Υλικό με υψηλό σημείο τήξης. Το πιο πυρίμαχο μέταλλο. Χαρακτηριστικά των μετάλλων. Το πιο πυρίμαχο μέταλλο είναι το βολφράμιο

Ως γνωστόν, το πιο εύτηκτο μέταλλο είναι ο υδράργυρος, ο οποίος ταξινομήθηκε ως μέταλλο αμέσως αφού επιβεβαιώθηκε ότι έχει ηλεκτρική αγωγιμότητα, τόσο σε υγρή όσο και σε στερεή μορφή.

Το Φράγκιο θα μπορούσε να «ανταγωνιστεί» για τον τίτλο του πιο εύτηκτου μετάλλου, αλλά είναι ένα σπάνιο μέταλλο, το οποίο, επιπλέον, δεν μπορεί να μελετηθεί καλά λόγω της υψηλής ραδιενέργειας του. Γνωρίζουμε για το πιο εύτηκτο υλικό, αλλά ποιο μέταλλο είναι το πιο πυρίμαχο; Αυτό είναι βολφράμιο.

Πώς ανακαλύφθηκε αυτό το μέταλλο;

Το πιο πυρίμαχο μέταλλο στον κόσμο ανακαλύφθηκε από τον Σουηδό επιστήμονα K.V. Scheele (το 1781). Κατάφερε να συνθέσει τριοξείδιο του βολφραμίου (έτσι ονομαζόταν το ελαφρύτερο μέταλλο) διαλύοντας το μετάλλευμα σε νιτρικό οξύ. Μερικά χρόνια αργότερα, το πιο καθαρό μέταλλο αποκτήθηκε από χημικούς από την Ισπανία - F. Fermin και J. José de Eluard, οι οποίοι το απομόνωσαν από τον βολφραμίτη. Ωστόσο, εκείνη την εποχή, αυτή η ανακάλυψη δεν εντυπωσίασε ιδιαίτερα την ανθρωπότητα, και όλα αυτά επειδή δεν υπήρχαν οι απαραίτητες τεχνολογίες για την επεξεργασία του μετάλλου που προέκυψε.

Πού χρησιμοποιείται το βολφράμιο;

Οι ενώσεις βολφραμίου χρησιμοποιούνται ευρέως. Χρησιμοποιούνται στη μηχανική και τη μεταλλευτική βιομηχανία, για τη διάνοιξη γεωτρήσεων. Λόγω της υψηλής αντοχής και σκληρότητάς του, αυτό το μέταλλο χρησιμοποιείται για την κατασκευή εξαρτημάτων κινητήρων αεροσκαφών, νημάτων, οβίδων πυροβολικού, στροφείων γυροσκοπίου υψηλής ταχύτητας, σφαιρών κ.λπ. Το βολφράμιο χρησιμοποιείται επίσης με επιτυχία ως ηλεκτρόδιο στη συγκόλληση με τόξο αργού. Τέτοιες βιομηχανίες δεν μπορούν να κάνουν χωρίς ενώσεις βολφραμίου - κλωστοϋφαντουργία, βαφή και βερνίκι.

Τεχνολογία παραγωγής

Δεδομένου ότι το «καθαρό» βολφράμιο δεν μπορεί να βρεθεί στη φύση (είναι συστατικό πετρωμάτων), είναι απαραίτητη μια διαδικασία για την απομόνωση αυτού του μετάλλου. Επιπλέον, οι επιστήμονες εκτιμούν το περιεχόμενό του στον φλοιό της Γης ως εξής: ανά 1000 κιλά πετρώματος υπάρχει μόνο 1,3 γραμμάρια βολφραμίου. Μπορεί να σημειωθεί ότι το πιο πυρίμαχο μέταλλο είναι ένα μάλλον σπάνιο στοιχείο αν το συγκρίνουμε με γνωστούς τύπους μετάλλων.

Όταν το μετάλλευμα εξορύσσεται από τα βάθη της Γης, η ποσότητα βολφραμίου σε αυτό είναι μόνο μέχρι δύο τοις εκατό. Για το λόγο αυτό, οι εξαγόμενες πρώτες ύλες πηγαίνουν σε εργοστάσια επεξεργασίας, όπου το κλάσμα μάζας του μετάλλου μειώνεται στο εξήντα τοις εκατό με ειδικές μεθόδους. Κατά τη λήψη «καθαρού» βολφραμίου, η διαδικασία χωρίζεται σε διάφορα τεχνολογικά στάδια. Το πρώτο είναι να απομονωθεί καθαρό τριοξείδιο από την εξορυσσόμενη πρώτη ύλη. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται θερμική αποσύνθεση, όταν το υψηλότερο σημείο τήξης του μετάλλου είναι από 500 έως 800 βαθμούς. Σε αυτή τη θερμοκρασία, η περίσσεια στοιχείων τήκεται και το οξείδιο του βολφραμίου συλλέγεται από τη λιωμένη μάζα.

Στη συνέχεια, η προκύπτουσα ένωση υφίσταται ένα βαθύ στάδιο λείανσης και στη συνέχεια λαμβάνει χώρα μια αντίδραση αναγωγής. Για να γίνει αυτό, προστίθεται υδρογόνο και χρησιμοποιείται θερμοκρασία 700 βαθμών. Το αποτέλεσμα είναι καθαρό μέταλλο που έχει όψη πούδρας. Στη συνέχεια ακολουθεί η διαδικασία συμπίεσης της σκόνης, για την οποία χρησιμοποιείται υψηλή πίεση, και πυροσυσσωμάτωσης σε περιβάλλον υδρογόνου, όπου η θερμοκρασία είναι 1200-1300 βαθμούς.

Η προκύπτουσα μάζα αποστέλλεται σε έναν ειδικό κλίβανο τήξης, όπου η μάζα θερμαίνεται με ηλεκτρικό ρεύμα σε περισσότερους από 3000 βαθμούς. Δηλαδή, το βολφράμιο αποδεικνύεται υγρό μετά την τήξη. Στη συνέχεια η μάζα καθαρίζεται από ακαθαρσίες και δημιουργείται το μονοκρυσταλλικό της πλέγμα. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιούν τη μέθοδο τήξης ζώνης - η ουσία της είναι ότι μόνο μέρος του μετάλλου λιώνεται για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει τη διαδικασία ανακατανομής των ακαθαρσιών, που συσσωρεύονται σε μια περιοχή, από όπου μπορούν εύκολα να αφαιρεθούν από τη συνολική δομή του κράματος. Το απαιτούμενο βολφράμιο έρχεται με τη μορφή πλινθωμάτων, τα οποία χρησιμοποιούνται για την παραγωγή των απαραίτητων τύπων προϊόντων σε διάφορες βιομηχανίες.

Μεταλλικό βολφράμιο

Το πιο πυρίμαχο μέταλλο, το βολφράμιο (wolframium), ελήφθη το 1783. Οι Ισπανοί χημικοί οι αδελφοί d'Eluyar το απομόνωσαν από το ορυκτό βολφραμίτη και το μείωσαν με άνθρακα. Επί του παρόντος, οι πρώτες ύλες για την παραγωγή βολφραμίου είναι συμπυκνώματα βολφραμίτη και σχελίτη - WO3. Η σκόνη βολφραμίου παράγεται σε ηλεκτρικούς κλιβάνους σε θερμοκρασία 700-850 °C. Το ίδιο το μέταλλο παράγεται από σκόνη με συμπίεση σε καλούπια χάλυβα υπό πίεση και περαιτέρω θερμική επεξεργασία των τεμαχίων εργασίας. Το τελευταίο σημείο είναι ότι η θέρμανση στους 3000 °C περίπου γίνεται με τη διέλευση ενός ηλεκτρικού ρεύματος.

Βιομηχανική Εφαρμογή

Το βολφράμιο δεν βρήκε βιομηχανική χρήση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Μόνο τον 19ο αιώνα άρχισαν να μελετούν την επίδραση του βολφραμίου στις ιδιότητες του χάλυβα διαφορετικής φύσης. Στις αρχές του εικοστού αιώνα, το βολφράμιο άρχισε να χρησιμοποιείται σε λαμπτήρες: ένα νήμα που κατασκευάζεται από αυτό θερμαίνεται στους 2200 °C. Με αυτή την ιδιότητα, το βολφράμιο είναι απαραίτητο στην εποχή μας.

Οι χάλυβες βολφραμίου χρησιμοποιούνται επίσης στην αμυντική βιομηχανία - για την παραγωγή τεθωρακισμένων δεξαμενών, τορπίλες και οβίδες, τα λεπτότερα μέρη αεροσκαφών κ.λπ. Το εργαλείο, κατασκευασμένο από χάλυβα βολφραμίου, μπορεί να αντέξει τις πιο έντονες διαδικασίες επεξεργασίας μετάλλων.

Το βολφράμιο διαφέρει από όλα τα άλλα μεταλλικά αδέρφια στην ιδιαίτερη ανθεκτικότητα, τη βαρύτητα και τη σκληρότητά του. Το καθαρό βολφράμιο λιώνει στους 3380 °C, αλλά βράζει μόνο στους 5900 °C, που συμπίπτει με τη θερμοκρασία στην επιφάνεια του Ήλιου.

Από ένα κιλό βολφραμίου μπορείτε να φτιάξετε ένα σύρμα μήκους 3,5 χλμ. Αυτό το μήκος είναι αρκετό για την παραγωγή νημάτων για 23.000 λαμπτήρες 60 watt.

Δεν υπάρχει ακόμη συναίνεση σχετικά με το ποια μέταλλα θεωρούνται πυρίμαχα. Τις περισσότερες φορές, τα μέταλλα που λιώνουν σε θερμοκρασίες πάνω από το σημείο τήξης του σιδήρου (1536°C) ταξινομούνται συμβατικά ως πυρίμαχα. Από όλα τα πυρίμαχα μέταλλα στην καθαρή τους μορφή και ως βάση των κραμάτων, το τιτάνιο, το ζιρκόνιο, το μολυβδαίνιο, το βολφράμιο και, σε πολύ μικρότερο βαθμό, το νιόβιο, το ταντάλιο και το βανάδιο έχουν βρει ευρεία χρήση στην τεχνολογία.

Μέχρι πρόσφατα, τα πυρίμαχα μέταλλα παράγονταν με μεθόδους μεταλλουργίας σκόνης και χρησιμοποιούνταν κυρίως για την κραματοποίηση χάλυβων και ορισμένων κραμάτων. Λόγω του γεγονότος ότι για να καλυφθούν οι αυξανόμενες ανάγκες της αεροπορίας και της τεχνολογίας πυραύλων, χρειάζονται όλο και πιο ανθεκτικά στη θερμότητα υλικά, τα πυρίμαχα μέταλλα και τα κράματα που βασίζονται σε αυτά χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο ως ανθεκτικά στη θερμότητα δομικά υλικά. Σε αυτή την περίπτωση, υπόκεινται σε αυξημένες απαιτήσεις καθαριότητας, καθώς τα πυρίμαχα μέταλλα που έχουν μολυνθεί με ακαθαρσίες, ειδικά αέρια, είναι εύθραυστα και δύσκολα επεξεργάζονται με πίεση και συγκόλληση.

Το τιτάνιο και τα κράματά του

Το τιτάνιο - στοιχείο της 4ης ομάδας του περιοδικού πίνακα του D.I. Mendeleev - είναι ένα μέταλλο μετάπτωσης. Έχει σχετικά χαμηλή πυκνότητα (4,51 g/cm3). Όσον αφορά την ειδική αντοχή, τα κράματα τιτανίου είναι ανώτερα από τους κραματοποιημένους χάλυβες και τα κράματα αλουμινίου υψηλής αντοχής, γεγονός που τα καθιστά απαραίτητα δομικά υλικά για την αεροπορία και την πυραύλων. Το κύριο μειονέκτημα του τιτανίου και των κραμάτων του ως δομικού υλικού είναι το μικρό μέτρο ελαστικότητας του (βλ. § 5), περίπου το μισό από αυτό του σιδήρου και των κραμάτων του. Το τιτάνιο λιώνει στους 1670°C και σε στερεά κατάσταση έχει δύο αλλοτροπικές τροποποιήσεις. Η α-τροποποίηση χαμηλής θερμοκρασίας, που υπάρχει έως και 882°C, έχει ένα εξαγωνικό πλέγμα κλειστού τύπου. Η β-τροποποίηση υψηλής θερμοκρασίας έχει ένα κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα. Το τιτάνιο χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή στη διάβρωση σε γλυκό και θαλασσινό νερό και σε διάφορα επιθετικά περιβάλλοντα. Αυτή η ιδιότητα εξηγείται από το σχηματισμό μιας προστατευτικής μεμβράνης οξειδίου στην επιφάνεια, επομένως το τιτάνιο είναι ιδιαίτερα ανθεκτικό σε περιβάλλοντα που δεν καταστρέφουν το φιλμ οξειδίου ή δεν προάγουν το σχηματισμό του (σε αραιό θειικό οξύ, aqua regia, νιτρικό οξύ).

Στον αέρα σε θερμοκρασίες έως 500°C, το τιτάνιο είναι πρακτικά ανθεκτικό. Πάνω από τους 500°C, αλληλεπιδρά ενεργά με τα ατμοσφαιρικά αέρια (οξυγόνο, άζωτο), καθώς και με το υδρογόνο, το μονοξείδιο του άνθρακα και τους υδρατμούς. Το άζωτο και το οξυγόνο, που διαλύονται στο τιτάνιο σε σημαντικές ποσότητες, μειώνουν τις πλαστικές του ιδιότητες. Ο άνθρακας με περιεκτικότητα άνω του 0,1 - 0,2%, που εναποτίθεται με τη μορφή καρβιδίου του τιτανίου κατά μήκος των ορίων των κόκκων, μειώνει επίσης σημαντικά την ολκιμότητα του τιτανίου. Μια ιδιαίτερα επιβλαβής πρόσμειξη είναι το υδρογόνο, το οποίο ακόμη και όταν υπάρχει σε χιλιοστά του τοις εκατό οδηγεί στην εμφάνιση πολύ εύθραυστων υδριδίων και ως εκ τούτου προκαλεί ψυχρή ευθραυστότητα του τιτανίου. Όλες αυτές οι ακαθαρσίες βλάπτουν την αντοχή στη διάβρωση και τη συγκολλησιμότητα του τιτανίου. Λόγω της ισχυρής αντιδραστικότητάς τους, το τιτάνιο και τα κράματά του τήκονται σε ηλεκτρικούς φούρνους τόξου κενού σε υδρόψυκτους κρυσταλλοποιητές χαλκού.

Συνιστάται να αξιολογείται η επίδραση των στοιχείων κράματος που εισάγονται στο τιτάνιο από την επίδρασή τους στη θερμοκρασία του πολυμορφικού μετασχηματισμού. Μια μεγάλη ομάδα μετάλλων αυξάνει το εύρος ύπαρξης της β-φάσης και την καθιστά σταθερή μέχρι τη θερμοκρασία δωματίου. Τέτοια στοιχεία, τα οποία ονομάζονται β-σταθεροποιητές, περιλαμβάνουν μέταλλα μεταπτώσεως V, Cr, Mn, Mo, Nb, Fe. Άλλα στοιχεία είναι ενεργοί β-σταθεροποιητές, επεκτείνοντας το εύρος ύπαρξης της α-τροποποίησης του τιτανίου. Αυτά περιλαμβάνουν A1, O, N, C. Είναι επίσης γνωστά ουδέτερα στοιχεία (Sn, Zr, Hf), τα οποία πρακτικά δεν επηρεάζουν τη θερμοκρασία του πολυμορφικού μετασχηματισμού.

Έτσι, όταν το τιτάνιο εμποτίζεται με ένα ή περισσότερα στοιχεία σε θερμοκρασία δωματίου, μπορεί να ληφθεί μια διαφορετική δομή που αποτελείται από α-, α+β- ή β-φάση. Σε αυτές τις τρεις ομάδες χωρίζονται όλα τα σύγχρονα κράματα τιτανίου.

Σχεδόν όλα τα κράματα τιτανίου είναι κράματα με αλουμίνιο. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι το αλουμίνιο ενισχύει αποτελεσματικά τόσο την α- όσο και τη β-φάση, ενώ διατηρεί ικανοποιητική ολκιμότητα, αυξάνει τη θερμική αντίσταση των κραμάτων και μειώνει την τάση για ευθραυστότητα του υδρογόνου.

Ένα τυπικό σφυρήλατο α-κράμα τιτανίου είναι το διπλό κράμα BT5 που περιέχει 5% Al. Μηχανικές ιδιότητες αυτού του κράματος σε θερμοκρασία δωματίου: σ in = 750÷950 MPa, δ = 12÷25%. Για να αυξηθεί η αντοχή σε ερπυσμό, τα διπλά κράματα τιτανίου-αλουμινίου είναι κράματα με ουδέτερα σκληρυντικά - κασσίτερο και ζιρκόνιο. Τέτοια κράματα είναι το BT5-1, που περιέχει 5% Al και 2,5% Sn, και το κράμα BT20, που περιέχει 6,5% Al, 2% Zr και μικρές προσθήκες (1% το καθένα) μολυβδαινίου και βαναδίου. Σε θερμοκρασία δωματίου, το πρώτο κράμα έχει σ σε = 850÷950 MPa, το δεύτερο - σ σε = 950÷1000 MPa. Τα κράματα αυτής της κατηγορίας χαρακτηρίζονται από αυξημένη αντοχή στη θερμότητα. Δεν σκληρύνονται με θερμική επεξεργασία και μπορούν να λειτουργήσουν σε θερμοκρασίες έως 450 - 500°C. Τα περισσότερα κράματα α-τιτανίου χρησιμοποιούνται σε κατάσταση ανόπτησης, η θερμοκρασία ανόπτησης είναι 700 - 850°C.

Η πιο πολυάριθμη και με τη μεγαλύτερη πρακτική εφαρμογή είναι η ομάδα των α+β-παραμορφώσιμων κραμάτων. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει κράματα κράματα με αλουμίνιο και β-σταθεροποιητές. Αυτά τα κράματα έχουν ένα καλό φάσμα αντοχής και πλαστικών ιδιοτήτων και μπορούν να λειτουργήσουν σε θερμοκρασίες έως 350 - 400°C. Μεταβάλλοντας τις σχετικές ποσότητες α- και β-φάσης, μπορούν να ληφθούν κράματα με ένα ευρύ φάσμα ιδιοτήτων. Επιπλέον, τα α+β-κράματα σκληρύνονται θερμικά, γεγονός που καθιστά δυνατή τη σημαντική αλλαγή των ιδιοτήτων τους. Τυπικά κράματα α+β είναι το BT6 (6% Al, 4% V) και το BT14 (4% Al, 3% Mo, 1% V). Το κράμα VT14 είναι ένα από τα πιο ανθεκτικά κράματα τιτανίου. Έτσι, μετά την απόσβεση από τους 860 - 880°C, η αντοχή σε εφελκυσμό αυτού του κράματος είναι 950 MPa και μετά από γήρανση στους 480 - 550°C για 12 - 16 ώρες αυξάνεται στα 1200 - 1300 MPa διατηρώντας παράλληλα υψηλές πλαστικές ιδιότητες. Τα προϊόντα που κατασκευάζονται από αυτά τα κράματα χρησιμοποιούνται σε ανοπτημένη και θερμικά ενισχυμένη κατάσταση· μπορούν να λειτουργήσουν σε θερμοκρασίες έως 350 - 400°C. Από τα β-κράματα, το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο είναι το κράμα VT15 (3 - 4% A1; 7 - 8% Mo; 10 - 11% Cr), το οποίο μετά τη σκλήρυνση και τη γήρανση έχει αντοχή σε εφελκυσμό 1300 - 1500 MPa. με επιμήκυνση περίπου 6%. Ωστόσο, λόγω της χαμηλής σταθερότητας της υπερκορεσμένης β-φάσης, αυτό το κράμα μπορεί να λειτουργήσει σε θερμοκρασίες έως και 350°C.

Τα χυτά κράματα τιτανίου χαρακτηρίζονται από υψηλή ρευστότητα και παράγουν πυκνά χυτά, αλλά σε σύγκριση με τα σφυρήλατα κράματα έχουν χαμηλότερη αντοχή και ολκιμότητα. Το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο κράμα VT5L, που περιέχει 5% Al, έχει σ σε = 700÷900 MPa, δ = 6÷13%. Το κράμα προορίζεται για την παραγωγή μορφοποιημένων χυτών που λειτουργούν για μεγάλο χρονικό διάστημα σε θερμοκρασίες έως 400°C. Η πρόσθετη κράμα του κράματος VT5L με χρώμιο και μολυβδαίνιο (κράμα VT3-11) οδηγεί σε αύξηση της αντοχής (σ σε = 1050 MPa) και της αντίστασης στη θερμότητα (έως 450°C), αλλά σε μείωση της ολκιμότητας και της ρευστότητας.

Τα κράματα τιτανίου χρησιμοποιούνται κυρίως στην αεροπορία, την πυραυλική βιομηχανία, τη ναυπηγική και τη χημική μηχανική.

Ζιρκόνιο και τα κράματά του

Το ζιρκόνιο έχει σημείο τήξης 1855°C, η πυκνότητα σε θερμοκρασία δωματίου είναι 6,49 g/cm 3 . Όπως και το τιτάνιο, υπάρχει σε δύο τροποποιήσεις. Η α-τροποποίηση χαμηλής θερμοκρασίας, σταθερή έως 865°C, έχει ένα εξαγωνικό πλέγμα κλειστού τύπου. Η β-τροποποίηση υψηλής θερμοκρασίας έχει ένα κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα.

Το ζιρκόνιο είναι ανθεκτικό σε διαλύματα οξέων και αλκαλίων, σε νερό και υδρατμούς. αλληλεπιδρά ενεργά με αέρια: με οξυγόνο άνω των 150 - 200°C, υδρογόνο στην περιοχή θερμοκρασίας 300 - 1000°C, άζωτο και διοξείδιο του άνθρακα πάνω από 450°C με σχηματισμό οξειδίων, νιτριδίων, υδριδίων, καρβιδίων. Χάρη σε αυτή την ικανότητα, το ζιρκόνιο χρησιμοποιείται ευρέως ως συλλέκτης - υλικό απορρόφησης αερίων. Η μόλυνση του καθαρού ζιρκονίου με διάμεση ακαθαρσίες, οι οποίες σχηματίζουν, εκτός από τις υποδεικνυόμενες ενώσεις, στερεά διαλύματα σε ζιρκόνιο, οδηγεί σε μείωση της ολκιμότητας και της αντοχής στη διάβρωση του μετάλλου. Λόγω της υψηλής χημικής δραστηριότητας του ζιρκονίου, οι διαδικασίες παραγωγής και επεξεργασίας του πραγματοποιούνται σε κενό ή σε προστατευτική ατμόσφαιρα.

Ένα άλλο χαρακτηριστικό γνώρισμα του ζιρκονίου είναι η μικρή του διατομή θερμικής δέσμευσης νετρονίων και η υψηλή αντοχή του στην πυρηνική ακτινοβολία. Αυτές οι ιδιότητες, σε συνδυασμό με την αντίσταση στο νερό και τον υπέρθερμο ατμό έως τους 300 - 350°C, καθιστούν το ζιρκόνιο ένα από τα κύρια δομικά υλικά των πυρηνικών υδρόψυκτων αντιδραστήρων. Ωστόσο, το καθαρό ζιρκόνιο έχει σχετικά χαμηλές μηχανικές ιδιότητες: σ σε = 200÷400 MPa, δ = 30÷20%, HB (70 - 90). Ως εκ τούτου, τα κράματα ζιρκονίου χρησιμοποιούνται ως δομικά υλικά. Το ζιρκόνιο είναι ντοπαρισμένο με μικρές προσθήκες (μέχρι 1 - 2%) κασσίτερου, σιδήρου, νικελίου, χρωμίου, μολυβδαινίου, νιοβίου. Αυτά τα στοιχεία κράματος, ενισχύοντας το ζιρκόνιο, αυξάνουν την αντοχή του στη διάβρωση. Επιπλέον, έχουν μια σχετικά μικρή διατομή θερμικής δέσμευσης νετρονίων, η οποία είναι σημαντική όταν λειτουργούν υπό πυρηνική ακτινοβολία.

Το νιόβιο αυξάνει την αντίσταση στη διάβρωση του ζιρκονίου στο νερό και τον υπέρθερμο ατμό. Τα δυαδικά κράματα Zr-1% Nb και Zr - 2,5% Nb χρησιμοποιούνται ευρέως για την κατασκευή επενδύσεων στοιχείων καυσίμου (στοιχεία καυσίμου) σε υδρόψυκτους αντιδραστήρες, όπου χρησιμοποιείται στερεό καύσιμο ως καύσιμο. Μικρές προσθήκες κασσίτερου καταστέλλουν τις βλαβερές επιδράσεις των ενδιάμεσων ακαθαρσιών, ιδιαίτερα του αζώτου, στην αντοχή στη διάβρωση του ζιρκονίου. Ακόμη μεγαλύτερο αποτέλεσμα επιτυγχάνεται με σύνθετο κράμα με κασσίτερο, σίδηρο, χρώμιο και νικέλιο. Επί του παρόντος, τα κράματα του τύπου zircalloy-2 χρησιμοποιούνται σε βιομηχανική κλίμακα (1,2 - 1,7% Sn, 0,07 - 0,2% Fe, 0,05 - 0,15% Cr, 0,03 - 0,08 % Ni), καθώς και το κράμα Ozhenit-0,5, κράμα με κασσίτερο, σίδηρο, νιόβιο, νικέλιο συνολικής περιεκτικότητας 0,5%. Όσον αφορά τις μηχανικές ιδιότητες, τα κράματα του τύπου Zircalloy-2 (σ σε = 480÷500 MPa, δ = 30%) προσεγγίζουν τους ανοξείδωτους χάλυβες, το κράμα Ojenite έχει χαμηλότερη αντοχή (σ σε = 300 MPa, δ = 35% ).

Χρησιμοποιώντας θερμική επεξεργασία (σβέση, σκλήρυνση, ανόπτηση) είναι δυνατό να αλλάξουν οι μηχανικές ιδιότητες των κραμάτων ζιρκονίου, αλλά συνήθως υποβάλλονται σε ανόπτηση μόνο στην περιοχή α (800 - 850°C) για την ανακούφιση από το στρες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η απόσβεση και η σκλήρυνση, κατά κανόνα, οδηγούν σε μείωση του κύριου χαρακτηριστικού απόδοσης των κραμάτων ζιρκονίου - αντοχή στη διάβρωση λόγω του σχηματισμού μετασταθερών φάσεων.

Βολφράμιο και τα κράματά του

Το βολφράμιο είναι το πιο πυρίμαχο μέταλλο. Το σημείο τήξεώς του είναι 3400°C. Η πυκνότητα του βολφραμίου σε θερμοκρασία δωματίου είναι 19,3 g/m 3, το κρυσταλλικό πλέγμα είναι κυβικό με κέντρο το σώμα. Το μεγαλύτερο μέρος αυτού του μετάλλου δαπανάται για την κραματοποίηση χάλυβα και την παραγωγή των λεγόμενων σκληρών κραμάτων. Ως ανεξάρτητο υλικό, το βολφράμιο χρησιμοποιείται στη βιομηχανία κενού και ηλεκτρικής σκούπας. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή νημάτων λαμπτήρων πυρακτώσεως, εξαρτημάτων λαμπτήρων ραδιοφώνου, θερμαντήρες, διάφορα μέρη κλιβάνων κενού κ.λπ. Τα προϊόντα αυτά λαμβάνονται με πλαστική παραμόρφωση ράβδων πυροσυσσωματωμένων από σκόνες τεμαχίου κατεργασίας και χρησιμοποιούνται σε ψυχρή κατάσταση ή μετά την ανόπτηση για την ανακούφιση του στρες (1000°C, 1 ώρα). Το κύριο μειονέκτημα του βολφραμίου εμπορικής ποιότητας είναι η ευθραυστότητα του σε θερμοκρασία δωματίου, που προκαλείται από μόλυνση με διάμεση ακαθαρσίες, κυρίως οξυγόνο και άνθρακα. Η αντοχή σε εφελκυσμό ενός τέτοιου μετάλλου σε θερμοκρασία δωματίου είναι 500 - 1400 MPa με πρακτικά μηδενική επιμήκυνση. Το βολφράμιο τεχνικής καθαρότητας γίνεται πλαστικό σε θερμοκρασίες πάνω από 300 - 400°C. Αυτή η θερμοκρασία ονομάζεται κατώφλι ευθραυστότητας. Το ανακρυσταλλωμένο βολφράμιο (θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης 1400 - 1500°C) είναι ακόμη πιο εύθραυστο, το όριο ευθραυστότητας του είναι 450 - 500°C. Αυτό προκαλείται από τη μετακίνηση των ενδιάμεσων ακαθαρσιών στα όρια των κόκκων και το σχηματισμό εύθραυστων ενδιάμεσων στρωμάτων. Με τον βαθύ καθαρισμό του βολφραμίου το κατώφλι ευθραυστότητας, τα οστά μπορούν να μειωθούν σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν.

Στη βιομηχανία ηλεκτρικής κενού, εκτός από το τεχνικά καθαρό βολφράμιο της ποιότητας HF, χρησιμοποιούνται ειδικές ποιότητες με πρόσθετα οξειδίων - A1 2 O 3, SiO 2, K 2 O (βαθμός BA). Τα λεπτά σωματίδια αυτών των προσθέτων, που βρίσκονται κατά μήκος των ορίων των κόκκων βολφραμίου, αυξάνουν τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσής του. Επομένως, τα προϊόντα που κατασκευάζονται από τέτοιο μέταλλο είναι ικανά να διατηρούν το σχήμα τους όταν θερμαίνονται και να μην κρεμούν. Το θοριωμένο βολφράμιο (με 1 - 2% ThO 2) έχει υψηλή αντοχή στη θερμότητα, καθώς και υψηλές και σταθερές θερμιονικές ιδιότητες, ωστόσο, λόγω του κινδύνου για την ανθρώπινη υγεία (ραδιενέργεια), έχει πρόσφατα αντικατασταθεί επιτυχώς από βολφράμιο με πρόσθετα λανθανίου οξείδιο (L) και οξείδιο υττρίου (VI). Τα προϊόντα που κατασκευάζονται από τηγμένο βολφράμιο και τα κράματά του έχουν μέχρι στιγμής βρει περιορισμένη χρήση, κυρίως στη νέα τεχνολογία.

Κατά την κράμα βολφραμίου, κάποιος προσπαθεί να αυξήσει την αντοχή του, την αντίσταση στη θερμότητα, να μειώσει την ευθραυστότητα και να βελτιώσει την ικανότητα κατασκευής του. Έχουν αναπτυχθεί μονοφασικά κράματα βολφραμίου με νιόβιο (έως 2% Nb), με μολυβδαίνιο (έως 15% Mo), με ρήνιο (έως 30% Re). Το ρήνιο έχει ιδιαίτερα αποτελεσματική επίδραση στις ιδιότητες του βολφραμίου. Το κράμα με 27% Re είναι όλκιμο σε θερμοκρασία δωματίου και έχει σ in = 1400 MPa και δ = 15% στη χυτή κατάσταση. Ωστόσο, οι δυνατότητες χρήσης αυτών των κραμάτων περιορίζονται λόγω της σπανιότητας του ρηνίου.

Τα κράματα βολφραμίου ετεροφάσης ενισχυμένα με διασπαρμένα σωματίδια καρβιδίου είναι επίσης πολλά υποσχόμενα. Η εισαγωγή μικρών προσθηκών τανταλίου (έως 0,2 - 0,4%) και άνθρακα (έως 0,1%) προκαλεί αύξηση της αντοχής και της ολκιμότητας. Τα κράματα βολφραμίου σε θερμοκρασίες έως 1600 - 1900°C είναι πιο ανθεκτικά στη θερμότητα από το βολφράμιο, αλλά πάνω από αυτές τις θερμοκρασίες χάνουν το πλεονέκτημά τους στην αντοχή στη θερμότητα.

Το μολυβδαίνιο και τα κράματά του

Το μολυβδαίνιο έχει ένα κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα. Το σημείο τήξεώς του είναι 2620°C. Το μολυβδαίνιο είναι λιγότερο εύθραυστο σε σύγκριση με το βολφράμιο. Το όριο θερμοκρασίας της ευθραυστότητάς του, ανάλογα με την καθαρότητα, κυμαίνεται από 70 - 300°C. Η ευθραυστότητα του μολυβδαινίου προκαλείται επίσης από τη συσσώρευση ενδιάμεσων ακαθαρσιών ή ενδιάμεσων φάσεων κοντά στα όρια των κόκκων. Όταν θερμαίνεται, το μολυβδαίνιο οξειδώνεται έντονα και σε θερμοκρασίες πάνω από 680 - 700 ° C τα οξείδια του εξαχνώνονται. Το μεγαλύτερο μέρος του μολυβδαινίου δαπανάται για κράματα χάλυβα. Ως ανεξάρτητο υλικό, το μολυβδαίνιο χρησιμοποιείται με τη μορφή σύρματος, ράβδων, ταινίας, φύλλων από ράβδους billet, τα οποία παράγονται με μεταλλουργία σκόνης. Σε αυτή τη μορφή, χρησιμοποιείται σε ηλεκτρονικές συσκευές κενού (άνοδοι, πλέγματα, στηρίγματα) ως θερμαντικά στοιχεία και σήτες για φούρνους κενού. Η αντοχή σε εφελκυσμό του μολυβδαινίου διαφορετικών καθαροτήτων σε θερμοκρασία δωματίου είναι 450 - 800 MPa με επιμήκυνση 25 - 1%. Δεδομένου ότι η πυκνότητα του μολυβδαινίου (10,2 g/cm3) είναι σχεδόν δύο φορές μικρότερη από την πυκνότητα του βολφραμίου, το μολυβδαίνιο είναι ανώτερο από το βολφράμιο και τα κράματά του όσον αφορά την ειδική αντοχή σε θερμοκρασίες έως 1300 - 1400°C.

Πρόσφατα, το καθαρότερο μολυβδαίνιο που υποβάλλεται σε επανατήξη με τόξο κενού ή δέσμη ηλεκτρονίων, καθώς και κράματα μολυβδαινίου, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο. Το κράμα του μολυβδαινίου με ορισμένα στοιχεία οδηγεί στην ενδυνάμωσή του και στην αυξημένη ολκιμότητα του. Το ρήνιο έχει ιδιαίτερα αποτελεσματική επίδραση στο μολυβδαίνιο, καθώς και στο βολφράμιο, το οποίο σχηματίζει ένα ευρύ φάσμα στερεών διαλυμάτων με αυτό. Το ρήνιο ενισχύει σημαντικά το μολυβδαίνιο, ταυτόχρονα μειώνει την ευαισθησία του στις ενδιάμεσες ακαθαρσίες και την ψυχρή ευθραυστότητα και αυξάνει τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης. Το κράμα μολυβδαινίου με μικρές ποσότητες τιτανίου και ζιρκονίου (έως 1%) οδηγεί σε σημαντική ενίσχυση σε θερμοκρασία δωματίου και σε υψηλές θερμοκρασίες. Αυτά τα στοιχεία κράματος σχηματίζουν διασκορπισμένα σωματίδια καρβιδίων με άνθρακα, ο οποίος υπάρχει πάντα στο μολυβδαίνιο.

Νιόβιο, ταντάλιο, βανάδιο και τα κράματά τους

Το νιόβιο έχει περίπου. ντο. πλέγμα, έχει σημείο τήξης 2470°C, πυκνότητα 8,57 g/cm 3 . Σε αντίθεση με το βολφράμιο και το μολυβδαίνιο, το νιόβιο είναι ικανό να διαλύει το οξυγόνο, το άζωτο και τον άνθρακα σε αρκετά σημαντικές ποσότητες. Επομένως, αυτό και τα κράματά του έχουν σημαντικά υψηλότερη ολκιμότητα, δεν γίνονται εύθραυστα κατά την ανακρυστάλλωση και είναι ικανά για καλή συγκόλληση. Έχουν αναπτυχθεί κράματα νιοβίου τύπου στερεού διαλύματος με βολφράμιο (έως 15%) και μολυβδαίνιο (έως 5%). Έχουν δημιουργηθεί επίσης κράματα με προσθήκες ζιρκονίου (έως 1%) και άνθρακα (έως 0,1%), στα οποία επιτυγχάνεται σκλήρυνση ως αποτέλεσμα της εμφάνισης καθίζησης καρβιδίων του ζιρκονίου. Τα κράματα είναι σχεδιασμένα να λειτουργούν στους 900 - 1200°C. Σημαντικές ποσότητες νιοβίου χρησιμοποιούνται για την κραματοποίηση χάλυβα.

Το ταντάλιο έχει περίπου. ντο. με πλέγμα, λιώνει στους 3996°C, η πυκνότητά του είναι 16,6 g/cm 3 . Αυτό το μέταλλο χαρακτηρίζεται από υψηλή ολκιμότητα και χημική αντοχή σε επιθετικά περιβάλλοντα. Η αντίσταση εξηγείται από το σχηματισμό μιας πυκνής και ανθεκτικής μεμβράνης οξειδίου. Το ταντάλιο χρησιμοποιείται σε μορφή σκόνης για την κατασκευή ανόδων ηλεκτρολυτικών πυκνωτών χρησιμοποιώντας μεθόδους μεταλλουργίας σκόνης. Σε αυτή την περίπτωση, η κύρια σημασία είναι οι υψηλές διηλεκτρικές ιδιότητες του φιλμ οξειδίου, που δημιουργείται ειδικά στην εσωτερική επιφάνεια των πορωδών ανοδίων. Οι ταινίες, οι ράβδοι, τα σύρματα και οι σωλήνες για μέρη ηλεκτρικών συσκευών κενού και χημικού εξοπλισμού κατασκευάζονται από ταντάλιο.

Το βανάδιο έχει σημείο τήξης 1900°C, έχει περίπου. ντο. κ. πλέγμα, η πυκνότητά του είναι 6,1 g/cm 3. Η κύρια ποσότητα βαναδίου καταναλώνεται για την κραματοποίηση χάλυβα. Το καθαρό βανάδιο και τα κράματα που βασίζονται σε αυτό δεν έχουν βρει ακόμη ευρεία βιομηχανική χρήση.

Σκληρά κράματα

Τα σκληρά κράματα είναι μεταλλικά υλικά που αποτελούνται από καρβίδιο βολφραμίου και μικρή ποσότητα κοβαλτίου (2 - 20%). Τα προϊόντα από σκληρά κράματα παράγονται μόνο με μεταλλουργία σκόνης. Πρώτον, τα συμπαγή κατασκευάζονται από ένα μείγμα καρβιδίου βολφραμίου και σκόνης κοβαλτίου. Στη συνέχεια πυροσυσσωματώνονται στους 1350 - 1480°C. Στους 1200°C περίπου, ένα υγρό ευτηκτικής σύνθεσης (65 - 70% Co, 35 - 30% WC) εμφανίζεται στο μείγμα των σκονών. Έτσι, η πυροσυσσωμάτωση λαμβάνει χώρα παρουσία μεγάλης ποσότητας υγρής φάσης.Όταν ψύχεται μετά τη σύντηξη, το υγρό στερεοποιείται και απελευθερώνεται καρβίδιο βολφραμίου, το οποίο προσκολλάται στους μη λιωμένους κόκκους και κοβάλτιο, το οποίο σχηματίζει στρώματα μεταξύ των κόκκων καρβιδίου βολφραμίου και παρέχει τη μηχανική αντοχή των προϊόντων καρβιδίου. Το μέγεθος σωματιδίων του καρβιδίου του βολφραμίου στο τελικό σκληρό κράμα είναι συνήθως 1 - 2 μικρά. Ο κύριος σκοπός των σκληρών κραμάτων είναι τα εργαλεία κοπής μετάλλων και διάτρησης. Οι νευρώσεις, οι κόφτες και τα τρυπάνια από σκληρά κράματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επεξεργασία χάλυβα, χυτοσιδήρου και μη σιδηρούχων κραμάτων υπό συνθήκες όπου η θέρμανση της κοπτικής ακμής φτάνει τους 1000°C και άνω. Τα εργαλεία διάτρησης από καρβίδιο (μύτες, κόφτες) διαρκούν πολλές φορές περισσότερο από τα χαλύβδινα. Τα σκληρά κράματα χρησιμοποιούνται επίσης για την κατασκευή εργαλείων για τη διαμόρφωση μετάλλων - μήτρες, μήτρες, μήτρες.

Εκτός από τα σκληρά κράματα με βάση το καρβίδιο του βολφραμίου, υπάρχουν σκληρά κράματα με βάση το διπλό καρβίδιο βολφραμίου και το καρβίδιο του τιτανίου, καθώς και το τριπλό καρβίδιο βολφραμίου, το τιτάνιο και το ταντάλιο.

Τα σκληρά κράματα που βασίζονται σε σύνθετα καρβίδια έχουν υψηλότερη αντίσταση κατά την επεξεργασία του χάλυβα.

Τα κράματα καρβιδίου βολφραμίου-κοβαλτίου ονομάζονται BK2, BK6, BK15, κ.λπ. Ο τελευταίος αριθμός αντιστοιχεί στο ποσοστό κοβαλτίου. Τα σκληρά κράματα που βασίζονται σε καρβίδια βολφραμίου και τιτανίου ονομάζονται T15K6, T30K4, κ.λπ. Ο αριθμός μετά το γράμμα Τ υποδηλώνει την περιεκτικότητα σε καρβίδιο τιτανίου, ο αριθμός μετά το γράμμα Κ υποδεικνύει την περιεκτικότητα σε κοβάλτιο. Για τα κράματα με βάση το τριαδικό καρβίδιο, γίνεται αποδεκτή η ονομασία TT7K12 κ.λπ.. Ο αριθμός μετά τα γράμματα ΤΤ αντιστοιχεί στη συνολική περιεκτικότητα σε καρβίδια τιτανίου και τανταλίου. Τα σκληρά κράματα χαρακτηρίζονται από αντοχή σε κάμψη και σκληρότητα Rockwell. Η αντοχή σε κάμψη είναι 1000 - 2000 MPa και η σκληρότητα είναι HRC (85 - 90). Τα κράματα με υψηλότερη περιεκτικότητα σε κοβάλτιο έχουν μεγαλύτερη αντοχή και χαμηλότερη σκληρότητα.

Τα επιφανειακά κράματα με βάση το χυτό καρβίδιο του βολφραμίου, το λεγόμενο relit, είναι κοντά στα σκληρά κράματα στη δομή και τη φύση της χρήσης. Το καρβίδιο του βολφραμίου που λαμβάνεται με τήξη σε χωνευτήριο γραφίτη συνθλίβεται σε σωματίδια όχι μεγαλύτερα από 0,6 mm και στη συνέχεια εφαρμόζεται στις επιφάνειες εργασίας του εξοπλισμού εξόρυξης με τήξη. Η δομή του επιφανειακού στρώματος αποτελείται από μη λιωμένους κόκκους relit σε μια βάση λιωμένου χάλυβα.

Σχεδόν όλα τα μέταλλα είναι στερεά υπό κανονικές συνθήκες. Αλλά σε ορισμένες θερμοκρασίες μπορούν να αλλάξουν την κατάσταση συσσώρευσής τους και να γίνουν υγρά. Ας μάθουμε ποιο είναι το υψηλότερο σημείο τήξης του μετάλλου; Ποιο είναι το χαμηλότερο;

Σημείο τήξης μετάλλων

Τα περισσότερα από τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα είναι μέταλλα. Αυτή τη στιγμή υπάρχουν περίπου 96. Όλα απαιτούν διαφορετικές συνθήκες για να μετατραπούν σε υγρό.

Το κατώφλι θέρμανσης των στερεών κρυσταλλικών ουσιών, πάνω από το οποίο γίνονται υγρές, ονομάζεται σημείο τήξης. Για τα μέταλλα κυμαίνεται σε αρκετές χιλιάδες μοίρες. Πολλά από αυτά μετατρέπονται σε υγρό με σχετικά υψηλή θερμότητα. Αυτό τα καθιστά ένα κοινό υλικό για την κατασκευή κατσαρόλες, τηγάνια και άλλα μαγειρικά σκεύη.

Ο άργυρος (962 °C), το αλουμίνιο (660,32 °C), ο χρυσός (1064,18 °C), το νικέλιο (1455 °C), η πλατίνα (1772 °C) κ.λπ. έχουν μέσο σημείο τήξης. Υπάρχει επίσης μια ομάδα από πυρίμαχα μέταλλα και μέταλλα χαμηλής τήξης. Το πρώτο χρειάζεται περισσότερους από 2000 βαθμούς Κελσίου για να μετατραπεί σε υγρό, το δεύτερο χρειάζεται λιγότερο από 500 βαθμούς.

Τα μέταλλα χαμηλής τήξης περιλαμβάνουν συνήθως κασσίτερο (232 °C), ψευδάργυρο (419 °C) και μόλυβδο (327 °C). Ωστόσο, μερικά από αυτά μπορεί να έχουν ακόμη χαμηλότερες θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, το φράγκιο και το γάλλιο λιώνουν στο χέρι, αλλά το καίσιο μπορεί να θερμανθεί μόνο σε αμπούλα, επειδή αναφλέγεται με οξυγόνο.

Οι χαμηλότερες και υψηλότερες θερμοκρασίες τήξης μετάλλων παρουσιάζονται στον πίνακα:

Βολφράμιο

Το μέταλλο βολφραμίου έχει το υψηλότερο σημείο τήξης. Μόνο ο μη μεταλλικός άνθρακας κατατάσσεται υψηλότερα σε αυτόν τον δείκτη. Το βολφράμιο είναι μια ανοιχτό γκρι γυαλιστερή ουσία, πολύ πυκνή και βαριά. Βράζει στους 5555 °C, που είναι σχεδόν ίση με τη θερμοκρασία της φωτόσφαιρας του Ήλιου.

Σε συνθήκες δωματίου, αντιδρά ασθενώς με το οξυγόνο και δεν διαβρώνεται. Παρά την ανθεκτικότητά του, είναι αρκετά όλκιμο και μπορεί να σφυρηλατηθεί ακόμα και όταν θερμαίνεται στους 1600 °C. Αυτές οι ιδιότητες του βολφραμίου χρησιμοποιούνται για νημάτια πυρακτώσεως σε λαμπτήρες και σωλήνες εικόνας και ηλεκτρόδια για συγκόλληση. Το μεγαλύτερο μέρος του εξορυσσόμενου μετάλλου είναι κράμα με χάλυβα για να αυξήσει την αντοχή και τη σκληρότητά του.

Το βολφράμιο χρησιμοποιείται ευρέως στη στρατιωτική σφαίρα και τεχνολογία. Είναι απαραίτητο για την κατασκευή πυρομαχικών, τεθωρακισμένων, κινητήρων και των πιο σημαντικών εξαρτημάτων στρατιωτικών οχημάτων και αεροσκαφών. Χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή χειρουργικών εργαλείων και κιβωτίων για την αποθήκευση ραδιενεργών ουσιών.

Ερμής

Ο υδράργυρος είναι το μόνο μέταλλο του οποίου το σημείο τήξης είναι μείον. Επιπλέον, είναι ένα από τα δύο χημικά στοιχεία των οποίων οι απλές ουσίες, υπό κανονικές συνθήκες, υπάρχουν με τη μορφή υγρών. Είναι ενδιαφέρον ότι το μέταλλο βράζει όταν θερμαίνεται στους 356,73 °C, και αυτό είναι πολύ υψηλότερο από το σημείο τήξης του.

Έχει ασημί-λευκό χρώμα και έντονη λάμψη. Εξατμίζεται ήδη σε συνθήκες δωματίου, συμπυκνώνοντας σε μικρές μπάλες. Το μέταλλο είναι πολύ τοξικό. Μπορεί να συσσωρευτεί στα εσωτερικά όργανα του ανθρώπου, προκαλώντας ασθένειες του εγκεφάλου, του σπλήνα, των νεφρών και του ήπατος.

Ο υδράργυρος είναι ένα από τα επτά πρώτα μέταλλα για τα οποία έμαθε ο άνθρωπος. Στο Μεσαίωνα θεωρούνταν το κύριο αλχημικό στοιχείο. Παρά την τοξικότητά του, κάποτε χρησιμοποιήθηκε στην ιατρική ως μέρος των οδοντικών σφραγισμάτων, αλλά και ως θεραπεία για τη σύφιλη. Τώρα ο υδράργυρος έχει σχεδόν εξαλειφθεί πλήρως από τα ιατρικά παρασκευάσματα, αλλά χρησιμοποιείται ευρέως σε όργανα μέτρησης (βαρόμετρα, μετρητές πίεσης), για την κατασκευή λαμπτήρων, διακοπτών και κουδουνιών πόρτας.

Κράματα

Για να αλλάξουν οι ιδιότητες ενός συγκεκριμένου μετάλλου, γίνεται κράμα με άλλες ουσίες. Έτσι, μπορεί όχι μόνο να αποκτήσει μεγαλύτερη πυκνότητα και αντοχή, αλλά και να μειώσει ή να αυξήσει το σημείο τήξης.

Ένα κράμα μπορεί να αποτελείται από δύο ή περισσότερα χημικά στοιχεία, αλλά τουλάχιστον ένα από αυτά πρέπει να είναι μέταλλο. Τέτοια "μείγματα" χρησιμοποιούνται πολύ συχνά στη βιομηχανία, επειδή καθιστούν δυνατή την απόκτηση ακριβώς των υλικών που χρειάζονται.

Το σημείο τήξης των μετάλλων και των κραμάτων εξαρτάται από την καθαρότητα του πρώτου, καθώς και από τις αναλογίες και τη σύνθεση του δεύτερου. Για τη λήψη κραμάτων χαμηλής τήξης, χρησιμοποιούνται συχνότερα ο μόλυβδος, ο υδράργυρος, το θάλλιο, ο κασσίτερος, το κάδμιο και το ίνδιο. Αυτά που περιέχουν υδράργυρο ονομάζονται αμαλγάματα. Μια ένωση νατρίου, καλίου και καισίου σε αναλογία 12%/47%/41% γίνεται υγρό ήδη στους μείον 78 °C, ένα άμαλγαμα υδραργύρου και θαλλίου - στους μείον 61 °C. Το πιο πυρίμαχο υλικό είναι ένα κράμα καρβιδίων τανταλίου και αφνίου σε αναλογίες 1:1 με σημείο τήξης 4115 °C.

www.syl.ru

Το πιο πυρίμαχο μέταλλο. Χαρακτηριστικά των μετάλλων

Τα μέταλλα είναι το πιο κοινό υλικό (μαζί με τα πλαστικά και το γυαλί) που χρησιμοποιούν οι άνθρωποι από την αρχαιότητα. Ακόμη και τότε, ο άνθρωπος γνώριζε τα χαρακτηριστικά των μετάλλων· χρησιμοποίησε επικερδώς όλες τις ιδιότητές τους για να δημιουργήσει όμορφα έργα τέχνης, πιάτα, είδη σπιτιού και κατασκευές.

Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά όταν εξετάζουμε αυτές τις ουσίες είναι η σκληρότητα και η ανθεκτικότητά τους. Είναι αυτές οι ιδιότητες που καθιστούν δυνατό τον προσδιορισμό της περιοχής χρήσης ενός συγκεκριμένου μετάλλου. Ως εκ τούτου, θα εξετάσουμε όλες τις φυσικές ιδιότητες και θα δώσουμε ιδιαίτερη προσοχή στα θέματα της συντήξεως.

Φυσικές ιδιότητες των μετάλλων

Τα χαρακτηριστικά των μετάλλων από φυσικές ιδιότητες μπορούν να εκφραστούν με τη μορφή τεσσάρων κύριων σημείων.

1. Μεταλλική λάμψη - όλα έχουν περίπου την ίδια ασημί-λευκή όμορφη χαρακτηριστική λάμψη, εκτός από τον χαλκό και τον χρυσό. Έχουν κοκκινωπή και κίτρινη απόχρωση, αντίστοιχα. Το ασβέστιο είναι ασημί μπλε.
2. Φυσική κατάσταση - όλα είναι στερεά υπό κανονικές συνθήκες, εκτός από τον υδράργυρο, ο οποίος έχει τη μορφή υγρού.
3. Η ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα είναι χαρακτηριστική για όλα τα μέταλλα, αλλά εκφράζεται σε διάφορους βαθμούς.
4. Η ελατότητα και η ολκιμότητα είναι επίσης παράμετροι κοινές σε όλα τα μέταλλα, οι οποίες μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με τον συγκεκριμένο εκπρόσωπο.
5. Τα σημεία τήξης και βρασμού καθορίζουν ποιο μέταλλο είναι πυρίμαχο και ποιο εύτηκτο. Αυτή η παράμετρος είναι διαφορετική για όλα τα στοιχεία.

Όλες οι φυσικές ιδιότητες εξηγούνται από την ειδική δομή του μεταλλικού κρυσταλλικού πλέγματος. Η χωροταξική του διάταξη, το σχήμα και η δύναμή του.

Μέταλλα χαμηλής τήξης και πυρίμαχα

Αυτή η παράμετρος είναι πολύ σημαντική όταν πρόκειται για τους τομείς εφαρμογής των εν λόγω ουσιών. Τα πυρίμαχα μέταλλα και κράματα αποτελούν τη βάση της μηχανικής και της ναυπηγικής, της τήξης και της χύτευσης πολλών σημαντικών προϊόντων και της απόκτησης εργαλείων εργασίας υψηλής ποιότητας. Επομένως, η γνώση των σημείων τήξης και βρασμού παίζει θεμελιώδη ρόλο.

Χαρακτηρίζοντας τα μέταλλα από τη δύναμη, μπορούμε να τα χωρίσουμε σε σκληρά και εύθραυστα. Αν μιλάμε για ανθεκτικότητα, τότε υπάρχουν δύο κύριες ομάδες:

1. Τα υλικά χαμηλής τήξης είναι εκείνα που μπορούν να αλλάξουν την κατάσταση συσσώρευσής τους σε θερμοκρασίες κάτω των 1000 o C. Παραδείγματα περιλαμβάνουν: κασσίτερος, μόλυβδος, υδράργυρος, νάτριο, καίσιο, μαγγάνιο, ψευδάργυρος, αλουμίνιο και άλλα.
2. Πυρίμαχα είναι εκείνα των οποίων το σημείο τήξης είναι υψηλότερο από την αναγραφόμενη τιμή. Δεν υπάρχουν πολλά από αυτά, και ακόμη λιγότερα χρησιμοποιούνται στην πράξη.

Πίνακας μετάλλων με σημείο τήξης πάνω από 1000 o C παρουσιάζεται παρακάτω. Εδώ βρίσκονται οι πιο πυρίμαχοι εκπρόσωποι.

Μεταλλικό όνομα	Σημείο τήξης, o C	Σημείο βρασμού, o C
Gold, Au	1064.18	2856
Βηρύλλιο, Βε	1287	2471
Cobalt, Co	1495	2927
Chromium, Cr	1907	2671
Χαλκός, Cu	1084,62	2562
Σίδηρος, Fe	1538	2861
Hafnium, Hf	2233	4603
Iridium, Ir	2446	4428
Μαγγάνιο, Mn	1246	2061
Molybdenum, Mo	2623	4639
Νιόβιο, Nb	2477	4744
Νικέλιο, Νι	1455	2913
Palladium, Pd	1554,9	2963
Platinum, Pt	1768.4	3825
Rhenium, Re	3186	5596
Ρόδιο, Rh	1964	3695
Ruthenium, Ru	2334	4150
Τάνταλος, Τα	3017	5458
Τεχνήτιο, Τσ	2157	4265
Thorium, Th	1750	4788
Τιτάνιο, Τι	1668	3287
Βανάδιο, Β	1910	3407
Tungsten, W	3422	5555
Ζιρκόνιο, Zr	1855	4409

Αυτός ο πίνακας μετάλλων περιλαμβάνει όλους τους αντιπροσώπους των οποίων το σημείο τήξης είναι πάνω από 1000 o C. Ωστόσο, στην πράξη, πολλά από αυτά δεν χρησιμοποιούνται για διάφορους λόγους. Για παράδειγμα, λόγω οικονομικών οφελών ή λόγω ραδιενέργειας, πολύ υψηλού βαθμού ευθραυστότητας, ευαισθησίας σε διαβρωτικές επιδράσεις.

Είναι επίσης προφανές από τα δεδομένα του πίνακα ότι το πιο πυρίμαχο μέταλλο στον κόσμο είναι το βολφράμιο. Ο χρυσός έχει το χαμηλότερο ποσοστό. Όταν εργάζεστε με μέταλλα, η απαλότητα είναι σημαντική. Επομένως, πολλά από τα παραπάνω δεν χρησιμοποιούνται επίσης για τεχνικούς σκοπούς.

Το πιο πυρίμαχο μέταλλο είναι το βολφράμιο

Στον περιοδικό πίνακα βρίσκεται στον αύξοντα αριθμό 74. Πήρε το όνομά του από τον διάσημο φυσικό Stephen Wolfram. Υπό κανονικές συνθήκες, είναι ένα σκληρό, πυρίμαχο μέταλλο με ασημί-λευκό χρώμα. Έχει έντονη μεταλλική λάμψη. Χημικά πρακτικά αδρανές, αντιδρά απρόθυμα.

Βρίσκεται στη φύση με τη μορφή ορυκτών:

• βολφραμίτης;
• σχηλίτιδα;
• Hübnerite;
• φερβερίτης

Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι το βολφράμιο είναι το πιο πυρίμαχο μέταλλο από όλα τα υπάρχοντα. Ωστόσο, υπάρχουν προτάσεις ότι το seaborgium είναι θεωρητικά ικανό να σπάσει το ρεκόρ αυτού του μετάλλου. Είναι όμως ένα ραδιενεργό στοιχείο με πολύ μικρή διάρκεια ζωής. Επομένως, δεν είναι ακόμη δυνατό να αποδειχθεί αυτό.

Σε μια ορισμένη θερμοκρασία (πάνω από 1500 o C), το βολφράμιο γίνεται εύπλαστο και όλκιμο. Επομένως, είναι δυνατή η παραγωγή λεπτού σύρματος με βάση αυτό. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται για την κατασκευή νημάτων σε συνηθισμένους οικιακούς λαμπτήρες.

Ως το πιο πυρίμαχο μέταλλο που μπορεί να αντέξει σε θερμοκρασίες πάνω από 3400 o C, το βολφράμιο χρησιμοποιείται στους ακόλουθους τομείς τεχνολογίας:

• ως ηλεκτρόδιο για συγκόλληση αργού.
• για την παραγωγή κραμάτων ανθεκτικών στα οξέα, ανθεκτικά στη φθορά και ανθεκτικά στη θερμότητα.
• ως θερμαντικό στοιχείο?
• σε σωλήνες κενού ως νήμα και ούτω καθεξής.

Εκτός από το μεταλλικό βολφράμιο, οι ενώσεις του χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία, την επιστήμη και την ηλεκτρονική. Ως το πιο πυρίμαχο μέταλλο στον κόσμο, σχηματίζει ενώσεις με πολύ υψηλής ποιότητας χαρακτηριστικά: ισχυρό, ανθεκτικό σε σχεδόν όλους τους τύπους χημικών επιδράσεων, μη διαβρωτικό και μπορεί να αντέξει σε χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες (θειούχο βολφράμιο, τα μονοκρύσταλλα του και άλλα οι ουσίες θα κερδίσουν).

Νιόβιο και τα κράματά του

Το Nb, ή νιόβιο, είναι ένα ασημί-λευκό γυαλιστερό μέταλλο υπό κανονικές συνθήκες. Είναι επίσης πυρίμαχο, καθώς η θερμοκρασία μετάβασης στην υγρή κατάσταση για αυτό είναι 2477 o C. Είναι αυτή η ποιότητα, καθώς και ο συνδυασμός χαμηλής χημικής δραστηριότητας και υπεραγωγιμότητας, που επιτρέπουν στο νιόβιο να γίνεται όλο και πιο δημοφιλές στην ανθρώπινη πρακτική κάθε χρόνο. Σήμερα αυτό το μέταλλο χρησιμοποιείται σε βιομηχανίες όπως:

• επιστήμη πυραύλων;
• αεροπορία και διαστημική βιομηχανία·
• πυρηνική δύναμη;
• χημική μηχανική συσκευών?
• ραδιομηχανική.

Αυτό το μέταλλο διατηρεί τις φυσικές του ιδιότητες ακόμη και σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Τα προϊόντα που βασίζονται σε αυτό χαρακτηρίζονται από αντοχή στη διάβρωση, αντοχή στη θερμότητα, αντοχή και εξαιρετική αγωγιμότητα.

Αυτό το μέταλλο προστίθεται σε υλικά αλουμινίου για τη βελτίωση της χημικής αντοχής. Από αυτό κατασκευάζονται κάθοδοι και άνοδοι και κράματα με μη σιδηρούχα κράματα. Ακόμη και τα νομίσματα σε ορισμένες χώρες κατασκευάζονται με περιεκτικότητα σε νιόβιο.

Ταντάλιο

Μέταλλο, στην ελεύθερη του μορφή και υπό κανονικές συνθήκες, καλυμμένο με μεμβράνη οξειδίου. Έχει ένα σύνολο φυσικών ιδιοτήτων που του επιτρέπουν να είναι ευρέως διαδεδομένο και πολύ σημαντικό για τον άνθρωπο. Τα κύρια χαρακτηριστικά του είναι τα εξής:

1. Σε θερμοκρασίες πάνω από 1000 o C γίνεται υπεραγωγός.
2. Είναι το πιο πυρίμαχο μέταλλο μετά το βολφράμιο και το ρήνιο. Το σημείο τήξης είναι 3017 o C.
3. Απορροφά τέλεια τα αέρια.
4. Είναι εύκολο να το δουλέψετε καθώς μπορεί να τυλιχτεί σε φύλλα, αλουμινόχαρτο και σύρμα χωρίς μεγάλη δυσκολία.
5. Έχει καλή σκληρότητα και δεν είναι εύθραυστο, διατηρεί την ολκιμότητα.
6. Πολύ ανθεκτικό σε χημικούς παράγοντες (δεν διαλύεται ούτε σε aqua regia).

Χάρη σε αυτά τα χαρακτηριστικά, κατάφερε να κερδίσει δημοτικότητα ως βάση για πολλά κράματα ανθεκτικά στη θερμότητα και αντοχή στα οξέα, αντιδιαβρωτικά. Οι πολυάριθμες ενώσεις του χρησιμοποιούνται στην πυρηνική φυσική, την ηλεκτρονική και τις υπολογιστικές συσκευές. Χρησιμοποιούνται ως υπεραγωγοί. Προηγουμένως, το ταντάλιο χρησιμοποιήθηκε ως στοιχείο σε λαμπτήρες πυρακτώσεως. Τώρα το βολφράμιο πήρε τη θέση του.

Το χρώμιο και τα κράματά του

Ένα από τα πιο σκληρά μέταλλα, φυσικά μπλε-λευκό χρώμα. Το σημείο τήξεώς του είναι χαμηλότερο από αυτό των στοιχείων που εξετάστηκαν μέχρι τώρα, και ανέρχεται στους 1907 o C. Ωστόσο, εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στην τεχνολογία και τη βιομηχανία παντού, καθώς προσφέρεται καλά σε μηχανικές επιδράσεις, επεξεργάζεται και καλουπώνεται.

Το χρώμιο είναι ιδιαίτερα πολύτιμο ως επίστρωση. Εφαρμόζεται σε προϊόντα για να τους δώσει μια όμορφη λάμψη, να προστατεύσει από τη διάβρωση και να αυξήσει την αντοχή στη φθορά. Η διαδικασία ονομάζεται επιχρωμίωση.

Τα κράματα χρωμίου είναι πολύ δημοφιλή. Εξάλλου, ακόμη και μια μικρή ποσότητα αυτού του μετάλλου στο κράμα αυξάνει σημαντικά τη σκληρότητα και την αντοχή του τελευταίου σε κρούσεις.

Ζιρκόνιο

Είναι ένα από τα πιο ακριβά μέταλλα, επομένως η χρήση του για τεχνικούς σκοπούς είναι δύσκολη. Ωστόσο, τα φυσικά χαρακτηριστικά του το καθιστούν απλώς απαραίτητο σε πολλές άλλες βιομηχανίες.

Υπό κανονικές συνθήκες είναι ένα όμορφο ασημί-λευκό μέταλλο. Έχει αρκετά υψηλό σημείο τήξης - 1855 o C. Έχει καλή σκληρότητα και αντοχή στη διάβρωση, αφού δεν είναι χημικά ενεργό. Έχει επίσης εξαιρετική βιολογική συμβατότητα με το ανθρώπινο δέρμα και ολόκληρο το σώμα συνολικά. Αυτό το καθιστά πολύτιμο μέταλλο για ιατρική χρήση (όργανα, προσθετικά κ.λπ.).

Οι κύριοι τομείς εφαρμογής του ζιρκονίου και των ενώσεων του, συμπεριλαμβανομένων των κραμάτων, είναι οι εξής:

• πυρηνική ενέργεια;
• πυροτεχνήματα;
• κράμα μετάλλων?
• φάρμακο;
• παραγωγή βιολογικών προϊόντων·
• ΥΛΙΚΟ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ;
• σαν υπεραγωγός.

Ακόμη και κοσμήματα που μπορούν να επηρεάσουν τη βελτίωση της ανθρώπινης υγείας κατασκευάζονται από ζιρκόνιο και κράματα που βασίζονται σε αυτό.

Μολυβδαίνιο

Εάν μάθετε ποιο μέταλλο είναι το πιο πυρίμαχο, τότε, εκτός από το υποδεικνυόμενο βολφράμιο, μπορείτε επίσης να ονομάσετε μολυβδαίνιο. Το σημείο τήξεώς του είναι 2623 o C. Ταυτόχρονα είναι αρκετά σκληρό, πλαστικό και επιδέχεται επεξεργασίας.

Χρησιμοποιείται κυρίως όχι στην καθαρή του μορφή, αλλά ως αναπόσπαστο συστατικό κραμάτων. Χάρη στην παρουσία μολυβδαινίου, ενισχύονται σημαντικά σε αντοχή στη φθορά, αντοχή στη θερμότητα και αντιδιαβρωτική.

Ορισμένες ενώσεις μολυβδαινίου χρησιμοποιούνται ως τεχνικά λιπαντικά. Αυτό το μέταλλο είναι επίσης ένα υλικό κράματος που επηρεάζει ταυτόχρονα τόσο την αντοχή όσο και την αντίσταση στη διάβρωση, κάτι που είναι πολύ σπάνιο.

Βανάδιο

Γκρι μέταλλο με ασημί γυαλάδα. Έχει αρκετά υψηλό δείκτη συντήξης (1920 o C). Χρησιμοποιείται κυρίως ως καταλύτης σε πολλές διεργασίες λόγω της αδράνειας του. Χρησιμοποιείται στον ενεργειακό τομέα ως πηγή χημικού ρεύματος, στην παραγωγή ανόργανων οξέων. Δεν είναι το καθαρό μέταλλο που έχει πρωταρχική σημασία, αλλά ορισμένες από τις ενώσεις του.

Ρήνιο και κράματα που βασίζονται σε αυτό

Ποιο μέταλλο είναι το πιο πυρίμαχο μετά το βολφράμιο; Αυτό είναι ρήνιο. Ο δείκτης τήξης του είναι 3186 o C. Είναι ανώτερος σε αντοχή τόσο από το βολφράμιο όσο και από το μολυβδαίνιο. Η πλαστικότητά του δεν είναι πολύ υψηλή. Η ζήτηση για ρήνιο είναι πολύ υψηλή, αλλά η παραγωγή είναι δύσκολη. Ως αποτέλεσμα, είναι το πιο ακριβό μέταλλο που υπάρχει σήμερα.

Χρησιμοποιείται για την παρασκευή:

• μηχανές αεροσκάφους;
• Θερμοστοιχεία?
• Νήματα για φασματόμετρα και άλλες συσκευές.
• ως καταλύτης στη διύλιση πετρελαίου.

Όλοι οι τομείς εφαρμογής είναι ακριβοί, επομένως χρησιμοποιείται μόνο σε περιπτώσεις ακραίας ανάγκης, όταν δεν υπάρχει δυνατότητα αντικατάστασής του με οτιδήποτε άλλο.

Κράματα τιτανίου

Το τιτάνιο είναι ένα πολύ ελαφρύ ασημί-λευκό μέταλλο που χρησιμοποιείται ευρέως στη μεταλλουργική βιομηχανία και τη μεταλλουργία. Μπορεί να εκραγεί όταν βρίσκεται σε λεπτή διασπορά, επομένως αποτελεί κίνδυνο πυρκαγιάς.

Χρησιμοποιείται στη μηχανική αεροσκαφών και πυραύλων και στην παραγωγή πλοίων. Χρησιμοποιείται ευρέως στην ιατρική λόγω της βιολογικής συμβατότητάς του με το σώμα (προσθέσεις, τρυπήματα, εμφυτεύματα κ.λπ.).

fb.ru

όνομα και ιδιότητες:: SYL.ru

Τα μέταλλα είναι από τα πιο κοινά υλικά, μαζί με το γυαλί και το πλαστικό. Έχουν χρησιμοποιηθεί από τους ανθρώπους από την αρχαιότητα. Στην πράξη, οι άνθρωποι έμαθαν τις ιδιότητες των μετάλλων και τα χρησιμοποιούσαν επικερδώς για να φτιάχνουν πιάτα, είδη οικιακής χρήσης, διάφορες κατασκευές και έργα τέχνης. Τα κύρια χαρακτηριστικά αυτών των υλικών είναι η ανθεκτικότητα και η σκληρότητά τους. Στην πραγματικότητα, η εφαρμογή τους σε μια συγκεκριμένη περιοχή εξαρτάται από αυτές τις ιδιότητες.

Φυσικές ιδιότητες των μετάλλων

Όλα τα μέταλλα έχουν τις ακόλουθες γενικές ιδιότητες:

1. Χρώμα – ασημί-γκρι με χαρακτηριστική λάμψη. Οι εξαιρέσεις είναι: ο χαλκός και ο χρυσός. Διακρίνονται αντίστοιχα από κοκκινωπή και κίτρινη απόχρωση.
2. Η φυσική κατάσταση είναι στερεό, εκτός από τον υδράργυρο που είναι υγρό.
3. Η θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα εκφράζεται διαφορετικά για κάθε τύπο μετάλλου.
4. Η πλαστικότητα και η ελατότητα είναι μεταβλητές παράμετροι ανάλογα με το συγκεκριμένο μέταλλο.
5. Σημεία τήξης και βρασμού - καθιερώνει ανθεκτικότητα και συντήξη, έχει διαφορετικές τιμές για όλα τα υλικά.

Όλες οι φυσικές ιδιότητες των μετάλλων εξαρτώνται από τη δομή του κρυσταλλικού πλέγματος, το σχήμα, τη δύναμη και τη χωρική του διάταξη.

Πυρίμαχα μέταλλα

Αυτή η παράμετρος γίνεται σημαντική όταν τίθεται το ερώτημα σχετικά με την πρακτική χρήση των μετάλλων. Για τόσο σημαντικούς τομείς της εθνικής οικονομίας όπως η κατασκευή αεροσκαφών, η ναυπηγική και η μηχανολογία, η βάση είναι τα πυρίμαχα μέταλλα και τα κράματά τους. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται για την κατασκευή εργαλείων εργασίας υψηλής αντοχής. Πολλά σημαντικά μέρη και προϊόντα παράγονται με χύτευση και τήξη. Με βάση τη δύναμή τους όλα τα μέταλλα χωρίζονται σε εύθραυστα και σκληρά και με βάση την ανθεκτικότητά τους χωρίζονται σε δύο ομάδες.

Πυρίμαχα και χαμηλής τήξης μέταλλα

1. Πυρίμαχα - το σημείο τήξης τους υπερβαίνει το σημείο τήξης του σιδήρου (1539 °C). Αυτά περιλαμβάνουν πλατίνα, ζιρκόνιο, βολφράμιο, ταντάλιο. Υπάρχουν μόνο λίγα είδη τέτοιων μετάλλων. Στην πράξη, χρησιμοποιούνται ακόμη λιγότερα. Μερικά δεν χρησιμοποιούνται επειδή έχουν υψηλή ραδιενέργεια, άλλα είναι πολύ εύθραυστα και δεν έχουν την απαραίτητη απαλότητα, άλλα είναι επιρρεπή στη διάβρωση και υπάρχουν άλλα που δεν είναι οικονομικά βιώσιμα. Ποιο μέταλλο είναι το πιο πυρίμαχο; Αυτό ακριβώς θα συζητηθεί σε αυτό το άρθρο.
2. Τα μέταλλα χαμηλής τήξης είναι μέταλλα που, σε θερμοκρασία μικρότερη ή ίση με το σημείο τήξης του κασσίτερου 231,9 °C, μπορούν να αλλάξουν την κατάσταση συσσώρευσής τους. Για παράδειγμα, νάτριο, μαγγάνιο, κασσίτερος, μόλυβδος. Τα μέταλλα χρησιμοποιούνται στη ραδιοφωνική και στην ηλεκτρική μηχανική. Συχνά χρησιμοποιούνται για αντιδιαβρωτικές επιστρώσεις και ως αγωγοί.

Το βολφράμιο είναι το πιο πυρίμαχο μέταλλο

Είναι ένα σκληρό και βαρύ υλικό με μεταλλική λάμψη, ανοιχτό γκρι χρώμα και έχει υψηλή ανθεκτικότητα. Είναι δύσκολο να μηχανουργηθεί. Σε θερμοκρασία δωματίου είναι εύθραυστο μέταλλο και σπάει εύκολα. Αυτό προκαλείται από μόλυνση με ακαθαρσίες οξυγόνου και άνθρακα. Το τεχνικά καθαρό βολφράμιο γίνεται πλαστικό σε θερμοκρασίες πάνω από 400 βαθμούς Κελσίου. Παρουσιάζει χημική αδράνεια και αντιδρά άσχημα με άλλα στοιχεία. Στη φύση, το βολφράμιο εμφανίζεται με τη μορφή πολύπλοκων ορυκτών, όπως:

• σχηλίτιδα;
• βολφραμίτης;
• φερβερίτης?
• hübnerite.

Το βολφράμιο λαμβάνεται από μετάλλευμα χρησιμοποιώντας σύνθετη χημική επεξεργασία με τη μορφή σκόνης. Χρησιμοποιώντας μεθόδους συμπίεσης και πυροσυσσωμάτωσης παράγονται εξαρτήματα και ράβδοι απλού σχήματος. Το βολφράμιο είναι ένα πολύ ανθεκτικό στη θερμοκρασία στοιχείο. Ως εκ τούτου, δεν μπορούσαν να μαλακώσουν το μέταλλο για εκατό χρόνια. Δεν υπήρχαν φούρνοι που θα μπορούσαν να θερμάνουν μέχρι και αρκετές χιλιάδες βαθμούς. Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι το βολφράμιο είναι το πιο πυρίμαχο μέταλλο. Αν και υπάρχει η άποψη ότι το seaborgium, σύμφωνα με θεωρητικά δεδομένα, έχει μεγαλύτερη ανθεκτικότητα, αυτό δεν μπορεί να ειπωθεί σταθερά, αφού είναι ραδιενεργό στοιχείο και έχει μικρή διάρκεια ζωής.

Ιστορικές πληροφορίες

Ο διάσημος Σουηδός χημικός Karl Scheele, ο οποίος είχε το επάγγελμα του φαρμακοποιού, ανακάλυψε μαγγάνιο, βάριο, χλώριο και οξυγόνο σε ένα μικρό εργαστήριο, πραγματοποιώντας πολυάριθμα πειράματα. Και λίγο πριν το θάνατό του το 1781, ανακάλυψε ότι το ορυκτό βολφράμιο είναι ένα άλας ενός άγνωστου τότε οξέος. Μετά από δύο χρόνια δουλειάς, οι μαθητές του, οι δύο αδερφοί d'Eluyar (Ισπανοί χημικοί), απομόνωσαν ένα νέο χημικό στοιχείο από το ορυκτό και το ονόμασαν βολφράμιο. Μόλις έναν αιώνα αργότερα, το βολφράμιο - το πιο πυρίμαχο μέταλλο - έκανε μια πραγματική επανάσταση στη βιομηχανία.

Ιδιότητες κοπής βολφραμίου

Το 1864, ο Άγγλος επιστήμονας Robert Muschet χρησιμοποίησε βολφράμιο ως πρόσθετο κράματος στον χάλυβα, το οποίο μπορούσε να αντέξει την κόκκινη θερμότητα και να αυξήσει περαιτέρω τη σκληρότητα. Οι κόφτες, που κατασκευάστηκαν από τον προκύπτοντα χάλυβα, αύξησαν την ταχύτητα κοπής μετάλλου κατά 1,5 φορές και έγινε 7,5 μέτρα ανά λεπτό.

Εργαζόμενοι προς αυτή την κατεύθυνση, οι επιστήμονες έλαβαν νέες τεχνολογίες, αυξάνοντας την ταχύτητα επεξεργασίας μετάλλων χρησιμοποιώντας βολφράμιο. Το 1907, εμφανίστηκε μια νέα ένωση βολφραμίου με κοβάλτιο και χρώμιο, η οποία έγινε ο ιδρυτής των σκληρών κραμάτων ικανών να αυξήσουν την ταχύτητα κοπής. Επί του παρόντος, έχει αυξηθεί στα 2000 μέτρα ανά λεπτό, και όλα αυτά χάρη στο βολφράμιο - το πιο πυρίμαχο μέταλλο.

Εφαρμογές βολφραμίου

Αυτό το μέταλλο έχει σχετικά υψηλή τιμή και είναι δύσκολο να επεξεργαστεί μηχανικά, επομένως χρησιμοποιείται όπου είναι αδύνατη η αντικατάστασή του με άλλα υλικά παρόμοιων ιδιοτήτων. Το βολφράμιο αντέχει τέλεια τις υψηλές θερμοκρασίες, έχει σημαντική αντοχή, είναι προικισμένο με σκληρότητα, ελαστικότητα και ανθεκτικότητα, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλούς τομείς της βιομηχανίας:

• Μεταλλουργική. Είναι ο κύριος καταναλωτής βολφραμίου, το οποίο χρησιμοποιείται για την παραγωγή κραματοποιημένων χάλυβων υψηλής ποιότητας.
• Ηλεκτροτεχνικά. Το σημείο τήξης του πιο πυρίμαχου μετάλλου είναι σχεδόν 3400 °C. Η ανθεκτικότητα του μετάλλου του επιτρέπει να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή νημάτων πυρακτώσεως, αγκίστρων φωτισμού και ηλεκτρονικών λαμπτήρων, ηλεκτροδίων, σωλήνων ακτίνων Χ και ηλεκτρικών επαφών.

• Μηχανολογία. Λόγω της αυξημένης αντοχής των χάλυβων που περιέχουν βολφράμιο, κατασκευάζονται συμπαγείς σφυρηλατημένοι ρότορες, γρανάζια, στροφαλοφόροι άξονες και μπιέλες.
• Αεροπορία. Ποιο είναι το πιο πυρίμαχο μέταλλο που χρησιμοποιείται για την παραγωγή σκληρών και ανθεκτικών στη θερμότητα κραμάτων, από τα οποία κατασκευάζονται μέρη κινητήρων αεροσκαφών, ηλεκτρικές συσκευές κενού και νημάτια πυρακτώσεως; Η απάντηση είναι απλή - είναι βολφράμιο.
• Χώρος. Ο χάλυβας που περιέχει βολφράμιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή ακροφυσίων εκτόξευσης και μεμονωμένων στοιχείων για κινητήρες αεριωθουμένων.
• Στρατός. Η υψηλή πυκνότητα του μετάλλου καθιστά δυνατή την παραγωγή οβίδων διάτρησης θωράκισης, σφαιρών, θωράκισης για τορπίλες, οβίδες και άρματα μάχης και χειροβομβίδες.
• Χημική ουσία. Το ανθεκτικό σύρμα βολφραμίου έναντι οξέων και αλκαλίων χρησιμοποιείται για πλέγματα φίλτρων. Το βολφράμιο χρησιμοποιείται για την αλλαγή του ρυθμού των χημικών αντιδράσεων.
• Υφασμα. Το βολφραμικό οξύ χρησιμοποιείται ως βαφή για υφάσματα και το βολφραμικό νάτριο χρησιμοποιείται για την κατασκευή υφασμάτων από δέρμα, μετάξι, αδιάβροχα και πυρίμαχα.

Ο παραπάνω κατάλογος χρήσεων του βολφραμίου σε διάφορους τομείς της βιομηχανίας υποδηλώνει την υψηλή αξία αυτού του μετάλλου.

Παρασκευή κραμάτων με βολφράμιο

Το βολφράμιο, το πιο πυρίμαχο μέταλλο στον κόσμο, χρησιμοποιείται συχνά για την κατασκευή κραμάτων με άλλα στοιχεία για τη βελτίωση των ιδιοτήτων των υλικών. Τα κράματα που περιέχουν βολφράμιο παράγονται συνήθως χρησιμοποιώντας τεχνολογία μεταλλουργίας σκόνης, αφού η συμβατική μέθοδος μετατρέπει όλα τα μέταλλα σε πτητικά υγρά ή αέρια στο σημείο τήξης τους. Η διαδικασία σύντηξης λαμβάνει χώρα σε ατμόσφαιρα κενού ή αργού για να αποφευχθεί η οξείδωση. Ένα μείγμα μεταλλικών σκονών συμπιέζεται, πυροσυσσωματώνεται και τήκεται. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μόνο η σκόνη βολφραμίου συμπιέζεται και πυροσυσσωματώνεται και στη συνέχεια το πορώδες τεμάχιο εργασίας είναι κορεσμένο με τήγμα άλλου μετάλλου. Με αυτόν τον τρόπο λαμβάνονται κράματα βολφραμίου με ασήμι και χαλκό. Ακόμη και μικρές προσθήκες του πιο πυρίμαχου μετάλλου αυξάνουν τη θερμική αντίσταση, τη σκληρότητα και την αντίσταση στην οξείδωση σε κράματα με μολυβδαίνιο, ταντάλιο, χρώμιο και νιόβιο. Οι αναλογίες σε αυτή την περίπτωση μπορεί να είναι απολύτως οτιδήποτε ανάλογα με τις ανάγκες του κλάδου. Πιο πολύπλοκα κράματα, ανάλογα με την αναλογία των συστατικών με σίδηρο, κοβάλτιο και νικέλιο, έχουν τις ακόλουθες ιδιότητες:

• μην ξεθωριάζουν στον αέρα.
• έχουν καλή χημική αντοχή.
• έχουν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες: σκληρότητα και αντοχή στη φθορά.

Το βολφράμιο σχηματίζει μάλλον πολύπλοκες ενώσεις με το βηρύλλιο, το τιτάνιο και το αλουμίνιο. Διακρίνονται για την αντοχή τους στην οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες, καθώς και για την αντοχή τους στη θερμότητα.

Ιδιότητες κραμάτων

Στην πράξη, το βολφράμιο συνδυάζεται συχνά με μια ομάδα άλλων μετάλλων. Για την κατασκευή χειρουργικών εργαλείων χρησιμοποιούνται ενώσεις βολφραμίου με χρώμιο, κοβάλτιο και νικέλιο, που έχουν αυξημένη αντοχή στα οξέα. Και τα ειδικά ανθεκτικά στη θερμότητα κράματα, εκτός από το βολφράμιο - το πιο πυρίμαχο μέταλλο, περιέχουν χρώμιο, νικέλιο, αλουμίνιο και νικέλιο. Το βολφράμιο, το κοβάλτιο και ο σίδηρος είναι από τις καλύτερες ποιότητες μαγνητικού χάλυβα.

Τα πιο εύτηκτα και πυρίμαχα μέταλλα

Τα μέταλλα χαμηλής τήξης περιλαμβάνουν όλα τα μέταλλα των οποίων το σημείο τήξης είναι χαμηλότερο από αυτό του κασσίτερου (231,9 °C). Στοιχεία αυτής της ομάδας χρησιμοποιούνται ως αντιδιαβρωτικά επιχρίσματα, στην ηλεκτρική και ραδιομηχανική και αποτελούν μέρος των κραμάτων κατά της τριβής. Ο υδράργυρος, του οποίου το σημείο τήξης είναι -38,89 °C, είναι υγρό σε θερμοκρασία δωματίου και χρησιμοποιείται ευρέως σε επιστημονικά όργανα, λαμπτήρες υδραργύρου, ανορθωτές, διακόπτες και παραγωγή χλωρίου. Ο υδράργυρος έχει το χαμηλότερο σημείο τήξης σε σύγκριση με άλλα μέταλλα που περιλαμβάνονται στην εύτητη ομάδα. Τα πυρίμαχα μέταλλα περιλαμβάνουν όλα τα μέταλλα των οποίων το σημείο τήξης είναι υψηλότερο από αυτό του σιδήρου (1539 °C). Χρησιμοποιούνται συχνότερα ως πρόσθετα στην κατασκευή κραματοποιημένων χάλυβων και μπορούν επίσης να χρησιμεύσουν ως βάση για ορισμένα ειδικά κράματα. Το βολφράμιο, το οποίο έχει μέγιστο σημείο τήξης 3420 °C, χρησιμοποιείται στην καθαρή του μορφή κυρίως για νήματα σε ηλεκτρικούς λαμπτήρες.

Αρκετά συχνά στα σταυρόλεξα τίθενται ερωτήσεις: ποιο μέταλλο είναι το πιο εύτηκτο ή το πιο πυρίμαχο; Τώρα, χωρίς δισταγμό, μπορείτε να απαντήσετε: το πιο εύτηκτο είναι ο υδράργυρος και το πιο πυρίμαχο είναι το βολφράμιο.

Εν συντομία για το υλικό

Αυτό το μέταλλο ονομάζεται κύριο δομικό υλικό. Τα σιδερένια μέρη βρίσκονται τόσο σε διαστημόπλοιο ή υποβρύχιο όσο και στο σπίτι στην κουζίνα με τη μορφή μαχαιροπήρουνων και διαφόρων διακοσμητικών. Αυτό το μέταλλο έχει ασημί-γκρι χρώμα, έχει απαλότητα, ολκιμότητα και μαγνητικές ιδιότητες. Ο σίδηρος είναι ένα πολύ ενεργό στοιχείο· στον αέρα σχηματίζεται ένα φιλμ οξειδίου, το οποίο εμποδίζει τη συνέχιση της αντίδρασης. Η σκουριά εμφανίζεται σε υγρό περιβάλλον.

Σημείο τήξης του σιδήρου

Το σίδερο έχει ολκιμότητα, σφυρηλατείται εύκολα και χυτεύεται δύσκολα. Αυτό το ανθεκτικό μέταλλο επεξεργάζεται εύκολα μηχανικά και χρησιμοποιείται για την κατασκευή μαγνητικών μηχανισμών κίνησης. Η καλή ελαστικότητα του επιτρέπει να χρησιμοποιείται για διακοσμητικές διακοσμήσεις. Είναι ο σίδηρος το πιο πυρίμαχο μέταλλο; Πρέπει να σημειωθεί ότι το σημείο τήξεώς του είναι 1539 °C. Και εξ ορισμού, τα πυρίμαχα μέταλλα περιλαμβάνουν μέταλλα των οποίων το σημείο τήξης είναι υψηλότερο από αυτό του σιδήρου.

Μπορούμε οπωσδήποτε να πούμε ότι ο σίδηρος δεν είναι το πιο πυρίμαχο μέταλλο και δεν ανήκει καν σε αυτή την ομάδα στοιχείων. Ανήκει σε υλικά μέσης τήξης. Ποιο είναι το πιο πυρίμαχο μέταλλο; Μια τέτοια ερώτηση δεν θα σας εκπλήξει τώρα. Μπορείτε να απαντήσετε με ασφάλεια - είναι βολφράμιο.

Αντί για συμπέρασμα

Περίπου τριάντα χιλιάδες τόνοι βολφραμίου ετησίως παράγονται παγκοσμίως. Αυτό το μέταλλο περιλαμβάνεται σίγουρα στις καλύτερες ποιότητες χάλυβα για την κατασκευή εργαλείων. Έως και το 95% του συνόλου του παραγόμενου βολφραμίου καταναλώνεται για τις ανάγκες της μεταλλουργίας. Για να μειώσουν το κόστος της διαδικασίας, χρησιμοποιούν κυρίως ένα φθηνότερο κράμα που αποτελείται από 80% βολφράμιο και 20% σίδηρο. Χρησιμοποιώντας τις ιδιότητες του βολφραμίου, το κράμα του με χαλκό και νικέλιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή δοχείων που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ραδιενεργών ουσιών. Στην ακτινοθεραπεία, το ίδιο κράμα χρησιμοποιείται για την κατασκευή οθονών, παρέχοντας αξιόπιστη προστασία.

www.syl.ru

Σημεία τήξης διαφορετικών μετάλλων στον πίνακα

Κάθε μέταλλο και κράμα έχει το δικό του μοναδικό σύνολο φυσικών και χημικών ιδιοτήτων, μεταξύ των οποίων και το σημείο τήξης. Η ίδια η διαδικασία σημαίνει τη μετάβαση ενός σώματος από μια κατάσταση συσσωμάτωσης σε μια άλλη, σε αυτήν την περίπτωση, από μια στερεά κρυσταλλική κατάσταση σε μια υγρή. Για να λιώσει ένα μέταλλο, είναι απαραίτητο να εφαρμόσετε θερμότητα σε αυτό μέχρι να επιτευχθεί η θερμοκρασία τήξης. Με αυτό, μπορεί ακόμα να παραμείνει σε στερεή κατάσταση, αλλά με περαιτέρω έκθεση και αυξημένη θερμότητα, το μέταλλο αρχίζει να λιώνει. Εάν η θερμοκρασία χαμηλώσει, δηλαδή αφαιρεθεί μέρος της θερμότητας, το στοιχείο θα σκληρύνει.

Το υψηλότερο σημείο τήξης από οποιοδήποτε μέταλλο ανήκει στο βολφράμιο: είναι 3422 C o, το χαμηλότερο είναι για τον υδράργυρο: το στοιχείο λιώνει ήδη στους - 39 C o. Κατά κανόνα, δεν είναι δυνατό να προσδιοριστεί η ακριβής τιμή για τα κράματα: μπορεί να ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με το ποσοστό των συστατικών. Συνήθως γράφονται ως ένα διάστημα αριθμών.

Πώς συμβαίνει

Η τήξη όλων των μετάλλων συμβαίνει περίπου με τον ίδιο τρόπο - χρησιμοποιώντας εξωτερική ή εσωτερική θέρμανση. Η πρώτη πραγματοποιείται σε θερμικό κλίβανο· για τη δεύτερη, η θέρμανση με αντίσταση χρησιμοποιείται με διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος ή θέρμανσης επαγωγής σε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο υψηλής συχνότητας. Και οι δύο επιλογές επηρεάζουν το μέταλλο περίπου εξίσου.

Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, το πλάτος θερμικών δονήσεων μορίων, προκύπτουν δομικά ελαττώματα στο πλέγμα, που εκφράζονται στην ανάπτυξη εξαρθρώσεων, ατομικών πηδημάτων και άλλων διαταραχών. Αυτό συνοδεύεται από ρήξη διατομικών δεσμών και απαιτεί μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας. Ταυτόχρονα, σχηματίζεται ένα σχεδόν υγρό στρώμα στην επιφάνεια του σώματος. Η περίοδος καταστροφής του πλέγματος και συσσώρευσης ελαττώματος ονομάζεται τήξη.

Μεταλλικός διαχωρισμός

Ανάλογα με το σημείο τήξης τους, τα μέταλλα χωρίζονται σε:

1. Χαμηλή τήξη: δεν χρειάζονται περισσότερο από 600C o. Αυτό είναι ψευδάργυρος, μόλυβδος, κρεμάστρα, κασσίτερος.
2. Μέση τήξη: το σημείο τήξης κυμαίνεται από 600C έως 1600C. Αυτά είναι ο χρυσός, ο χαλκός, το αλουμίνιο, το μαγνήσιο, ο σίδηρος, το νικέλιο και περισσότερα από τα μισά στοιχεία.
3. Πυρίμαχο: απαιτούνται θερμοκρασίες πάνω από 1600C για να γίνει το μέταλλο υγρό. Αυτά περιλαμβάνουν χρώμιο, βολφράμιο, μολυβδαίνιο, τιτάνιο.

Ανάλογα με το σημείο τήξης επιλέγεται επίσης συσκευή τήξης. Όσο υψηλότερος είναι ο δείκτης, τόσο ισχυρότερος θα πρέπει να είναι. Μπορείτε να μάθετε τη θερμοκρασία του στοιχείου που χρειάζεστε από τον πίνακα.

Μια άλλη σημαντική ποσότητα είναι το σημείο βρασμού. Αυτή είναι η τιμή στην οποία ξεκινά η διαδικασία βρασμού των υγρών· αντιστοιχεί στη θερμοκρασία του κορεσμένου ατμού που σχηματίζεται πάνω από την επίπεδη επιφάνεια του υγρού που βράζει. Συνήθως είναι σχεδόν διπλάσιο από το σημείο τήξης.

Και οι δύο τιμές δίνονται συνήθως σε κανονική πίεση. Μεταξύ τους ευθέως ανάλογο.

1. Καθώς η πίεση αυξάνεται, η ποσότητα τήξης αυξάνεται.
2. Καθώς η πίεση μειώνεται, η ποσότητα τήξης μειώνεται.

Πίνακας μετάλλων και κραμάτων χαμηλής τήξης (έως 600 C o)

Πίνακας μετάλλων και κραμάτων μέσης τήξης (από 600 C o έως 1600 C o)

Πίνακας πυρίμαχων μετάλλων και κραμάτων (πάνω από 1600 C o)

stanok.γκουρού

Πυρίμαχα μέταλλα - κατάλογος και πεδίο εφαρμογής

Τα πυρίμαχα μέταλλα είναι γνωστά από τα τέλη του 19ου αιώνα. Δεν τους ωφελούσε τότε. Η μόνη βιομηχανία όπου χρησιμοποιήθηκαν ήταν η ηλεκτρολογική μηχανική και στη συνέχεια σε πολύ περιορισμένες ποσότητες. Όμως όλα άλλαξαν δραματικά με την ανάπτυξη της υπερηχητικής αεροπορίας και της τεχνολογίας πυραύλων στη δεκαετία του '50 του περασμένου αιώνα. Η παραγωγή απαιτούσε νέα υλικά που θα μπορούσαν να αντέξουν σημαντικά φορτία σε θερμοκρασίες άνω των 1000 ºC.

Κατάλογος και χαρακτηριστικά πυρίμαχων μετάλλων

Η ανθεκτικότητα χαρακτηρίζεται από μια αυξημένη τιμή της θερμοκρασίας μετάβασης από τη στερεά κατάσταση στην υγρή φάση. Τα μέταλλα που λιώνουν στους 1875 ºC και άνω ταξινομούνται ως πυρίμαχα μέταλλα. Προκειμένου να αυξηθεί η θερμοκρασία τήξης, αυτά περιλαμβάνουν τους ακόλουθους τύπους:

• Βανάδιο
• Ρόδιο
• Αφνιο
• Ρουθήνιο
• Βολφράμιο
• Ιρίδιο
• Ταντάλιο
• Μολυβδαίνιο
• Ωσμίο
• Ρήνιο
• Νιόβιο.

Η σύγχρονη παραγωγή ως προς τον αριθμό των κοιτασμάτων και το επίπεδο παραγωγής ικανοποιείται μόνο από βολφράμιο, μολυβδαίνιο, βανάδιο και χρώμιο. Το ρουθήνιο, το ιρίδιο, το ρόδιο και το όσμιο είναι αρκετά σπάνια σε φυσικές συνθήκες. Η ετήσια παραγωγή τους δεν ξεπερνά τους 1,6 τόνους.

Τα θερμοανθεκτικά μέταλλα έχουν τα ακόλουθα κύρια μειονεκτήματα:

• Αυξημένη ψυχρή ευθραυστότητα. Είναι ιδιαίτερα έντονο στο βολφράμιο, το μολυβδαίνιο και το χρώμιο. Η θερμοκρασία μετάβασης ενός μετάλλου από όλκιμο σε εύθραυστο είναι ελαφρώς πάνω από 100 ºC, γεγονός που δημιουργεί ταλαιπωρία κατά την επεξεργασία τους υπό πίεση.
• Αστάθεια στην οξείδωση. Εξαιτίας αυτού, σε θερμοκρασίες άνω των 1000 ºC, τα πυρίμαχα μέταλλα χρησιμοποιούνται μόνο με προκαταρκτική εφαρμογή γαλβανικών επιστρώσεων στην επιφάνειά τους. Το χρώμιο είναι το πιο ανθεκτικό στις διεργασίες οξείδωσης, αλλά ως πυρίμαχο μέταλλο έχει το χαμηλότερο σημείο τήξης.

Τα πιο πολλά υποσχόμενα πυρίμαχα μέταλλα περιλαμβάνουν το νιόβιο και το μολυβδαίνιο. Αυτό οφείλεται στην επικράτηση τους στη φύση και, κατά συνέπεια, στο χαμηλό κόστος σε σύγκριση με άλλα στοιχεία αυτής της ομάδας.

Το πιο πυρίμαχο μέταλλο που υπάρχει στη φύση είναι το βολφράμιο. Τα μηχανικά χαρακτηριστικά του δεν μειώνονται σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος άνω των 1800 ºC. Αλλά τα μειονεκτήματα που αναφέρονται παραπάνω συν η αυξημένη πυκνότητα περιορίζουν το πεδίο χρήσης του στην παραγωγή. Ως καθαρό μέταλλο, χρησιμοποιείται όλο και λιγότερο. Αλλά η αξία του βολφραμίου ως συστατικού κράματος αυξάνεται.

Φυσικές και μηχανικές ιδιότητες

Τα μέταλλα με υψηλό σημείο τήξης (πυρίμαχα) είναι μεταβατικά στοιχεία. Σύμφωνα με τον περιοδικό πίνακα, υπάρχουν 2 τύποι από αυτούς:

• Υποομάδα 5Α – ταντάλιο, βανάδιο και νιόβιο.
• Υποομάδα 6Α – βολφράμιο, χρώμιο και μολυβδαίνιο.

Το βανάδιο έχει τη χαμηλότερη πυκνότητα - 6100 kg/m3, το βολφράμιο έχει την υψηλότερη πυκνότητα - 19300 kg/m3. Το ειδικό βάρος των υπόλοιπων μετάλλων είναι εντός αυτών των τιμών. Αυτά τα μέταλλα χαρακτηρίζονται από χαμηλό συντελεστή γραμμικής διαστολής, μειωμένη ελαστικότητα και θερμική αγωγιμότητα.

Αυτά τα μέταλλα δεν αγώγουν καλά τον ηλεκτρισμό, αλλά έχουν την ποιότητα της υπεραγωγιμότητας. Η θερμοκρασία του καθεστώτος υπεραγωγιμότητας είναι 0,05-9 Κ με βάση τον τύπο του μετάλλου.

Απολύτως όλα τα πυρίμαχα μέταλλα χαρακτηρίζονται από αυξημένη ολκιμότητα σε συνθήκες δωματίου. Το βολφράμιο και το μολυβδαίνιο ξεχωρίζουν επίσης από άλλα μέταλλα λόγω της υψηλότερης αντοχής τους στη θερμότητα.

Αντοχή στη διάβρωση

Τα ανθεκτικά στη θερμότητα μέταλλα χαρακτηρίζονται από υψηλή αντοχή στους περισσότερους τύπους επιθετικών περιβαλλόντων. Η αντίσταση στη διάβρωση των στοιχείων των υποομάδων 5Α αυξάνεται από βανάδιο σε ταντάλιο. Για παράδειγμα, στους 25 ºC το βανάδιο διαλύεται σε aqua regia, ενώ το νιόβιο είναι εντελώς αδρανές προς αυτό το οξύ.

Το ταντάλιο, το βανάδιο και το νιόβιο είναι ανθεκτικά στα λιωμένα αλκαλικά μέταλλα. Με την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχει οξυγόνο στη σύνθεσή τους, γεγονός που αυξάνει σημαντικά την ένταση της χημικής αντίδρασης.

Το μολυβδαίνιο, το χρώμιο και το βολφράμιο έχουν μεγαλύτερη αντοχή στη διάβρωση. Έτσι, το νιτρικό οξύ, το οποίο διαλύει ενεργά το βανάδιο, έχει πολύ μικρότερη επίδραση στο μολυβδαίνιο. Σε θερμοκρασία 20 ºC αυτή η αντίδραση σταματά εντελώς.

Όλα τα πυρίμαχα μέταλλα εισέρχονται εύκολα σε χημικούς δεσμούς με αέρια. Η απορρόφηση του υδρογόνου από το περιβάλλον από το νιόβιο γίνεται στους 250 ºC. Ταντάλιο στους 500 ºC. Ο μόνος τρόπος για να σταματήσετε αυτές τις διεργασίες είναι να πραγματοποιήσετε ανόπτηση υπό κενό στους 1000 ºC. Αξίζει να σημειωθεί ότι το βολφράμιο, το χρώμιο και το μολυβδαίνιο είναι πολύ λιγότερο επιρρεπή στην αλληλεπίδραση με αέρια.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, μόνο το χρώμιο είναι ανθεκτικό στην οξείδωση. Αυτή η ιδιότητα οφείλεται στην ικανότητά του να σχηματίζει ένα στερεό φιλμ οξειδίου του χρωμίου στην επιφάνειά του. Η διάλυση του οξυγόνου από το χρώμιο συμβαίνει μόνο στους 700 C. Για άλλα πυρίμαχα μέταλλα, οι διαδικασίες οξείδωσης ξεκινούν περίπου στους 550 ºC.

Ψυχρή ευθραυστότητα

Η εξάπλωση της χρήσης ανθεκτικών στη θερμότητα μετάλλων στην παραγωγή παρεμποδίζεται από την αυξημένη τάση τους για ψυχρή ευθραυστότητα. Αυτό σημαίνει ότι όταν η θερμοκρασία πέσει κάτω από ένα ορισμένο επίπεδο, η ευθραυστότητα του μετάλλου αυξάνεται απότομα. Για το βανάδιο αυτή η θερμοκρασία είναι -195 ºC, για το νιόβιο -120 ºC και το βολφράμιο +330 ºC.

Η παρουσία ψυχρής ευθραυστότητας σε μέταλλα ανθεκτικά στη θερμότητα οφείλεται στην περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες στη σύνθεσή τους. Το μολυβδαίνιο ειδικής καθαρότητας (99,995%) διατηρεί αυξημένες πλαστικές ιδιότητες μέχρι τη θερμοκρασία του υγρού αζώτου. Αλλά η εισαγωγή μόνο 0,1% οξυγόνου μετατοπίζει το ψυχρό σημείο ευθραυστότητας στους -20 C.

Τομείς χρήσης

Μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του '40, τα πυρίμαχα μέταλλα χρησιμοποιούνταν μόνο ως στοιχεία κράματος για τη βελτίωση των μηχανικών χαρακτηριστικών των κραμάτων μη σιδηρούχου χάλυβα με βάση τον χαλκό και το νικέλιο στην ηλεκτρική βιομηχανία. Στην παραγωγή σκληρών κραμάτων χρησιμοποιήθηκαν επίσης ενώσεις μολυβδαινίου και βολφραμίου.

Η τεχνική επανάσταση που σχετίζεται με την ενεργό ανάπτυξη της αεροπορίας, της πυρηνικής βιομηχανίας και της πυραυλικής επιστήμης έχει βρει νέους τρόπους χρήσης πυρίμαχων μετάλλων. Ακολουθεί μια μερική λίστα νέων εφαρμογών:

• Παραγωγή θερμικών ασπίδων για την κεντρική μονάδα και τα πλαίσια πυραύλων.
• Δομικό υλικό για υπερηχητικά αεροσκάφη.
• Το νιόβιο χρησιμεύει ως υλικό για την κηρήθρα του διαστημοπλοίου. Και στην πυραυλική επιστήμη χρησιμοποιείται ως εναλλάκτες θερμότητας.
• Συστατικά θερμοκινητήρων και πυραύλων: ακροφύσια, ποδιές ουράς, πτερύγια τουρμπίνας, πτερύγια ακροφυσίων.
• Το βανάδιο είναι η βάση για την κατασκευή σωλήνων λεπτού τοιχώματος στοιχείων καυσίμου αντιδραστήρων σύντηξης στην πυρηνική βιομηχανία.
• Το βολφράμιο χρησιμοποιείται ως νήμα ηλεκτρικών λαμπτήρων.
• Το μολυβδαίνιο χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στην παραγωγή ηλεκτροδίων που χρησιμοποιούνται για την τήξη γυαλιού. Επιπλέον, το μολυβδαίνιο είναι ένα μέταλλο που χρησιμοποιείται για την παραγωγή καλουπιών έγχυσης.
• Παραγωγή εργαλείων θερμής επεξεργασίας εξαρτημάτων.

prompriem.ru

Το πιο πυρίμαχο μέταλλο στη γη

Οι περίεργοι πιθανώς ενδιαφέρονται για το ερώτημα ποιο μέταλλο είναι το πιο πυρίμαχο; Πριν απαντήσετε, αξίζει να κατανοήσετε την ίδια την έννοια της ανθεκτικότητας. Όλα τα μέταλλα που είναι γνωστά στην επιστήμη έχουν διαφορετικά σημεία τήξης λόγω διαφορετικών βαθμών σταθερότητας των δεσμών μεταξύ των ατόμων στο κρυσταλλικό πλέγμα. Όσο πιο αδύναμος είναι ο δεσμός, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία που απαιτείται για να σπάσει.

Τα πιο πυρίμαχα μέταλλα στον κόσμο χρησιμοποιούνται στην καθαρή τους μορφή ή σε κράματα για την παραγωγή εξαρτημάτων που λειτουργούν υπό ακραίες θερμικές συνθήκες. Μπορούν να αντέξουν αποτελεσματικά τις υψηλές θερμοκρασίες και να παρατείνουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής των μονάδων. Αλλά η αντίσταση των μετάλλων αυτής της ομάδας στις θερμικές επιδράσεις αναγκάζει τους μεταλλουργούς να καταφύγουν σε μη τυποποιημένες μεθόδους παραγωγής τους.

Ποιο μέταλλο είναι το πιο πυρίμαχο;

Το πιο πυρίμαχο μέταλλο στη Γη ανακαλύφθηκε το 1781 από τον Σουηδό επιστήμονα Carl Wilhelm Scheele. Το νέο υλικό ονομάζεται βολφράμιο. Ο Scheele μπόρεσε να συνθέσει τριοξείδιο του βολφραμίου διαλύοντας το μετάλλευμα σε νιτρικό οξύ. Το καθαρό μέταλλο απομονώθηκε δύο χρόνια αργότερα από τους Ισπανούς χημικούς Fausto Fermin και Juan José de Eluar. Το νέο στοιχείο δεν κέρδισε αμέσως αναγνώριση και υιοθετήθηκε από τους βιομήχανους. Το γεγονός είναι ότι η τεχνολογία εκείνης της εποχής δεν επέτρεπε την επεξεργασία μιας τέτοιας πυρίμαχης ουσίας, επομένως οι περισσότεροι σύγχρονοι δεν έδωσαν μεγάλη σημασία στην επιστημονική ανακάλυψη.

Το βολφράμιο εκτιμήθηκε πολύ αργότερα. Σήμερα, τα κράματά του χρησιμοποιούνται για την παραγωγή εξαρτημάτων ανθεκτικών στη θερμότητα για διάφορες βιομηχανίες. Το νήμα στους οικιακούς λαμπτήρες εκκένωσης αερίου είναι επίσης κατασκευασμένο από βολφράμιο. Χρησιμοποιείται επίσης στην αεροδιαστημική βιομηχανία για την παραγωγή ακροφυσίων πυραύλων και χρησιμοποιείται ως επαναχρησιμοποιήσιμα ηλεκτρόδια στη συγκόλληση τόξου αερίου. Εκτός από πυρίμαχο, το βολφράμιο έχει επίσης υψηλή πυκνότητα, γεγονός που το καθιστά κατάλληλο για την κατασκευή μπαστουνιών γκολφ υψηλής ποιότητας.

Οι ενώσεις βολφραμίου με μη μέταλλα χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως στη βιομηχανία. Έτσι, το σουλφίδιο χρησιμοποιείται ως λιπαντικό ανθεκτικό στη θερμότητα που μπορεί να αντέξει θερμοκρασίες έως και 500 βαθμούς Κελσίου, το καρβίδιο χρησιμοποιείται για την κατασκευή κόπτων, λειαντικών δίσκων και τρυπανιών που μπορούν να χειριστούν τις πιο σκληρές ουσίες και να αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες θέρμανσης. Ας εξετάσουμε επιτέλους τη βιομηχανική παραγωγή βολφραμίου. Το πιο πυρίμαχο μέταλλο έχει σημείο τήξης 3422 βαθμούς Κελσίου.

Πώς λαμβάνεται το βολφράμιο;

Το καθαρό βολφράμιο δεν υπάρχει στη φύση. Είναι μέρος πετρωμάτων με τη μορφή τριοξειδίου, καθώς και βολφραμίτες σιδήρου, μαγγανίου και ασβεστίου, λιγότερο συχνά χαλκού ή μολύβδου. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, η περιεκτικότητα σε βολφράμιο στον φλοιό της γης είναι κατά μέσο όρο 1,3 γραμμάρια ανά τόνο. Αυτό είναι ένα μάλλον σπάνιο στοιχείο σε σύγκριση με άλλους τύπους μετάλλων. Η περιεκτικότητα σε βολφράμιο στο μετάλλευμα μετά την εξόρυξη συνήθως δεν υπερβαίνει το 2%. Ως εκ τούτου, οι εξαγόμενες πρώτες ύλες αποστέλλονται σε εργοστάσια επεξεργασίας, όπου το κλάσμα μάζας του μετάλλου φτάνει στο 55-60% χρησιμοποιώντας μαγνητικό ή ηλεκτροστατικό διαχωρισμό.

Η διαδικασία παραγωγής του χωρίζεται σε τεχνολογικά στάδια. Στο πρώτο στάδιο, απομονώνεται καθαρό τριοξείδιο από το εξορυσσόμενο μετάλλευμα. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται η μέθοδος θερμικής αποσύνθεσης. Σε θερμοκρασίες από 500 έως 800 βαθμούς Κελσίου, όλα τα περιττά στοιχεία λιώνουν και το πυρίμαχο βολφράμιο με τη μορφή οξειδίου μπορεί εύκολα να συλλεχθεί από το τήγμα. Η παραγωγή είναι πρώτη ύλη με περιεκτικότητα σε εξασθενές οξείδιο του βολφραμίου 99%.

Η προκύπτουσα ένωση συνθλίβεται επιμελώς και διεξάγεται αντίδραση αναγωγής παρουσία υδρογόνου σε θερμοκρασία 700 βαθμών Κελσίου. Αυτό σας επιτρέπει να απομονώσετε καθαρό μέταλλο σε μορφή σκόνης. Στη συνέχεια, συμπιέζεται υπό υψηλή πίεση και πυροσυσσωματώνεται σε περιβάλλον υδρογόνου σε θερμοκρασίες 1200-1300 βαθμών Κελσίου. Μετά από αυτό, η προκύπτουσα μάζα αποστέλλεται σε έναν ηλεκτρικό κλίβανο τήξης, όπου, υπό την επίδραση του ρεύματος, θερμαίνεται σε θερμοκρασία άνω των 3000 βαθμών. Έτσι το βολφράμιο μετατρέπεται σε λιωμένη κατάσταση.

Για τον τελικό καθαρισμό από ακαθαρσίες και τη λήψη ενός μονοκρυσταλλικού δομικού πλέγματος, χρησιμοποιείται η μέθοδος τήξης ζώνης. Υπονοεί ότι σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή μόνο μια συγκεκριμένη ζώνη της συνολικής επιφάνειας του μετάλλου είναι λιωμένη. Σταδιακά κινούμενη, αυτή η ζώνη ανακατανέμει ακαθαρσίες, με αποτέλεσμα να συσσωρεύονται τελικά σε ένα μέρος και να αφαιρούνται εύκολα από τη δομή του κράματος.

Το έτοιμο βολφράμιο φτάνει στην αποθήκη με τη μορφή ράβδων ή πλινθωμάτων, που προορίζονται για την επακόλουθη παραγωγή των επιθυμητών προϊόντων. Για να ληφθούν κράματα βολφραμίου, όλα τα συστατικά στοιχεία συνθλίβονται και αναμιγνύονται σε μορφή σκόνης στις απαιτούμενες αναλογίες. Στη συνέχεια, η πυροσυσσωμάτωση και η τήξη πραγματοποιούνται σε ηλεκτρικό κλίβανο.

promplace.ru

Τα πυρίμαχα μέταλλα είναι... Τι είναι τα πυρίμαχα μέταλλα;

H																		Αυτός
Li	Είναι												σι	ντο	Ν	Ο	φά	Ne
Να	Mg												Ο Αλ	Σι	Π	μικρό	Cl	Ar
κ	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Γε	Οπως και	Se	Br	Κρ
Rb	Sr	Υ	Zr	Σημ	Μο	Tc	Ru	Rh	Pd	Αγ	CD	Σε	Sn	Sb	Te	Εγώ	Xe
Cs	Ba	Λα	*	Hf	Ta	W	Σχετικά με	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Ταχυδρομείο	Στο	Rn
Ο π	Ra	Μετα Χριστον	**	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg
			*	Ce	Πρ	Nd	Μετα μεσημβριας	Sm	ΕΕ	Gd	Tb	Dy	Ho	Ερ	Tm	Yb	Lu
			**	Th	Pa	U	Np	Pu	Είμαι	Εκ	Bk	Πρβλ	Es	Fm	MD	Οχι	Lr

Πυρίμαχα μέταλλα- μια κατηγορία χημικών στοιχείων (μέταλλα) που έχουν πολύ υψηλό σημείο τήξης και αντοχή στη φθορά. Η έκφραση πυρίμαχα μέταλλα χρησιμοποιείται συχνότερα σε κλάδους όπως η επιστήμη των υλικών, η μεταλλουργία και οι επιστήμες μηχανικής. Ο ορισμός των πυρίμαχων μετάλλων ισχύει για κάθε στοιχείο της ομάδας διαφορετικά. Οι κύριοι εκπρόσωποι αυτής της κατηγορίας στοιχείων είναι τα στοιχεία της πέμπτης περιόδου - το νιόβιο και το μολυβδαίνιο. έκτη περίοδος - ταντάλιο, βολφράμιο και ρήνιο. Όλα έχουν σημείο τήξης πάνω από 2000 °C, είναι χημικά σχετικά αδρανή και έχουν αυξημένη πυκνότητα. Χάρη στη μεταλλουργία σκόνης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ανταλλακτικών για διάφορες βιομηχανίες.

Ορισμός

Οι περισσότεροι ορισμοί του όρου πυρίμαχα μέταλλα τα ορίζουν ως μέταλλα με υψηλά σημεία τήξης. Σύμφωνα με αυτόν τον ορισμό, είναι απαραίτητο τα μέταλλα να έχουν σημείο τήξης πάνω από 2.200 °C. Αυτό είναι απαραίτητο για τον ορισμό τους ως πυρίμαχα μέταλλα. Πέντε στοιχεία - νιόβιο, μολυβδαίνιο, ταντάλιο, βολφράμιο και ρήνιο περιλαμβάνονται σε αυτόν τον κατάλογο ως τα κύρια, ενώ ένας ευρύτερος ορισμός αυτών των μετάλλων μας επιτρέπει επίσης να συμπεριλάβουμε στοιχεία με σημείο τήξης 2123 K (1850 °C) - τιτάνιο, βανάδιο , χρώμιο, ζιρκόνιο, άφνιο, ρουθήνιο και όσμιο. Τα στοιχεία υπερουρανίου (όλα τα ισότοπα των οποίων είναι ασταθή και πολύ δύσκολο να βρεθούν στη γη) δεν θα ταξινομηθούν ποτέ ως πυρίμαχα μέταλλα.

Ιδιότητες

Φυσικές ιδιότητες

Το σημείο τήξης αυτών των στοιχείων είναι το υψηλότερο, εξαιρουμένου του άνθρακα και του οσμίου. Αυτή η ιδιότητα εξαρτάται όχι μόνο από τις ιδιότητές τους, αλλά και από τις ιδιότητες των κραμάτων τους. Τα μέταλλα έχουν κυβικό σύστημα, με εξαίρεση το ρήνιο, στο οποίο έχει τη μορφή εξαγωνικής στενής συσκευασίας. Οι περισσότερες από τις φυσικές ιδιότητες των στοιχείων αυτής της ομάδας ποικίλλουν σημαντικά επειδή είναι μέλη διαφορετικών ομάδων.

Αντοχή στην παραμόρφωση ερπυσμού ( Αγγλικά) είναι μια καθοριστική ιδιότητα των πυρίμαχων μετάλλων. Στα συνηθισμένα μέταλλα, η παραμόρφωση ξεκινά από το σημείο τήξης του μετάλλου και ως εκ τούτου η παραμόρφωση ερπυσμού στα κράματα αλουμινίου ξεκινά στους 200 °C, ενώ στα πυρίμαχα μέταλλα ξεκινά στους 1500 °C. Αυτή η αντίσταση στην παραμόρφωση και το υψηλό σημείο τήξης επιτρέπει τη χρήση πυρίμαχων μετάλλων, για παράδειγμα, ως εξαρτήματα κινητήρα τζετ ή στη σφυρηλάτηση διαφόρων υλικών.

Χημικές ιδιότητες

Στην ύπαιθρο υφίστανται οξείδωση. Αυτή η αντίδραση επιβραδύνεται λόγω του σχηματισμού ενός παθητικοποιημένου στρώματος. Το οξείδιο του ρηνίου είναι πολύ ασταθές γιατί όταν περνάει μια πυκνή ροή οξυγόνου, το φιλμ οξειδίου του εξατμίζεται. Όλα τους είναι σχετικά ανθεκτικά στα οξέα.

Εφαρμογή

Τα πυρίμαχα μέταλλα χρησιμοποιούνται ως πηγές φωτός, εξαρτήματα, λιπαντικά, στην πυρηνική βιομηχανία ως ARC και ως καταλύτης. Επειδή έχουν υψηλά σημεία τήξης, δεν χρησιμοποιούνται ποτέ ως ανοιχτό υλικό τήξης. Σε μορφή σκόνης, το υλικό συμπιέζεται χρησιμοποιώντας φούρνους τήξης. Τα πυρίμαχα μέταλλα μπορούν να υποστούν επεξεργασία σε σύρμα, ράβδο, ράβδο οπλισμού, κασσίτερο ή φύλλο.

Βολφράμιο και τα κράματά του

Το βολφράμιο ανακαλύφθηκε το 1781 από τον Σουηδό χημικό Carl Wilhelm Scheele. Το βολφράμιο έχει το υψηλότερο σημείο τήξης από όλα τα μέταλλα - 3422 °C.

Βολφράμιο.

Το ρήνιο χρησιμοποιείται σε κράματα με βολφράμιο σε συγκεντρώσεις έως και 22%, γεγονός που αυξάνει την ανθεκτικότητα και την αντοχή στη διάβρωση. Το θόριο χρησιμοποιείται ως συστατικό κράματος του βολφραμίου. Αυτό αυξάνει την αντοχή στη φθορά των υλικών. Στη μεταλλουργία σκόνης, τα συστατικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πυροσυσσωμάτωση και επακόλουθη εφαρμογή. Για τη λήψη βαρέων κραμάτων βολφραμίου χρησιμοποιούνται νικέλιο και σίδηρος ή νικέλιο και χαλκός. Η περιεκτικότητα σε βολφράμιο σε αυτά τα κράματα είναι συνήθως πάνω από 90%. Η ανάμειξη του υλικού κραμάτων με αυτό είναι χαμηλή ακόμη και κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης.

Το βολφράμιο και τα κράματά του εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται όπου υπάρχουν υψηλές θερμοκρασίες, αλλά απαιτείται υψηλή σκληρότητα και όπου η υψηλή πυκνότητα μπορεί να παραμεληθεί. Τα νήματα που αποτελούνται από βολφράμιο βρίσκουν τη χρήση τους στην καθημερινή ζωή και στην κατασκευή οργάνων. Οι λαμπτήρες μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε φως πιο αποτελεσματικά καθώς αυξάνονται οι θερμοκρασίες. Στη συγκόλληση τόξου αερίου βολφραμίου ( Αγγλικά) ο εξοπλισμός χρησιμοποιείται συνεχώς, χωρίς να λιώνει το ηλεκτρόδιο. Το υψηλό σημείο τήξης του βολφραμίου του επιτρέπει να χρησιμοποιείται στη συγκόλληση χωρίς κόστος. Η υψηλή πυκνότητα και η σκληρότητα του βολφραμίου του επιτρέπουν να χρησιμοποιηθεί σε βλήματα πυροβολικού. Το υψηλό σημείο τήξεώς του χρησιμοποιείται στην κατασκευή ακροφυσίων πυραύλων, όπως για παράδειγμα ο πύραυλος Polaris. Μερικές φορές βρίσκει τη χρήση του λόγω της πυκνότητάς του. Για παράδειγμα, βρίσκει τη χρήση του στην παραγωγή μπαστούνια γκολφ. Σε τέτοια μέρη, η χρήση δεν περιορίζεται στο βολφράμιο, αφού μπορεί να χρησιμοποιηθεί και το πιο ακριβό όσμιο.

Κράματα μολυβδαινίου

Μολυβδαίνιο.

Τα κράματα μολυβδαινίου χρησιμοποιούνται ευρέως. Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο κράμα - τιτάνιο-ζιρκόνιο-μολυβδαίνιο - περιέχει 0,5% τιτάνιο, 0,08% ζιρκόνιο και το υπόλοιπο μολυβδαίνιο. Το κράμα έχει αυξημένη αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες. Η θερμοκρασία λειτουργίας για το κράμα είναι 1060 °C. Η υψηλή αντοχή του κράματος βολφραμίου-μολυβδαινίου (Mo 70%, W 30%) το καθιστά ιδανικό υλικό για τη χύτευση εξαρτημάτων ψευδαργύρου όπως βαλβίδες.

Το μολυβδαίνιο χρησιμοποιείται σε ρελέ καλαμιών υδραργύρου επειδή ο υδράργυρος δεν σχηματίζει αμαλγάματα με το μολυβδαίνιο.

Το μολυβδαίνιο είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο πυρίμαχο μέταλλο. Το πιο σημαντικό είναι η χρήση του ως ενισχυτικό για κράματα χάλυβα. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή αγωγών μαζί με ανοξείδωτο χάλυβα. Το υψηλό σημείο τήξης του μολυβδαινίου, η αντοχή στη φθορά και ο χαμηλός συντελεστής τριβής το καθιστούν ένα πολύ χρήσιμο υλικό κράματος. Οι εξαιρετικές του ιδιότητες τριβής το οδηγούν να χρησιμοποιείται ως λιπαντικό όπου απαιτείται αξιοπιστία και απόδοση. Χρησιμοποιείται στην παραγωγή αρμών CV στην αυτοκινητοβιομηχανία. Μεγάλα κοιτάσματα μολυβδαινίου βρίσκονται στην Κίνα, τις ΗΠΑ, τη Χιλή και τον Καναδά.

Κράματα νιοβίου

Το σκούρο μέρος του ακροφυσίου Apollo CSM είναι κατασκευασμένο από κράμα τιτανίου-νιοβίου.

Το νιόβιο βρίσκεται σχεδόν πάντα μαζί με το ταντάλιο. Το νιόβιο πήρε το όνομά του από τη Νιόβη, την κόρη του Ταντάλου στην ελληνική μυθολογία. Το νιόβιο έχει πολλές χρήσεις, μερικές από τις οποίες μοιράζεται με πυρίμαχα μέταλλα. Η μοναδικότητά του έγκειται στο γεγονός ότι μπορεί να αναπτυχθεί με ανόπτηση για να επιτύχει ένα ευρύ φάσμα ιδιοτήτων σκληρότητας και ελαστικότητας. Ο δείκτης πυκνότητάς του είναι ο μικρότερος σε σύγκριση με άλλα μέταλλα αυτής της ομάδας. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές και είναι το πιο κοινό μέταλλο σε υπεραγώγιμα κράματα. Το νιόβιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αεριοστρόβιλους αεροσκαφών, σωλήνες κενού και πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Το κράμα νιοβίου C103, το οποίο αποτελείται από 89% νιόβιο, 10% άφνιο και 1% τιτάνιο, χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ακροφυσίων σε κινητήρες υγρών πυραύλων, όπως το Apollo CSM ( Αγγλικά) . Το κράμα που χρησιμοποιείται δεν επιτρέπει στο νιόβιο να οξειδωθεί, καθώς η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία 400 °C.

Ταντάλιο

Το ταντάλιο είναι το πιο ανθεκτικό στη διάβρωση μέταλλο από όλα τα πυρίμαχα μέταλλα.

Μια σημαντική ιδιότητα του τανταλίου ανακαλύφθηκε μέσω της χρήσης του στην ιατρική - είναι σε θέση να αντέξει ένα όξινο περιβάλλον (του σώματος). Μερικές φορές χρησιμοποιείται σε ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές. Χρησιμοποιείται σε πυκνωτές κινητών τηλεφώνων και υπολογιστών.

Κράματα ρηνίου

Το ρήνιο είναι το πιο πρόσφατα ανακαλυφθέν πυρίμαχο στοιχείο ολόκληρης της ομάδας. Βρίσκεται σε χαμηλές συγκεντρώσεις στα μεταλλεύματα άλλων μετάλλων αυτής της ομάδας - πλατίνας ή χαλκού. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συστατικό κράματος με άλλα μέταλλα και δίνει στα κράματα καλά χαρακτηριστικά - ελατότητα και αυξάνει την αντοχή σε εφελκυσμό. Τα κράματα ρηνίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα, γυροσκόπια και πυρηνικούς αντιδραστήρες. Η σημαντικότερη εφαρμογή του είναι ως καταλύτης. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αλκυλίωση, αποαλκυλίωση, υδρογόνωση και οξείδωση. Η σπάνια παρουσία του στη φύση το καθιστά το πιο ακριβό από όλα τα πυρίμαχα μέταλλα.

Γενικές ιδιότητες πυρίμαχων μετάλλων

Τα πυρίμαχα μέταλλα και τα κράματά τους προσελκύουν την προσοχή των ερευνητών λόγω των ασυνήθιστων ιδιοτήτων τους και των μελλοντικών προοπτικών εφαρμογής τους.

Οι φυσικές ιδιότητες των πυρίμαχων μετάλλων όπως το μολυβδαίνιο, το ταντάλιο και το βολφράμιο, η σκληρότητα και η σταθερότητά τους σε υψηλές θερμοκρασίες τα καθιστούν υλικό που χρησιμοποιείται για την επεξεργασία θερμών μετάλλων υλικών τόσο στο κενό όσο και χωρίς αυτό. Πολλά εξαρτήματα βασίζονται στις μοναδικές τους ιδιότητες: για παράδειγμα, τα νήματα βολφραμίου αντέχουν σε θερμοκρασίες έως και 3073K.

Ωστόσο, η αντοχή τους στην οξείδωση έως τους 500 °C το καθιστά ένα από τα κύρια μειονεκτήματα αυτής της ομάδας. Η επαφή με τον αέρα μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την απόδοσή τους σε υψηλές θερμοκρασίες. Γι' αυτό χρησιμοποιούνται σε υλικά στα οποία είναι απομονωμένα από το οξυγόνο (για παράδειγμα, ένας λαμπτήρας).

Κράματα πυρίμαχων μετάλλων - μολυβδαίνιο, ταντάλιο και βολφράμιο - χρησιμοποιούνται σε μέρη των διαστημικών πυρηνικών τεχνολογιών. Αυτά τα εξαρτήματα έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να αντέχουν σε υψηλές θερμοκρασίες (1350K έως 1900K). Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, δεν πρέπει να έρχονται σε επαφή με το οξυγόνο.

δείτε επίσης

Σημειώσεις

1. H. Ortner International Journal of Refractory Metals and Hard Materials (Αγγλικά). Elsevier. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 20 Ιουνίου 2012. Ανακτήθηκε στις 26 Σεπτεμβρίου 2010.
2. Michael BauccioΠυρίμαχα μέταλλα // Βιβλίο αναφοράς μετάλλων ASM / American Society for Metals. - ASM International, 1993. - σελ. 120-122. - ISBN 19939780871704788
3. Wilson, J. W.Γενική Συμπεριφορά Πυρίμαχων Μετάλλων // Συμπεριφορά και Ιδιότητες Πυρίμαχων Μετάλλων. - Stanford University Press, 1965. - σσ. 1-28. - 419 σελ. - ISBN 9780804701624
4. Joseph R. DavisΚραματοποίηση: κατανόηση των βασικών. - ASM International, 2001. - σελ. 308-333. - 647 σ. - ISBN 9780871707444
5. 1 2 Μπορισένκο, Β. Α.Διερεύνηση της εξάρτησης από τη θερμοκρασία της σκληρότητας του μολυβδαινίου στην περιοχή 20-2500 °C // Περιοδικό Σοβιετικής Σκόνης Μεταλλουργίας και Κεραμικών Μετάλλων. - 1963. - Σ. 182. - DOI:10.1007/BF00775076
6. Fathi, HabashiΙστορική Εισαγωγή στα Πυρίμαχα Μέταλλα // Journal of Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. - 2001. - Σελ. 25-53. - DOI: 10.1080/08827509808962488
7. Schmid, Kalpakjian Creep // Κατασκευαστική μηχανική και τεχνολογία. - Pearson Prentice Hall, 2006. - σελ. 86-93. - 1326 σ. - ISBN 9787302125358
8. Weroński, Andrzej; Hejwowski, TadeuszΥλικά ανθεκτικά σε ερπυσμό // Θερμική κόπωση μετάλλων. - CRC Press, 1991. - σελ. 81-93. - 366 s. - ISBN 9780824777265
9. 1 2 Erik Lassner, Wolf-Dieter SchubertΒολφράμιο: ιδιότητες, χημεία, τεχνολογία του στοιχείου, κράματα και χημικές ενώσεις. - Springer, 1999. - σσ. 255-282. - 422 s. - ISBN 9780306450532
10. Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας (Η.Π.Α.), Ομάδα για το Βολφράμιο, Επιτροπή για τις τεχνικές πτυχές του κρίσιμου και στρατηγικού υλικούΤάσεις στη χρήση βολφραμίου: Αναφορά. - National Research Council, National Academy of Sciences-National Academy of Engineering, 1973. - σσ. 1-3. - 90 s.
11. Michael K. HarrisΥγεία και ασφάλεια συγκόλλησης // Υγεία και ασφάλεια συγκόλλησης: ένας επιτόπιος οδηγός για επαγγελματίες του OEHS. - AIHA, 2002. - Σ. 28. - 222 σελ. - ISBN 9781931504287
12. William L. Galvery, Frank M. MarlowΒασικά στοιχεία συγκόλλησης: ερωτήσεις & απαντήσεις. - Industrial Press Inc., 2001. - P. 185. - 469 p. - ISBN 9780831131517
13. W. Lanz, W. Odermatt, G. Weihrauch (7-11 Μαΐου 2001). «ΒΛΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΤΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: ΙΣΤΟΡΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ, ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΕΧΝΗΣ, ΤΑΣΕΙΣ» στο 19ο Διεθνές Συμπόσιο Βαλλιστικής..
14. P. RamakrishnanΜεταλλουργία σκόνης για εφαρμογές αεροδιαστημικής // Μεταλλουργία σκόνης: επεξεργασία για την αυτοκινητοβιομηχανία, την ηλεκτρική/ηλεκτρονική βιομηχανία και τη βιομηχανία μηχανικής. - New Age International, 2007. - P. 38. - 381 p. - ISBN 8122420303
15. Arora, ArranΒαρύ κράμα βολφραμίου για αμυντικές εφαρμογές // Περιοδικό Τεχνολογίας Υλικών. - 2004. - V. 19. - Αρ. 4. - Σ. 210-216.
16. V. S. Moxson, F. H. FroesΚατασκευή εξαρτημάτων αθλητικού εξοπλισμού μέσω μεταλλουργίας σκόνης // Περιοδικό JOM. - 2001. - V. 53. - P. 39. - DOI:10.1007/s11837-001-0147-z
17. Robert E. Smallwood TZM Moly Alloy // Ειδική τεχνική δημοσίευση ASTM 849: Πυρίμαχα μέταλλα και οι βιομηχανικές εφαρμογές τους: συμπόσιο. - ASTM International, 1984. - P. 9. - 120 p. - ISBN 19849780803102033
18. Kozbagarova, G. A.; Musina, A. S.; Mikhaleva, V. A.Αντοχή στη διάβρωση του μολυβδαινίου στον υδράργυρο // Περιοδικό Protection of Metals. - 2003. - V. 39. - Σ. 374-376. - DOI:10.1023/A:1024903616630
19. Gupta, C.K.Ηλεκτρική και Ηλεκτρονική Βιομηχανία // Εξορυκτική Μεταλλουργία Μολυβδαινίου. - CRC Press, 1992. - σσ. 48-49. - 404 s. - ISBN 9780849347580
20. Michael J. Magyar Commodity Summary 2009: Molybdenum. Γεωλογικό Ινστιτούτο Ηνωμένων Πολιτειών. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 20 Ιουνίου 2012. Ανακτήθηκε στις 26 Σεπτεμβρίου 2010.
21. D.R. Έρβιν, Ντ. Λ. Bourell, C. Persad, L. RabenbergΔομή και ιδιότητες του ενοποιημένου κράματος μολυβδαινίου υψηλής ενέργειας, υψηλής ταχύτητας TZM // Journal of Materials Science and Engineering: Α. - 1988. - V. 102. - Σ. 25.
22. Neikov Oleg D. Properties of Molybdenum and Molybdenum Alloys powder // Εγχειρίδιο σκόνης μη σιδηρούχων μετάλλων: Τεχνολογίες και Εφαρμογές. - Elsevier, 2009. - σσ. 464-466. - 621 σ. - ISBN 9781856174220
23. Joseph R. DavisΠυρίμαχα μέταλλα και κράματα // Εγχειρίδιο ειδικότητας ASM: Ανθεκτικά στη θερμότητα υλικά. - ASM International, 1997. - σελ. 361-382. - 591 σ. - ISBN 9780871705969
24. 1 2 John HebdaΚράματα νιοβίου και εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας // Journal of Niobium Science & Technology: Proceedings of the International Symposium Niobium 2001 (Orlando, Florida, USA). - Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração, 2001.
25. J. W. WilsonΡήνιο // Συμπεριφορά και ιδιότητες πυρίμαχων μετάλλων. - Stanford University Press, 1965. - ISBN 9780804701624

Βιβλιογραφία

• Λεβίτιν, ΒαλίμΚαταπόνηση μετάλλων και κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας: Φυσικά βασικά στοιχεία. - WILEY-VCH, 2006. - ISBN 978-3-527-31338-9
• Μπρούνερ, Τ. Χημικές και δομικές αναλύσεις αερολύματος και σωματιδίων ιπτάμενης τέφρας από μονάδες καύσης βιομάζας σταθερής κλίνης με ηλεκτρονική μικροσκοπία, 1ο Παγκόσμιο Συνέδριο για τη Βιομάζα για την Ενέργεια και τη Βιομηχανία: πρακτικά του συνεδρίου που πραγματοποιήθηκε στη Σεβίλλη, Ισπανία, 5-9 Ιουνίου 2000,Λονδίνο: James & James Ltd(2000). Ανακτήθηκε στις 26 Σεπτεμβρίου 2010.
• Ντόναλντ ΣπινκΑντιδραστικά Μέταλλα. Ζιρκόνιο, άφνιο και τιτάνιο // . - 1961. - V. 53. - Αρ. 2. - Σ. 97-104. - DOI:10.1021/ie50614a019
• Κόμης ΧέιςΧρώμιο και Βανάδιο // Journal of Industrial & Engineering Chemistry. - 1961. - V. 53. - Αρ. 2. - Σ. 105-107. - DOI:10.1021/ie50614a020