Информационно-познавательный сайт     Материаловедение     Электроматериаловедение  

3. Проводниковые материалы

3.5.2. Тугоплавкие металлы


top include

 

Меню разделов:
Аквариумистика
Биология
Вирусология
История
Материаловедение
Менеджмент
Радиоэлектроника
Фармация
Физика

 

top-2 include right include

 

К тугоплавким относят металлы с температурой плавления более 1700°С. Эти металлы, как правило, химически устойчивы при низких температурах, но при повышенных температурах активно взаимодействуют с атмосферой. Поэтому изделия из них эксплуатируют в вакууме или среде инертных газов (аргон Ar, азот N2 и др.). Механическая обработка тугоплавких металлов затруднена из-за их повышенной твердости и хрупкости.

Тугоплавкие металлы (вольфрам W, рений Re, молибден Мо, тантал Та, титан Ti, ниобий Nb, цирконий Zr, гафний Gf) применяют в электровакуумной технике, полупроводниковом производстве и микроэлектронике, для подвижных контактов и в качестве материала для сверхпроводников. Основные свойства некоторых тугоплавких металлов приведены в табл. 3.7.

 

Основные свойства тугоплавких металлов

 

Вольфрам W. Вольфрам - светло-серый металл, который обладает следующими свойствами:

- наиболее высокая температура плавления;

- очень большая плотность;

- наименьшее значение температурного коэффициента линейного расширения ТКl изо всех чистых металлов, применяемых в вакуумной технике;

- сравнительно дорогостоящ, с трудом обрабатывается и поэтому применяется только там, где его нельзя заменить.

Он получается из вольфрамитовой руды в результате сложной технологической обработки. Сравнительно толстые вольфрамовые изделия с мелкокристаллической структурой очень хрупкие вследствие высокой прочности отдельно взятых кристаллов при очень слабом их сцеплении между собой.

Волокнистая структура металла, создаваемая ковкой и волочением, обеспечивает высокую механическую прочность и гибкость тонких вольфрамовых нитей, диаметр которых может быть менее 10 мкм. Применение вольфрама для изготовления нитей ламп накаливания было впервые предложено русским изобретателем А. Н. Лодыгиным в 1890 г. Это свойство используют при изготовлении термически согласованных спаев вольфрама с тугоплавкими стеклами. Основная область применения вольфрама - изготовление нитей накала осветительных ламп, катодов прямого и косвенного накала мощных генераторных ламп, рентгеновских трубок, размыкающих контактов реле, испарителей для нанесения в вакууме тонких пленок различных материалов. Для контактов с большими значениями разрываемой мощности используют металлокерамические материалы на основе порошка вольфрама.

 

Рений Re. Рений - серовато-белый редкоземельный металл. В природе рений встречается в виде примеси в сульфидных минералах. Он обладает следующими свойствами:

- коррозионная стойкость (до температуры 1000°С не окисляется);

- малая испаряемость при высоких температурах в среде технического вакуума.

Рений применяется для покрытия вольфрамовых нитей с целью повышения срока службы. Покрытие наносят разложением летучих соединений рения в атмосфере водорода над вольфрамовой нитью, нагретой до температуры 2000 °С.

 

Молибден Mo. Молибден - близкий по своим свойствам к вольфраму металл, но почти в 2 раза легче последнего. Он обладает следующими свойствами:

- самое низкое удельное электрическое сопротивление ρ из всех тугоплавких металлов;

- допустимая рабочая температура ниже, чем у вольфрама;

- окисление начинается с температуры 500 °С.

Получают молибден из руды молибденита Mo2S по примерно такой же технологии, как и вольфрам.

Структура кованого и тянутого молибдена сходна со структурой образца вольфрама. Однако отожженный мелкозернистый молибден обладает хорошей пластичностью и его механическая обработка не вызывает особых затруднений.

Молибден применяют для изготовления анодов и сеток генераторных ламп, крючков для поддерживания вольфрамовых нитей, теплоотводов в корпусах мощных ВЧ и СВЧ полупроводниковых приборов, в качестве разрывных электрических контактов, в паре с вольфрамом для изготовления термопар, рассчитанных на измерения температур до 2000 °С в инертных средах и вакууме.

 

Тантал Ta. Тантал - серовато-белый сверхпроводниковый металл, который обладает следующими свойствами:

- ковкость;

- вязкость;

- высокая пластичность даже при комнатной температуре;

- в отличие от вольфрама и молибдена допускает холодную механическую обработку и сварку;

- в качестве электровакуумного конструкционного материала выдерживает температуру до 1200°С;

- способен поглощать газы в электровакуумном приборе.

Получается электролизом (разложение вещества при прохождении через него постоянного тока. В промышленности методом электролиза получают многие металлы.) фтортангалата калия. Прокатыванием получают танталовую фольгу для электролитических конденсаторов толщиной в несколько микрон.

Применяют также в качестве различных нагревателей и испарителей, используемых в технологии вакуумного нанесения тонких пленок. Ввиду высокой стоимости тантал используют для изготовления ответственных изделий сложной формы, работающих в вакууме в напряженном тепловом режиме.

 

Титан Ti. Титан обладает следующими свойствами:

- пластичность;

- сравнительно высокая механическая прочность;

- высокая газопоглощающая способность, особенно при нагревании до температуры 500 °С.

Он получается термической диссоциацией (распадение молекул на несколько более простых частиц - атомов, радикалов или ионов (от лат. dissociato - разъединение, разделение)) йодистых соединений. Титан применяется для порошкообразных покрытий молибденовых и вольфрамовых электродов электровакуумных приборов, работающих при высоких температурах.

Титановые сплавы образуются в результате легирования титана алюминием, железом, хромом, марганцем, оловом и другими и обладают следующими свойствами: низкая плотность, высокая коррозионная стойкость, прочность, жароупорность, низкие литейные свойства, удовлетворительно обрабатываются резанием твердосплавным инструментом, свариваются аргонодуговой и контактной сваркой. Некоторые титановые сплавы упрочняют термической обработкой.

 

Ниобий Nb. Ниобий - металл серовато-белого цвета, который обладает следующими свойствами:

- пластичность;

- хорошо поддается механической обработке;

- в слитках при комнатной температуре не корродирует, но его порошок заметно окисляется на воздухе.

Ниобий применяется для изготовления катодов генераторных ламп, анодов, управляющих сеток.

 

Цирконий Zr. Цирконий - металл, который в слитках похож на сталь, хорошо куется. Высокая концентрация циркониевой пыли в воздухе пожароопасна, так как порошкообразный цирконий при температуре свыше 75 °С легко воспламеняется.

Тугоплавкие соединения циркония (карбиды, нитриды), обладающие сравнительно высокой электропроводностью, применяют для изготовления анодов и сеток электронных приборов, пленок для печатного монтажа.

 

Гафний Gf. Гафний - металл, по внешнему виду напоминающий сталь, обладает хорошей пластичностью и ковкостью; стоек к окислению до температур примерно 950 °С.

Используют в качестве примеси к вольфраму, молибдену, танталу для повышения срока их службы, а также для изготовления нитей накаливания электрических ламп, катодов рентгеновских трубок.

 

3.1. Классификация проводниковых материалов
3.2. Основные свойства и характеристики проводниковых материалов
3.3. Материалы с высокой проводимостью
    3.3.1. Медь и её сплавы
    3.3.2. Алюминий и его сплавы
    3.3.3. Железо и его сплавы
    3.3.4. Натрий
3.4. Материалы с высоким сопротивлением
    3.4.1. Проводниковые резистивные материалы
    3.4.2. Пленочные резистивные материалы
    3.4.3. Материалы для термопар
3.5. Проводниковые материалы и сплавы различного применения
    3.5.1. Благородные металлы
    3.5.2. Тугоплавкие металлы
    3.5.3. Ртуть Hg
    3.5.4. Галлий Ga
    3.5.5. Индий In
    3.5.6. Олово Sn
    3.5.7. Кадмий Cd
    3.5.8. Свинец Pb
    3.5.9. Цинк Zn
3.6. Сверхпроводники и криопроводники
    3.6.1. Сверхпроводники
    3.6.2. Криопроводники
3.7. Неметаллические проводниковые материалы
    3.7.1. Материалы для электроугольных изделий
    3.7.2. Проводящие и резистивные композиционные материалы
    3.7.3. Контактолы
3.8. Материалы для подвижных контактов
    3.8.1. Материалы для скользящих контактов
    3.8.2. Материалы для размыкающих контактов
3.9. Припои
3.10. Металлокерамика
3.11. Металлические покрытия
3.12. Проводниковые изделия

botton include

 


author include