융점이 높은 물질. 가장 내화성이 높은 금속. 금속의 특성. 가장 내화성이 강한 금속은 텅스텐이다.

알려진 바와 같이, 가장 가용성이 높은 금속은 수은으로, 액체와 고체 모두에서 전기 전도성을 갖는 것이 확인된 직후 금속으로 분류되었습니다.

프랑슘은 가장 가용성이 높은 금속이라는 타이틀을 놓고 "경쟁"할 수 있지만, 높은 방사능으로 인해 잘 연구될 수 없는 희귀 금속입니다. 우리는 가장 가용성이 높은 물질에 대해 알고 있지만 어떤 금속이 가장 내화성이 있습니까? 이것은 텅스텐입니다.

이 금속은 어떻게 발견됐나요?

세계에서 가장 다루기 힘든 금속은 스웨덴 과학자 K.V. Scheele(1781년)에 의해 발견되었습니다. 그는 광석을 질산에 용해시켜 삼산화 텅스텐(가장 가벼운 금속이라고 함)을 합성했습니다. 몇 년 후, 스페인의 화학자 F. Fermin과 J. José de Eluard가 가장 순수한 금속을 얻었는데, 그는 이를 철중철석에서 분리했습니다. 그러나 당시이 발견은 인류에게 특별히 깊은 인상을주지 않았으며 결과 금속을 처리하는 데 필요한 기술이 존재하지 않았기 때문입니다.

텅스텐은 어디에 사용되나요?

텅스텐 화합물이 널리 사용됩니다. 그들은 엔지니어링 및 광업 산업에서 우물을 뚫는 데 사용됩니다. 높은 강도와 경도로 인해 이 금속은 항공기 엔진, 필라멘트, 포탄, 고속 자이로스코프 로터, 총알 등의 부품을 만드는 데 사용됩니다. 텅스텐은 아르곤-아크 용접의 전극으로도 성공적으로 사용됩니다. 이러한 산업은 섬유, 페인트 및 바니시와 같은 텅스텐 화합물 없이는 할 수 없습니다.

생산기술

"순수한" 텅스텐은 자연에서 발견할 수 없기 때문에(암석의 구성 요소) 이 금속을 분리하는 절차가 필요합니다. 또한 과학자들은 지각의 함량을 다음과 같이 추정합니다. 암석 1000kg당 텅스텐 함량은 1.3g에 불과합니다. 내화성이 가장 높은 금속은 알려진 유형의 금속과 비교하면 다소 희귀한 원소라는 점을 알 수 있습니다.

지구 깊은 곳에서 광석을 채굴할 때 그 안에 들어 있는 텅스텐의 양은 최대 2%에 불과합니다. 이러한 이유로 추출된 원자재는 가공 공장으로 이동하며, 여기서 특수한 방법을 사용하여 금속의 질량 비율을 60%로 줄입니다. "순수한" 텅스텐을 얻을 때 공정은 여러 기술 단계로 나누어집니다. 첫 번째는 채굴된 원료로부터 순수한 삼산화물을 분리하는 것입니다. 이를 위해 금속의 최고 융점이 500~800도일 때 열분해가 사용됩니다. 이 온도에서 과잉 원소는 녹고, 녹은 덩어리로부터 산화텅스텐이 수집됩니다.

다음으로, 생성된 화합물은 철저한 분쇄 단계를 거쳐 환원 반응이 일어납니다. 이를 위해 수소를 추가하고 700도 온도를 사용합니다. 그 결과 가루처럼 보이는 순수한 금속이 탄생했습니다. 그런 다음 고압을 사용하여 분말을 압축하고 온도가 1200-1300 도인 수소 환경에서 소결하는 과정이 이어집니다.

결과물은 특수 용해로로 보내져 전류에 의해 3000도 이상으로 가열됩니다. 즉, 텅스텐은 녹은 후에 액체로 변합니다. 그런 다음 덩어리에서 불순물이 제거되고 단결정 격자가 생성됩니다. 이를 위해 그들은 구역 용융 방법을 사용합니다. 그 본질은 특정 기간 동안 금속의 일부만 용융된다는 것입니다. 이 방법을 사용하면 한 영역에 축적된 불순물을 재분배하여 합금의 전체 구조에서 쉽게 제거할 수 있습니다. 필요한 텅스텐은 다양한 산업 분야에서 필요한 유형의 제품을 생산하는 데 사용되는 잉곳 형태로 제공됩니다.

텅스텐 금속

가장 내화성이 강한 금속인 텅스텐(볼프라뮴)은 1783년에 발견되었습니다. 스페인 화학자 d'Eluyar 형제는 광물인 철망간석에서 이를 분리하고 탄소로 환원시켰습니다. 현재 텅스텐 생산 원료는 철중철석과 회중석 정광(WO3)입니다. 텅스텐 분말은 700-850 °C의 온도에서 전기로에서 생산됩니다. 금속 자체는 강철 주형에 압력을 가하고 공작물을 추가로 열처리하여 분말로 생산됩니다. 마지막 요점은 전류를 흘림으로써 약 3000°C까지 가열된다는 것입니다.

산업 응용

텅스텐은 오랫동안 산업적 응용을 찾지 못했습니다. 19세기에야 그들은 텅스텐이 다른 성질의 강철 특성에 미치는 영향을 연구하기 시작했습니다. 20세기 초에 텅스텐은 전구에 사용되기 시작했습니다. 텅스텐으로 만든 필라멘트는 최대 2200°C까지 가열됩니다. 이러한 능력에서 텅스텐은 우리 시대에 없어서는 안 될 요소입니다.

텅스텐강은 방위산업에서도 탱크 장갑, 어뢰, 포탄, 항공기의 가장 얇은 부품 등을 생산하는 데 사용됩니다. 텅스텐강으로 제작된 이 공구는 가장 혹독한 금속 가공 공정을 견딜 수 있습니다.

텅스텐은 특별한 내화성, 무거움 및 경도가 다른 모든 금속 형제와 다릅니다. 순수한 텅스텐은 3380°C에서 녹지만, 태양 표면 온도와 일치하는 5900°C에서만 끓습니다.

1kg의 텅스텐으로 3.5km 길이의 와이어를 만들 수 있습니다. 이 길이는 60와트 전구 23,000개용 필라멘트를 생산하기에 충분합니다.

어떤 금속이 내화물로 간주되는지에 대한 합의는 아직 이루어지지 않았습니다. 대부분 철의 녹는점(1536°C)보다 높은 온도에서 녹는 금속은 일반적으로 내화물로 분류됩니다. 순수한 형태와 합금의 기초로 사용되는 모든 내화 금속 중에서 티타늄, 지르코늄, 몰리브덴, 텅스텐 및 훨씬 적은 양의 니오븀, 탄탈륨 및 바나듐이 기술에 널리 사용됩니다.

최근까지 내화금속은 분말야금법으로 생산되었으며 주로 철강 및 일부 합금의 합금화에 사용되었습니다. 항공 및 로켓 기술의 증가하는 요구를 충족시키기 위해 점점 더 내열성 재료가 필요하기 때문에 내열성 구조 재료로 내화 금속 및 합금이 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이 경우 불순물, 특히 가스로 오염된 내화 금속은 깨지기 쉽고 압력 및 용접으로 가공하기 어렵기 때문에 청결도에 대한 요구 사항이 높아집니다.

티타늄 및 그 합금

D.I. Mendeleev 주기율표의 4족 원소인 티타늄은 전이 금속입니다. 밀도가 상대적으로 낮습니다(4.51g/cm3). 비강도 측면에서 티타늄 합금은 합금강 및 고강도 알루미늄 합금보다 우수하므로 항공 및 로켓 공학에 없어서는 안될 구조 재료입니다. 구조 재료로서 티타늄과 그 합금의 주요 단점은 철과 그 합금의 약 절반인 작은 탄성 계수(§ 5 참조)입니다. 티타늄은 1670°C에서 녹으며, 고체 상태에서는 두 가지 동소체 변형이 있습니다. 최대 882°C까지 존재하는 저온 α-변형은 육각형의 밀집된 격자를 가지고 있습니다. 고온 β-변형은 체심 입방격자를 갖는다. 티타늄은 담수, 해수 및 다양한 공격적인 환경에서 높은 내식성을 갖는 것이 특징입니다. 이 특성은 표면에 보호 산화막이 형성되는 것으로 설명되므로 티타늄은 산화막을 파괴하지 않거나 산화막 형성을 촉진하지 않는 환경(묽은 황산, 왕수, 질산)에서 특히 내성이 있습니다.

최대 500°C의 온도에서 티타늄은 사실상 저항력이 있습니다. 500°C 이상에서는 대기 가스(산소, 질소)는 물론 수소, 일산화탄소 및 수증기와 활발하게 상호 작용합니다. 티타늄에 상당량 용해되는 질소와 산소는 티타늄의 플라스틱 특성을 감소시킵니다. 0.1~0.2%를 초과하는 함량의 탄소는 결정립 경계를 따라 티타늄 카바이드 형태로 증착되며 티타늄의 연성을 크게 감소시킵니다. 특히 유해한 불순물은 수소입니다. 이는 1000분의 1%라도 존재하더라도 매우 부서지기 쉬운 수소화물이 나타나 티타늄의 저온 취성을 유발합니다. 이러한 모든 불순물은 티타늄의 내식성과 용접성을 손상시킵니다. 강한 반응성으로 인해 티타늄과 그 합금은 수냉식 구리 결정화기의 진공 아크 전기로에서 녹습니다.

다형성 변태 온도에 미치는 영향을 통해 티타늄에 도입된 합금 원소의 영향을 평가하는 것이 좋습니다. 큰 그룹의 금속은 β상의 존재 범위를 증가시키고 실온까지 안정하게 만듭니다. β 안정제라고 불리는 이러한 원소에는 전이 금속 V, Cr, Mn, Mo, Nb, Fe가 포함됩니다. 다른 요소는 활성 β-안정제로서 티타늄의 α-변형의 존재 범위를 확장합니다. 여기에는 Al, O, N, C가 포함됩니다. 중성 원소(Sn, Zr, Hf)도 알려져 있으며 실제로 다형성 변환 온도에 영향을 미치지 않습니다.

따라서 티타늄이 상온에서 하나 이상의 원소로 도핑되면 α-, α+β- 또는 β-상으로 구성된 서로 다른 구조를 얻을 수 있습니다. 모든 현대 티타늄 합금은 이 세 그룹으로 구분됩니다.

거의 모든 티타늄 합금은 알루미늄과 합금되어 있습니다. 이는 알루미늄이 만족스러운 연성을 유지하면서 α상과 β상을 모두 효과적으로 강화하고, 합금의 내열성을 높이며, 수소 취화 경향을 감소시킨다는 사실로 설명됩니다.

일반적인 단조 티타늄 α-합금은 5% Al을 함유한 BT5 이중 합금입니다. 실온에서 이 합금의 기계적 특성: σ in = 750~950 MPa, δ = 12~25%. 크리프 저항성을 높이기 위해 이중 티타늄-알루미늄 합금은 중성 경화제(주석 및 지르코늄)와 합금됩니다. 이러한 합금은 Al 5%와 Sn 2.5%를 함유한 BT5-1, Al 6.5%, Zr 2% 및 몰리브덴과 바나듐의 소량 첨가물(각각 1%)을 함유한 합금 BT20입니다. 실온에서 첫 번째 합금의 σ in = 850~950 MPa, 두 번째 합금의 σ in = 950~1000 MPa입니다. 이 등급의 합금은 내열성이 향상된 것이 특징입니다. 이 제품은 열처리로 경화되지 않으며 최대 450 - 500°C의 온도에서 작동할 수 있습니다. 대부분의 α-티타늄 합금은 어닐링된 상태로 사용되며 어닐링 온도는 700 - 850°C입니다.

가장 많고 실제적으로 가장 많이 사용되는 것은 α+β 변형 가능한 합금 그룹입니다. 이 그룹에는 알루미늄 및 β 안정제와 합금된 합금이 포함됩니다. 이 합금은 강도와 플라스틱 특성이 다양하며 최대 350~400°C의 온도에서 작동할 수 있습니다. α-상과 β-상의 상대적인 양을 변화시킴으로써 광범위한 특성을 지닌 합금을 얻을 수 있습니다. 또한 α+β 합금은 열경화되어 특성을 크게 변경할 수도 있습니다. 일반적인 α+β 합금은 BT6(6% Al, 4% V) 및 BT14(4% Al, 3% Mo, 1% V)입니다. 합금 VT14는 가장 내구성이 뛰어난 티타늄 합금 중 하나입니다. 따라서 860~880°C에서 담금질한 후 이 합금의 인장 강도는 950MPa이고, 480~550°C에서 12~16시간 동안 시효 처리한 후 높은 소성을 유지하면서 1200~1300MPa로 증가합니다. 이러한 합금으로 만든 제품은 어닐링 및 열 강화된 상태로 사용되며 최대 350~400°C의 온도에서 작동할 수 있습니다. β 합금 중에서 가장 널리 사용되는 합금은 VT15 합금(3~4% A1, 7~8% Mo, 10~11% Cr)이며, 경화 및 시효 후 인장 강도는 1300~1500MPa입니다. 약 6%의 신장률을 가지고 있습니다. 그러나 과포화 β상의 안정성이 낮기 때문에 이 합금은 최대 350°C의 온도에서 작동할 수 있습니다.

주조 티타늄 합금은 유동성이 높고 밀도가 높은 주조물을 생산하는 것이 특징이지만 단조 합금에 비해 강도와 연성이 낮습니다. 5% Al을 함유한 가장 널리 사용되는 합금 VT5L은 σ in = 700~900 MPa, δ = 6~13%입니다. 이 합금은 최대 400°C의 온도에서 오랫동안 작동하는 성형 주조품을 생산하기 위해 만들어졌습니다. VT5L 합금에 크롬 및 몰리브덴(VT3-11 합금)을 추가로 합금하면 강도(σ in = 1050MPa)와 내열성(최대 450°C)이 증가하지만 연성과 유동성은 감소합니다.

티타늄 합금은 주로 항공, 로켓 공학, 조선 및 화학 공학에 사용됩니다.

지르코늄 및 그 합금

지르코늄의 융점은 1855°C이고 실온에서의 밀도는 6.49g/cm 3 입니다. 티타늄과 마찬가지로 두 가지 변형이 존재합니다. 최대 865°C까지 안정적인 저온 α-변형은 육각형의 밀집 격자를 가지고 있습니다. 고온 β-변형은 체심 입방격자를 갖는다.

지르코늄은 산과 알칼리 용액, 물과 수증기에 대한 저항력이 있습니다. 150 - 200°C 이상의 산소, 300 - 1000°C 온도 범위의 수소, 450°C 이상의 질소 및 이산화탄소와 적극적으로 상호작용하여 산화물, 질화물, 수소화물, 탄화물을 형성합니다. 이러한 능력 덕분에 지르코늄은 가스 흡수 재료인 게터(Getter)로 널리 사용됩니다. 표시된 화합물 외에도 지르코늄에 고용체를 형성하는 격자간 불순물로 순수 지르코늄이 오염되면 금속의 연성과 내식성이 감소합니다. 지르코늄의 높은 화학적 활성으로 인해 생산 및 가공 공정은 진공 또는 보호 분위기에서 수행됩니다.

지르코늄의 또 다른 특징은 작은 열 중성자 포획 단면적과 핵 조사에 대한 높은 저항성입니다. 이러한 특성은 물과 최대 300~350°C의 과열 증기에 대한 저항성과 결합되어 지르코늄을 원자로 수냉식 원자로의 주요 구조 재료 중 하나로 만듭니다. 그러나 순수 지르코늄은 기계적 특성이 상대적으로 낮습니다: σ in = 200~400 MPa, δ = 30~20%, HB(70 - 90). 따라서 지르코늄 합금이 구조 재료로 사용됩니다. 지르코늄은 주석, 철, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 니오븀을 소량 첨가(최대 1~2%)하여 도핑됩니다. 지르코늄을 강화하는 이러한 합금 원소는 내식성을 증가시킵니다. 또한 상대적으로 작은 열 중성자 포획 단면적을 가지는데, 이는 핵 조사 하에서 작동할 때 중요합니다.

니오븀은 물과 과열 증기에서 지르코늄의 내식성을 증가시킵니다. 이원 합금 Zr-1% Nb 및 Zr-2.5% Nb는 고체 연료가 연료로 사용되는 수냉식 원자로의 연료 요소(연료 요소) 클래딩 제조에 널리 사용됩니다. 주석을 소량 첨가하면 격자간 불순물, 특히 질소가 지르코늄의 내식성에 미치는 해로운 영향을 억제할 수 있습니다. 주석, 철, 크롬, 니켈과의 복합 합금을 사용하면 더욱 큰 효과를 얻을 수 있습니다. 현재 지르칼로이-2 유형의 합금은 산업 규모(Sn 1.2~1.7%, Fe 0.07~0.2%, Cr 0.05~0.15%, Ni 0.03~0.08%)와 Ozhenit-0.5 합금이 사용됩니다. 주석, 철, 니오븀, 니켈의 총 함량이 0.5%로 합금되어 있습니다. 기계적 특성 측면에서 Zircalloy-2 유형의 합금(σ in = 480~500 MPa, δ = 30%)은 스테인리스강에 가깝고 Ojenite 합금은 강도가 낮습니다(σ in = 300 MPa, δ = 35%). ).

열처리(담금질, 템퍼링, 어닐링)를 사용하면 지르코늄 합금의 기계적 특성을 변경할 수 있지만 일반적으로 응력 완화를 위해 α 영역(800 - 850°C)에서만 어닐링을 수행합니다. 이는 일반적으로 담금질 및 템퍼링이 지르코늄 합금의 주요 성능 특성, 즉 준안정상의 형성으로 인한 내식성을 감소시키기 때문입니다.

텅스텐 및 그 합금

텅스텐은 내화성이 가장 높은 금속입니다. 녹는점은 3400°C이다. 실온에서 텅스텐의 밀도는 19.3g/m 3 이고 결정 격자는 체심 입방체입니다. 이 금속의 대부분은 강철을 합금하고 소위 경질 합금을 생산하는 데 사용됩니다. 독립된 재료로서 텅스텐은 진공 및 전기 산업에 사용됩니다. 백열등의 필라멘트, 라디오램프의 부품, 히터, 진공로의 각종 부품 등의 제조에 사용됩니다. 이들 제품은 공작물의 분말을 소결하여 소성변형시킨 바아를 소성변형시켜 얻어지는 제품으로 냉간 가공한 상태 또는 어닐링한 후 사용합니다. 스트레스 해소(1000°C, 1시간). 상업용 등급 텅스텐의 주요 단점은 주로 산소와 탄소와 같은 격자간 불순물로 인한 오염으로 인해 실온에서 부서지기 쉽다는 것입니다. 실온에서 이러한 금속의 인장 강도는 500 - 1400 MPa이며 연신율은 거의 없습니다. 기술적으로 순도가 높은 텅스텐은 300~400°C 이상의 온도에서 플라스틱이 됩니다. 이 온도를 취성 임계값이라고 합니다. 재결정화된 텅스텐(재결정 온도 1400 - 1500°C)은 훨씬 더 취약하며, 취성 임계값은 450 - 500°C입니다. 이는 격자간 불순물이 입자 경계로 이동하고 부서지기 쉬운 중간층이 형성되기 때문에 발생합니다. 취성 한계점인 텅스텐을 심층적으로 세척함으로써 뼈의 온도를 영하의 온도로 낮출 수 있습니다.

전기 진공 산업에서는 기술적으로 순수한 HF 등급 텅스텐 외에도 산화물 첨가제가 포함된 특수 등급(A1 2 O 3, SiO 2, K 2 O(BA 등급))이 사용됩니다. 텅스텐 입자의 경계를 따라 위치한 이러한 첨가제의 미세한 입자는 재결정 온도를 증가시킵니다. 따라서 이러한 금속으로 만든 제품은 가열 시 처짐 없이 모양을 유지할 수 있습니다. 토륨화 텅스텐(1 - 2% ThO 2 포함)은 높은 내열성과 높고 안정적인 열이온 특성을 가지고 있지만 인체 건강(방사능)에 대한 위험으로 인해 최근 란탄이 첨가된 텅스텐으로 성공적으로 대체되었습니다. 산화물(L) 및 산화물 이트륨(VI). 용융 텅스텐과 그 합금으로 만든 제품은 지금까지 주로 신기술 분야에서 제한적으로 사용되었습니다.

텅스텐을 합금할 때 강도, 내열성을 높이고 취약성을 줄이고 제조성을 향상시키기 위해 노력합니다. 텅스텐과 니오븀(Nb 최대 2%), 몰리브덴(Mo 최대 15%), 레늄(Re 최대 30%)의 단상 합금이 개발되었습니다. 레늄은 텅스텐의 특성에 특히 효과적인 영향을 미칩니다. Re가 27% 함유된 합금은 실온에서 연성이며 주조 상태에서 σ in = 1400 MPa 및 δ = 15%입니다. 그러나 이러한 합금의 사용 가능성은 레늄의 부족으로 인해 제한됩니다.

분산된 탄화물 입자로 강화된 헤테로상 텅스텐 합금도 유망합니다. 탄탈륨(최대 0.2~0.4%)과 탄소(최대 0.1%)를 소량 첨가하면 강도와 연성이 증가합니다. 최대 1600 - 1900°C의 온도에서 텅스텐 합금은 텅스텐보다 내열성이 더 뛰어나지만, 이 온도 이상에서는 내열성의 이점을 잃습니다.

몰리브덴 및 그 합금

몰리브덴은 체심 입방 격자를 가지고 있습니다. 녹는점은 2620°C입니다. 몰리브덴은 텅스텐에 비해 부서지기 쉽습니다. 순도에 따라 깨지기 쉬운 온도 임계값은 70~300°C 범위에 있습니다. 몰리브덴의 취성은 또한 입자 경계 근처에 격자간 불순물이나 격자간 상의 축적으로 인해 발생합니다. 가열되면 몰리브덴은 강하게 산화되고 680 - 700 ° C 이상의 온도에서는 산화물이 승화됩니다. 몰리브덴의 대부분은 강철 합금에 사용됩니다. 독립 재료로서 몰리브덴은 분말 야금법으로 생산되는 빌렛 막대로 만든 와이어, 막대, 테이프, 시트 형태로 사용됩니다. 이 형태에서는 전자 진공 장치(양극, 그리드, 지지대)에 진공로용 가열 요소 및 스크린으로 사용됩니다. 실온에서 순도가 다른 몰리브덴의 인장 강도는 450~800MPa이고 신장률은 25~1%입니다. 몰리브덴의 밀도(10.2g/cm3)는 텅스텐의 밀도보다 거의 2배 낮기 때문에, 몰리브덴은 최대 1300~1400°C의 온도에서 비강도 측면에서 텅스텐 및 그 합금보다 우수합니다.

최근에는 몰리브덴 합금뿐만 아니라 진공 아크 또는 전자빔 재용해를 거친 순수한 몰리브덴이 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 특정 원소와 몰리브덴을 합금하면 강화되고 연성이 증가합니다. 레늄은 몰리브덴뿐만 아니라 광범위한 고용체를 형성하는 텅스텐에도 특히 효과적인 효과를 나타냅니다. 레늄은 몰리브덴을 크게 강화하는 동시에 격자간 불순물과 저온 취성에 대한 민감도를 줄이고 재결정 온도를 높입니다. 소량의 티타늄 및 지르코늄(최대 1%)과 몰리브덴을 합금하면 상온 및 고온에서 상당한 강화가 가능합니다. 이러한 합금 원소는 항상 몰리브덴에 존재하는 탄소와 함께 분산된 탄화물 입자를 형성합니다.

니오븀, 탄탈륨, 바나듐 및 그 합금

니오븀은 약 가지고 있습니다. 씨. 격자는 융점 2470°C, 밀도 8.57 g/cm 3 입니다. 텅스텐 및 몰리브덴과 달리 니오븀은 상당히 많은 양의 산소, 질소 및 탄소를 용해시킬 수 있습니다. 따라서 이 합금과 그 합금은 연성이 훨씬 높고 재결정 중에 부서지지 않으며 용접이 잘됩니다. 텅스텐(최대 15%) 및 몰리브덴(최대 5%)을 함유한 고용체 유형의 니오브 합금이 개발되었습니다. 지르코늄(최대 1%)과 탄소(최대 0.1%)가 첨가된 합금도 생성되었으며, 여기서 탄화지르코늄의 석출로 인해 경화가 이루어졌습니다. 합금은 900 - 1200°C에서 작동하도록 설계되었습니다. 강철을 합금하는 데 상당한 양의 니오븀이 사용됩니다.

탄탈륨은 대략 있습니다. 씨. 격자가 있는 경우 3996°C에서 녹고 밀도는 16.6 g/cm 3 입니다. 이 금속은 공격적인 환경에서 높은 연성 및 내화학성을 특징으로 합니다. 저항은 조밀하고 내구성 있는 산화막의 형성으로 설명됩니다. 탄탈륨은 분말 야금 방법을 사용하여 전해 커패시터 양극을 제조하기 위해 분말 형태로 사용됩니다. 이 경우 가장 중요한 것은 다공성 양극의 내부 표면에 특별히 생성된 산화막의 높은 유전 특성입니다. 전기 진공 장치 및 화학 장비 부품의 테이프, 막대, 와이어 및 파이프는 탄탈륨으로 만들어집니다.

바나듐의 녹는점은 1900°C 정도입니다. 씨. k. 격자, 밀도는 6.1g/cm 3입니다. 바나듐의 대부분은 강철 합금에 사용됩니다. 순수 바나듐과 이를 기반으로 한 합금은 아직 산업적으로 널리 사용되지 않습니다.

경질 합금

경질 합금은 텅스텐 카바이드와 소량의 코발트(2~20%)로 구성된 금속 재료입니다. 경질 합금으로 만든 제품은 분말 야금법으로만 생산됩니다. 첫째, 텅스텐 카바이드와 코발트 분말의 혼합물로 압축물을 만듭니다. 그런 다음 1350 - 1480°C에서 소결됩니다. 약 1200°C에서 공융 조성의 액체(65 - 70% Co, 35 - 30% WC)가 분말 혼합물에 나타납니다. 따라서 다량의 액상 존재 하에서 소결이 이루어지며, 소결 후 냉각되면 액체가 응고되고 그로부터 텅스텐 카바이드가 방출되어 용융되지 않은 입자에 부착되고 코발트는 텅스텐 카바이드 입자와 텅스텐 카바이드 입자와 입자 사이에 층을 형성합니다. 초경제품의 기계적 강도를 제공합니다. 완성된 경질 합금의 텅스텐 카바이드 입자 크기는 일반적으로 1~2미크론입니다. 경질 합금의 주요 목적은 금속 절단 및 드릴링 도구입니다. 경질 합금으로 제작된 리브, 커터, 드릴은 절삭날의 가열 온도가 1000°C 이상인 조건에서 강철, 주철, 비철 합금을 가공하는 데 사용할 수 있습니다. 초경 드릴링 도구(비트, 커터)는 강철 도구보다 몇 배 더 오래 지속됩니다. 경질 합금은 금속 성형용 도구(다이, 다이, 다이)를 만드는 데에도 사용됩니다.

텅스텐 카바이드를 기반으로 한 경질 합금 외에도 이중 텅스텐 및 티타늄 카바이드를 기반으로 한 경질 합금과 삼중 텅스텐 카바이드, 티타늄 및 탄탈륨을 기반으로 한 경질 합금이 있습니다.

복잡한 탄화물을 기반으로 한 경질 합금은 강철 가공 시 저항이 더 높습니다.

텅스텐-코발트 카바이드 합금은 BK2, BK6, BK15 등으로 지정됩니다. 마지막 숫자는 코발트의 비율에 해당합니다. 텅스텐 및 티타늄 카바이드를 기반으로 한 경질 합금은 T15K6, T30K4 등으로 지정됩니다. 문자 T 뒤의 숫자는 티타늄 카바이드 함량을 나타내고 문자 K 뒤의 숫자는 코발트 함량을 나타냅니다. 삼원 카바이드 기반 합금의 경우 TT7K12 등의 명칭이 허용되며 문자 TT 뒤의 숫자는 티타늄 및 탄탈 탄화물의 총 함량에 해당합니다. 경질 합금은 굽힘 강도와 로크웰 경도가 특징입니다. 굽힘강도는 1000~2000MPa, 경도는 HRC(85~90)이다. 코발트 함량이 높은 합금은 강도는 더 크고 경도는 더 낮습니다.

주조 텅스텐 카바이드를 기반으로 한 표면 처리 합금(소위 리리트)은 구조와 사용 특성이 경질 합금에 가깝습니다. 흑연 도가니에서 용융하여 얻은 텅스텐 카바이드는 0.6mm 이하의 입자로 분쇄된 다음 용융하여 광산 장비의 작업 표면에 적용됩니다. 표면층의 구조는 녹은 강철 베이스에 녹지 않은 레리트 알갱이로 구성됩니다.

거의 모든 금속은 정상적인 조건에서 고체입니다. 그러나 특정 온도에서는 응집 상태가 바뀌고 액체가 될 수 있습니다. 금속의 가장 높은 녹는점이 무엇인지 알아볼까요? 가장 낮은 것은 어느 것입니까?

금속의 녹는점

주기율표의 대부분의 원소는 금속입니다. 현재 약 96개가 있으며, 모두 액체로 변하는 데 필요한 조건이 다릅니다.

고체 결정 물질이 액체로 변하는 가열 임계값을 녹는점이라고 합니다. 금속의 경우 수천도 내에서 다양합니다. 이들 중 다수는 상대적으로 높은 열을 가하면 액체로 변합니다. 이로 인해 냄비, 프라이팬 및 기타 주방 도구를 만드는 데 일반적인 재료가 됩니다.

은(962°C), 알루미늄(660.32°C), 금(1064.18°C), 니켈(1455°C), 백금(1772°C) 등은 평균 녹는점을 가지고 있습니다. 내화물 및 저융점 금속 그룹도 있습니다. 첫 번째는 액체로 변하기 위해 섭씨 2000도 이상이 필요하고, 두 번째는 500도 미만이 필요합니다.

저융점 금속에는 일반적으로 주석(232°C), 아연(419°C), 납(327°C)이 포함됩니다. 그러나 일부는 온도가 더 낮을 수도 있습니다. 예를 들어, 프란슘과 갈륨은 손에서 녹지만 세슘은 산소와 함께 발화하기 때문에 앰플에서만 가열할 수 있습니다.

금속의 최저 및 최고 용융 온도가 표에 나와 있습니다.

텅스텐

텅스텐 금속은 녹는점이 가장 높습니다. 이 지표에서는 비금속 탄소만이 더 높은 순위를 차지합니다. 텅스텐은 연한 회색의 반짝이는 물질로 밀도가 매우 높고 무겁습니다. 그것은 태양 광구의 온도와 거의 같은 5555 °C에서 끓습니다.

실온에서는 산소와 약하게 반응하여 부식되지 않습니다. 내화성에도 불구하고 매우 연성이 있어 1600°C까지 가열해도 단조가 가능합니다. 텅스텐의 이러한 특성은 램프 및 브라운관의 백열 필라멘트와 용접용 전극에 사용됩니다. 채굴된 금속의 대부분은 강도와 경도를 높이기 위해 강철과 합금됩니다.

텅스텐은 군사 분야 및 기술 분야에서 널리 사용됩니다. 탄약, 장갑, 엔진, 군용 차량 및 항공기의 가장 중요한 부품을 제조하는 데 없어서는 안 될 요소입니다. 또한 수술 도구와 방사성 물질을 보관하는 상자를 만드는 데에도 사용됩니다.

수은

수은은 녹는점이 마이너스인 유일한 금속이다. 또한 정상적인 조건에서 단순한 물질이 액체 형태로 존재하는 두 가지 화학 원소 중 하나입니다. 흥미롭게도 금속은 356.73°C로 가열되면 끓고 이는 녹는점보다 훨씬 높습니다.

은백색을 띠고 광택이 뚜렷합니다. 실내 조건에서 이미 증발하여 작은 공으로 응축됩니다. 금속은 독성이 매우 강합니다. 이는 인간의 내부 장기에 축적되어 뇌, 비장, 신장 및 간 질환을 일으킬 수 있습니다.

수은은 인류가 처음으로 알게 된 일곱 가지 금속 중 하나입니다. 중세 시대에는 주요 연금술 요소로 간주되었습니다. 독성에도 불구하고 한때 의학에서는 치아 충전재의 일부로 사용되었으며 매독 치료제로도 사용되었습니다. 이제 수은은 의료 준비에서 거의 완전히 제거되었지만 램프, 스위치 및 초인종 제조를 위한 측정 장비(기압계, 압력계)에 널리 사용됩니다.

합금

특정 금속의 특성을 변경하려면 다른 물질과 합금을 사용합니다. 따라서 더 큰 밀도와 강도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 융점도 낮추거나 높일 수 있습니다.

합금은 두 개 이상의 화학 원소로 구성될 수 있지만 그 중 적어도 하나는 금속이어야 합니다. 이러한 "혼합물"은 필요한 재료의 품질을 정확하게 얻을 수 있기 때문에 업계에서 매우 자주 사용됩니다.

금속과 합금의 녹는점은 전자의 순도뿐만 아니라 후자의 비율과 구성에 따라 달라집니다. 저융점 합금을 얻으려면 납, 수은, 탈륨, 주석, 카드뮴 및 인듐이 가장 많이 사용됩니다. 수은을 함유한 것을 아말감이라고 합니다. 나트륨, 칼륨, 세슘의 비율이 12%/47%/41%인 화합물은 이미 영하 78°C에서 액체가 되고, 영하 61°C에서는 수은과 탈륨의 혼합물이 됩니다. 가장 내화성이 높은 재료는 탄탈륨과 하프늄 탄화물을 1:1 비율로 혼합한 합금으로 녹는점이 4115°C입니다.

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가장 내화성이 높은 금속. 금속의 특성

금속은 플라스틱, 유리와 함께 고대부터 사람들이 사용해 온 가장 일반적인 재료입니다. 그때에도 인간은 금속의 특성을 알고 있었으며 금속의 모든 특성을 유익하게 사용하여 아름다운 예술 작품, 접시, 가정용품 및 구조물을 만들었습니다.

이러한 물질을 고려할 때 주요 특징 중 하나는 경도와 내화성입니다. 특정 금속의 사용 영역을 결정하는 것이 가능한 것은 이러한 특성입니다. 따라서 우리는 모든 물리적 특성을 고려하고 가용성 문제에 특별한 주의를 기울일 것입니다.

금속의 물리적 특성

금속의 물리적 성질에 따른 특성은 크게 네 가지 형태로 표현될 수 있다.

금속 광택 - 구리와 금을 제외하고는 모두 거의 동일한 은백색의 아름다운 특징적인 광택을 가지고 있습니다. 각각 붉은색과 노란색을 띠고 있습니다. 칼슘은 은빛 파란색이다.
응집 상태 - 액체 형태인 수은을 제외하고는 모두 일반적인 조건에서 고체입니다.
전기 및 열 전도성은 모든 금속의 특징이지만 다양한 정도로 표현됩니다.
가단성과 연성은 모든 금속에 공통적인 매개변수이며 특정 대표자에 따라 달라질 수 있습니다.
녹는점과 끓는점에 따라 어떤 금속이 내화성인지, 가용성인지가 결정됩니다. 이 매개변수는 모든 요소에 대해 다릅니다.

모든 물리적 특성은 금속 결정 격자의 특수한 구조로 설명됩니다. 공간 배치, 모양 및 강도.

저융점 및 내화 금속

이 매개변수는 해당 물질의 적용 분야에 있어 매우 중요합니다. 내화 금속 및 합금은 기계 및 조선, 많은 중요한 제품의 제련 및 주조, 고품질 작업 도구 확보의 기초입니다. 따라서 녹는점과 끓는점에 대한 지식이 기본적인 역할을 합니다.

금속을 강도에 따라 특성화하면 단단한 것과 부서지기 쉬운 것으로 나눌 수 있습니다. 내화성에 대해 이야기하면 두 가지 주요 그룹이 있습니다.

저융점 물질은 1000oC 미만의 온도에서 응집 상태를 변경할 수 있는 물질입니다. 예로는 주석, 납, 수은, 나트륨, 세슘, 망간, 아연, 알루미늄 등이 있습니다.
내화물은 융점이 표시된 값보다 높은 것입니다. 그 수가 많지 않으며 실제로는 더 적은 수가 사용됩니다.

융점이 1000oC 이상인 금속 표는 아래에 나와 있습니다. 이것은 가장 다루기 힘든 대표자가 위치한 곳입니다.

금속명	녹는점, o C	끓는점, o C
금, 금	1064.18	2856
베릴륨, Be	1287	2471
코발트, 콜로라도	1495	2927
크롬, Cr	1907	2671
구리, Cu	1084,62	2562
철, 철	1538	2861
하프늄, Hf	2233	4603
이리듐, Ir	2446	4428
망간, Mn	1246	2061
몰리브덴, 미주리	2623	4639
니오븀, Nb	2477	4744
니켈, 니켈	1455	2913
팔라듐, Pd	1554,9	2963
백금, 백금	1768.4	3825
레늄, 레	3186	5596
로듐, Rh	1964	3695
루테늄, 루	2334	4150
탄탈루스, 타	3017	5458
테크네튬, TS	2157	4265
토륨, 목	1750	4788
티타늄, 티타늄	1668	3287
바나듐, V	1910	3407
텅스텐, W	3422	5555
지르코늄, Zr	1855	4409

이 금속 표에는 융점이 1000oC 이상인 모든 대표자가 포함되어 있습니다. 그러나 실제로는 이들 중 다수가 다양한 이유로 사용되지 않습니다. 예를 들어 경제적 이익이나 방사능으로 인해 취약성이 너무 높고 부식 효과에 대한 민감성이 있습니다.

또한 세계에서 가장 내화성이 가장 높은 금속은 텅스텐이라는 것이 표 데이터를 통해 분명해졌습니다. 금의 비율이 가장 낮습니다. 금속을 다룰 때는 부드러움이 중요합니다. 따라서 위의 내용 중 상당수는 기술적인 목적으로도 사용되지 않습니다.

가장 내화성이 강한 금속은 텅스텐이다.

주기율표에서는 일련 번호 74에 있습니다. 유명한 물리학자인 Stephen Wolfram의 이름을 따서 명명되었습니다. 정상적인 조건에서는 은백색을 띠는 단단하고 내화성이 있는 금속입니다. 뚜렷한 금속 광택이 있습니다. 화학적으로 거의 불활성이므로 마지못해 반응합니다.

미네랄 형태로 자연에서 발견됩니다.

철망간석;
척수염;
휘브네라이트;
페베라이트

과학자들은 텅스텐이 기존의 모든 금속 중에서 가장 내화성이 높은 금속임을 입증했습니다. 그러나 이론적으로 시보듐이 이 금속의 기록을 깨뜨릴 수 있다는 제안이 있습니다. 하지만 수명이 매우 짧은 방사성 원소입니다. 따라서 이를 증명하는 것은 아직 불가능합니다.

특정 온도(1500oC 이상)에서 텅스텐은 가단성과 연성을 갖게 됩니다. 따라서 이를 기반으로 얇은 선재를 생산하는 것이 가능하다. 이 속성은 일반 가정용 전구의 필라멘트를 만드는 데 사용됩니다.

3400oC 이상의 온도를 견딜 수 있는 가장 내화성이 높은 금속인 텅스텐은 다음과 같은 기술 분야에서 사용됩니다.

아르곤 용접용 전극;
내산성, 내마모성 및 내열성 합금 생산용;
발열체로서;
필라멘트 등으로 진공관에서.

금속 텅스텐 외에도 그 화합물은 기술, 과학 및 전자 분야에서 널리 사용됩니다. 세계에서 가장 다루기 힘든 금속인 이 금속은 매우 높은 품질의 특성을 지닌 화합물을 형성합니다. 즉, 강하고 거의 모든 유형의 화학적 영향에 대한 내성이 있으며 비부식성이며 저온 및 고온을 견딜 수 있습니다(황화텅스텐, 단결정 및 기타). 물질이 승리할 것입니다).

니오븀 및 그 합금

Nb 또는 니오븀은 정상적인 조건에서 은백색으로 반짝이는 금속입니다. 또한 액체 상태로의 전이 온도가 2477oC이기 때문에 내화성입니다. 낮은 화학적 활성과 초전도성의 조합뿐만 아니라 니오븀이 인간 생활에서 점점 더 대중화되도록 하는 것은 이러한 품질입니다. 매년. 오늘날 이 금속은 다음과 같은 산업에서 사용됩니다.

로켓 과학;
항공 및 우주 산업;
원자력;
화학 장치 공학;
라디오 공학.

이 금속은 매우 낮은 온도에서도 물리적 특성을 유지합니다. 이를 기반으로 한 제품은 내식성, 내열성, 강도 및 우수한 전도성이 특징입니다.

이 금속은 내화학성을 향상시키기 위해 알루미늄 소재에 첨가됩니다. 음극과 양극은 그것으로 만들어지며 비철 합금은 그것과 합금됩니다. 일부 국가에서는 동전도 니오븀 함량으로 만들어집니다.

탄탈

자유 형태 및 정상적인 조건에서 금속은 산화막으로 덮여 있습니다. 그것은 널리 퍼져 있고 인간에게 매우 중요할 수 있는 일련의 물리적 특성을 가지고 있습니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.

1000oC 이상의 온도에서는 초전도체가 됩니다.
텅스텐과 레늄 다음으로 내화성이 가장 높은 금속입니다. 녹는점은 3017oC이다.
가스를 완벽하게 흡수합니다.
별 어려움 없이 시트, 호일, 와이어로 굴릴 수 있으므로 작업이 쉽습니다.
경도가 좋고 부서지지 않으며 연성을 유지합니다.
화학약품에 매우 강합니다(왕수에도 용해되지 않음).

이러한 특성 덕분에 많은 내열성, 내산성, 내식성 합금의 기초로 인기를 얻었습니다. 그 수많은 화합물은 핵물리학, 전자공학, 컴퓨터 장치에 사용됩니다. 초전도체로 사용됩니다. 이전에는 탄탈륨이 백열등의 요소로 사용되었습니다. 이제 텅스텐이 그 자리를 차지했습니다.

크롬 및 그 합금

자연적으로 청백색을 띠는 가장 단단한 금속 중 하나입니다. 녹는점은 지금까지 고려한 원소보다 낮고 1907oC에 이릅니다. 그러나 기계적 영향을 잘 받고 가공되고 성형되기 때문에 모든 곳의 기술과 산업에서 여전히 사용되고 있습니다.

크롬은 코팅으로서 특히 가치가 있습니다. 제품에 적용하여 아름다운 광택을 부여하고 부식을 방지하며 내마모성을 향상시킵니다. 이 과정을 크롬 도금이라고 합니다.

크롬 합금은 매우 유명합니다. 결국, 합금에 소량의 이 금속이 있어도 후자의 충격에 대한 경도와 저항성이 크게 증가합니다.

지르코늄

가장 비싼 금속 중 하나이므로 기술적 목적으로 사용하기가 어렵습니다. 그러나 물리적 특성으로 인해 다른 많은 산업에서는 없어서는 안될 필수 요소입니다.

정상적인 조건에서는 아름다운 은백색 금속입니다. 융점은 1855oC로 상당히 높습니다. 화학적으로 활성이 아니기 때문에 경도와 부식 저항성이 좋습니다. 또한 인간의 피부 및 신체 전체와 생물학적 친화성이 우수합니다. 이로 인해 의료용(기구, 보철물 등)용으로 귀중한 금속이 됩니다.

합금을 포함한 지르코늄 및 그 화합물의 주요 적용 분야는 다음과 같습니다.

원자력 에너지;
불꽃 쏘아 올리기;
금속 합금;
약;
바이오웨어 생산;
건축자재;
초전도체처럼.

인간의 건강 증진에 영향을 미칠 수 있는 장신구도 지르코늄과 이를 기반으로 한 합금으로 만들어집니다.

몰리브덴

가장 내화성이 높은 금속을 찾으면 표시된 텅스텐 외에도 몰리브덴의 이름을 지정할 수도 있습니다. 녹는 점은 2623oC입니다. 동시에 매우 단단하고 플라스틱이며 가공이 용이합니다.

주로 순수한 형태가 아닌 합금의 필수 구성 요소로 사용됩니다. 몰리브덴의 존재로 인해 내마모성, 내열성 및 부식 방지가 크게 강화되었습니다.

일부 몰리브덴 화합물은 기술 윤활제로 사용됩니다. 이 금속은 강도와 내식성에 동시에 영향을 미치는 합금재료이기도 한데, 이는 매우 드물다.

바나듐

은빛 광택이 있는 회색 금속. 가용성 지수(1920oC)가 상당히 높습니다. 불활성으로 인해 주로 많은 공정에서 촉매로 사용됩니다. 이는 무기산 생산 시 화학 전류원으로 에너지 부문에서 사용됩니다. 가장 중요한 것은 순수한 금속이 아니라 그 화합물 중 일부입니다.

레늄 및 이를 기반으로 한 합금

텅스텐 다음으로 내화성이 가장 높은 금속은 무엇입니까? 레늄입니다. 가용성 지수는 3186oC입니다. 텅스텐과 몰리브덴 모두에 비해 강도가 우수합니다. 그 가소성은 너무 높지 않습니다. 레늄의 수요는 매우 높으나 생산이 어렵습니다. 결과적으로 그것은 오늘날 존재하는 가장 비싼 금속입니다.

다음을 만드는 데 사용됩니다.

제트 엔진;
열전대;
분광계 및 기타 장치용 필라멘트;
정유의 촉매제로.

모든 적용 분야는 비용이 많이 들기 때문에 다른 것으로 대체할 가능성이 없는 극도로 필요한 경우에만 사용됩니다.

티타늄 합금

티타늄은 금속 산업과 금속 가공에 널리 사용되는 매우 가벼운 은백색 금속입니다. 미세하게 분산된 상태에서는 폭발할 수 있으므로 화재 위험이 있습니다.

항공기 및 로켓 공학, 선박 생산에 사용됩니다. 신체와의 생물학적 적합성(보형물, 피어싱, 임플란트 등)으로 인해 의학에서 널리 사용됩니다.

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이름 및 속성:: SYL.ru

금속은 유리, 플라스틱과 함께 가장 일반적인 재료 중 하나입니다. 그들은 고대부터 사람들이 사용해 왔습니다. 실제로 사람들은 금속의 특성을 배우고 그것을 요리, 가정용품, 다양한 구조물 및 예술 작품을 만드는 데 유익하게 사용했습니다. 이 재료의 주요 특징은 내화성과 경도입니다. 실제로 특정 영역에서의 적용은 이러한 특성에 따라 달라집니다.

금속의 물리적 특성

모든 금속은 다음과 같은 일반적인 특성을 가지고 있습니다.

색상 – 독특한 광택을 지닌 은회색. 예외는 구리와 금입니다. 그들은 각각 붉은 색과 노란색 색조로 구별됩니다.
물리적 상태는 액체인 수은을 제외하면 고체이다.
열전도도와 전기전도도는 금속의 종류에 따라 다르게 표현됩니다.
가소성과 전성은 특정 금속에 따라 달라지는 변수입니다.
녹는 점과 끓는점 - 내화성과 가용성을 설정하고 모든 재료에 대해 다른 값을 갖습니다.

금속의 모든 물리적 특성은 결정 격자의 구조, 모양, 강도 및 공간 배열에 따라 달라집니다.

금속의 내화성

이 매개변수는 금속의 실제 사용에 대한 의문이 제기될 때 중요해집니다. 항공기 건설, 조선, 기계 공학과 같은 국가 경제의 중요한 부문의 기초는 내화 금속 및 그 합금입니다. 또한 고강도 작업 도구 제조에도 사용됩니다. 많은 중요한 부품과 제품이 주조와 제련을 통해 생산됩니다. 모든 금속은 강도에 따라 부서지기 쉬운 금속과 단단한 금속으로 나뉘며, 내화성에 따라 두 그룹으로 나뉩니다.

내화성 및 저융점 금속

내화물 - 녹는점은 철의 녹는점(1539°C)을 초과합니다. 여기에는 백금, 지르코늄, 텅스텐, 탄탈륨이 포함됩니다. 이러한 금속에는 몇 가지 유형만 있습니다. 실제로는 훨씬 더 적은 양이 사용됩니다. 일부는 방사능이 높기 때문에 사용되지 않고, 다른 일부는 너무 깨지기 쉽고 필요한 부드러움이 없으며, 다른 일부는 부식되기 쉽고, 다른 일부는 경제적으로 실행 가능하지 않습니다. 가장 내화성이 강한 금속은 무엇입니까? 이것이 바로 이 기사에서 논의될 내용입니다.
저융점 금속은 주석의 녹는점인 231.9°C 이하의 온도에서 응집 상태를 변화시킬 수 있는 금속입니다. 예를 들어 나트륨, 망간, 주석, 납. 금속은 라디오 및 전기 공학에 사용됩니다. 그들은 부식 방지 코팅 및 도체로 자주 사용됩니다.

텅스텐은 내화성이 가장 높은 금속이다.

금속광택을 띠는 단단하고 무거운 소재로 색상은 옅은 회색이며 내화도가 높습니다. 기계 가공이 어렵습니다. 실온에서는 부서지기 쉬운 금속이며 쉽게 부서집니다. 이는 산소 및 탄소 불순물로 인한 오염으로 인해 발생합니다. 기술적으로 순수한 텅스텐은 섭씨 400도 이상의 온도에서 플라스틱이 됩니다. 화학적 불활성을 나타내며 다른 요소와 잘 반응하지 않습니다. 자연에서 텅스텐은 다음과 같은 복잡한 광물 형태로 존재합니다.

척수염;
철망간석;
페베라이트;
휘브네라이트.

텅스텐은 분말 형태의 복잡한 화학 공정을 통해 광석에서 얻습니다. 프레싱 및 소결 방법을 사용하여 간단한 모양의 부품과 바가 생산됩니다. 텅스텐은 내열성이 매우 뛰어난 원소입니다. 그러므로 그들은 백년 동안 금속을 부드럽게 할 수 없었습니다. 수천도까지 가열할 수 있는 용광로는 없었습니다. 과학자들은 텅스텐이 가장 내화성 금속임을 입증했습니다. 이론적 데이터에 따르면 시보듐은 내화성이 더 크다는 의견이 있지만 방사성 원소이고 수명이 짧기 때문에 확고하게 말할 수는 없습니다.

역사정보

약사라는 직업을 가진 스웨덴의 유명한 화학자 칼 셸레(Karl Scheele)는 작은 실험실에서 수많은 실험을 하면서 망간, 바륨, 염소, 산소를 발견했습니다. 그리고 1781년 사망하기 직전에 그는 텅스텐 광물이 당시 알려지지 않았던 산성 염이라는 사실을 발견했습니다. 2년간의 연구 끝에 그의 학생인 두 d'Eluyar 형제(스페인 화학자)는 광물에서 새로운 화학 원소를 분리하여 텅스텐이라는 이름을 붙였습니다. 불과 100년 후, 가장 내화성이 높은 금속인 텅스텐은 산업계에 진정한 혁명을 일으켰습니다.

텅스텐의 절단 특성

1864년 영국의 과학자 로버트 무셰(Robert Muschet)는 적열을 견디고 경도를 더욱 높일 수 있는 강철의 합금 첨가제로 텅스텐을 사용했습니다. 그 결과 나온 강철로 만든 절단기는 금속 절단 속도를 1.5배 높여 분당 7.5미터가 됐다.

이 방향으로 작업하면서 과학자들은 텅스텐을 사용하여 금속 가공 속도를 높이는 새로운 기술을 얻었습니다. 1907년에는 텅스텐과 코발트 및 크롬의 새로운 화합물이 등장하여 절삭 속도를 높일 수 있는 경질 합금의 시초가 되었습니다. 현재 속도는 분당 2000미터로 증가했으며 이 모든 것은 가장 내화성 금속인 텅스텐 덕분입니다.

텅스텐의 응용

이 금속은 상대적으로 가격이 비싸고 기계적 가공이 어렵기 때문에 비슷한 성질을 가진 다른 재료로 대체가 불가능한 곳에 사용됩니다. 텅스텐은 고온을 완벽하게 견디고 상당한 강도를 가지며 경도, 탄성 및 내화성을 부여하므로 여러 산업 분야에서 널리 사용됩니다.

학의. 고품질 합금강을 생산하는 데 사용되는 텅스텐의 주요 소비자입니다.
전기기술. 내화성이 가장 높은 금속의 녹는점은 거의 3400°C입니다. 금속의 내화성 덕분에 백열등 필라멘트, 조명 후크, 전자 램프, 전극, X선관 및 전기 접점을 생산하는 데 사용할 수 있습니다.

기계공학. 텅스텐을 함유한 강철의 강도가 증가하여 견고한 단조 로터, 기어, 크랭크샤프트 및 커넥팅 로드가 제조됩니다.
비행. 항공기 엔진, 전기 진공 장치 및 백열 필라멘트의 부품을 만드는 단단하고 내열성 합금을 생산하는 데 가장 내화성이 높은 금속은 무엇입니까? 대답은 간단합니다. 바로 텅스텐입니다.
공간. 텅스텐을 함유한 강철은 제트 노즐과 제트 엔진의 개별 요소를 생산하는 데 사용됩니다.
군대. 금속의 밀도가 높기 때문에 철갑탄, 총알, 어뢰용 장갑 보호, 포탄 및 탱크, 수류탄을 생산할 수 있습니다.
화학적인. 필터 메쉬에는 산과 알칼리에 강한 텅스텐 와이어가 사용됩니다. 텅스텐은 화학 반응 속도를 변경하는 데 사용됩니다.
직물. 텅스텐산은 직물의 염료로 사용되며, 텅스텐산 나트륨은 가죽, 실크, 방수 및 방화 직물을 만드는 데 사용됩니다.

위의 다양한 산업 분야에서의 텅스텐 사용 목록은 이 금속의 높은 가치를 나타냅니다.

텅스텐 합금 제조

세계에서 가장 내화성이 높은 금속인 텅스텐은 재료의 특성을 개선하기 위해 다른 원소와 합금을 만드는 데 자주 사용됩니다. 텅스텐을 함유한 합금은 일반적으로 분말 야금 기술을 사용하여 생산됩니다. 기존 방법은 모든 금속을 녹는점에서 휘발성 액체 또는 가스로 전환시키기 때문입니다. 융합 과정은 산화를 피하기 위해 진공이나 아르곤 분위기에서 진행됩니다. 금속 분말의 혼합물을 압축하고 소결하고 녹입니다. 어떤 경우에는 텅스텐 분말만 압축하여 소결한 다음 다공성 가공물을 다른 금속의 용융물로 포화시킵니다. 이러한 방식으로 텅스텐과 은 및 구리의 합금이 얻어집니다. 내화성이 가장 높은 금속을 조금만 첨가해도 몰리브덴, 탄탈륨, 크롬 및 니오븀 합금의 내열성, 경도 및 내산화성이 향상됩니다. 이 경우 비율은 업계의 요구에 따라 절대적으로 달라질 수 있습니다. 철, 코발트, 니켈 성분의 비율에 따라 더 복잡한 합금은 다음과 같은 특성을 갖습니다.

공기 중에서 퇴색하지 마십시오.
내화학성이 우수합니다.
기계적 성질이 우수합니다: 경도 및 내마모성.

텅스텐은 베릴륨, 티타늄, 알루미늄과 함께 다소 복잡한 화합물을 형성합니다. 그들은 고온에서의 산화에 대한 저항성과 내열성으로 구별됩니다.

합금의 성질

실제로 텅스텐은 종종 다른 금속 그룹과 결합됩니다. 산에 대한 저항성이 향상된 크롬, 코발트 및 니켈이 포함된 텅스텐 화합물은 수술 도구 제조에 사용됩니다. 그리고 가장 내화성이 높은 금속인 텅스텐 외에도 특수 내열 합금에는 크롬, 니켈, 알루미늄 및 니켈이 포함되어 있습니다. 텅스텐, 코발트 및 철은 최고 등급의 자성 강철에 속합니다.

가장 가용성과 내화성 금속

저융점 금속은 주석(231.9°C)보다 녹는점이 낮은 모든 금속을 포함합니다. 이 그룹의 요소는 전기 및 무선 공학에서 부식 방지 코팅으로 사용되며 마찰 방지 합금의 일부입니다. 녹는점이 -38.89 °C인 수은은 상온에서 액체이며 과학 기구, 수은 램프, 정류기, 스위치 및 염소 생산에 널리 사용됩니다. 수은은 가용성 그룹에 포함된 다른 금속에 비해 녹는점이 가장 낮습니다. 내화금속에는 녹는점이 철(1539°C)보다 높은 모든 금속이 포함됩니다. 이들은 합금강 제조 시 첨가제로 가장 많이 사용되며 일부 특수 합금의 기초로도 사용됩니다. 최대 녹는점이 3420°C인 텅스텐은 주로 전기 램프의 필라멘트에 순수한 형태로 사용됩니다.

십자말풀이에서는 어떤 금속이 가장 가용성이거나 내화성이 가장 높은지 묻는 질문이 자주 제기됩니다. 이제 주저하지 않고 대답할 수 있습니다. 가장 가용성이 높은 것은 수은이고, 가장 다루기 힘든 것은 텅스텐입니다.

하드웨어에 대해 간략히 설명

이 금속을 주요 구조재료라고 합니다. 철 부품은 우주선이나 잠수함, 그리고 집의 주방에서 수저류와 다양한 장식품 형태로 발견됩니다. 이 금속은 은회색을 띠고 부드러움, 연성 및 자기 특성을 가지고 있습니다. 철은 매우 활동적인 원소이며, 공기 중에 산화막이 형성되어 반응이 지속되는 것을 방지합니다. 녹은 습한 환경에서 나타납니다.

철의 녹는점

철은 연성이 있어 단조가 쉽고 주조가 어렵습니다. 이 내구성이 뛰어난 금속은 기계적으로 쉽게 가공되며 자기 드라이브 제조에 사용됩니다. 가단성이 좋아 장식용 장식에 사용할 수 있습니다. 철은 내화성이 가장 높은 금속인가요? 녹는점은 1539°C라는 점에 유의해야 합니다. 그리고 정의에 따르면 내화성 금속에는 철보다 융점이 높은 금속이 포함됩니다.

우리는 철이 가장 내화성이 높은 금속이 아니며 이 원소 그룹에 속하지도 않는다고 분명히 말할 수 있습니다. 중간 용융 재료에 속합니다. 가장 내화성이 높은 금속은 무엇입니까? 그러한 질문은 이제 당신을 놀라게 하지 않을 것입니다. 안전하게 대답할 수 있습니다. 텅스텐입니다.

결론 대신

전 세계적으로 연간 약 3만 톤의 텅스텐이 생산됩니다. 이 금속은 확실히 도구 제작에 사용되는 최고 등급의 강철에 포함되어 있습니다. 생산된 전체 텅스텐의 최대 95%가 야금용으로 소비됩니다. 공정 비용을 줄이기 위해 주로 텅스텐 80%와 철 20%로 구성된 값싼 합금을 사용합니다. 텅스텐의 특성을 이용하여 구리, 니켈과 합금하여 방사성 물질을 보관하는 용기를 만드는 데 사용됩니다. 방사선 치료에서는 동일한 합금이 스크린을 만드는 데 사용되어 안정적인 보호 기능을 제공합니다.

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표에 있는 다양한 금속의 녹는점

각 금속과 합금은 고유한 물리적, 화학적 특성을 갖고 있으며 그 중 특히 녹는점이 있습니다. 프로세스 자체는 물체가 한 응집 상태에서 다른 응집 상태로, 이 경우 고체 결정 상태에서 액체 상태로 전환되는 것을 의미합니다. 금속을 녹이려면 녹는 온도에 도달할 때까지 열을 가해야 합니다. 이를 사용하면 여전히 고체 상태를 유지할 수 있지만 추가 노출과 열 증가로 인해 금속이 녹기 시작합니다. 온도가 낮아지면, 즉 열의 일부가 제거되면 요소가 경화됩니다.

모든 금속 중 가장 높은 융점 텅스텐에 속한다: 3422C o이고 수은의 경우 가장 낮습니다. 요소는 이미 -39C o에서 녹습니다. 일반적으로 합금의 정확한 값을 결정하는 것은 불가능합니다. 이는 구성 요소의 비율에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 일반적으로 숫자 간격으로 작성됩니다.

어떻게 일어나는가

모든 금속의 용융은 외부 또는 내부 가열을 사용하여 거의 동일한 방식으로 발생합니다. 첫 번째는 열로에서 수행되며, 두 번째는 전류를 흘려 저항 가열을 사용하거나 고주파 전자기장에서 유도 가열을 사용합니다. 두 옵션 모두 금속에 거의 동일하게 영향을 미칩니다.

온도가 증가함에 따라, 분자의 열진동 진폭, 격자의 구조적 결함이 발생하고 전위의 성장, 원자 점프 및 기타 교란으로 표현됩니다. 이는 원자간 결합의 파열을 동반하며 일정량의 에너지가 필요합니다. 동시에 신체 표면에는 준액체층이 형성됩니다. 격자가 파괴되고 결함이 축적되는 기간을 용융이라고 합니다.

금속 분리

녹는 점에 따라 금속은 다음과 같이 나뉩니다.

저융점: 600C 이상이 필요하지 않습니다. 이것은 아연, 납, 걸림새, 주석입니다.
중간 용융: 융점 범위는 600C ~ 1600C입니다. 이들은 금, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 철, 니켈 및 모든 원소의 절반 이상입니다.
내화물: 금속을 액체로 만들려면 1600C 이상의 온도가 필요합니다. 여기에는 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄이 포함됩니다.

녹는점에 따라 다름 용해 장치도 선택됩니다.. 지표가 높을수록 강해집니다. 표에서 필요한 요소의 온도를 확인할 수 있습니다.

또 다른 중요한 양은 끓는점입니다. 이는 액체가 끓는 과정이 시작되는 값으로, 끓는 액체의 평평한 표면 위에 형성되는 포화 증기의 온도에 해당합니다. 일반적으로 녹는점의 거의 두 배입니다.

두 값 모두 일반적으로 정상 압력에서 제공됩니다. 자기들끼리는 정비례.

압력이 증가하면 녹는 양이 증가합니다.
압력이 감소하면 녹는 양이 감소합니다.

저융점 금속 및 합금 표(최대 600C o)

중간 용융 금속 및 합금 표(600C o ~ 1600C o)

내화성 금속 및 합금 표(1600C 이상)

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내화 금속 - 목록 및 범위

내화성 금속은 19세기 말부터 알려져 왔습니다. 그때는 아무 소용이 없었습니다. 그것들이 사용된 유일한 산업은 전기 공학이었고 그 수량이 매우 제한적이었습니다. 그러나 지난 세기 50년대 초음속 항공 및 로켓 기술의 발전으로 모든 것이 극적으로 변했습니다. 생산에는 1000°C 이상의 온도에서 상당한 부하를 견딜 수 있는 새로운 소재가 필요했습니다.

내화금속 목록 및 특성

내화성은 고체 상태에서 액체 상태로의 전이 온도 값이 증가하는 것을 특징으로 합니다. 1875℃ 이상에서 녹는 금속은 내화금속으로 분류됩니다. 용융 온도를 높이려면 다음 유형이 포함됩니다.

바나듐
로듐
하프늄
루테늄
텅스텐
이리듐
탄탈
몰리브덴
오스뮴
레늄
니오브.

매장량과 생산 수준 측면에서 현대 생산은 텅스텐, 몰리브덴, 바나듐 및 크롬에 의해서만 충족됩니다. 루테늄, 이리듐, 로듐, 오스뮴은 자연 상태에서는 매우 드뭅니다. 연간 생산량은 1.6톤을 초과하지 않습니다.

내열성 금속에는 다음과 같은 주요 단점이 있습니다.

차가운 취성이 증가했습니다. 특히 텅스텐, 몰리브덴, 크롬에서 두드러집니다. 연성 상태에서 취성 상태로의 금속 전이 온도는 100°C보다 약간 높으며, 이는 압력 하에서 금속을 가공할 때 불편함을 야기합니다.
산화에 대한 불안정성. 이로 인해 1000°C 이상의 온도에서 내화 금속은 표면에 갈바니 코팅을 미리 적용한 경우에만 사용됩니다. 크롬은 산화 과정에 가장 잘 견디지만 내화성 금속으로서 녹는점이 가장 낮습니다.

가장 유망한 내화 금속으로는 니오븀과 몰리브덴이 있습니다. 이는 본질적으로 널리 퍼져 있으며 결과적으로 이 그룹의 다른 요소에 비해 비용이 저렴하기 때문입니다.

자연에서 발견되는 가장 내화성 금속은 텅스텐입니다. 기계적 특성은 1800°C 이상의 주변 온도에서도 감소하지 않습니다. 그러나 위에 나열된 단점과 증가된 밀도로 인해 생산에 사용되는 범위가 제한됩니다. 순수한 금속으로서 점점 더 적게 사용됩니다. 그러나 합금 성분으로서 텅스텐의 가치는 증가합니다.

물리적 및 기계적 특성

녹는점이 높은 금속(내화물)은 전이 원소입니다. 주기율표에 따르면 두 가지 유형이 있습니다.

하위 그룹 5A – 탄탈륨, 바나듐 및 니오븀.
하위 그룹 6A – 텅스텐, 크롬 및 몰리브덴.

바나듐의 밀도는 6100kg/m3으로 가장 낮고, 텅스텐의 밀도는 19300kg/m3으로 가장 높습니다. 나머지 금속의 비중은 이 값 내에 있습니다. 이 금속은 낮은 선팽창계수, 감소된 탄성 및 열전도율을 특징으로 합니다.

이 금속은 전기를 잘 전도하지 않지만 초전도 특성을 가지고 있습니다. 초전도 체제의 온도는 금속 유형에 따라 0.05-9K입니다.

물론 모든 내화 금속은 실내 조건에서 연성이 증가하는 것이 특징입니다. 텅스텐과 몰리브덴은 내열성이 더 높아 다른 금속보다 돋보입니다.

내식성

내열성 금속은 대부분의 공격적인 환경에 대한 높은 저항성을 특징으로 합니다. 하위 그룹 5A 원소의 내식성은 바나듐에서 탄탈륨으로 증가합니다. 예를 들어, 25°C에서 바나듐은 왕수에 용해되는 반면, 니오븀은 이 산에 대해 완전히 불활성입니다.

탄탈륨, 바나듐 및 니오븀은 용융된 알칼리 금속에 대한 내성이 있습니다. 구성에 산소가 없으면 화학 반응의 강도가 크게 증가합니다.

몰리브덴, 크롬, 텅스텐은 부식에 대한 저항력이 더 높습니다. 따라서 바나듐을 적극적으로 용해시키는 질산은 몰리브덴에 미치는 영향이 훨씬 적습니다. 20°C의 온도에서 이 반응은 완전히 멈춥니다.

모든 내화 금속은 쉽게 가스와 화학 결합을 맺습니다. 니오븀에 의한 환경으로부터의 수소 흡수는 250°C에서 발생합니다. 500 ºC의 탄탈륨. 이러한 공정을 중단하는 유일한 방법은 1000°C에서 진공 어닐링을 수행하는 것입니다. 텅스텐, 크롬 및 몰리브덴은 가스와 상호 작용하는 경향이 훨씬 적다는 점은 주목할 가치가 있습니다.

앞서 언급했듯이 크롬만이 산화에 강합니다. 이 특성은 표면에 크롬 산화물의 고체 막을 형성하는 능력 때문입니다. 크롬에 의한 산소 용해는 700°C에서만 발생합니다. 다른 내화성 금속의 경우 산화 공정은 대략 550°C에서 시작됩니다.

차가운 취성

생산에 내열성 금속을 사용하는 확산은 저온 취성 경향이 증가함에 따라 방해를 받습니다. 이는 온도가 일정 수준 이하로 떨어지면 금속의 취성이 급격히 증가한다는 것을 의미합니다. 바나듐의 경우 이 온도는 -195°C, 니오븀의 경우 -120°C, 텅스텐의 경우 +330°C입니다.

내열성 금속에 저온 취성이 존재하는 것은 그 구성에 불순물이 포함되어 있기 때문입니다. 특수 순도(99.995%)의 몰리브덴은 액체 질소 온도까지 향상된 플라스틱 특성을 유지합니다. 그러나 단지 0.1%의 산소만 첨가하면 저온 취성점이 -20C로 이동합니다.

사용 분야

40년대 중반까지 내화금속은 전기산업에서 구리와 니켈을 기반으로 한 비철강 합금의 기계적 특성을 향상시키기 위한 합금원소로만 사용되었습니다. 몰리브덴과 텅스텐의 화합물도 경질 합금 생산에 사용되었습니다.

항공, 원자력 산업 및 로켓 과학의 활발한 발전과 관련된 기술 혁명은 내화 금속을 사용하는 새로운 방법을 찾았습니다. 다음은 새로운 애플리케이션의 일부 목록입니다.

헤드 유닛 및 로켓 프레임용 방열판 생산.
초음속 항공기용 구조재료.
니오븀은 우주선의 벌집 모양 패널의 재료로 사용됩니다. 그리고 로켓 과학에서는 열교환기로 사용됩니다.
Thermojet 및 로켓 엔진 부품: 노즐, 테일 스커트, 터빈 블레이드, 노즐 플랩.
바나듐은 원자력 산업에서 핵융합로 연료 요소의 얇은 벽 튜브 제조의 기초입니다.
텅스텐은 전등의 필라멘트로 사용됩니다.
몰리브덴은 유리를 녹이는 데 사용되는 전극 생산에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 또한, 몰리브덴은 사출 금형을 생산하는 데 사용되는 금속입니다.
부품 열간 가공용 공구 생산.

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지구상에서 가장 내화성이 강한 금속

호기심 많은 사람들은 아마도 어떤 금속이 가장 내화성이 있습니까?라는 질문에 관심이 있을 것입니다. 이에 답하기 전에 내화성 자체의 개념을 이해하는 것이 좋습니다. 과학에 알려진 모든 금속은 결정 격자의 원자 간 결합 안정성이 다양하기 때문에 녹는점이 다릅니다. 결합이 약할수록 결합을 끊는 데 필요한 온도가 낮아집니다.

세계에서 가장 내화성이 높은 금속은 극한의 열 조건에서 작동하는 부품을 생산하기 위해 순수한 형태나 합금으로 사용됩니다. 이는 고온을 효과적으로 견딜 수 있으며 장치의 작동 수명을 크게 연장할 수 있습니다. 그러나 열 효과에 대한 이 그룹의 금속 저항으로 인해 야금학자들은 비표준 생산 방법에 의존하게 됩니다.

가장 내화성이 강한 금속은 무엇입니까?

지구상에서 가장 다루기 힘든 금속은 1781년 스웨덴 과학자 Carl Wilhelm Scheele에 의해 발견되었습니다. 새로운 재료는 텅스텐이라고 불린다. Scheele는 광석을 질산에 용해시켜 삼산화텅스텐을 합성할 수 있었습니다. 이 순수한 금속은 2년 후 스페인 화학자 Fausto Fermin과 Juan José de Eluar에 의해 분리되었습니다. 새로운 요소는 즉시 인식되지 않았으며 산업가들에 의해 채택되었습니다. 사실 당시의 기술은 그러한 내화성 물질을 처리하는 것을 허용하지 않았기 때문에 대부분의 동시대 사람들은 과학적 발견에 큰 중요성을 부여하지 않았습니다.

텅스텐은 훨씬 나중에 평가되었습니다. 오늘날 그 합금은 다양한 산업 분야의 내열 부품 생산에 사용됩니다. 가스 방전 가정용 램프의 필라멘트도 텅스텐으로 만들어집니다. 이는 또한 로켓 노즐 생산을 위한 항공우주 산업에서 사용되며, 가스 아크 용접에서 재사용 가능한 전극으로 사용됩니다. 텅스텐은 내화성일 뿐만 아니라 밀도도 높아 고품질 골프 클럽을 만드는 데 적합합니다.

비금속과의 텅스텐 화합물도 산업계에서 널리 사용됩니다. 따라서 황화물은 섭씨 500도까지 견딜 수 있는 내열 윤활제로 사용되고, 탄화물은 가장 단단한 물질을 다루고 높은 가열 온도를 견딜 수 있는 절단기, 연마 디스크 및 드릴을 만드는 데 사용됩니다. 마지막으로 텅스텐의 산업적 생산을 고려해 보겠습니다. 가장 내화성이 높은 금속의 융점은 섭씨 3422도입니다.

텅스텐은 어떻게 얻나요?

순수한 텅스텐은 자연에서 발생하지 않습니다. 그것은 삼산화물 형태의 암석뿐만 아니라 철, 망간 및 칼슘의 철망간석, 덜 자주 구리 또는 납의 일부입니다. 과학자들에 따르면 지각의 텅스텐 함량은 톤당 평균 1.3g입니다. 이것은 다른 유형의 금속에 비해 다소 희귀한 원소입니다. 채굴 후 광석의 텅스텐 함량은 일반적으로 2%를 초과하지 않습니다. 따라서 추출된 원료는 가공 공장으로 보내지며, 여기서 자기 또는 정전기 분리를 통해 금속의 질량 분율이 55-60%가 됩니다.

생산 과정은 기술 단계로 구분됩니다. 첫 번째 단계에서는 채굴된 광석에서 순수한 삼산화물이 분리됩니다. 이를 위해 열분해법이 사용된다. 섭씨 500도에서 800도 사이의 온도에서는 과잉 원소가 모두 녹고 산화물 형태의 내화성 텅스텐이 용융물에서 쉽게 수집될 수 있습니다. 결과물은 6가 산화텅스텐 함량이 99%인 원료입니다.

생성된 화합물을 완전히 분쇄한 후 수소 존재 하에 섭씨 700도에서 환원 반응을 수행한다. 이를 통해 순수한 금속을 분말 형태로 분리할 수 있습니다. 다음으로 고압으로 압축하고 섭씨 1200~1300도 온도의 수소 환경에서 소결합니다. 그 후, 결과물은 전기 용해로로 보내져 전류의 영향을 받아 3000도 이상의 온도로 가열됩니다. 이것이 텅스텐이 용융 상태로 변하는 방식입니다.

불순물로부터 최종 정제 및 단결정 구조 격자를 얻기 위해 구역 용융 방법이 사용됩니다. 이는 특정 시점에서 금속 전체 면적의 특정 영역만 용융된다는 것을 의미합니다. 점차적으로 이동하면서 이 영역은 불순물을 재분배하여 궁극적으로 한 곳에 축적되고 합금 구조에서 쉽게 제거될 수 있습니다.

완성된 텅스텐은 원하는 제품의 후속 생산을 위해 바 또는 잉곳 형태로 창고에 도착합니다. 텅스텐 합금을 얻으려면 모든 구성 요소를 분쇄하고 필요한 비율로 분말 형태로 혼합합니다. 다음으로, 전기로에서 소결 및 용해를 실시한다.

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내화 금속은... 내화 금속이란 무엇입니까?

시간																		그
리	BE												비	씨	N	영형	에프	네
나	마그네슘												알	시	피	에스	Cl	아르곤
케이	칼슘	SC	티	V	Cr	망	철	공동	니	구리	아연	가	게	처럼	Se	브르	크르
Rb	경	와이	Zr	NB	모	Tc	루	Rh	PD	Ag	CD	~ 안에	Sn	Sb	테	나	세
CS	바	라	*	HF	고마워	여	답장	오스	IR	백금	오	HG	틀	납	비	포	~에	Rn
정말로	라	교류	**	RF	DB	Sg	ㅎ	HS	산	DS	Rg
			*	Ce	홍보	Nd	오후	SM	유럽 연합	하나님	결핵	다이	호	어	Tm	이브	루
			**	목	아빠	유	NP	푸	오전	센티미터	Bk	CF	에스	FM	MD	아니요	Lr

내화 금속- 융점이 매우 높고 내마모성이 강한 화학 원소(금속)의 일종입니다. 내화 금속이라는 표현은 재료 과학, 야금학, 공학 과학과 같은 분야에서 가장 자주 사용됩니다. 내화금속의 정의는 그룹의 각 원소에 다르게 적용됩니다. 이 원소 종류의 주요 대표자는 다섯 번째 기간의 원소인 니오븀과 몰리브덴입니다. 여섯 번째 기간 - 탄탈륨, 텅스텐 및 레늄. 이들 모두는 2000°C 이상의 융점을 가지며 화학적으로 상대적으로 불활성이며 밀도가 증가합니다. 분말 야금 덕분에 다양한 산업 분야의 부품을 생산하는 데 사용할 수 있습니다.

정의

내화 금속이라는 용어에 대한 대부분의 정의는 융점이 높은 금속으로 정의됩니다. 이 정의에 따르면 금속의 녹는점은 2,200°C 이상이어야 합니다. 이는 내화성 금속으로 정의하는 데 필요합니다. 이 목록에는 니오븀, 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐, 레늄 등 5가지 원소가 주요 원소로 포함되어 있으며, 이러한 금속에 대한 더 넓은 정의를 통해 녹는점이 2123K(1850°C)인 티타늄, 바나듐 원소도 포함할 수 있습니다. , 크롬, 지르코늄, 하프늄, 루테늄 및 오스뮴. 초우라늄 원소(모든 동위원소는 불안정하고 지구상에서 찾기가 매우 어렵습니다)는 결코 내화성 금속으로 분류되지 않습니다.

속성

물리적 특성

탄소와 오스뮴을 제외하면 이들 원소의 녹는점이 가장 높습니다. 이 특성은 해당 특성뿐만 아니라 합금의 특성에도 따라 달라집니다. 금속은 육각형의 밀집된 패킹 형태를 취하는 레늄을 제외하고 입방체 시스템을 가지고 있습니다. 이 그룹에 속한 요소의 대부분의 물리적 특성은 서로 다른 그룹의 구성원이기 때문에 크게 다릅니다.

크리프 변형에 대한 저항성( 영어)은 내화 금속의 정의 특성입니다. 일반 금속의 경우 변형은 금속의 녹는점에서 시작됩니다. 따라서 알루미늄 합금의 크리프 변형은 200°C에서 시작되는 반면, 내화 금속의 경우 1,500°C에서 시작됩니다. 이러한 변형에 대한 저항성과 높은 융점 덕분에 내화 금속은 예를 들어 제트 엔진 부품이나 다양한 재료의 단조에 사용될 수 있습니다.

화학적 특성

야외에서는 산화가 진행됩니다. 이 반응은 부동태화된 층의 형성으로 인해 느려집니다. 산화레늄은 밀도가 높은 산소 흐름을 통과할 때 산화막이 증발하기 때문에 매우 불안정합니다. 그들 모두는 산에 상대적으로 저항력이 있습니다.

애플리케이션

내화 금속은 광원, 부품, 윤활유, 원자력 산업에서는 ARC 및 촉매로 사용됩니다. 융점이 높기 때문에 개방형 제련 재료로 사용되지 않습니다. 분말 형태의 물질은 용해로를 사용하여 압축됩니다. 내화 금속은 와이어, 주괴, 철근, 주석 또는 포일로 가공될 수 있습니다.

텅스텐 및 그 합금

텅스텐은 1781년 스웨덴의 화학자 칼 빌헬름 셸레(Carl Wilhelm Scheele)에 의해 발견되었습니다. 텅스텐은 모든 금속 중에서 가장 높은 녹는점(3422°C)을 가지고 있습니다.

텅스텐.

레늄은 최대 22% 농도의 텅스텐 합금에 사용되며, 이는 내화성과 내식성을 높입니다. 토륨은 텅스텐의 합금 성분으로 사용됩니다. 이는 재료의 내마모성을 증가시킵니다. 분말야금에서는 부품을 소결 및 후속 적용에 사용할 수 있습니다. 무거운 텅스텐 합금을 얻으려면 니켈과 철 또는 니켈과 구리가 사용됩니다. 이러한 합금의 텅스텐 함량은 일반적으로 90% 이상입니다. 소결시에도 합금재료의 혼합율이 낮다.

텅스텐과 그 합금은 고온이 존재하지만 높은 경도가 요구되고 높은 밀도가 무시될 수 있는 곳에서 여전히 사용됩니다. 텅스텐으로 구성된 필라멘트는 일상생활과 악기 제작에 사용됩니다. 전구는 온도가 상승함에 따라 전기를 빛으로 더 효율적으로 변환합니다. 텅스텐 가스 아크 용접( 영어) 장비는 전극을 녹이지 않고 연속적으로 사용됩니다. 텅스텐은 녹는점이 높기 때문에 비용 없이 용접에 사용할 수 있습니다. 텅스텐은 밀도와 경도가 높아 포탄에 사용할 수 있습니다. 높은 녹는점은 로켓 노즐의 구성에 사용되며, 그 예로는 폴라리스 로켓이 있습니다. 때로는 밀도로 인해 사용되는 경우도 있습니다. 예를 들어, 골프 클럽 생산에 사용됩니다. 이러한 부품에서는 더 비싼 오스뮴도 사용할 수 있으므로 텅스텐에만 사용이 제한되지 않습니다.

몰리브덴 합금

몰리브덴.

몰리브덴 합금이 널리 사용됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 합금인 티타늄-지르코늄-몰리브덴은 0.5% 티타늄, 0.08% 지르코늄 및 나머지 몰리브덴을 포함합니다. 합금은 고온에서 강도가 증가했습니다. 합금의 작동 온도는 1060°C입니다. 텅스텐-몰리브덴 합금(Mo 70%, W 30%)의 높은 저항성은 밸브와 같은 아연 부품 주조에 이상적인 소재입니다.

수은은 몰리브덴과 아말감을 형성하지 않기 때문에 몰리브덴은 수은 리드 릴레이에 사용됩니다.

몰리브덴은 가장 일반적으로 사용되는 내화 금속입니다. 가장 중요한 것은 강철 합금의 강화제로 사용된다는 것입니다. 스테인리스강과 함께 파이프라인 제조에 사용됩니다. 몰리브덴의 높은 융점, 내마모성 및 낮은 마찰 계수는 매우 유용한 합금 재료입니다. 뛰어난 마찰 특성으로 인해 신뢰성과 성능이 요구되는 윤활제로 사용됩니다. 자동차 산업의 CV 조인트 생산에 사용됩니다. 몰리브덴의 대규모 매장지는 중국, 미국, 칠레 및 캐나다에서 발견됩니다.

니오브 합금

Apollo CSM 노즐의 어두운 부분은 티타늄-니오븀 합금으로 만들어졌습니다.

니오븀은 거의 항상 탄탈륨과 함께 발견됩니다. 니오븀은 그리스 신화에 나오는 탄탈로스의 딸 니오베의 이름을 따서 명명되었습니다. 니오븀은 다양한 용도로 사용되며 그 중 일부는 내화성 금속과 공유됩니다. 이 소재의 독특함은 어닐링을 통해 광범위한 경도와 탄성 특성을 얻을 수 있다는 사실에 있습니다. 밀도 지수는 이 그룹의 다른 금속에 비해 가장 작습니다. 전해 콘덴서에 사용할 수 있으며 초전도 합금에서 가장 일반적인 금속입니다. 니오븀은 항공기 가스 터빈, 진공관 및 원자로에 사용될 수 있습니다.

89% 니오븀, 10% 하프늄, 1% 티타늄으로 구성된 니오븀 합금 C103은 Apollo CSM과 같은 액체 로켓 엔진의 노즐을 만드는 데 사용됩니다. 영어) . 사용된 합금은 반응이 400°C의 온도에서 일어나기 때문에 니오븀의 산화를 허용하지 않습니다.

탄탈

탄탈륨은 모든 내화 금속 중에서 가장 내식성이 강한 금속입니다.

탄탈륨의 중요한 특성은 의학에서의 사용을 통해 발견되었습니다. 탄탈륨은 신체의 산성 환경을 견딜 수 있습니다. 때때로 전해 콘덴서에 사용됩니다. 휴대폰 및 컴퓨터 커패시터에 사용됩니다.

레늄 합금

레늄은 전체 그룹에서 가장 최근에 발견된 내화 원소입니다. 이 그룹의 다른 금속(백금 또는 구리)의 광석에서는 낮은 농도로 발견됩니다. 이는 다른 금속과의 합금 구성 요소로 사용될 수 있으며 합금에 좋은 특성(가단성)을 부여하고 인장 강도를 증가시킵니다. 레늄 합금은 전자 부품, 자이로스코프 및 원자로에 사용될 수 있습니다. 가장 중요한 용도는 촉매제입니다. 알킬화, 탈 알킬화, 수소화 및 산화에 사용할 수 있습니다. 자연에서 드물게 존재하므로 모든 내화 금속 중에서 가장 비쌉니다.

내화 금속의 일반적인 특성

내화 금속과 그 합금은 특이한 특성과 향후 응용 가능성으로 인해 연구자들의 관심을 끌고 있습니다.

몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐과 같은 내화 금속의 물리적 특성, 경도 및 고온 안정성으로 인해 진공 상태와 없는 상태 모두에서 재료의 열간 금속 가공에 사용되는 재료입니다. 많은 부품은 고유한 특성을 기반으로 합니다. 예를 들어 텅스텐 필라멘트는 최대 3073K의 온도를 견딜 수 있습니다.

그러나 최대 500°C까지의 산화 저항성은 이 그룹의 주요 단점 중 하나입니다. 공기와 접촉하면 고온 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이것이 바로 산소로부터 분리된 재료(예: 전구)에 사용되는 이유입니다.

내화성 금속 합금(몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐)은 우주 핵 기술의 일부로 사용됩니다. 이러한 구성 요소는 고온(1350K~1900K)을 견디도록 특별히 설계되었습니다. 위에서 언급한 것처럼 산소와 접촉해서는 안 됩니다.

또한보십시오

노트

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