые детали можно выковать, придавая им форму. Молибденовую проволоку и порошок можно распылять пламенем на стальную основу для восстановления изношенных деталей или для изготовления долговечных поверхностей с низким коэффициентом трения для инструментов.

В неокислительной среде металл устойчив к воздействию соляной, плавиковой, серной и фосфорной кислот. Молибден окисляется при высоких температурах с образованием летучего, нетоксичного триоксида молибдена; однако такие детали, как сопла с шарнирным соединением, успешно использовались в ракетах и ​​системах наведения ракет, когда время воздействия очень высоких температур баллистических газов было коротким.

Детали из молибдена можно сваривать инерционным, контактным и точечным методами на воздухе; сваркой TIG и MIG в инертной атмосфере; и электронно-лучевой сваркой в ​​вакууме.6 фунтов на квадратный дюйм при комнатной температуре, он используется для расточных оправок и игл для высокоскоростных внутренних шлифовальных машин, чтобы избежать вибрации и дребезжания. Его относительно высокая электрическая проводимость делает нелегированный молибден полезным для электрических и электронных устройств. Он используется в производстве ламп накаливания, в качестве подложек в твердотельных электронных устройствах, в качестве электродов для электроэрозионного оборудования и для плавления стекла, а также в качестве нагревательных элементов и отражателей или радиационных экранов для высокотемпературных вакуумных печей.

Поскольку он сохраняет полезную прочность при повышенных температурах, имеет низкий коэффициент теплового расширения и противостоит эрозии расплавленными металлами, сплав TZM используется для сердечников при литье под давлением из алюминия и для полостей в форме при литье из латуни, бронзы и т. Д. и даже нержавеющая сталь. Штампы из сплава TZM весом в несколько тысяч фунтов используются для изотермической ковки деталей из жаропрочных сплавов для авиационных газовых турбин, а вкладыши из сплава TZM используются для экструзии стальных профилей.Пробивные наконечники TZM используются для производства бесшовных труб из нержавеющей стали.

Вольфрам: Во многих отношениях вольфрам похож на молибден. Два металла имеют примерно одинаковую электропроводность и удельное сопротивление, коэффициент теплового расширения и примерно одинаковую стойкость к коррозии минеральными кислотами. Оба обладают высокой прочностью при температурах выше 2000 ° F, но поскольку температура плавления вольфрама выше, он сохраняет значительную прочность при более высоких температурах, чем молибден.Модуль упругости вольфрама примерно на 25% выше, чем у молибдена, а его плотность почти вдвое больше, чем у молибдена. Весь товарный нелегированный вольфрам производится методами порошковой металлургии; он доступен в виде прутка, проволоки, пластины, листа и некоторых кованых форм. Для некоторых специальных применений можно производить вольфрам, плавящийся в вакууме, но это дорого и ограничивается относительно небольшими участками.

Несколько сплавов вольфрама получают путем жидкофазного спекания прессовок из вольфрамового порошка со связующими из никель-медных, железоникелевых, железо-медных или никель-кобальт-молибденовых комбинаций; вольфрам обычно составляет от 85 до 95% сплава по весу.Эти сплавы часто называют тяжелыми металлами или обрабатываемыми вольфрамовыми сплавами. В компактных формах сплавы можно обрабатывать токарной обработкой, сверлением, растачиванием, фрезерованием и формованием; они не доступны в виде продуктов прокатного стана, потому что их нельзя обрабатывать при любой температуре.

Сплавы тяжелых металлов особенно полезны для противовесов самолетов и в качестве грузов в гирационных компасах. Вставки из тяжелого металла используются в качестве сердечников военного снаряда большой массы. Вольфрамовые сплавы широко используются в качестве противовесов в спортивном оборудовании, таком как клюшки для гольфа и теннисные ракетки.Защита от рентгеновского излучения — еще одно важное применение вольфрамовых сплавов.

Нити накаливания для ламп накаливания обычно представляют собой катушки из очень тонкой нелегированной вольфрамовой проволоки. Электронные лампы часто изготавливаются из вольфрама в качестве нагревателей; в некоторых современных трубках используются нагреватели из вольфрамового сплава, содержащего 3% рения. Термопара, рассчитанная на температуру 4350 ° F, состоит из одной вольфрамовой проволоки, легированной 25% рения, и другой проволоки, легированной 5% рения.

Горловины сопел из кованого и обработанного нелегированного вольфрама используются в твердотопливных ракетных двигателях; Одно время горловины изготавливались из пористых консолидаций вольфрамового порошка, которые были пропитаны серебром для воздействия газов при температурах около 3500 ° C.Нелегированный вольфрам используется для изготовления рентгеновских мишеней, нитей в печах для вакуумной металлизации и для электрических контактов, таких как распределительные точки в автомобильных системах зажигания. Вольфрамовые электроды составляют основу сварки TIG. Вольфрамовые наконечники с водяным охлаждением применяются для вакуумно-дуговой плавки сплавов неплавящимся электродом.

Режущие инструменты и детали, которые должны противостоять сильному истиранию, часто изготавливаются из карбида вольфрама. Стружка или пластины из карбида вольфрама с отшлифованными режущими кромками крепятся к корпусам стальных инструментов пайкой или винтами.Более высокие скорости резания и более длительный срок службы инструмента, которые стали возможными благодаря использованию инструментов из карбида вольфрама, таковы, что пластины выбрасываются после одного использования. Матрицы из карбида вольфрама уже много лет используются для волочения проволоки. Вставки из карбида вольфрама используются во вращающихся долотах для бурения нефтяных и газовых скважин и в горных работах. Плавленый карбид вольфрама наносится на поверхности горных машин, подверженные сильному износу.

тугоплавкие металлы — NOIVION

Эмиссия плазмы IJD

Осаждение металлов с высокой температурой плавления (тугоплавких), таких как ниобий, вольфрам, рений, тантал или молибден, может быть сложной задачей, которую можно решить с помощью электронно-лучевых испарителей.Небольшая разница температур плавления между тиглем и содержащимся в нем испаряемым материалом может привести к различным проблемам и дефектам, например:

  • перегрев тигля и всего испарителя
  • Загрязнение осажденного слоя из-за включения материала тигля в материал для осаждения
  • Необходимо использовать дорогие (с более низкой температурой плавления) исходные материалы вместо чистых металлов
  • необходимо охладить тигель водой и в конечном итоге изолировать систему охлаждения от высокого напряжения
  • Невозможность осаждения металлических сплавов из-за неконгруэнтного испарения
  • Нестабильность скорости роста пленки и необходимость регулирования мощности с обратной связью (кварцевые весы)
  • напыление грубых некомпактных пленок

Распыление может решить некоторые из вышеперечисленных проблем, но не подходит, когда требуется направленное (прямая видимость) испарение.

Ionized Jet Deposition (IJD) преодолевает все эти ограничения и является идеальным решением для направленного осаждения тугоплавких металлов (и любого металла в целом). Фактически, благодаря сверхбыстрому процессу импульсной абляции высокой мощности, IJD позволяет конгруэнтное испарение области поверхности мишени глубиной несколько микрон, избегая всех вышеперечисленных проблем. С IJD стабильные и воспроизводимые процессы осаждения могут быть достигнуты с без загрязнения , с низким тепловыделением , без водяного охлаждения, с высокой скоростью осаждения и с эффективным использованием материала .

IJD может быть установлен в любой ориентации . Используя реактивный рабочий газ (обычно кислород и азот) при надлежащем парциальном давлении, можно наносить покрытия с другим химическим составом, чем у материала мишени.

Для получения дополнительной информации об этом процессе обратитесь к местному дистрибьютору или напишите на [email protected]

Направленное осаждение IJD

тугоплавкие металлы: свойства, типы и применение

Тугоплавкие металлы широко используются в различных областях из-за их уникальных и желаемых свойств и поведения, не в последнюю очередь из-за их устойчивости к коррозии.Эта группа металлов также обладает исключительной устойчивостью к износу и нагреву. Эти металлы в основном используются в области техники, науки и металлургии. К пяти основным элементам этого класса металла относятся следующие:

Все эти пять элементов обладают несколькими ключевыми свойствами, такими как высокий уровень твердости при комнатной температуре и высокая температура плавления, особенно при воздействии температур выше 3600 ° F (2000 ° C).(Чтобы узнать о другом методе повышения твердости, прочтите Азотирование для сопротивления коррозии и износостойкости.) Эти металлы имеют высокую плотность и химически инертны. Высокие температуры плавления этих металлов уступают место порошковой металлургии как выбору для производства различных компонентов.

Некоторые из наиболее распространенных применений тугоплавких металлов включают проволочные нити, инструменты, химические сосуды в агрессивных средах, литейные формы и многое другое. Обладая очень высокой температурой плавления, тугоплавкие металлы очень стабильны.

Электронный бюллетень

Присоединяйтесь к тысячам людей, получающих последние разработки в области технологий коррозии.

Одним из основных определяющих факторов тугоплавких металлов является жаропрочность.Все пять металлов этого класса имеют температуру плавления выше 3632 ° F (2000 ° C). Они прочны при чрезвычайно высоких температурах и по своей природе твердые, что делает эти металлы идеальными для сверлильных и режущих инструментов. Кроме того, эти металлы обладают высокой устойчивостью к таким факторам, как термический шок. Это означает, что они не будут растрескиваться, расширяться или испытывать напряжение при многократном охлаждении и нагревании.

Забегая вперед, все пять металлов в этой группе обладают высокими уровнями плотности, а также хорошими тепловыми и электрическими свойствами.Они также устойчивы к ползучести, поэтому медленно деформируются при воздействии очень напряженных сред или условий. Это связано с тем, что эти металлы обладают способностью образовывать защитный слой, делая их устойчивыми к коррозии, несмотря на то, что они могут подвергаться окислению при высоких температурах.

Тугоплавкие металлы можно классифицировать по их уникальным физическим и химическим свойствам. Жизненно важно иметь полное представление об этих свойствах, чтобы получить от них максимальную отдачу.

Физические свойства
Тугоплавкие металлы имеют следующие основные физические характеристики:

  • Высокая температура кипения. Температуры плавления тугоплавких металлов выше, чем у всех других металлов, кроме углерода, осмия и иридия.
  • Все они имеют объемно-центрированную кубическую кристаллическую структуру.
  • Они обладают высокой устойчивостью к ползучести.

Тем не менее, конкретные характеристики этих металлов сильно различаются, потому что они происходят из разных групп периодической таблицы.Например, из всех пяти металлов рений имеет самую высокую температуру плавления при 5 757 ° F (3186 ° C), а ниобий — самую низкую — 4 491 ° F (2477 ° C). Что касается точки кипения, ниобий имеет температуру 8 572 ° F (4744 ° C), а рений — 10 105 ° F (5596 ° C).

То же самое и с сопротивлением ползучести; Есть металлы, которые начинают образовывать ползучесть при температуре 1832 ° F (1000 ° C), а есть металлы, температура которых начинается при температуре менее 932 ° F (500 ° C).

Химическая промышленность
Тугоплавкие металлы обладают широким спектром химических свойств, поскольку каждый из них принадлежит к разной классификации в периодической таблице элементов. Как правило, эти металлы легко окисляются, но реакцию можно контролировать путем создания стабильных слоев оксида поверх металла. Это особенно касается рения, потому что он очень летуч. Таким образом, он может потерять устойчивость к воздействию кислорода при высоких температурах, поскольку оксидный слой испаряется.Однако все тугоплавкие металлы сравнительно устойчивы к таким веществам, как кислоты.

Благодаря своим уникальным свойствам тугоплавкие металлы очень полезны для различных применений и отраслей. Их основные преимущества:

Сверхвысокая точка плавления
Тугоплавкие металлы, такие как вольфрам, молибден и тантал, имеют очень высокие температуры плавления, что делает их полезными при производстве стекла.

Высокая прочность
Они обладают выдающейся прочностью даже при сверхвысоких температурах.Например, конусы ракет, сделанные из вольфрама, имеют вдвое большую прочность на разрыв, чем железо при нормальных температурах. (Для получения дополнительной информации по этой теме прочтите «В чем разница между прочностью и ударной вязкостью?»)

Превосходная стойкость к истиранию и износу
Тугоплавкие металлы, особенно сплавы, могут продлить срок службы седел клапанов, уплотнений, форсунок и других участков, подверженных износу. высокий износ.

Превосходная коррозионная стойкость
Трубопроводы на химических предприятиях обычно изготавливаются из тугоплавких металлов, что обеспечивает более высокую степень коррозионной стойкости по сравнению с нержавеющей сталью.

Устойчивость к тепловому удару
Металлы, такие как вольфрам, могут противостоять нагрузкам, вызванным быстрым расширением из-за тепла. Вольфрам имеет очень высокую температуру плавления и может выдерживать серию циклов включения и выключения, не влияя на его целостность.

Теплопроводность и электропроводность
Помимо множества электронных или электрических применений, тугоплавкие металлы, такие как вольфрам и молибден, также хороши в качестве теплоотводов.

Чрезвычайная твердость
Большинство широко используемых в наши дни режущих инструментов изготавливаются из таких материалов, как карбид вольфрама.Тугоплавкие металлы также отлично подходят для формования металлов и стали, а также при добыче и бурении газовых или нефтяных скважин.

Высокая плотность и удельный вес
Большинство тугоплавких металлов имеют высокую плотность, и они могут быть очень полезны при изготовлении головок клюшек для гольфа и авиационных гироскопов.

Другое
Существуют тугоплавкие металлы, которые обладают очень полезными свойствами, например, выступают в качестве превосходных радиационных экранов, а также в качестве химических катализаторов.

Существует пять тугоплавких металлов, каждый из которых имеет различные свойства и области применения.

1. Вольфрам
Вольфрам является наиболее распространенным среди тугоплавких металлов. Он имеет самую высокую температуру плавления и одну из самых высоких плотностей металла среди тугоплавких металлов. Это может быть очень сложно в сочетании с другими элементами, такими как углерод. Он также обладает высокой устойчивостью к коррозии. Этот металл широко используется в проволочных волокнах, например, в большинстве ламп накаливания, используемых в домах, но он также широко используется в промышленных дуговых лампах и освещении.

2.Молибден
Молибден — наиболее используемый тугоплавкий металл из всех, потому что он дешевле, чем большинство других, и, когда он превращен в сплав, может быть очень устойчивым к ползучести и высоким температурам. Он также не образует амальгам, что делает его устойчивым к коррозии. Он в основном используется для упрочнения стальных сплавов, особенно в конструкционных трубопроводах и насосно-компрессорных трубах. Этот металл также обладает отличными антифрикционными качествами, что делает его идеальным компонентом масел и смазок, используемых в автомобилях.

3.Тантал
Этот тугоплавкий металл наиболее устойчив к коррозии. Он часто используется в области медицины и хирургии, а также в средах с повышенной кислотностью. Тантал также является основным компонентом компьютерных и телефонных цепей или конденсаторов.

4. Ниобий
К этому металлу всегда прилагается другой тугоплавкий металл, тантал. Он в высшей степени уникален, и с ним легко работать, чтобы добиться высокой эластичности и прочности. Его можно использовать при изготовлении электролитических конденсаторов и сверхпроводников.Ниобий также можно найти в ядерных реакторах и электронных лампах.

5. Рений
Рений является самым недавно обнаруженным тугоплавким металлом. Его можно найти с другими металлами в сверхнизких концентрациях. Он также присутствует в рудах других тугоплавких металлов. Этот металл известен своей высокой прочностью на разрыв и пластичностью. Он широко используется в ядерных реакторах, гироскопах и других электрических компонентах. Из-за своей редкости он может быть очень дорогим.

***

Несмотря на множество применений и преимуществ тугоплавких металлов, многие из них мы еще не полностью понимаем.Таким образом, в области металлургии необходимы обширные исследования для улучшения различных процессов.

Свойства тугоплавких металлов | Что делает тугоплавкие металлы уникальными?

Свойства тугоплавких металлов | Что делает тугоплавкие металлы такими уникальными?



Просмотры сообщений:
1,277

Тугоплавкие металлы в основном включают вольфрам, тантал, молибден, ниобий, гафний, хром, ванадий, цирконий и титан.На самом деле температура плавления рения также чрезвычайно высока, но его запасы слишком редки, чаще всего используются в деталях реактивного двигателя из жаропрочных сплавов. Среди них наиболее распространенными тугоплавкими металлами являются вольфрам, тантал, молибден, ниобий. В этой статье мы рассмотрим эти четыре часто используемых свойства тугоплавких металлов .

Свойства тугоплавких металлов

Свойства тугоплавких металлов — 1. Вольфрам

Он имеет самую высокую точку плавления среди обычно используемых тугоплавких металлов, достигая 3410 ± 20 ℃ .Он серебристо-белый и похож на сталь. Вольфрам не только твердый, но и химически устойчивый. Большинство кислот и оснований слабо влияют на вольфрам. Водород, вода или разбавленные кислоты не действуют на вольфрам. Коррозия возникает только в горячей царской водке и смеси плавиковой и азотной кислот в соотношении 1: 1.

Вольфрам

Вольфрам имеет высокую твердость и температуру плавления, поэтому его трудно обрабатывать. Однако сварка вольфрама в виде чешуек или нитей относительно проста.Поэтому в вакуумных системах вольфрам часто используется для изготовления электронно-эмиссионных нитей, катодов рентгеновских трубок, пружинных элементов, высокотемпературных термопар, печных испарителей и сварочных электродов.

Свойства тугоплавких металлов — 2. Тантал

Тантал — легкий, высокопрочный тугоплавкий металл с температурой плавления 2996 ° C . В химическом отношении тантал имеет очень хорошую коррозионную стойкость. Он не реагирует с царской водкой, хромовой кислотой, азотной кислотой, серной кислотой и соляной кислотой в горячих и холодных условиях, но растворим во фтористоводородной кислоте, растворе фторида и щавелевой кислоте.

Тантал

В то же время он может соединяться с водородом с образованием гидридов, нарушая свойства металлов и вызывая хрупкость. Кроме того, тантал обладает значительной геттерирующей способностью для активных газов и может поглощать большую часть остаточных газов в вакуумной системе, за исключением инертных газов.

Свойства тугоплавких металлов — 3. Молибден

Молибден — тугоплавкий металл с высокой твердостью, немагнитными и стабильными химическими свойствами.Его температура плавления составляет 2620 ° C . При высоких температурах молибден будет медленно окисляться при 520 ° C , а быстрое окисление начнется при температуре выше 600 ° C . При нормальной или не слишком высокой температуре молибден устойчив на воздухе или в воде.

Молибден

Что касается коррозионной стойкости, молибден подвергается коррозии только горячим разбавленным раствором соляной кислоты и смесью 1: 1 плавиковой кислоты и азотной кислоты.В условиях вакуума молибден подвергают термообработке или добавляют ниобий для повышения прочности на разрыв.

Свойства тугоплавких металлов — 4. Ниобий

Ниобий имеет температуру плавления 2468 ° C и представляет собой тугоплавкий металл с высокой прочностью и малым удельным весом. Ниобий имеет различные свойства, аналогичные свойствам тантала , но он имеет низкую температуру плавления и более высокое давление пара, чем тантал, поэтому он редко используется в качестве эмиттера горячих электронов.Из-за своего сильного сродства ниобий можно использовать в качестве геттера, особенно в качестве геттера при высоких температурах.

Ниобий

В вакуумных системах также может использоваться как конструкционный материал. Он также обычно используется при электросварке или электронно-лучевой сварке. Его добавляют в некоторые нержавеющие стали в качестве добавки для предотвращения межкристаллитной коррозии, вызванной углеродом. Кроме того, этот тугоплавкий металл также можно увидеть в нагревательном элементе и тепловом экране нагревательного устройства в вакуумном оборудовании.

Заключение

Спасибо, что прочитали нашу статью, и надеемся, что она вам понравилась. Если вы хотите узнать больше о тугоплавких металлах и свойствах тугоплавких металлов, , вы можете посетить Advanced Refractory Metals (ARM) для получения дополнительной информации. Мы поставляем высококачественные тугоплавкие металлы для удовлетворения потребностей наших клиентов в исследованиях, разработках и производстве.

Как избежать окисления и коррозии тугоплавких металлов

Тугоплавкие металлы — это уникальный класс металлов, известных своей исключительной устойчивостью к экстремальным температурам и износу.В эту категорию входят вольфрам, молибден, ниобий, рений и тантал, а также их сплавы. Из-за их высокой температуры плавления тугоплавкие металлы необходимо производить с помощью порошковой металлургии, а не литьем.

Благодаря своим замечательным свойствам тугоплавкие металлы получили широкое распространение в специализированных производственных процессах для таких продуктов, как стержни управления ядерными реакциями, смазочные материалы, осветительное оборудование и инструменты. Конкретные приложения включают:

  • Вольфрам: сопла ракет, полупроводниковые опоры, катоды большой емкости, электронные ламповые эмиттеры.
  • Молибден: компоненты ракет и ракетных двигателей, электронные нагревательные элементы печей, насосы для рафинирования цинка.
  • Тантал: электролитические конденсаторы, колодцы для термометров, нити для электронных ламп
  • Ниобий: нумизматика, оптика, электроника.
  • Рений: реактивные двигатели, нити для масс-спектрографов, высокооктановый бензин.

Уязвимость тугоплавких металлов к окислению

Хотя эти металлы обладают многочисленными преимуществами, они создают определенные проблемы.Одним из их самых больших недостатков является их склонность к окислению поверхности при воздействии чрезвычайно высоких температур. Возникающая в результате коррозия может разъедать металл и ставить под угрозу структурную целостность детали или компонента. У конечного пользователя будет более короткий срок службы продукта, и ему придется нести расходы на более частую замену.

Предотвращение окисления с помощью защитных покрытий

Можно значительно ограничить воздействие коррозии на тугоплавкие металлы путем нанесения покрытия на основной материал.Покрытие служит защитным барьером, предотвращающим образование поверхностных оксидов. Выбор наиболее эффективного покрытия зависит от множества факторов, таких как желаемый срок службы продукта, температура (может варьироваться от 1100 ° F до 4500 ° F в зависимости от области применения) и атмосферные условия, которым будет подвергаться готовый продукт (т. Е. в помещении или на улице, влажное или сухое).

Кроме того, каждый тугоплавкий металл по-разному реагирует на разные покрытия, что подчеркивает важность обеспечения совместимости.Примеры совпадений, которые дали успешные результаты, включают:

  • Молибден: Совместимые материалы покрытия с молибденом включают кремний, никель, хром, драгоценные металлы (золото, серебро, платину и т. Д.), Стекло и тугоплавкие оксиды.
  • Тантал: Наиболее подходящие металлы для покрытия подложек на основе тантала включают бериллиды, алюминиды, кремний и материалы на основе оксидов. * Тантал не гальванизируется с водными растворами.
  • Вольфрам: Для достаточной защиты вольфрамовых подложек обычно требуется многослойный процесс.Родий служит основным покрытием, за ним следуют никель, хром, драгоценные металлы (золото, серебро, платина и т. Д.), Хром, рений или кремний.

Контакт SPC для всех ваших огнеупорный Металлическое покрытие потребностей

Нанесение покрытия на тугоплавкие металлы — один из наиболее сложных процессов отделки металлов — он требует специальных знаний, которыми обладают немногие компании в отрасли. Как одна из самых авторитетных компаний по отделке металлов с более чем 90-летним опытом, SPC может разработать и внедрить высокоточную технику покрытия тугоплавким металлом, которая будет работать для ваших производственных приложений.Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше сегодня.

.

Related Posts

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.