Cel mai înalt punct de topire al unui metal - Ce metale sunt ușor de topit (de preferință ușoare și puternice), astfel încât să le puteți topi acasă. Cel mai refractar metal Cel mai înalt punct de topire al unui metal

Folosind puternic modele de calculator, cercetătorii de la Universitatea Brown au identificat un material cu un punct de topire mai mare decât orice substanță cunoscută. Calculele arată că un material realizat din hafniu, azot și carbon ar avea un punct de topire de peste 4400 K. Acesta este aproximativ două treimi din temperatura de la suprafața Soarelui și cu 200 K mai mare decât cel mai înalt punct de topire înregistrat vreodată în experiment.

Anterior, s-a confirmat experimental că o substanță făcută din elementele hafniu, tantal și carbon (HF-Ta-C) are un punct de topire record. Calculele prezentate în revista Physical Review B au arătat că un material realizat cu o anumită compoziție hafniul, azotul și carbonul (HF-N-C) vor avea un punct de topire de peste 4400 K, care este cu 200 K mai mare decât rezultatul experimental. Calculele efectuate arată că compoziție optimă material din hafniu, azot și carbon - HfN 0,38 C 0,51. Următorul pas al cercetătorilor va fi sintetizarea materialului pentru a confirma descoperirile laboratorului.

„Avantajul abordării computaționale este că puteți analiza în mod rentabil multe combinații diferite și le puteți găsi pe cele care merită experimentate în laborator”, a spus Axel van de Walle, co-autor al studiului.

Cercetătorii au folosit o metodă de calcul în care punctul de topire este calculat prin simularea proceselor fizice la nivel atomic, urmând legea mecanica cuantică. Dinamica de topire este studiată la scară nanometrică, în blocuri de aproximativ 100 de atomi. Cercetătorii au început prin a analiza materialul HF-Ta-C, pentru care punctul de topire fusese deja determinat experimental. Simulările au putut să clarifice unii dintre factorii care contribuie la capacitatea unui material de a rezista la căldură.

Lucrarea a arătat că HF-Ta-C combină o căldură mare de fuziune (energia eliberată sau absorbită atunci când se schimbă de la solid la lichid) cu o mică diferență între entropia fazelor solide și lichide.

Cercetătorii au folosit apoi aceste descoperiri pentru a căuta compuși care ar putea îndeplini cel mai bine aceste cerințe. Ei au descoperit că un compus de hafniu, azot și carbon ar avea un punct de topire ridicat similar, dar o diferență mai mică între entropia solidului și a lichidului. Când au calculat punctul de topire, acesta s-a dovedit a fi cu 200 K mai mare decât cel obținut în experimentul pentru HF-Ta-C.

Punctele de topire ale aliajelor Ta-HF-C-N. Cercurile pline indică temperaturile de topire calculate în sistemele HF-C și Hf-C-N, iar cercurile deschise arată datele pentru sistemul Ta-HF-C pentru comparație.

Lucrarea ar putea indica în cele din urmă noi materiale de înaltă calitate pentru aplicații, de la acoperiri ale turbinelor cu gaz la piese de aeronave de mare viteză. Dacă acest nou material va deveni sau nu HfN 0,38 C 0,51 nu este încă clar, spun cercetătorii.

Metal tungsten

Cel mai refractar metal, wolfram (wolframiu), a fost obținut în 1783. Chimiștii spanioli, frații d'Eluyar, l-au izolat de mineralul wolframit și l-au redus cu carbon. În prezent, materiile prime pentru producția de wolfram sunt concentratele de wolframite și scheelit - WO3. Pulberea de wolfram se obține în cuptoare electrice la o temperatură de 700-850 °C. Metalul în sine este produs din pulbere prin presare în matrițe de oțel sub presiune și mai departe tratament termic spatii libere Ultimul punct este că încălzirea la aproximativ 3000 °C are loc prin trecerea unui curent electric.

Aplicație industrială

Tungstenul nu a găsit aplicație industrială mult timp. Abia în secolul al XIX-lea au început să studieze influența wolframului asupra proprietăților oțelului de altă natură. La începutul secolului al XX-lea, wolframul a început să fie folosit în becuri: un fir din el se încălzește până la 2200 °C. În această calitate, tungstenul este indispensabil în timpul nostru.

Oțelurile de tungsten sunt, de asemenea, folosite în industria de apărare - pentru producția de blindaje de tancuri, torpile și obuze, părțile cele mai subțiri ale aeronavelor etc. Unealta, realizata din otel tungsten, poate rezista la cele mai intense procese de prelucrare a metalelor.

Tungstenul diferă de toți ceilalți frați de metal prin refractaritatea, greutatea și duritatea sa deosebită. Wolfram pur se topește la 3380 °C, dar fierbe doar la 5900 °C, ceea ce coincide cu temperatura de la suprafața Soarelui.

Dintr-un kilogram de wolfram se poate face un fir de 3,5 km lungime. Această lungime este suficientă pentru a produce filamente pentru 23.000 de becuri de 60 de wați.

Metalele sunt printre cele mai comune materiale, alături de sticla și materialele plastice. Ele au fost folosite de oameni din cele mai vechi timpuri. În practică, oamenii au învățat proprietățile metalelor și le-au folosit profitabil pentru a face vase, obiecte de uz casnic, diverse structuri și opere de artă. Principalele caracteristici ale acestor materiale sunt refractaritatea și duritatea lor. De fapt, aplicarea lor într-o anumită zonă depinde de aceste calități.

Proprietățile fizice ale metalelor

Toate metalele au următoarele proprietăți generale:

Culoare - gri-argintiu cu o strălucire caracteristică. Excepțiile sunt: cuprul și aurul. Ele se disting printr-o nuanță roșiatică și, respectiv, galbenă.
Starea fizică este solidă, cu excepția mercurului, care este lichid.
Conductivitatea termică și electrică este exprimată diferit pentru fiecare tip de metal.
Plasticitatea și maleabilitatea sunt parametri variabili în funcție de metalul specific.
Punctele de topire și de fierbere - stabilește refractaritatea și fuzibilitatea, are valori diferite pentru toate materialele.

Toate proprietăți fizice metalele depind de structura rețelei cristaline, de forma, rezistența și aranjarea spațială a acesteia.

Refractaritatea metalelor

Acest parametru devine important atunci când se pune problema utilizării practice a metalelor. Pentru asa ceva industrii importante economie nationala, precum construcțiile de avioane, construcțiile navale, inginerie mecanică, baza este metalele refractare și aliajele acestora. În plus, sunt utilizate pentru fabricarea de scule de lucru de înaltă rezistență. Multe piese și produse importante sunt produse prin turnare și topire. Pe baza rezistenței lor, toate metalele sunt împărțite în fragile și dure, iar în funcție de refractaritatea lor sunt împărțite în două grupuri.

Metale refractare și cu punct de topire scăzut

Refractare - punctul lor de topire depășește punctul de topire al fierului (1539 °C). Acestea includ platină, zirconiu, wolfram, tantal. Există doar câteva tipuri de astfel de metale. În practică, ele sunt folosite și mai puțin. Unele nu sunt folosite pentru că au radioactivitate mare, altele sunt prea fragile și nu au moliciunea necesară, altele sunt susceptibile la coroziune și există altele care nu sunt viabile din punct de vedere economic. Care metal este cel mai refractar? Este exact ceea ce va fi discutat în acest articol.
Metalele cu punct de topire scăzut sunt metale care, la o temperatură mai mică sau egală cu punctul de topire al staniului 231,9 °C, își pot schimba starea de agregare. De exemplu, sodiu, mangan, staniu, plumb. Metalele sunt folosite în radio și electrotehnică. Ele sunt adesea folosite pentru acoperiri anticorozive și ca conductori.

Tungstenul este cel mai refractar metal

Este un material dur și greu, cu un luciu metalic, de culoare gri deschis și are refractaritate ridicată. Prelucrare greu de cedat. La temperatura camerei este un metal fragil și se rupe ușor. Acest lucru este cauzat de contaminarea cu oxigen și impurități de carbon. Tungstenul pur din punct de vedere tehnic devine plastic la temperaturi de peste 400 de grade Celsius. Prezintă inerție chimică și reacționează slab cu alte elemente. În natură, wolframul apare sub formă de minerale complexe, cum ar fi:

scheelită;
wolframit;
ferberită;
hübnerite.

Tungstenul este obținut din minereu prin procesare chimică complexă sub formă de pulbere. Folosind metode de presare și sinterizare, sunt produse piese și bare de formă simplă. Tungstenul este un element foarte rezistent la temperatură. Prin urmare, nu au putut înmuia metalul timp de o sută de ani. Nu existau cuptoare care să se poată încălzi până la câteva mii de grade. Oamenii de știință au demonstrat că tungstenul este cel mai refractar metal. Deși există o opinie că seaborgiul, conform datelor teoretice, are o refractare mai mare, acest lucru nu poate fi afirmat cu fermitate, deoarece este un element radioactiv și are o durată de viață scurtă.

Informații istorice

Celebrul chimist suedez Karl Scheele, care avea profesia de farmacist, a descoperit manganul, bariul, clorul și oxigenul într-un mic laborator, realizând numeroase experimente. Și cu puțin timp înainte de moartea sa în 1781, el a descoperit că tungstenul este o sare a unui acid necunoscut atunci. După doi ani de muncă, studenții săi, cei doi frați d'Eluyar (chimiști spanioli), au izolat un nou element chimic din mineral și l-au numit tungsten. Abia un secol mai târziu, wolfram - cel mai refractar metal - a făcut o adevărată revoluție în industrie.

Proprietățile de tăiere ale wolframului

În 1864, omul de știință englez Robert Muschet a folosit wolfram ca aditiv de aliere a oțelului, care putea rezista la căldura roșie și crește și mai mult duritatea. Frezele, care au fost fabricate din oțelul rezultat, au crescut viteza de tăiere a metalului de 1,5 ori și a devenit 7,5 metri pe minut.

Lucrând în această direcție, oamenii de știință au primit noi tehnologii, crescând viteza de prelucrare a metalelor cu wolfram. În 1907, a apărut un nou compus de tungsten cu cobalt și crom, care a devenit fondatorul aliajelor dure capabile să mărească viteza de tăiere. În prezent, a crescut la 2000 de metri pe minut și toate acestea datorită wolframului - cel mai refractar metal.

Aplicații ale wolframului

Acest metal are un preț relativ ridicat și este dificil de prelucrat mecanic, așa că este folosit acolo unde este imposibil să-l înlocuiască cu alte materiale cu proprietăți similare. Tungstenul rezistă perfect la temperaturi ridicate, are o rezistență semnificativă, este înzestrat cu duritate, elasticitate și refractaritate, prin urmare găsește utilizare pe scară largăîn multe domenii ale industriei:

Metalurgic. Este principalul consumator de wolfram, care intră în producție calitate superioară oteluri aliate.
Electrotehnic. Punctul de topire al celui mai refractar metal este de aproape 3400 °C. Refractaritatea metalului îi permite să fie utilizat pentru producerea de filamente incandescente, cârlige în lămpi de iluminat și electronice, electrozi, tuburi cu raze X și contacte electrice.

Inginerie mecanică. Datorită rezistenței crescute a oțelurilor care conțin tungsten, sunt fabricate rotoare solide forjate, roți dințate, arbori cotiți și biele.
Aviaţie. Care este cel mai refractar metal folosit pentru a produce aliaje dure și rezistente la căldură, din care sunt fabricate părți ale motoarelor de aeronave, dispozitive electrice de vid și filamente incandescente? Răspunsul este simplu - este wolfram.
Spaţiu. Duzele cu jet sunt produse din oțel care conține wolfram, elemente individuale pentru motoarele cu reacție.
Militar. Densitatea mare a metalului face posibilă producerea de obuze perforatoare, gloanțe, protecție pentru blindaje pentru torpile, obuze și tancuri și grenade.
Chimic. Sârma de tungsten rezistentă împotriva acizilor și alcalinelor este utilizată pentru plasele de filtrare. Tungstenul este folosit pentru a modifica viteza reacțiilor chimice.
Textile. Acidul tungstic este folosit ca colorant pentru țesături, iar wolframul de sodiu este folosit pentru a face piele, mătase, țesături rezistente la apă și rezistente la foc.

Lista de mai sus a utilizărilor wolframului în diferite domenii ale industriei indică valoarea ridicată a acestui metal.

Prepararea aliajelor cu wolfram

Tungstenul, cel mai refractar metal din lume, este adesea folosit pentru a face aliaje cu alte elemente pentru a îmbunătăți proprietățile materialelor. Aliajele care conțin wolfram sunt de obicei produse folosind tehnologia metalurgiei pulberilor, deoarece metoda convențională transformă toate metalele în lichide sau gaze volatile la punctul său de topire. Procesul de fuziune are loc într-o atmosferă de vid sau de argon pentru a evita oxidarea. Un amestec de pulberi metalice este presat, sinterizat și topit. În unele cazuri, numai pulberea de wolfram este presată și sinterizată, iar apoi piesa de prelucrat poroasă este saturată cu o topitură a altui metal. În acest fel se obțin aliaje de wolfram cu argint și cupru. Chiar și mici adaosuri ale celui mai refractar metal cresc rezistența la căldură, duritatea și rezistența la oxidare în aliajele cu molibden, tantal, crom și niobiu. Proporțiile în acest caz pot fi absolut orice în funcție de nevoile industriei. Aliajele mai complexe, în funcție de raportul componentelor cu fier, cobalt și nichel, au următoarele proprietăți:

nu se estompează în aer;
au rezistență chimică bună;
au proprietăți mecanice excelente: duritate și rezistență la uzură.

Suficient conexiuni complexe formează wolfram cu beriliu, titan și aluminiu. Se disting prin rezistența la oxidare la temperaturi ridicate, precum și prin rezistența la căldură.

Proprietățile aliajelor

În practică, wolfram este adesea combinat cu un grup de alte metale. Compușii de wolfram cu crom, cobalt și nichel, care au rezistență crescută la acizi, sunt utilizați pentru fabricarea instrumentelor chirurgicale. Și aliajele speciale rezistente la căldură, pe lângă wolfram - cel mai refractar metal, conțin crom, nichel, aluminiu și nichel. Tungstenul, cobaltul și fierul sunt incluse în compoziție cele mai bune mărci otel magnetic.

Cele mai fuzibile și refractare metale

Metalele cu punct de topire scăzut includ toate metalele al căror punct de topire este mai mic decât cel al staniului (231,9 °C). Elementele din acest grup sunt utilizate ca acoperiri anticoroziune, în inginerie electrică și radio și fac parte din aliajele anti-fricțiune. Mercurul, care are un punct de topire de -38,89 °C, este un lichid la temperatura camerei și este utilizat pe scară largă în instrumentele științifice. lămpi cu mercur, redresoare, întrerupătoare, în producția de clor. Mercurul are cel mai scăzut punct de topire în comparație cu alte metale incluse în grupul fuzibil. Metalele refractare includ toate metalele al căror punct de topire este mai mare decât cel al fierului (1539 °C). Ele sunt cel mai adesea utilizate ca aditivi în fabricarea oțelurilor aliate și pot servi și ca bază pentru unele aliaje speciale. Tungsten având temperatura maxima punct de topire 3420 °C, in formă pură folosit în principal pentru filamentele lămpilor electrice.

Destul de des în cuvintele încrucișate se pun întrebări: care metal este cel mai fuzibil sau cel mai refractar? Acum, fără ezitare, poți răspunde: cel mai fuzibil este mercurul, iar cel mai refractar este wolfram.

Pe scurt despre hardware

Acest metal este numit principalul material structural. Piesele de fier se găsesc atât pe nava spatiala sau un submarin, iar acasă în bucătărie sub formă de tacâmuri și diverse decorațiuni. Acest metal are o culoare gri-argintiu, are moliciune, ductilitate și proprietăți magnetice. Fierul este un element foarte activ; în aer se formează o peliculă de oxid, care împiedică continuarea reacției. Rugina apare într-un mediu umed.

Punctul de topire al fierului

Fierul are ductilitate, este ușor de forjat și este greu de turnat. Acest metal durabil este ușor de prelucrat mecanic și este utilizat pentru fabricarea unităților magnetice. Maleabilitatea bună îi permite să fie folosit pentru ornamente decorative. Este fierul cel mai refractar metal? Trebuie remarcat faptul că punctul său de topire este de 1539 °C. Și prin definiție, metalele refractare includ metale al căror punct de topire este mai mare decât cel al fierului.

Putem spune cu siguranță că fierul nu este cel mai refractar metal și nici măcar nu aparține acestui grup de elemente. Aparține materialelor cu topire medie. Care este cel mai refractar metal? O astfel de întrebare nu vă va lua prin surprindere acum. Puteți răspunde în siguranță - acesta este tungsten.

În loc de o concluzie

La nivel mondial sunt produse aproximativ treizeci de mii de tone pe an de wolfram. Acest metal este cu siguranță inclus în compoziție cele mai bune soiuri oteluri pentru fabricarea sculelor. Până la 95% din totalul tungstenului produs este consumat pentru nevoile metalurgiei. Pentru a reduce costul procesului, folosesc în principal un aliaj mai ieftin format din 80% wolfram și 20% fier. Folosind proprietățile wolframului, aliajul său cu cupru și nichel este folosit pentru a produce recipiente folosite pentru depozitarea substanțelor radioactive. În radioterapie, același aliaj este folosit pentru a face ecrane, oferind protecție fiabilă.

Curioșii sunt probabil interesați de întrebarea, care metal este cel mai refractar? Înainte de a răspunde, merită să înțelegeți conceptul de refractare în sine. Toate metalele cunoscute de știință au puncte de topire diferite datorită diferitelor grade de stabilitate a legăturilor dintre atomi din rețeaua cristalină. Cu cât legătura este mai slabă, cu atât temperatura necesară pentru a o rupe este mai scăzută.

Cele mai refractare metale din lume sunt folosite în forma lor pură sau în aliaje pentru a produce piese care funcționează în condiții termice extreme. Ele pot rezista în mod eficient la temperaturi ridicate și pot prelungi semnificativ durata de viață a unităților. Dar rezistența metalelor din acest grup la efectele termice îi obligă pe metalurgiști să recurgă la metode nestandard de producție.

Care metal este cel mai refractar?

Cel mai refractar metal de pe Pământ a fost descoperit în 1781 de omul de știință suedez Carl Wilhelm Scheele. Material nou numit tungsten. Scheele a reușit să sintetizeze trioxidul de wolfram prin dizolvarea minereului în acid azotic. Metalul pur a fost izolat doi ani mai târziu de chimiștii spanioli Fausto Fermin și Juan José de Eluar. Noul element nu a câștigat imediat recunoaștere și a fost adoptat de industriași. Cert este că tehnologia de atunci nu permitea prelucrarea unei astfel de substanțe refractare, așa că majoritatea contemporanilor nu acordau prea multă importanță descoperirii științifice.

Tungstenul a fost apreciat mult mai târziu. Astăzi, aliajele sale sunt utilizate în producția de piese rezistente la căldură pentru diverse industrii. Filamentul lămpilor de uz casnic cu descărcare în gaz este, de asemenea, realizat din wolfram. De asemenea, este folosit în industria aerospațială pentru producția de duze de rachetă și este folosit ca electrozi reutilizabili în sudarea cu arc de gaz. Pe lângă faptul că este refractar, tungstenul are și o densitate mare, ceea ce îl face potrivit pentru fabricarea de crose de golf de înaltă calitate.

Compușii de wolfram cu nemetale sunt, de asemenea, utilizați pe scară largă în industrie. Așadar, sulfura este folosită ca lubrifiant rezistent la căldură, care poate rezista la temperaturi de până la 500 de grade Celsius, carbura este folosită pentru a face freze, discuri abrazive și burghie care pot manipula cele mai dure substanțe și pot rezista la temperaturi ridicate de încălzire. Să luăm în sfârșit în considerare producția industrială de wolfram. Cel mai refractar metal are un punct de topire de 3422 de grade Celsius.

Cum se obține wolfram?

Tungstenul pur nu se găsește în natură. Face parte din roci sub formă de trioxid, precum și wolframite de fier, mangan și calciu, mai rar de cupru sau plumb. Potrivit oamenilor de știință, conținutul de wolfram în scoarta terestra media este de 1,3 grame pe tonă. Acesta este un element destul de rar în comparație cu alte tipuri de metale. Conținutul de wolfram din minereu după exploatare nu depășește de obicei 2%. Prin urmare, materiile prime extrase sunt trimise la fabrici de procesare, unde fracția de masă a metalului este adusă la 55-60% prin separare magnetică sau electrostatică.

Procesul de producere a acestuia este împărțit în etape tehnologice. În prima etapă, trioxidul pur este izolat din minereul extras. În acest scop se utilizează metoda descompunere termică. La temperaturi de la 500 la 800 de grade Celsius, toate elementele în exces se topesc, iar tungstenul refractar sub formă de oxid poate fi colectat cu ușurință din topitură. Produsul este materie primă cu un conținut de oxid de tungsten hexavalent de 99%.

Compusul rezultat este zdrobit bine și se efectuează o reacție de reducere în prezența hidrogenului la o temperatură de 700 de grade Celsius. Acest lucru vă permite să izolați metalul pur sub formă de pulbere. Apoi, este presat sub presiune mare și sinterizat într-un mediu cu hidrogen la temperaturi de 1200-1300 de grade Celsius. După aceasta, masa rezultată este trimisă la un cuptor electric de topire, unde, sub influența curentului, este încălzită la o temperatură de peste 3000 de grade. Așa se transformă wolfram într-o stare topit.

Pentru purificarea finală de impurități și obținerea unei rețele structurale monocristaline se folosește metoda de topire a zonei. Implică faptul că la un anumit moment în timp doar o anumită zonă de suprafata totala metal Mișcându-se treptat, această zonă redistribuie impuritățile, drept urmare acestea se acumulează în cele din urmă într-un singur loc și pot fi îndepărtate cu ușurință din structura aliajului.

Wolframul finit ajunge la depozit sub forma de batoane sau lingouri, destinate producerii ulterioare a produselor dorite. Pentru a obține aliaje de wolfram, totul elemente constitutive zdrobit și amestecat în pulbere în proporțiile necesare. Apoi, sinterizarea și topirea sunt efectuate într-un cuptor electric.

LA refractare sunt metale cu un punct de topire peste 1700°C: wolfram, molibden, tantal, niobiu, crom, zirconiu, reniu. Cel mai adesea ele sunt produse prin metalurgia pulberilor folosind tehnologii electrice de topire și purificare în vid.

Aplicarea metalelor refractare:

produse de echipamente de electrovacuum;

elemente de încălzire;

evaporatoare în instalații de depunere termică pentru producerea de filme subțiri foarte conductive și rezistive;

rezistențe cu peliculă subțire;

termocupluri pentru măsurarea temperaturilor ridicate.

Toate metalele refractare, atunci când sunt încălzite în aer la temperaturi peste 600° C, se oxidează intens pentru a forma oxizi volatili. Prin urmare, ca elemente de încălzire ele funcționează în vid sau într-o atmosferă inertă de protecție, cum ar fi argonul. Metalele refractare au o presiune de vapori neglijabilă - calitate importantă pentru materialul evaporatorului la producerea de pelicule subțiri.

Tungstenul (W) este cel mai refractar dintre toate metalele (Tm = 3400° C), are duritate mare și conductivitate bună

(ρ = 0,055 μΩ m).

Tungstenul este unul dintre cele mai importante materiale pentru tehnologia electrovacuum. Datorită structurii fibroase dobândite ca urmare a prelucrării de forjare și trefilare, sârma subțire de tungsten cu un diametru de până la 0,01 mm este foarte flexibil. Tungstenul este principalul material pentru fabricarea filamentelor de lămpi incandescente. Cu toate acestea, sârmele și spiralele din wolfram pur la temperaturi ridicate devin fragile din cauza proceselor de recristalizare, însoțite de creșterea intensă a boabelor la dimensiuni. secţiune transversală sârmă. Pentru a îmbunătăți proprietățile wolframului pur, în acesta sunt introduși diverși aditivi. Oxidul de toriu Th2 O3 încetinește procesul de recristalizare și previne creșterea boabelor, adăugarea de oxizi de siliciu SiO2 și aluminiu Al2 O3 îmbunătățește stabilitatea dimensională a sârmei de tungsten. În electronică

În producția de travacuum, se folosesc tipurile de wolfram VA (cu aditiv de siliciu-aluminiu) și VT (cu aditiv de oxid de toriu).

Catozii sunt fabricați din wolfram înaltă tensiune lămpi generatoare puternice, tuburi cu raze X cu temperatura de functionare 2200…2800 K. Catozii de tungsten au emisie stabilă de electroni și capacitatea de a funcționa în vid înalt. Catozii de tungsten thoriați VT au proprietăți de emisie mai mari.

Tungstenul are cel mai puțin coeficient de temperatură expansiune liniară între toate metalele pure (αl =

4,4 10-6 K-1). Această proprietate este utilizată pentru a realiza joncțiuni de tungsten rezistente termic cu sticle refractare.

Tungstenul și aliajele sale cu molibden, iridiu, reniu sunt, de asemenea, utilizate pentru elementele de încălzire care funcționează la temperaturi de peste 1200 ° C și pentru termocupluri de înaltă temperatură. Datorită durității sale ridicate, rezistenței la arc, rezistenței la eroziune electrică și sudabilității scăzute, wolframul este utilizat pe scară largă în contactele de rupere cu sarcină mare.

Molibdenul (Mo) este un analog al wolframului, dar ceva mai puțin refractar (T pl = 2620° C) și mai puțin dur. Molibdenul recoapt cu o structură cu granulație fină este mult mai ductil decât wolfram, este utilizat pe scară largă pentru diferite părți de configurații complexe. Dintre toate metalele refractare, molibdenul are cea mai scăzută rezistivitate (ρ = 0,05 μOhm m).

Molibdenul este utilizat pentru încălzirea elementelor în cuptoare electrice de înaltă temperatură (până la 1700 ° C) care funcționează într-o atmosferă protectoare. Molibdenul este folosit pentru realizarea grilelor și electrozilor tuburilor electronice și a altor părți auxiliare ale dispozitivelor electrice de vid (cârlige, fire, pandantive) care funcționează în condiții termice intense.

De mare importanță practică aliaje tungsten-molibden, care formează o structură de soluție solidă pe întregul interval de concentrație. Aliajele care conțin 45% Mo au rezistivitate și duritate maximă și rezistență ridicată la eroziune. Sunt utilizate pentru contactele foarte încărcate într-un mediu de protecție. Se mai folosesc aliaje W-Mo

pentru filamentele incandescente ale lămpilor electrice și catozii de încălzire, deoarece au proprietăți mecanice mai mari decât wolfram pur, deși temperaturi de funcționare admise mai scăzute.

Reniu (Re) - rar și metal greu cu un punct de topire apropiat de punctul de topire al wolframului (T pl = 3180 ° C). Reniul este dur și durabil, ca wolfram, iar ductil, ca molibdenul, are un nivel ridicat. rezistivitate(ρ = 0,214 µOhm m), rezistent la arc DC. Reniul este adesea folosit în aliaje pentru contactele de rupere foarte încărcate, de exemplu, aliajele W+15...20%Re se caracterizează printr-o rezistență crescută la uzură.

Reniul și aliajele sale cu wolfram sunt utilizate în producția de dispozitive electrice de vid în loc de wolfram, deoarece se evaporă mai puțin în atmosferă de hidrogen și are o durată de viață mai lungă. Aliajele Re- și W-Re sunt utilizate pentru termocupluri de până la 2500…2800° C într-un mediu de protecție.

ÎN În electronica radio, renul este utilizat pentru protecția împotriva coroziunii

Şi uzura pieselor din cupru, wolfram si molibden. Filmele subțiri de reniu sunt folosite pentru rezistențele de precizie din circuitele integrate.

Tantalul (Ta) este oarecum inferior ca refractare față de wolfram (Tm = 3000° C), dar îl depășește semnificativ în ductilitate, ceea ce face posibilă producerea de piese modelate, sârmă și folie de până la 10 microni grosime. Tantalul formează la suprafață o peliculă densă de oxid Ta2O5, stabilă până la o temperatură de 1500° C. Această proprietate este utilizată la producerea condensatoarelor electrolitice și cu film subțire cu capacitate specifică mare, obținute prin oxidare anodică.

Tantalul este utilizat pe scară largă în tehnologia de vid electric pentru piese critice: anozi și grile de lămpi generatoare, catozi incandescenți. Datorită capacității sale de a absorbi gaze în intervalul de temperatură de 600...1200 ° C, tantalul este utilizat în echipamentele de vid ca stabilizator de vid înalt (getter). Tantalul este, de asemenea, utilizat în tehnologiile cu peliculă subțire în producția de rezistențe. În aer, azotul se dizolvă activ în filmul de tantal cu formarea unei pelicule de nitrură Ta2N, care are proprietăți foarte stabile.

Niobiul (Nb) este un metal asemănător ca proprietăți cu tantalul, dar mai fuzibil (Tm = 2500° C), are o capacitate mare de absorbție a gazelor în intervalul de temperatură 400...900° C. Prin urmare, în aparatele electrice de vid, piesele realizate din niobiu îndeplinesc simultan funcțiile unui getter. Niobiul are cea mai scăzută funcție de lucru a electronilor dintre toate metalele refractare; este folosit ca catozi incandescenți în lămpile generatoare de mare putere. Printre toate elemente chimice niobiul are cea mai mare temperatură critică de tranziție la starea supraconductoare (Tst = 9,2 K). Prin urmare, niobiul, precum tantalul (Tst = 4,5 K), este utilizat în tehnologia criogenică.

Cromul (Cr) are un punct de topire relativ scăzut (Tm = 1900°C) în comparație cu alte metale refractare, dar, spre deosebire de alte metale din acest grup, este foarte comun în scoarța terestră. Lui trăsătură distinctivă- rezistenta mare la oxidare, prin urmare cromul este folosit pentru acoperirile de protectie ale produselor (cromare), inclusiv cele operate la temperaturi ridicate.

Cromul are o bună capacitate de aderență la sticlă, ceramică, ceramică din sticlă și este bine compatibil cu alte materiale conductoare. Prin urmare, tehnologia de depunere a filmelor subțiri de crom pe un substrat este utilizată pe scară largă în microelectronică la fabricarea de rezistențe și substraturi adezive pentru plăcuțe de contact.

Şi conexiuni conductoare.

2.2.5. Metale și aliaje supraconductoare

Supraconductivitate este o stare a materiei caracterizata prin absenta rezistenta electrica. Supraconductivitatea este observată într-un număr de metale și aliaje la temperaturi apropiate de zero absolut. Temperatura de tranziție la supraconductor

se numește starea curentă temperatura critică a supraconductivității-T St.

La o temperatură sub Tst, curentul electric indus în circuitul supraconductor va circula la nesfârșit, fără a scădea, cu condiția menținerii temperaturii la o temperatură scăzută. Udel-

Rezistența materialului în stare supraconductivă este de aproximativ 10-25 Ohm m, care este de 1017 ori mai mică decât cea a cuprului.

Natura fizică a supraconductivității. Fenomenul de supraconductivitate a fost descoperit pentru prima dată în mercur ( T St = 4,2 K) de către un fizician olandez Kamerlinkom-Onessom în 1911. Teoria modernă a supraconductivității, bazată pe concepte cuantice, a fost propusă în 1957 de oamenii de știință americani Bardeen, Cooper și Schrieffer. O contribuție semnificativă la dezvoltarea teoriei supraconductivității a fost adusă de munca academicianului sovietic N.N.

Într-un metal, electronii liberi care se mișcă într-un mediu de ioni încărcați pozitiv interacționează cu vibrațiile termice ale rețelei, schimbând cuante de energie termică cu acesta - fononi, în timp ce electronii pot absorbi sau elibera energie, adică. schimba-ti impulsul. Schimbul de fononi între electroni cu participarea rețelei are loc continuu. Ca rezultat al interacțiunii schimbului de fononi, o pereche de electroni cu momente diferite și spini antiparaleli experimentează atracție reciprocă și formează așa-numita Cooper pereche.

Să luăm în considerare o diagramă simplificată (Fig. 9). Electronul 1, care se deplasează între ioni, atrage ionii din apropiere, creând o zonă locală de densitate crescută a sarcinii pozitive de-a lungul traiectoriei de mișcare. Electronul 2, care se deplasează după primul, este atras de această zonă. Ca urmare, indirect, prin rețea, între electroni apar forțe atractive. Forțele de atracție sunt mici, formațiunile de perechi sunt slab localizate în spațiu, se despart în mod constant și se creează, formând un condensat de electroni.

La temperaturi scăzute (<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.

Orez. 9. Schema de formare a perechilor de electroni într-un supraconductor

La temperatura zero absolut, toți electronii aflați în apropierea nivelului Fermi sunt legați în perechi. Pe măsură ce temperatura crește, unele perechi de electroni se dezintegrează. Electronii nepereche se deplasează de la nivelul solului la cei excitați, iar mișcarea lor este împiedicată de împrăștierea din cauza defectelor structurale. La temperatura Tst, toate perechile Cooper sunt complet rupte, iar starea de supraconductivitate dispare.

Supraconductorii au proprietăți magnetice specifice. Deoarece electronii cu spini opuși sunt legați în perechi, momentul de spin rezultat al perechii este zero, iar supraconductorul devine un diamagnetic ideal. Ca orice materiale diamagnetice, supraconductorii sunt împinși din câmp magnetic. Câmpul magnetic extern nu pătrunde deloc în grosimea probei, atenuându-se în cel mai subțire strat de suprafață (10-7 ... 10-8 m). Efectul de împingere este atât de puternic încât un magnet permanent poate fi ținut deasupra unui inel de material supraconductor folosind un câmp magnetic. Cu toate acestea, starea de supraconductivitate poate fi distrusă dacă intensitatea câmpului magnetic depășește o anumită valoare critică H St.

În prezent, se știe că peste 30 de metale au supraconductivitate la temperaturi criogenice și mai mult de 1000

aliaje supraconductoare și compuși chimici ai diverselor elemente. Parametrii unor materiale supraconductoare sunt prezentați în tabel. 5.

			Tabelul 5
Proprietățile materialelor supraconductoare

supraconductor-	Critic	supraconductor-	Critic
supraconductor-	temperatura Tst,	supraconductor-	temperatura Tst,


Elementar:


		Compuși chimici:
		Compuși chimici:

		V3 Ga
		V3 Si
		Nb3 Sn
		Nb3Ga
		Nb3Ge

Pe baza naturii tranziției unui material de la o stare supraconductivă la o stare de conductivitate electrică obișnuită sub influența unui câmp magnetic, se disting supraconductorii de tip I și de tip II. U Supraconductori de tip I această tranziție are loc brusc de îndată ce intensitatea câmpului atinge o valoare critică. Supraconductori de tip II trecerea de la o stare la alta treptat. Majoritatea metalelor pure sunt supraconductoare de tip I cu temperaturi critice de tranziție sub 4,2 K.

Supraconductorii de tip II fabricați din metale pure includ niobiul și vanadiul. Dintre toate elementele capabile să treacă la starea supraconductivă, niobiul are cea mai mare temperatură critică de tranziție - 9,4 K. Supraconductorii de tip II includ toți compușii și aliajele intermetalice. Aliajele și compușii cu niobiu au cei mai înalți parametri critici (temperatura de tranziție, intensitatea câmpului magnetic critic și curenții admisibili). De exemplu, un fir din stanniră de niobiu Nb3 Sn în câmpuri cu o inducție de aproximativ 10 T poate trece un curent cu o densitate mai mare de 109 A/m2 (103 A/mm2). Aliajele supraconductoare cu un conținut ridicat de niobiu și-au găsit utilizare practică: 65BT (63…68%Nb + 22…26%Ti +

8,5...11,5%Zr) și 35BT (60...64%Ti + 33,5...36,5%Nb + 1,7...4,3%Zr).

De exemplu, aliajul 65BT are o densitate critică de curent

2.8. 106 A/m2.

În 1986, a fost descoperit fenomenul de supraconductivitate la temperatură înaltă, care este prezentat de anumite tipuri de ceramică pe bază de metale din pământuri rare cu un aranjament caracteristic al atomilor. De exemplu, compușii lantani La2 -xMxCuO4 (unde M = Ba, Sr) se transformă într-o stare supraconductoare la o temperatură apropiată de temperatura azotului lichid. În aliajele de ytriu YBa2 Cu3 O7, trecerea la starea supraconductoare are loc la o temperatură de - 173 ° C și mai mult.

Sunt dezvoltate noi materiale care au o densitate de curent mai mare și o temperatură de tranziție mai mare la starea supraconductoare. Promițătoare în acest sens sunt așa-numitele sisteme de bismut cu formula chimică Bi2 Sr2 Ca2 Cu2 Ox, a căror temperatură de tranziție ajunge la -158 ° C.

Elementele și dispozitivele supraconductoare sunt din ce în ce mai utilizate în diverse domenii ale științei și tehnologiei. Pentru a obține o stare supraconductoare, aceste dispozitive folosesc heliu lichid sau un lichid de răcire mai ieftin - hidrogen lichid.

Una dintre principalele aplicații ale supraconductorilor este asociată cu producerea de câmpuri magnetice ultra-puternice cu puteri de peste 107 A/m. Acest lucru face posibilă producerea înfășurărilor de generatoare puternice, mașini electrice și transformatoare cu greutate redusă, dimensiuni și eficiență foarte ridicată. Sistemele supraconductoare nu necesită o sursă de alimentare externă. Ele sunt, de asemenea, utilizate pentru cabluri de linie de putere mare, ghiduri de undă cu atenuare scăzută, dispozitive de memorie și control. Supraconductorii sunt utilizați pentru a face magneți puternici (de exemplu, trenuri cu levitație magnetică), giroscoape criogenice, a căror armătură „plutește” într-un câmp magnetic (suporturi fără frecare).