Тугоплавкие металлы

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

Тугоплавкие металлы (вольфрам W, рений Re, молибден Мо, тантал Та, титан Ti, ниобий Nb, цирконий Zr, гафний Gf) применя­ют в электровакуумной технике, полупроводниковом производстве и микроэлектронике, для подвижных контактов и в качестве мате­риала для сверхпроводников. Основные свойства некоторых тугоп­лавких металлов приведены в табл. 3.

Таблица 3. Основные свойства тугоплавких металлов

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

наиболее высокая температура плавления;

очень большая плотность;

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

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

Он получается из вольфрамитовой руды в результате сложной технологической обработки.

Сравнительно толстые вольфрамовые изделия с мелкокристал­лической структурой очень хрупкие вследствие высокой прочнос­ти отдельно взятых кристаллов при очень слабом их сцеплении меж­ду собой.

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

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

самое низкое удельное электрическое сопротивление r из всех тугоплавких металлов;

допустимая рабочая температура ниже, чем у вольфрама;

окисление начинается с температуры 500 °С.

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

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

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

Ртуть Hg

Ртуть - единственный чистый металл, который при нормальной температуре находится в жидком состоянии. Он обладает следую­щими свойствами:

легко испаряется даже при комнатной температуре, и пары ее очень вредны;

применение паров ртути в газоразрядных приборах обусловле­но более низким потенциалом ионизации по сравнению с обычны­ми и инертными газами;

чистая ртуть и ее соединения относятся к ядовитым веществам;

в ртути хорошо растворяются щелочные и редкоземельные ме­таллы (магний, алюминий, цинк, олово, свинец, кадмий, платина, серебро, золото);

слабо растворяются в ртути медь и никель;

не растворяются в ртути железо и титан.

Получают ртуть металлургическим способом, подвергая ее мно­гократной очистке. Завершающей операцией является вакуумная перегонка при температуре примерно 200 °С.

Применяют ртуть в лампах дневного света, для ртутных контак­тов в реле, в качестве жидкого катода в ртутных выпрямителях, в ртутных лампах.