金属の最高融点 - 家庭で溶かすことができるように、どの金属が溶けやすいか (できれば軽くて強い金属)。最も高融点の金属金属の最も高い融点

強力な使用コンピュータモデル, ブラウン大学の研究者は、既知のどの物質よりも融点が高い物質を特定しました。計算によると、ハフニウム、窒素、炭素で作られた材料の融点は 4400 K 以上である。これは太陽表面の温度の約 3 分の 2 であり、太陽系で記録された最高融点より 200 K 高い。実験。。

以前、ハフニウム、タンタル、炭素の元素から作られた物質 (HF-Ta-C) が記録的な融点を持つことが実験的に確認されました。ジャーナル Physical Review B に発表された計算では、特定の組成で作られた材料であることが示されました。ハフニウム、窒素、炭素 (HF-N-C) の融点は 4400 K を超え、実験結果より 200 K 高くなります。実行された計算によると、最適な構成ハフニウム、窒素、炭素からなる材料 - HfN 0.38 C 0.51。研究者の次のステップは、研究室の発見を確認するための材料を合成することになる。

「計算によるアプローチの利点は、コスト効率よくさまざまな組み合わせを検討し、研究室で実験する価値のあるものを見つけることができることです」と、この研究の共著者であるアクセル・ファン・デ・ウォール氏は述べた。

研究者らは、法則に従って物理プロセスを原子レベルでシミュレートすることによって融点を計算する計算手法を使用しました。量子力学。融解ダイナミクスは、約 100 原子のブロック単位でナノスケールで研究されます。研究者らは、融点がすでに実験的に決定されていた材料 HF-Ta-C の分析から始めました。シミュレーションにより、材料の耐熱能力に寄与するいくつかの要因を明らかにすることができました。

この研究では、HF-Ta-C が高い融解熱 (固体から液体に変化するときに放出または吸収されるエネルギー) と、固相と液相のエントロピーの差が小さいことを組み合わせていることが示されました。

次に、研究者らはこれらの発見を使用して、そのような要件を最もよく満たす可能性のある化合物を検索しました。彼らは、ハフニウム、窒素、炭素の化合物が同様の高い融点を持ち、固体と液体のエントロピーの差がより小さいことを発見しました。彼らが融点を計算したところ、HF-Ta-C の実験で得られた融点より 200 K 高いことが判明しました。

Ta-HF-C-N 合金の融点。黒丸は、HF-C および Hf-C-N 系の計算された融解温度を示し、白丸は、比較のための Ta-HF-C 系のデータを示します。

この研究は最終的に、ガスタービンのコーティングから高速航空機の部品に至るまでの用途向けの新しい高品質材料を示す可能性がある。この新しい材料がHfN 0.38 C 0.51になるかどうかはまだ明らかではないと研究者らは言う。

タングステン金属

最も高融点の金属であるタングステン (ウォルフラミウム) は 1783 年に入手されました。スペインの化学者デルヤール兄弟は、鉱物の鉄マンガン石からそれを単離し、炭素で還元しました。現在、タングステン製造の原料は鉄マンガン重石と灰重石精鉱 - WO3 です。タングステン粉末は次のように得られます。電気オーブン 700〜850℃の温度で。金属自体は粉末から鋼製の型に圧力をかけて押し込み、さらに熱処理ブランク最後のポイントは、電流を流すことによって約 3000 °C まで加熱することです。

産業用途

タングステンは長い間産業上の利用が見出されませんでした。 19 世紀になって初めて、異なる性質の鋼の特性に対するタングステンの影響を研究し始めました。 20 世紀初頭、タングステンはさまざまな分野で使用され始めました。電球: それから作られた糸は 2200 °C まで加熱されます。この意味で、タングステンは現代において不可欠です。

タングステン鋼は防衛産業でも使用されており、戦車の装甲、魚雷や砲弾、航空機の最も薄い部品などの製造に使用されています。このツールはタングステン鋼で作られており、最も激しい金属加工プロセスに耐えることができます。

タングステンは、その特殊な耐火性、重さ、硬度において他の金属とは異なります。純粋なタングステンは3380℃で溶けますが、沸騰するのは太陽の表面の温度と一致する5900℃です。

1キログラムのタングステンから、長さ3.5キロメートルのワイヤーを作ることができます。この長さは、60 ワットの電球 23,000 個のフィラメントを製造するのに十分です。

金属は、ガラスやプラスチックと並んで最も一般的な材料です。古くから人々に利用されてきました。実際、人々は金属の特性を学び、それらを食器、家庭用品、さまざまな構造物や芸術作品を作るために有益に利用しました。これらの材料の主な特徴は、耐火性と硬度です。実際、特定の分野での応用はこれらの性質に依存します。

金属の物性

すべての金属には次の一般的な特性があります。

色 - 特徴的な輝きを持つシルバーグレー。例外は銅と金です。それらはそれぞれ赤みがかった色と黄色の色合いによって区別されます。
物理的状態は固体ですが、水銀は液体です。
熱伝導率と電気伝導率は金属の種類ごとに異なります。
可塑性と展性は、特定の金属に応じて変化するパラメーターです。
融点と沸点 - 耐火性と可融性を確立し、すべての材料に対して異なる値を持ちます。

全て物理的性質金属は結晶格子の構造、その形状、強度、空間配置に依存します。

金属の耐火性

このパラメータは、金属の実際の使用に関する疑問が生じた場合に重要になります。そんな方のために重要な産業国民経済、航空機の建造、造船、機械工学と同様に、基礎は高融点金属とその合金です。さらに、高強度の作業工具の製造にも使用されます。多くの重要な部品や製品は鋳造や精錬によって製造されています。すべての金属は、その強度に基づいて脆い金属と硬い金属に分類され、耐火性に基づいて 2 つのグループに分類されます。

高融点金属および低融点金属

耐火物 - 融点は鉄の融点 (1539 °C) を超えます。これらには、プラチナ、ジルコニウム、タングステン、タンタルが含まれます。このような金属は数種類しかありません。実際には、それらはさらにあまり使用されません。放射能が高いために使用されないもの、もろすぎて必要な柔らかさを持たないもの、腐食しやすいもの、経済的に採算が合わないものなどがあります。最も耐火性の高い金属はどれですか? これがまさにこの記事で説明する内容です。
低融点金属は、錫の融点 231.9 °C 以下の温度で凝集状態が変化する可能性がある金属です。たとえば、ナトリウム、マンガン、スズ、鉛などです。金属はラジオ工学や電気工学で使用されます。これらは、防食コーティングや導体としてよく使用されます。

タングステンは最も高融点の金属です

硬くて重量があり、金属光沢を持ち、色は淡灰色で、耐火性が高い。機械加工譲歩するのは難しい。室温では脆い金属であり、簡単に壊れます。これは、酸素や炭素の不純物による汚染によって引き起こされます。技術的に純粋なタングステンは、摂氏 400 度を超える温度でプラスチックになります。化学的には不活性であり、他の元素とはほとんど反応しません。自然界では、タングステンは次のような複雑な鉱物の形で存在します。

肩甲炎;
鉄マンガン石;
鉄鉄鉱;
ヒュブネライト。

タングステンは、複雑な化学処理を使用して鉱石から粉末状で得られます。プレス法と焼結法を使用して、単純な形状の部品や棒を製造します。タングステンは非常に耐熱性の高い元素です。したがって、彼らは100年間金属を柔らかくすることができませんでした。数千度まで加熱できる炉はありませんでした。科学者たちは、タングステンが最も高融点の金属であることを証明しました。理論データによれば、シーボーギウムの方が耐火性が高いという意見もありますが、放射性元素であり寿命が短いため、断言はできません。

履歴情報

薬剤師という職業を持つ有名なスウェーデンの化学者カール・シェーレは、小さな実験室でマンガン、バリウム、塩素、酸素を発見し、数多くの実験を行いました。そして 1781 年に亡くなる直前に、タングステンという鉱物が当時知られていなかった酸の塩であることを発見しました。 2 年間の研究の後、彼の生徒である 2 人のデルヤール兄弟 (スペインの化学者) は、鉱物から新しい化学元素を単離し、それをタングステンと名付けました。わずか 1 世紀後、最も高融点の金属であるタングステンが産業に真の革命をもたらしました。

タングステンの切削特性

1864 年、英国の科学者ロバートマスシェは、赤熱に耐え、硬度をさらに高めることができるタングステンを鋼への合金添加剤として使用しました。得られた鋼で作られたカッターは、金属の切断速度を 1.5 倍に高め、毎分 7.5 メートルになりました。

この方向に取り組むことで、科学者は新しい技術を導入し、タングステンを使用した金属加工の速度を向上させました。 1907 年に、タングステンとコバルトおよびクロムの新しい化合物が登場し、これが切削速度を高めることができる超硬合金の創始者となりました。現在、速度は毎分 2000 メートルまで増加していますが、これはすべて、最も高融点の金属であるタングステンのおかげです。

タングステンの用途

この金属は比較的高価であり、機械加工が難しいため、同様の性質の他の材料で代替できない場合に使用されます。タングステンは高温に完全に耐え、強度が高く、硬度、弾性、耐火性に優れています。広く使用されている産業の多くの分野で:

冶金学。生産に入るタングステンの主な消費者です。高品質合金鋼。
電気技術。最も高融点の金属の融点はほぼ 3400 °C です。金属の耐火性により、白熱フィラメント、照明や電子ランプのフック、電極、X 線管、電気接点の製造に使用できます。

機械工学。タングステンを含む鋼の強度が高まるため、中実の鍛造ローター、ギア、クランクシャフト、コネクティングロッドが製造されます。
航空。航空機エンジン、電気真空装置、白熱フィラメントの部品の原料となる、硬くて耐熱性の合金を製造するために使用される最も高融点の金属は何ですか? 答えは簡単です、それはタングステンです。
空間。ジェットノズルはタングステンを含む鋼材から製造されており、個々の要素ジェットエンジン用。
軍隊。金属の高密度により、徹甲弾、弾丸、魚雷の装甲保護、砲弾や戦車、手榴弾の製造が可能になります。
化学薬品。フィルターメッシュには酸・アルカリに強いタングステンワイヤーを使用しています。タングステンは、化学反応の速度を変えるために使用されます。
繊維。タングステン酸は布地の染料として使用され、タングステン酸ナトリウムは革、絹、防水性および耐火性の布地の製造に使用されます。

産業のさまざまな分野におけるタングステンの使用に関する上記のリストは、この金属の価値の高さを示しています。

タングステンとの合金の調製

世界で最も高融点の金属であるタングステンは、材料の特性を改善するために他の元素との合金を作るためによく使用されます。従来の方法ではすべての金属が融点で揮発性の液体または気体に変わるため、タングステンを含む合金は通常、粉末冶金技術を使用して製造されます。融合プロセスは、酸化を避けるために真空またはアルゴン雰囲気中で行われます。金属粉末の混合物をプレス、焼結、溶解します。場合によっては、タングステン粉末のみをプレスして焼結し、その後、多孔質ワークピースに別の金属の溶融物を浸透させます。このようにして、タングステンと銀および銅の合金が得られます。最も高融点の金属を少量添加するだけでも、モリブデン、タンタル、クロム、ニオブとの合金の耐熱性、硬度、耐酸化性が向上します。この場合の比率は、業界のニーズに応じて任意に設定できます。より複雑な合金は、鉄、コバルト、ニッケルとの成分比率に応じて、次の特性を持ちます。

空気中で色褪せない。
優れた耐薬品性を持っています。
硬度と耐摩耗性などの優れた機械的特性を持っています。

十分複雑な接続タングステンをベリリウム、チタン、アルミニウムで形成します。それらは、耐熱性だけでなく、高温での酸化に対する耐性によって区別されます。

合金の性質

実際には、タングステンは他の金属群と結合することがよくあります。酸に対する耐性を高めるクロム、コバルト、ニッケルを含むタングステン化合物は、外科用器具の製造に使用されます。また、特別な耐熱合金には、最も高融点の金属であるタングステンに加えて、クロム、ニッケル、アルミニウム、ニッケルが含まれています。タングステン、コバルト、鉄が組成に含まれています最高のブランド磁性鋼。

最も可融性が高く高融点の金属

低融点金属には、融点が錫 (231.9 °C) よりも低いすべての金属が含まれます。このグループの元素は、電気工学および無線工学で防食コーティングとして使用され、減摩合金の一部です。水銀の融点は -38.89 °C で、室温では液体であり、科学機器に広く使用されています。水銀灯、整流器、スイッチ、塩素製造。水銀は、可融性グループに含まれる他の金属と比較して最も低い融点を持っています。高融点金属には、融点が鉄 (1539 °C) よりも高いすべての金属が含まれます。これらは合金鋼の製造における添加剤として最もよく使用され、一部の特殊合金の基礎としても機能します。タングステンを有する最高温度融点 3420 °C、インチ純粋な形主に電球のフィラメントに使用されます。

クロスワードパズルでは、どの金属が最も可融性が高いか、または最も耐火性が高いかという質問がよく出題されます。さて、あなたはためらうことなく、「最も可融性が高いのは水銀であり、最も耐火性が高いのはタングステンである」と答えることができます。

ハードウェアについて簡単に説明します

この金属を主構造材と呼びます。鉄の部分は両方にあります宇宙船または潜水艦、そして家庭のキッチンでカトラリーやさまざまな装飾品の形で。この金属はシルバーグレーの色をしており、柔軟性、延性、磁性を備えています。鉄は非常に活性な元素であり、空気中では酸化膜が形成され、反応の継続が妨げられます。湿気の多い環境では錆が発生します。

鉄の融点

鉄は延性があり、鍛造しやすく、鋳造が困難です。この耐久性のある金属は機械的に簡単に加工でき、磁気ドライブの製造に使用されます。展性が良いため、次のような用途に使用できます。装飾的な装飾品。鉄は最も高融点の金属ですか? 融点は 1539 °C であることに注意してください。そして定義上、高融点金属には、鉄よりも融点が高い金属が含まれます。

鉄は最も耐火性の高い金属ではなく、このグループの元素にも属さないと断言できます。それは中程度の融点の材料に属します。最も高融点の金属は何ですか? このような質問は、今では驚かないでしょう。あなたは安全に答えることができます - これはタングステンです。

結論の代わりに

世界中で年間約 3 万トンのタングステンが生産されています。この金属は確かに組成に含まれています最高の品種工具を作るための鋼材。生産されたタングステン全体の最大 95% が冶金の必要のために消費されます。プロセスのコストを削減するために、彼らは主に 80% のタングステンと 20% の鉄からなる安価な合金を使用しています。タングステンの特性を利用し、銅やニッケルとの合金は放射性物質を保管する容器の製造に使用されます。放射線治療では、同じ合金がスクリーンの製造に使用され、信頼性の高い保護を提供します。

好奇心旺盛な人はおそらく、どの金属が最も耐火性が高いのかという質問に興味があるでしょう。それに答える前に、耐火性の概念自体を理解する価値があります。科学的に知られているすべての金属は、結晶格子内の原子間の結合の安定性の程度が異なるため、異なる融点を持っています。結合が弱ければ弱いほど、それを破壊するのに必要な温度は低くなります。

世界で最も高融点の金属は、純粋な形で、または極端な熱条件下で動作する部品を製造する合金として使用されます。高温に効果的に耐えることができ、ユニットの動作寿命を大幅に延長します。しかし、このグループの金属は熱の影響に強いため、冶金学者は非標準的な製造方法に頼らざるを得ません。

最も耐火性の高い金属はどれですか?

地球上で最も高融点の金属は、1781 年にスウェーデンの科学者カールヴィルヘルムシェーレによって発見されました。新素材タングステンといいます。シェーレは、鉱石を硝酸に溶解することで三酸化タングステンを合成することができました。 2年後、スペインの化学者ファウスト・フェルミンとフアン・ホセ・デ・エルアールによって純粋な金属が単離された。この新しい要素はすぐには認知されず、実業家によって採用されました。実際のところ、当時の技術ではそのような耐火性物質を処理することはできなかったため、ほとんどの同時代人は科学的発見をあまり重要視していませんでした。

タングステンが評価されるようになったのはずっと後のことです。現在、その合金はさまざまな産業の耐熱部品の製造に使用されています。家庭用ガス放電ランプのフィラメントもタングステンでできています。航空宇宙産業でもロケットノズルの製造に使用され、ガスアーク溶接の再利用可能な電極としても使用されます。タングステンは耐火性に加えて密度が高いため、高品質のゴルフクラブの製造に適しています。

非金属とのタングステン化合物も産業界で広く使用されています。そのため、硫化物は摂氏 500 度までの温度に耐えることができる耐熱潤滑剤として使用され、超硬は最も硬い物質を扱い、高い加熱温度に耐えることができるカッター、研磨ディスク、ドリルの製造に使用されます。最後にタングステンの工業生産について考えてみましょう。最も高融点の金属の融点は摂氏 3422 度です。

タングステンはどのようにして得られるのでしょうか?

純粋なタングステンは自然界には存在しません。それは三酸化物の形の岩石の一部であり、鉄、マンガン、カルシウムの鉄マンガン重石、銅や鉛の場合はあまりありません。科学者によると、タングステンの含有量は、地球の地殻平均は1トン当たり1.3グラムです。これは、他の種類の金属と比較してかなり希少な元素です。採掘後の鉱石中のタングステン含有量は通常 2% を超えません。したがって、抽出された原材料は処理プラントに送られ、そこで磁気または静電分離を使用して金属の質量分率が 55 ～ 60% に調整されます。

その生産プロセスは技術段階に分かれています。最初の段階では、採掘された鉱石から純粋な三酸化物が分離されます。この目的のために、熱分解法が使用されます。摂氏 500 ～ 800 度の温度では、余分な元素はすべて溶解し、酸化物の形の高融点タングステンを溶解物から簡単に収集できます。生産されるのは、六価タングステン酸化物含有量が99%の原料です。

得られた化合物を徹底的に粉砕し、水素存在下、700℃で還元反応を行います。これにより、粉末状の純粋な金属を分離できます。次に、高圧下でプレスされ、水素環境中で摂氏 1200 ～ 1300 度の温度で焼結されます。この後、得られた塊は電気溶解炉に送られ、そこで電流の影響下で3000度以上の温度に加熱されます。これがタングステンが溶融状態になる仕組みです。

不純物を最終的に精製して単結晶構造格子を得るには、ゾーンメルト法が使用されます。これは、特定の時点では、特定のゾーンのみが存在することを意味します。総面積金属このゾーンは徐々に移動して不純物を再分布させ、その結果不純物は最終的に 1 か所に蓄積し、合金構造から簡単に除去できます。

完成したタングステンはバーまたはインゴットの形で倉庫に到着し、その後の必要な製品の生産に使用されます。タングステン合金を手に入れるためのすべて構成要素粉砕し、必要な割合で粉末に混合します。次に電気炉で焼結、溶解を行います。

に耐火物は融点が 1700 を超える金属です℃：タングステン、モリブデン、タンタル、ニオブ、クロム、ジルコニウム、レニウム。ほとんどの場合、電気真空製錬および精製技術を使用した粉末冶金によって製造されます。

高融点金属の応用:

電気真空装置の製品。

発熱体。

薄い高導電性および抵抗性のフィルムを製造するための熱蒸着設備内の蒸発器。

薄膜抵抗器。

高温を測定するための熱電対。

すべての高融点金属は、空気中で 600°C 以上の温度に加熱されると、激しく酸化して揮発性酸化物を形成します。したがって、発熱体真空中、またはアルゴンなどの保護不活性雰囲気中で動作します。高融点金属の蒸気圧は無視できる - 重要な品質薄膜製造時の蒸発材料として。

タングステン (W) はすべての金属の中で最も耐火性が高く (Tm = 3400°C)、硬度が高く、導電性が良好です。

(ρ = 0.055μΩ・m)。

タングステンは、電気真空技術にとって最も重要な材料の 1 つです。直径0.01mmまでの細いタングステン線は、鍛造と伸線加工によって得られる繊維状構造により、柔軟性に優れています。タングステンは白熱灯のフィラメントを製造するための主な材料です。ただし、高温で純粋なタングステンで作られたワイヤとスパイラルは、粒径の集中的な成長を伴う再結晶プロセスにより脆くなります。断面ワイヤー。純粋なタングステンの特性を改善するために、さまざまな添加剤がそれに導入されます。酸化トリウム Th2O3 は再結晶化プロセスを遅らせ、粒子の成長を防ぎます。酸化ケイ素 SiO2 とアルミニウム Al2O3 を添加するとタングステンワイヤの寸法安定性が向上します。電子的には

トラバキューム製造では、タングステングレードの VA (シリコン - アルミニウム添加物を含む) および VT (酸化トリウム添加物を含む) が使用されます。

カソードはタングステンで作られています高電圧強力な発電機ランプ、X線管動作温度 2200…2800 K。タングステン陰極は安定した電子放出と高真空で動作する能力を備えています。 VT トリアタングステン陰極は、より高い放出特性を持っています。

タングステンは最も少ない温度係数すべての純金属間の線膨張 (αl =

4.4 10-6 K-1）。この特性は、耐火性ガラスとの耐熱性タングステン接合の作成に使用されます。

タングステンおよびモリブデン、イリジウム、レニウムとの合金は、1200 °C 以上の温度で動作する発熱体や高温熱電対にも使用されます。タングステンは、硬度が高く、耐アーク性、耐電食性、溶接性が低いため、高負荷の遮断接点に広く使用されています。

モリブデン (Mo) はタングステンの類似体ですが、耐火性がやや低く (T pl = 2620° C)、硬度も低くなります。細粒構造を有する焼きなまされたモリブデンは、タングステンよりもはるかに延性が高く、複雑な形状のさまざまな部品に広く使用されています。すべての高融点金属の中で、モリブデンの抵抗率は最も低くなります (ρ = 0.05 μOhm m)。

モリブデンは、保護雰囲気中で動作する高温 (最大 1700 °C) 電気炉の発熱体として使用されます。モリブデンは、電子管のグリッドと電極、および激しい熱条件で動作する電気真空装置のその他の補助部品 (フック、スレッド、ペンダント) の製造に使用されます。

実用上非常に重要タングステンモリブデン合金、濃度範囲全体にわたって固溶体構造を形成します。 Mo を 45% 含む合金は、最大の抵抗率と硬度、および高い耐浸食性を備えています。これらは、保護環境における高負荷の接点に使用されます。 W-Mo合金も使用されています

純粋なタングステンよりも機械的特性が高いため、許容動作温度は低くなりますが、電灯のフィラメントや陰極加熱に使用されます。

レニウム (Re) - 希少かつ重金属タングステンの融点（T pl = 3180 °C）に近い融点を持ちます。レニウムはタングステンのように硬くて耐久性があり、モリブデンのように延性に優れています。抵抗率(ρ = 0.214 µOhm m)、耐アーク性直流。レニウムは、高負荷の遮断接点用の合金によく使用されます。たとえば、W+15...20%Re 合金は、耐摩耗性が向上するという特徴があります。

レニウムおよびそのタングステンとの合金は、水素雰囲気中での蒸発が少なく耐用年数が長いため、タングステンの代わりに電気真空装置の製造に使用されます。 Re-およびW-Re合金は、保護環境下で最高2500～2800℃の熱電対に使用されます。

でラジオエレクトロニクスでは、レニウムが腐食防止に使用されます

そして銅、タングステン、モリブデンで作られた部品の摩耗。レニウムの薄膜は、集積回路の精密抵抗器に使用されます。

タンタル (Ta) は、耐火性ではタングステン (Tm = 3000 ℃) に若干劣りますが、延性ではタングステンを大幅に上回っており、厚さ 10 ミクロンまでの成形部品、ワイヤ、箔の製造が可能です。タンタルは表面に緻密な酸化膜 Ta2O5 を形成し、1500℃まで安定しています。この特性は、陽極酸化によって得られる比容量の高い電解コンデンサや薄膜コンデンサの製造に利用されています。

タンタルは、発電機ランプの陽極とグリッド、白熱陰極などの重要な部品の電気真空技術で広く使用されています。タンタルは 600 ～ 1200 °C の温度範囲でガスを吸収する能力があるため、高真空安定剤 (ゲッター) として真空装置に使用されます。タンタルは、抵抗器の製造における薄膜技術でも使用されます。空気中では、窒素がタンタル膜に積極的に溶解し、安定性の高い特性をもつ Ta2N 窒化膜が形成されます。

ニオブ (Nb) は、タンタルと性質が似ている金属ですが、より可融性 (Tm = 2500°C) で、400 ～ 900°C の温度範囲で高いガス吸収能力を持っています。ニオブ製の物質はゲッターの機能を同時に果たします。ニオブは、すべての高融点金属の中で最も低い電子仕事関数を持ち、高出力発電機ランプの白熱陰極として使用されます。中でも化学元素ニオブは、超伝導状態への転移の最も高い臨界温度 (Tst = 9.2 K) を持ちます。したがって、ニオブはタンタル (Tst = 4.5 K) と同様に極低温技術で使用されます。

クロム (Cr) は他の高融点金属に比べて比較的低い融点 (Tm = 1900°C) を持っていますが、このグループの他の金属とは異なり、地殻に非常に一般的です。彼の特徴的な機能- 耐酸化性が高いため、クロムは高温で動作する製品を含む製品の保護コーティング (クロムメッキ) に使用されます。

クロムは、ガラス、セラミック、ガラスセラミックに対する良好な接着能力を有し、他の導電性材料との適合性も良好です。したがって、基板上に薄いクロム膜を堆積する技術は、マイクロエレクトロニクスにおいて抵抗器やコンタクトパッド用の接着下層の製造に広く使用されています。

そして導電性接続。

2.2.5. 超電導金属および超電導合金

超電導存在しないことを特徴とする物質の状態である電気抵抗。超伝導は、絶対零度に近い温度で多くの金属や合金で観察されます。超電導転移温度

現在の状態はと呼ばれます超伝導の臨界温度-T通り

Tst より低い温度では、温度が低温に維持されている限り、超電導回路に誘導される電流は減少することなく無限に循環します。ユーデル――

超電導状態における材料の抵抗は約 10 ～ 25 オーム・メートルで、これは銅の 1017 分の 1 です。

超伝導の物理的性質。超伝導現象は水銀で初めて発見されました（ Tストリート = 4.2 K) オランダの物理学者によるカメルリンコム・オネソム量子の概念に基づいた現代の超伝導理論は、1957 年にアメリカの科学者バーディーン、クーパー、シュリーファーによって提案されました。超伝導理論の発展への重要な貢献は、ソビエトの学者N.N. ボゴリュボフの研究によってなされました。

金属では、正に帯電したイオンの媒質中を移動する自由電子は格子の熱振動と相互作用し、熱エネルギー量子、つまりフォノンを交換しますが、電子はエネルギーを吸収または放出できます。衝動を変える。格子の関与による電子間のフォノンの交換は継続的に発生します。フォノン交換相互作用の結果、異なる運動量と逆平行スピンを持つ一対の電子が相互引力を経験し、いわゆるクーパーペア.

簡略化した図を考えてみましょう (図 9)。イオン間を移動する電子 1 は近くのイオンを引き付け、移動の軌道に沿って正電荷密度が増加した局所ゾーンを作成します。最初の電子の後に移動する電子 2 は、このゾーンに引き付けられます。その結果、格子を介して間接的に電子間に引力が発生します。引力は小さく、ペアの形成は空間内で弱く局在し、常に分裂して生成され、電子凝縮体を形成します。

低温では（<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.

米。 9. 超伝導体における電子対の形成スキーム

絶対零度では、フェルミ準位近くにあるすべての電子はペアに結合されます。温度が上昇すると、一部の電子対が崩壊します。不対電子は基底レベルから励起電子に移動しますが、その移動は構造欠陥からの散乱によって妨げられます。温度 Tst では、すべてのクーパー対が完全に破壊され、超伝導状態は消滅します。

超伝導体は特有の磁気特性を持っています。逆のスピンを持つ電子はペアで束縛されているため、結果として生じるペアのスピンモーメントはゼロとなり、超伝導体は理想的な反磁性体になります。他の反磁性材料と同様に、超伝導体は磁場から押し出されます。外部磁場はサンプルの厚さまではまったく浸透せず、最も薄い表層（10-7 ... 10-8 m）で減衰します。押す効果は非常に強力であるため、磁場を使用して永久磁石を超電導材料のリングの上に保持することができます。しかし、磁場の強さが一定の臨界値H St を超えると、超伝導状態が破壊される可能性があります。

現在、極低温で超伝導性を示す金属は 30 種類以上、1,000 種類以上が知られています。

超電導合金やさまざまな元素の化合物。いくつかの超電導材料のパラメータを表に示します。 5.

			表5
超電導材料の性質

超電導体-	致命的	超電導体-	致命的
超電導体-	温度Tst、	超電導体-	温度Tst、


初級:


		化合物:
		化合物:

		V3ガ
		V3 Si
		Nb3Sn
		Nb3Ga
		Nb3Ge

磁場の影響下での材料の超電導状態から通常の導電状態への遷移の性質に基づいて、I 型超電導体と II 型超電導体が区別されます。 U I型超伝導体この遷移は、電界強度が臨界値に達するとすぐに突然発生します。 II 種超電導体ある状態から別の状態に徐々に移行すること。ほとんどの純粋な金属は、臨界転移温度が 4.2 K 未満の I 型超伝導体です。

純粋な金属で作られたタイプ II 超電導体には、ニオブやバナジウムが含まれます。超電導状態に遷移できるすべての元素の中で、ニオブは最も高い臨界遷移温度 - 9.4 K を持ちます。タイプ II 超電導体には、すべての金属間化合物および合金が含まれます。ニオブ合金および化合物は、最も高い臨界パラメータ (転移温度、臨界磁場強度、および許容電流) を備えています。例えば、約 10 T の誘導を伴う磁場中でニオブ錫 Nb3 Sn で作られたワイヤは、109 A/m2 (103 A/mm2) より高い密度の電流を流すことができます。ニオブ含有量の高い超電導合金が実用化されています: 65BT (63…68%Nb + 22…26%Ti +

8.5...11.5%Zr) および 35BT (60...64%Ti + 33.5...36.5%Nb + 1.7...4.3%Zr)。

たとえば、合金 65BT には臨界電流密度があります。

2.8. 106A/平方メートル。

1986 年、高温超伝導現象が発見されました。この現象は、原子の特徴的な配置を持つ希土類金属をベースとした特定の種類のセラミックによって示されます。例えば、ランタン化合物Ｌａ２−ｘＭｘＣｕＯ４（ここで、Ｍ＝Ｂａ、Ｓｒ）は、液体窒素の温度に近い温度で超伝導状態に変態する。イットリウム合金 YBa2 Cu3 O7 では、超電導状態への転移は -173 ℃ 以上の温度で起こります。

電流密度が高く、超電導状態への転移温度が高い新材料が開発されています。この点で有望なのは、化学式Bi2Sr2Ca2Cu2Oxを有するいわゆるビスマス系であり、その転移温度は-158℃に達します。

超電導素子や超電導デバイスは、科学技術のさまざまな分野でますます使用されています。超電導状態を実現するために、これらのデバイスは液体ヘリウムまたは安価な冷却剤である液体水素を使用します。

超伝導体の主な用途の 1 つは、強度が 107 A/m を超える超強力な磁場の生成に関連しています。これにより、強力な発電機、電気機械、変圧器の巻線を軽量、小型、かつ非常に高効率で製造することが可能になります。超電導システムは外部電源を必要としません。また、高出力電力線ケーブル、低減衰導波管、メモリおよび制御デバイスにも使用されます。超電導体は、強力な磁石 (磁気浮上列車など)、極低温ジャイロスコープ、磁場内で「浮く」アーマチュア (摩擦のない支持体) の製造に使用されます。