โลหะที่ทนความร้อนมากที่สุด โลหะทนไฟ - คำอธิบายผลิตภัณฑ์จากวัสดุทนไฟ Me. เซอร์โคเนียมและโลหะผสม

คำจำกัดความ " โลหะทนไฟ»ไม่ต้องการคำอธิบายเพิ่มเติมเนื่องจากความละเอียดถี่ถ้วนของคำศัพท์นั้นเอง ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคืออุณหภูมิหลอมเหลวเกณฑ์หลังจากนั้นสารสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นวัสดุทนไฟ

ความไม่เห็นด้วยในพารามิเตอร์ที่สำคัญ

แหล่งที่มาบางแห่งตั้งค่าขีด จำกัด เป็น 4000 F. เมื่อแปลเป็นมาตราส่วนปกติจะให้ 2204 0 C ตามเกณฑ์นี้มีเพียงห้าองค์ประกอบเท่านั้นที่ทนความร้อน:, และ. ตัวอย่างเช่นจุดหลอมเหลวของทังสเตนคือ 3422 ° C

วิดีโอ - หลอมทังสเตนด้วยไฟฉายไฮโดรเจน

คำแถลงอื่นทำให้สามารถขยายระดับของวัสดุทนอุณหภูมิได้เนื่องจากใช้เป็นจุดอ้างอิงจุดหลอมเหลวของเหล็ก - 1539 0 C สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถเพิ่มรายการได้อีกเก้าธาตุ ได้แก่ ไทเทเนียมโครเมียมอิริเดียมเซอร์โคเนียมแฮฟเนียมโรเดียมรูทีเนียมและออสเมียม

มีเกณฑ์อุณหภูมิอื่น ๆ อีกมากมาย แต่ไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย

ตารางเปรียบเทียบระดับการหักเหของโลหะบริสุทธิ์

ควรสังเกตว่าวัสดุทนไฟไม่ได้ จำกัด เฉพาะโลหะเท่านั้น หมวดหมู่นี้ประกอบด้วยสารประกอบจำนวนหนึ่ง - โลหะผสมและโลหะผสม - ออกแบบมาเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติบางอย่างของวัสดุเริ่มต้น สำหรับองค์ประกอบบริสุทธิ์สามารถกำหนดตารางภาพของระดับความเสถียรของอุณหภูมิได้ มันถูกนำโดยโลหะทนไฟที่รู้จักกันมากที่สุดในปัจจุบัน - ทังสเตนที่มีจุดหลอมเหลว 3422 0 C การกำหนดอย่างระมัดระวังดังกล่าวเกี่ยวข้องกับความพยายามที่จะแยกโลหะที่มีค่าเกณฑ์การหลอมที่เกินกว่าทังสเตน ดังนั้นคำถามที่ว่าโลหะใดเป็นวัสดุทนไฟมากที่สุดอาจได้รับคำจำกัดความที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงในอนาคต

เกณฑ์สำหรับสารประกอบที่เหลือแสดงอยู่ด้านล่าง:

• รีเนียม 3186;
• 3027;
• แทนทาลัม 3014;
• โมลิบดีนัม 2623;
• ไนโอเบียม 2477;
• 2446;
• รูทีเนียม 2334;
• 2233;
• โรเดียม 2507;
• วาเนเดียม 2453;
• โครเมี่ยม 1907;
• 1855;
• 1668.

ยังคงต้องเพิ่มอีกหนึ่งอย่าง ความจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับ คุณสมบัติทางกายภาพ องค์ประกอบทนความร้อน จุดหลอมเหลวของบางจุดมีความไวต่อความบริสุทธิ์ของวัสดุ ตัวอย่างที่โดดเด่นของสิ่งนี้คือโครเมียมซึ่งจุดหลอมเหลวซึ่งอาจแตกต่างกันไปในช่วง 1513 ถึง 1920 0 Сขึ้นอยู่กับ องค์ประกอบทางเคมี สิ่งสกปรก ดังนั้นพื้นที่อินเทอร์เน็ตเหล่านี้มักจะแตกต่างกันในจำนวนที่แน่นอน แต่องค์ประกอบด้านคุณภาพไม่ได้รับผลกระทบจากสิ่งนี้

โครเมียมในรูปบริสุทธิ์

คุณสมบัติทั่วไปของวัสดุทนไฟ

ความคล้ายคลึงกันของลักษณะทางเคมีฟิสิกส์ขององค์ประกอบเหล่านี้เกิดจากโครงสร้างอะตอมทั่วไปและความจริงที่ว่าพวกมันกลายเป็นโลหะทรานซิชัน ในทางตรงกันข้ามความแตกต่างในคุณสมบัตินั้นเกี่ยวข้องกับการเป็นของกลุ่มต่างๆของตารางธาตุ: IV - VII

ขั้นพื้นฐาน ลักษณะทั่วไป วัสดุทนไฟ - พันธะระหว่างอะตอมที่แข็งแกร่ง ในการทำลายพวกมันต้องใช้พลังงานสูงซึ่งทำให้เกิดจุดหลอมเหลวหลายพันองศาเซลเซียส นอกจากนี้ คุณสมบัตินี้ มีผลต่อค่าที่สูงของพารามิเตอร์ดังกล่าวของโลหะทนไฟเช่นความแข็งความแข็งแรงเชิงกลความต้านทานไฟฟ้า

ลักษณะต่อไปที่รวมองค์ประกอบเหล่านี้คือกิจกรรมทางเคมีสูง มันเกี่ยวข้องกับแนวโน้มทั่วไปของโลหะทนไฟในการสร้างพันธะเคมีผ่าน d-orbital ที่เติม p และบางส่วนโดยอิสระโดยบริจาคอิเล็กตรอนจากระดับภายนอก s และ d คุณสมบัตินี้ทำให้ยากที่จะได้รับโลหะทนไฟบริสุทธิ์แตกหัก การผลิตทางเทคโนโลยี ในหลายขั้นตอน

โครงสร้างขององค์ประกอบทนความร้อนก็เหมือนกันโดยทั้งหมดมีลักษณะเป็นลูกบาศก์ที่มีร่างกายเป็นศูนย์กลาง ตาข่ายคริสตัล... โครงสร้างนี้มีลักษณะ“ การเปราะบาง” ข้อยกเว้นคือรีเนียมซึ่งมีเซลล์รูปหกเหลี่ยม การเปลี่ยนไปสู่สถานะเปราะสำหรับโลหะแต่ละชนิดเกิดขึ้นที่อุณหภูมิหนึ่งซึ่งเป็นไปตามการควบคุมโดยการผสม

โลหะทนไฟทุกชนิดทนความร้อนได้ตามความหมาย แต่ไม่ใช่ทั้งหมดที่ทนความร้อนได้ โลหะทนไฟส่วนใหญ่ทนต่อการเกิดออกซิเดชั่นและตัวกลางที่มีฤทธิ์รุนแรง: กรดด่าง; ภายใต้สภาวะปกติ อย่างไรก็ตามเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นถึง 400 0 Сกิจกรรมของพวกมันจะเพิ่มขึ้นอย่างผิดปกติ สิ่งนี้ต้องมีการสร้างเงื่อนไขการทำงานบางอย่าง ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่ทำจากโลหะทนไฟที่อุณหภูมิการใช้งานสูงมักจะถูกวางไว้ในบรรยากาศของก๊าซเฉื่อยหรือทำให้อากาศเกิดสภาวะสุญญากาศในระดับที่หายาก

การรับวัสดุทนไฟ

ดังที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้อุปสรรคสำคัญในการผลิตโลหะทนความร้อนคือกิจกรรมทางเคมีที่สูงซึ่งขัดขวางการแยกองค์ประกอบในรูปแบบบริสุทธิ์

โลหะผงยังคงเป็นเทคโนโลยีการผลิตหลัก เทคนิคนี้ทำให้สามารถรับผงโลหะทนไฟได้หลายวิธี:

1. ลดด้วยไฮโดรเจนไตรออกไซด์ กระบวนการนี้ดำเนินการในหลายขั้นตอนภายในเตาเผาแบบหลายท่อที่อุณหภูมิ 750 - 950 ° C เทคโนโลยีนี้ใช้ได้กับผงโลหะทนไฟ: ทังสเตนและโมลิบดีนัม
2. การลดเปอร์เรเนตด้วยไฮโดรเจน โครงการนี้ใช้ในการผลิตโลหะรีเนียม อุณหภูมิในการทำงานอยู่ที่ประมาณ 500 ° C ขั้นตอนสุดท้ายเกี่ยวข้องกับการล้างผงจากด่าง สำหรับสิ่งนี้จะใช้น้ำร้อนและสารละลายกรดไฮโดรคลอริกตามลำดับ
3. การใช้เกลือโลหะ เทคโนโลยีนี้ได้รับการพัฒนาสำหรับการสกัดโมลิบดีนัม วัตถุดิบหลักคือเกลือแอมโมเนียมของโลหะและผงโลหะที่นำเข้ามาในส่วนผสมที่ระดับ 5-15% โดยน้ำหนัก องค์ประกอบได้รับการบำบัดด้วยความร้อนที่ 500 - 850 ° C ในก๊าซเฉื่อยที่ไหล การลดโลหะเกิดขึ้นในบรรยากาศไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 800 - 1,000 ° C

การผลิตโลหะทนไฟ - โลหะผสมผง

ทัวร์สู่การผลิต

วิธีการรับโลหะทนไฟยังคงได้รับการปรับปรุงเช่นเดียวกับเทคโนโลยีทางเคมีของวัสดุอโลหะและวัสดุซิลิเกตทนไฟซึ่งเกี่ยวข้องกับการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์การสร้างเครื่องบินและการเกิดขึ้นของเครื่องยนต์จรวดรุ่นใหม่

หนึ่งใน บริษัท ที่ใหญ่ที่สุดสำหรับการผลิตทังสเตนในดินแดนของสหพันธรัฐรัสเซียคือโรงงานโลหะทนไฟ Unech องค์กรนี้มีอายุค่อนข้างน้อยการก่อสร้างเริ่มขึ้นในปี 2550 ในอาณาเขตของการตั้งถิ่นฐานของ Unecha จุดเน้นการผลิตของโรงงานมุ่งเป้าไปที่ผงโลหะทนไฟทังสเตนและคาร์ไบด์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น

นอกจากนี้เพื่อให้ได้แท่งโลหะมวลที่เปราะจะถูกเผาหรือบีบด้วยการกด ในลักษณะเดียวกันผงโลหะทนไฟจะถูกแปรรูปเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ทนไฟ

การใช้วัสดุทนไฟ

การใช้โลหะทนความร้อนบริสุทธิ์มีลำดับความสำคัญในหลาย ๆ ด้าน:

• การบินเหนือเสียง;

• การผลิตยานอวกาศ

• การผลิตจรวดนำวิถีขีปนาวุธ

• เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และสุญญากาศ

อุตสาหกรรมอวกาศ

ประเด็นสุดท้ายเกี่ยวกับขั้วไฟฟ้าของหลอดสุญญากาศ ตัวอย่างเช่นไนโอเบียมที่มีความบริสุทธิ์สูงใช้สำหรับการผลิตตาข่ายและท่อสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ขั้วไฟฟ้ายังทำจากมัน - ขั้วบวกของอุปกรณ์สูญญากาศไฟฟ้า

หลอดวิทยุ Electrovacuum

การใช้งานที่คล้ายกันเป็นลักษณะของโมลิบดีนัมทังสเตน โลหะเหล่านี้ในรูปบริสุทธิ์ไม่เพียง แต่ใช้เป็นเส้นใยเท่านั้น แต่ยังใช้ภายใต้ขั้วไฟฟ้าของท่อวิทยุตะขอและสารแขวนลอยของอุปกรณ์สูญญากาศไฟฟ้า ในทางกลับกันผลึกเดี่ยวของทังสเตนถูกใช้เป็นเครื่องทำความร้อนสำหรับอิเล็กโทรดโดยเฉพาะแคโทดรวมทั้งในการผลิตหน้าสัมผัสและฟิวส์ทางไฟฟ้า

วาเนเดียมบริสุทธิ์และไนโอเบียมใช้ในพลังงานนิวเคลียร์ซึ่งทำจากท่อ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เปลือกขององค์ประกอบเชื้อเพลิง พื้นที่ของการใช้แทนทาลัมที่มีความบริสุทธิ์สูงคือเคมี (จานและอุปกรณ์) เนื่องจากโลหะมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง

ควรพิจารณาการบัดกรีทนไฟแยกต่างหากเนื่องจากไม่รวมโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูง ตัวอย่างเช่นดีบุกทนไฟไม่มีผงโลหะทนไฟ ทองแดงเงินนิกเกิลหรือแมกนีเซียมใช้เป็นสารเติมแต่ง

โลหะทนไฟและโลหะผสมเป็นที่ต้องการทั้งในโลหะรีดและในพื้นที่อื่น ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้โลหะผสมเกิดจากความสามารถในการปรับเปลี่ยน คุณสมบัติบางอย่าง โลหะ: เพื่อลดอุณหภูมิการแตกตัวเพื่อปรับปรุงลักษณะการทนไฟ

โลหะรีดที่ทำจากโลหะทนไฟมีให้เลือกหลากหลายและรวมถึง:

• แผ่น;

• แถบวาดปกติและลึก

• กระดาษฟอยล์;

• ท่อ;

• ลวดและแท่ง

ลวดเทอร์โมอิเล็กโทรดทังสเตนรีเนียม

ผู้ผลิตผลิตภัณฑ์ประเภทนี้ในประเทศรายใหญ่ที่สุดเป็นโรงงานนำร่องสำหรับโลหะทนไฟและโลหะผสมแข็ง

วิดีโอ - โลหะทนไฟ

ด้วยการใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยบราวน์ได้ระบุวัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูงกว่าสารที่รู้จัก การคำนวณแสดงให้เห็นว่าวัสดุที่ทำจากแฮฟเนียมไนโตรเจนและคาร์บอนจะมีจุดหลอมเหลวมากกว่า 4400 K ซึ่งเป็นประมาณ 2 ใน 3 ของอุณหภูมิที่พื้นผิวดวงอาทิตย์และสูงกว่าจุดหลอมเหลวสูงสุด 200 K ที่เคยบันทึกไว้ในระหว่างการทดลอง ...

ก่อนหน้านี้ได้รับการยืนยันจากการทดลองแล้วว่าสารที่ทำจากแฮฟเนียมธาตุแทนทาลัมและคาร์บอน (HF-Ta-C) มีจุดหลอมเหลวเป็นประวัติการณ์การคำนวณที่นำเสนอในวารสาร Physical Review B แสดงให้เห็นว่าวัสดุที่ทำด้วยแฮฟเนียมไนโตรเจนและ คาร์บอน (HF-NC) จะมีจุดหลอมเหลวมากกว่า 4400 K ซึ่งสูงกว่าผลการทดลอง 200 K การคำนวณแสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบที่ดีที่สุดของวัสดุจากแฮฟเนียมไนโตรเจนและคาร์บอนคือ HfN 0.38 C 0.51 ขั้นตอนต่อไปสำหรับนักวิจัยคือการสังเคราะห์วัสดุเพื่อยืนยันการค้นพบของห้องปฏิบัติการ

"ข้อดีของวิธีการคำนวณคือคุณสามารถดูชุดค่าผสมที่แตกต่างกันจำนวนมากในราคาประหยัดและค้นหาชุดค่าผสมที่ควรค่าแก่การทดลองในห้องปฏิบัติการ" Axel van de Walle ผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าว

นักวิจัยใช้วิธีการคำนวณซึ่งจุดหลอมเหลวถูกคำนวณโดยการจำลองกระบวนการทางกายภาพในระดับอะตอมตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม พลวัตของการหลอมจะถูกศึกษาในระดับนาโนในกลุ่มอะตอมประมาณ 100 อะตอม นักวิจัยเริ่มต้นด้วยการวิเคราะห์วัสดุ HF-Ta-C ซึ่งจุดหลอมเหลวได้รับการพิจารณาจากการทดลองแล้ว การจำลองสามารถชี้แจงปัจจัยบางประการที่ส่งผลให้วัสดุสามารถทนต่อความร้อนได้

ผลงานแสดงให้เห็นว่า HF-Ta-C รวมฟิวชั่นที่มีความร้อนสูง (พลังงานถูกปลดปล่อยหรือดูดซึมเมื่อเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลว) โดยมีความแตกต่างเล็กน้อยระหว่างเอนโทรปีของเฟสของแข็งและของเหลว

จากนั้นนักวิจัยได้ใช้การค้นพบนี้เพื่อค้นหาสารประกอบที่สามารถตอบสนองความต้องการเหล่านั้นได้ดีที่สุด พวกเขาพบว่าสารประกอบแฮฟเนียมไนโตรเจนและคาร์บอนจะมีจุดหลอมเหลวสูงใกล้เคียงกัน แต่มีความแตกต่างน้อยกว่าระหว่างเอนโทรปีของของแข็งและของเหลว เมื่อคำนวณจุดหลอมเหลวพบว่าสูงกว่าที่ได้รับในการทดลองสำหรับ HF-Ta-C ถึง 200 K

จุดหลอมเหลวของโลหะผสม Ta-HF-C-N วงกลมทึบแสดงถึงจุดหลอมเหลวที่คำนวณได้สำหรับระบบ HF-C และ Hf-C-N และวงกลมเปิดจะระบุข้อมูลสำหรับระบบ Ta-HF-C สำหรับการเปรียบเทียบ

ในที่สุดงานนี้อาจชี้ไปที่วัสดุใหม่คุณภาพสูงสำหรับการใช้งานที่หลากหลายตั้งแต่การเคลือบสำหรับกังหันก๊าซไปจนถึงชิ้นส่วนเครื่องบินความเร็วสูง นักวิจัยกล่าวว่า HfN 0.38 C 0.51 จะกลายเป็นวัสดุใหม่หรือไม่

การใช้โลหะในชีวิตประจำวันเริ่มขึ้นตั้งแต่รุ่งอรุณของการพัฒนาของมนุษย์และโลหะชนิดแรกคือทองแดงเนื่องจากมีอยู่ในธรรมชาติและใช้งานง่าย ไม่ใช่เพื่ออะไรที่นักโบราณคดีในระหว่างการขุดค้นพบผลิตภัณฑ์ต่างๆและเครื่องใช้ในครัวเรือนจากโลหะนี้ ในกระบวนการวิวัฒนาการผู้คนค่อยๆเรียนรู้ที่จะผสมผสานโลหะต่างๆเข้าด้วยกันได้รับโลหะผสมที่ทนทานและเหมาะสมกับการผลิตเครื่องมือและอาวุธในภายหลัง ในยุคของเราการทดลองยังคงดำเนินต่อไปเนื่องจากสามารถระบุโลหะที่แข็งแกร่งที่สุดในโลกได้

• ความแข็งแรงเฉพาะสูง
• ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง
• ความหนาแน่นต่ำ;
• ความต้านทานการกัดกร่อน
• ความต้านทานทางกลและสารเคมี

ไทเทเนียมถูกใช้ในอุตสาหกรรมการทหารเวชศาสตร์การบินการต่อเรือและด้านการผลิตอื่น ๆ

องค์ประกอบที่มีชื่อเสียงที่สุดซึ่งถือเป็นหนึ่งในโลหะที่แข็งแกร่งที่สุดในโลกและภายใต้สภาวะปกติคือโลหะกัมมันตภาพรังสีที่อ่อนแอ ในธรรมชาติพบได้ทั้งในสภาพอิสระและในหินตะกอนที่เป็นกรด มันค่อนข้างหนักแพร่หลายและแพร่หลายและมีคุณสมบัติพาราแมกเนติกความยืดหยุ่นความเหนียวและความเหนียวสัมพัทธ์ ยูเรเนียมถูกนำไปใช้ในหลายพื้นที่ของการผลิต

เป็นที่รู้จักในฐานะโลหะทนไฟที่มีอยู่มากที่สุดและเป็นหนึ่งในโลหะที่ยากที่สุดในโลก เป็นองค์ประกอบการเปลี่ยนผ่านที่มั่นคงของสีเทาเงินแวววาว มีความแข็งแรงสูงการหักเหของแสงที่ยอดเยี่ยมทนต่อการโจมตีของสารเคมี เนื่องจากคุณสมบัติของมันจึงยืมตัวไปสู่การปลอมและยืดเป็นด้ายเส้นเล็ก ๆ รู้จักกันในชื่อไส้หลอดทังสเตน

ในบรรดาตัวแทนของกลุ่มนี้ถือเป็นโลหะทรานซิชันที่มีความหนาแน่นสูงซึ่งมีสีขาวเงิน มันเกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปแบบบริสุทธิ์ แต่พบได้ในวัตถุดิบโมลิบดีนัมและทองแดง มีความแข็งและความหนาแน่นสูงและมีการหักเหของแสงที่ดีเยี่ยม มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นซึ่งไม่แพ้เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงหลายครั้ง รีเนียมเป็นของ โลหะราคาแพง และมีต้นทุนสูง ใช้ใน เทคโนโลยีสมัยใหม่ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

โลหะสีเงิน - ขาวแวววาวมีประกายสีน้ำเงินเล็กน้อยเป็นของกลุ่มทองคำขาวและถือเป็นหนึ่งในโลหะที่ทนทานที่สุดในโลก เช่นเดียวกับอิริเดียมมีความหนาแน่นของอะตอมสูงมีความแข็งแรงและความแข็งสูง เนื่องจากออสเมียมเป็นของโลหะแพลตตินั่มจึงมีคุณสมบัติคล้ายกับอิริเดียม: การหักเหของแสงความแข็งความเปราะความต้านทานต่อความเครียดเชิงกลและอิทธิพลของสื่อที่ก้าวร้าว พบการประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในการผ่าตัดกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน อุตสาหกรรมเคมี, จรวด, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

มันอยู่ในกลุ่มโลหะและเป็นองค์ประกอบสีเทาอ่อนที่มีความแข็งสัมพัทธ์และความเป็นพิษสูง เนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์จึงมีการใช้เบริลเลียมในหลากหลายอุตสาหกรรม:

• พลังงานนิวเคลียร์;
• วิศวกรรมการบินและอวกาศ
• โลหะ;
• เทคโนโลยีเลเซอร์
• พลังงานนิวเคลียร์.

เนื่องจากมีความแข็งสูงจึงใช้เบริลเลียมในการผลิตโลหะผสมและวัสดุทนไฟ

โลหะที่แข็งแกร่งที่สุดในสิบอันดับแรกของโลกคือโครเมียมซึ่งเป็นโลหะแข็งที่มีความแข็งแรงสูงมีสีขาวอมฟ้าทนต่อด่างและกรด พบในธรรมชาติในรูปแบบบริสุทธิ์และใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีและการผลิตต่างๆ โครเมียมใช้ในการสร้างโลหะผสมต่างๆที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์และการแปรรูปทางเคมี เมื่อใช้ร่วมกับเหล็กจะกลายเป็นโลหะผสมของเฟอร์โรโครมซึ่งใช้ในการผลิตเครื่องมือตัดโลหะ

แทนทาลัมสมควรได้รับทองแดงในการจัดอันดับเนื่องจากเป็นหนึ่งในโลหะที่ทนทานที่สุดในโลก เป็นโลหะสีเงินที่มีความแข็งและความหนาแน่นของอะตอมสูง เนื่องจากการก่อตัวของฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวจึงมีสีตะกั่ว

คุณสมบัติที่โดดเด่นของแทนทาลัมคือความแข็งแรงสูงการหักเหของแสงความต้านทานการกัดกร่อนและตัวกลางที่มีฤทธิ์รุนแรง โลหะเป็นโลหะที่ค่อนข้างเหนียวและง่ายต่อการขึ้นรูป วันนี้ใช้แทนทาลัมได้สำเร็จ:

• ในอุตสาหกรรมเคมี
• ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์
• ในการผลิตโลหะวิทยา
• เมื่อสร้างโลหะผสมที่ทนความร้อน

อันดับที่สองในการจัดอันดับโลหะที่แข็งแกร่งที่สุดในโลกถูกครอบครองโดยรูทีเนียมซึ่งเป็นโลหะเงินที่อยู่ในกลุ่มทองคำขาว ความไม่ชอบมาพากลของมันคือการปรากฏตัวของสิ่งมีชีวิตในเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อ คุณสมบัติที่มีค่าของรูทีเนียมคือความแข็งแรงความแข็งการหักเหของแสงความต้านทานต่อสารเคมีและความสามารถในการสร้างสารประกอบเชิงซ้อน รูทีเนียมถือเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมีหลายชนิดทำหน้าที่เป็นวัสดุในการผลิตขั้วไฟฟ้าหน้าสัมผัสจุดแหลม

การจัดอันดับของโลหะที่ทนทานที่สุดในโลกนำโดยอิริเดียมซึ่งเป็นโลหะสีเงินสีขาวแข็งและทนไฟซึ่งอยู่ในกลุ่มแพลทินัม โดยธรรมชาติแล้วธาตุที่มีความแข็งแรงสูงนั้นหายากมากและมักจะรวมกับออสเมียม เนื่องจากมีความแข็งตามธรรมชาติจึงยากต่อการกลึงและทนต่อสารเคมีได้สูง อิริเดียมทำปฏิกิริยากับความยากลำบากอย่างมากในการสัมผัสกับฮาโลเจนและโซเดียมเปอร์ออกไซด์

โลหะนี้มีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวัน มีการเพิ่มไทเทเนียมโครเมียมและทังสเตนเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดใช้ในการผลิตเครื่องเขียนและใช้ในเครื่องประดับเพื่อสร้างเครื่องประดับ ค่าใช้จ่ายของอิริเดียมยังคงสูงเนื่องจากมีอยู่ในธรรมชาติ จำกัด

ถึง วัสดุทนไฟคือโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงกว่า 1,700°С: ทังสเตนโมลิบดีนัมแทนทาลัมไนโอเบียมโครเมียมเซอร์โคเนียมรีเนียม ส่วนใหญ่มักได้มาจากวิธีการผสมผงโดยใช้เทคโนโลยีการถลุงและการทำให้บริสุทธิ์ด้วยสุญญากาศด้วยไฟฟ้า

การใช้โลหะทนไฟ:

ผลิตภัณฑ์ของเทคโนโลยี electrovacuum

องค์ประกอบความร้อน

เครื่องระเหยในหน่วยการสะสมความร้อนเพื่อให้ได้ฟิล์มที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและต้านทานสูงแบบบาง

ตัวต้านทานฟิล์มบาง

เทอร์โมคัปเปิลสำหรับวัดอุณหภูมิสูง

โลหะทนไฟทั้งหมดเมื่อได้รับความร้อนในอากาศที่อุณหภูมิสูงกว่า 600 ° C จะถูกออกซิไดซ์อย่างเข้มข้นพร้อมกับการก่อตัวของออกไซด์ที่ระเหยได้ ดังนั้นจึงทำงานเป็นองค์ประกอบความร้อนในสูญญากาศหรือในบรรยากาศเฉื่อยป้องกันเช่นอาร์กอน โลหะทนไฟมีความดันไออิ่มตัวเล็กน้อย - คุณภาพที่สำคัญ สำหรับวัสดุของเครื่องระเหยเมื่อผลิตฟิล์มบาง

ทังสเตน (W) - วัสดุทนไฟมากที่สุดในบรรดาโลหะทั้งหมด (Tm \u003d 3400 ° C) มีความแข็งสูงนำไฟฟ้าได้ดี

(ρ \u003d 0.055 μOhmม.)

ทังสเตนเป็นวัสดุที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งสำหรับเทคโนโลยีไฟฟ้าดูด เนื่องจากโครงสร้างเส้นใยที่ได้มาจากการปลอมและการขึ้นรูปลวดทังสเตนเส้นบางที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 0.01 มม. จึงมีความยืดหยุ่นสูง ทังสเตนเป็นวัสดุหลักในการทำไส้หลอดในหลอดไส้ อย่างไรก็ตามลวดและเกลียวที่ทำจากทังสเตนบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิสูงจะเปราะเนื่องจากกระบวนการตกผลึกซ้ำพร้อมกับการเติบโตอย่างเข้มข้นของเมล็ดข้าวจนถึงขนาด ข้ามส่วน ลวด เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของทังสเตนบริสุทธิ์จึงมีการนำสารเติมแต่งต่างๆเข้ามา ทอเรียมออกไซด์ Th2 O3 ทำให้กระบวนการตกผลึกใหม่ช้าลงและป้องกันการเติบโตของเมล็ดข้าวการเติมซิลิกอนออกไซด์ SiO2 และอลูมิเนียม Al2 O3 ช่วยเพิ่มเสถียรภาพมิติของลวดทังสเตน ในระบบไฟฟ้า

ทังสเตนเกรด BA (พร้อมสารเติมแต่งซิลิกอนอลูมิเนียม) และ VT (พร้อมสารเติมแต่งทอเรียมออกไซด์) ใช้ในการผลิตสูญญากาศ

ทังสเตนใช้ในการผลิตแคโทดแรงดันสูงของหลอดออสซิลเลเตอร์อันทรงพลังหลอดเอ็กซ์เรย์ที่มีอุณหภูมิในการทำงาน 2200 ... 2800 K. แคโทดทังสเตนมีการปล่อยอิเล็กตรอนที่เสถียรและความสามารถในการทำงานในสุญญากาศสูง แคโทดทังสเตน thoriated BT มีคุณสมบัติในการปล่อยก๊าซที่สูงขึ้น

ทังสเตนมีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิต่ำสุดของการขยายตัวเชิงเส้นในบรรดาโลหะบริสุทธิ์ทั้งหมด (αl \u003d

4.4 10-6 K-1) คุณสมบัตินี้ใช้สำหรับการผลิตโลหะบัดกรีทังสเตนที่ทนความร้อนพร้อมแว่นตาทนไฟ

ทังสเตนและโลหะผสมที่มีโมลิบดีนัมอิริเดียมรีเนียมยังใช้สำหรับองค์ประกอบความร้อนที่ทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่า 1200 ° C และสำหรับเทอร์โมคัปเปิลที่มีอุณหภูมิสูง เนื่องจากความแข็งสูงความต้านทานส่วนโค้งความต้านทาน EDM และความสามารถในการเชื่อมต่ำจึงใช้ทังสเตนในหน้าสัมผัสที่มีน้ำหนักมาก

โมลิบดีนัม (Mo) เป็นอะนาล็อกของทังสเตน แต่ค่อนข้างทนไฟน้อยกว่า (T pl \u003d 2620 ° C) และแข็งน้อยกว่า โมลิบดีนัมที่ผ่านการอบอ่อนแบบละเอียดมีความเหนียวมากกว่าทังสเตนและใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับชิ้นส่วนโครงร่างที่ซับซ้อนต่างๆ ในบรรดาโลหะทนไฟทั้งหมดโมลิบดีนัมมีความต้านทานต่ำสุด (ρ \u003d 0.05 μOhm· m)

โมลิบดีนัมใช้สำหรับองค์ประกอบความร้อนในเตาไฟฟ้าที่มีอุณหภูมิสูง (สูงถึง 1,700 ° C) ที่ทำงานในบรรยากาศป้องกัน โมลิบดีนัมใช้ในการสร้างกริดและอิเล็กโทรดของหลอดอิเล็กตรอนและชิ้นส่วนเสริมอื่น ๆ ของอุปกรณ์อิเล็กโตรดูดฝุ่น (ตะขอด้ายจี้) ที่ทำงานในสภาวะความร้อนที่รุนแรง

ความสำคัญในทางปฏิบัติคือ โลหะผสมทังสเตน - โมลิบดีนัมซึ่งเป็นโครงสร้างของสารละลายของแข็งในช่วงความเข้มข้นทั้งหมด โลหะผสมที่มี 45% Mo มีความต้านทานและความแข็งสูงสุดทนต่อการสึกกร่อนสูง ใช้สำหรับผู้ติดต่อที่โหลดสูงในสภาพแวดล้อมการป้องกัน W-Mo ยังใช้โลหะผสม

สำหรับไส้หลอดไฟฟ้าและแคโทดให้ความร้อนเนื่องจากมีคุณสมบัติเชิงกลสูงกว่าทังสเตนบริสุทธิ์แม้ว่าจะมีอุณหภูมิในการทำงานที่ต่ำกว่าก็ตาม

รีเนียม (Re) เป็นโลหะหายากและหนักที่มีจุดหลอมเหลวใกล้กับจุดหลอมเหลวของทังสเตน (Tm \u003d 3180 ° C) รีเนียมนั้นแข็งและแข็งแรงเช่นเดียวกับทังสเตนและพลาสติกเช่นโมลิบดีนัมมีความต้านทานสูง (ρ \u003d 0.214 μOhm· m) ทนต่อส่วนโค้ง DC มักใช้รีเนียมในโลหะผสมสำหรับหน้าสัมผัสที่มีน้ำหนักมากเช่นโลหะผสม W + 15 ... 20% Re มีลักษณะความต้านทานการสึกหรอเพิ่มขึ้น

รีเนียมและโลหะผสมที่มีทังสเตนถูกนำมาใช้ในการผลิตอุปกรณ์สูญญากาศไฟฟ้าแทนทังสเตนเนื่องจากมันระเหยน้อยกว่าในบรรยากาศไฮโดรเจนและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น Re- และ W-Re-alloys ใช้สำหรับเทอร์โมคัปเปิลที่อุณหภูมิสูงถึง 2500 ... 2800 ° C ในสภาพแวดล้อมที่มีการป้องกัน

ใน เรเดียมอิเล็คทรอนิคส์ใช้สำหรับป้องกันการกัดกร่อน

และ การสึกหรอของชิ้นส่วนที่ทำจากทองแดงทังสเตนและโมลิบดีนัม ฟิล์มบางรีเนียมใช้สำหรับตัวต้านทานความแม่นยำในวงจรรวม

แทนทาลัม (Ta) ค่อนข้างด้อยกว่าในด้านการหักเหของแสงต่อทังสเตน (T pl \u003d 3000 ° C) แต่มีความเป็นพลาสติกสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญซึ่งทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปร่างลวดและฟอยล์ได้หนาถึง 10 ไมครอน แทนทาลัมก่อตัวเป็นฟิล์มออกไซด์ Ta2O5 ที่มีความหนาแน่นสูงบนพื้นผิวซึ่งคงตัวได้ถึงอุณหภูมิ 1500 ° C คุณสมบัตินี้ใช้ในการผลิตตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าและฟิล์มบางที่มีความจุจำเพาะสูงซึ่งได้จากการออกซิเดชั่นขั้วบวก

แทนทาลัมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีไฟฟ้าดูดสำหรับชิ้นส่วนที่สำคัญ: ขั้วบวกและกริดของหลอดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า, แคโทดแบบไส้ เนื่องจากความสามารถในการดูดซับก๊าซในช่วงอุณหภูมิ 600 ... 1200 ° C จึงใช้แทนทาลัมในอุปกรณ์สูญญากาศเป็นตัวปรับสภาพสูญญากาศสูง (getter) แทนทาลัมยังใช้ในเทคโนโลยีฟิล์มบางสำหรับการผลิตตัวต้านทาน ในอากาศไนโตรเจนจะละลายอย่างแข็งขันในฟิล์มแทนทาลัมด้วยการก่อตัวของฟิล์มไนไตรด์ Ta2N ที่มีคุณสมบัติความเสถียรสูง

ไนโอเบียม (Nb) เป็นโลหะที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับแทนทาลัม แต่หลอมได้มากกว่า (Tm \u003d 2500 ° C) มีความสามารถในการดูดซับก๊าซสูงในช่วงอุณหภูมิ 400 ... 900 ° C ดังนั้นชิ้นส่วนไนโอเบียมในอุปกรณ์อิเล็กโตรสูญญากาศจึงทำหน้าที่เป็นตัวรับในเวลาเดียวกัน ในบรรดาโลหะทนไฟทั้งหมดไนโอเบียมมีฟังก์ชันการทำงานที่ต่ำที่สุดของอิเล็กตรอนใช้เป็นแคโทดแบบไส้ในหลอดกำเนิดไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ ในบรรดาองค์ประกอบทางเคมีไนโอเบียมมีอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงวิกฤตสูงสุดเป็นสถานะตัวนำยิ่งยวด (Tw \u003d 9.2 K) ดังนั้นไนโอเบียมเช่นแทนทาลัม (Tw \u003d 4.5 K) จึงถูกใช้ในเทคโนโลยีการแช่แข็ง

โครเมียม (Cr) มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างต่ำ (Tm \u003d 1900 ° C) เมื่อเทียบกับโลหะทนไฟอื่น ๆ แต่ในทางตรงกันข้ามกับโลหะอื่น ๆ ในกลุ่มนี้พบได้ทั่วไปในเปลือกโลก ของเขา คุณสมบัติที่โดดเด่น - มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชั่นสูงดังนั้นโครเมียมจึงถูกใช้ในการเคลือบป้องกันผลิตภัณฑ์ (การชุบโครเมี่ยม) รวมถึงที่ทำงานในอุณหภูมิที่สูงขึ้น

โครเมียมมีการยึดเกาะที่ดีกับแก้วเซรามิกผนังและเข้ากันได้ดีกับวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าอื่น ๆ ดังนั้นเทคโนโลยีการสะสมของฟิล์มโครเมียมบาง ๆ บนพื้นผิวจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในไมโครอิเล็กทรอนิกส์ในการผลิตตัวต้านทานซับชั้นกาวสำหรับแผ่นสัมผัส

และ การเชื่อมต่อที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

2.2.5. โลหะและโลหะผสมยิ่งยวด

ตัวนำไฟฟ้าเป็นสถานะของสสารโดยไม่มีความต้านทานไฟฟ้า การนำไฟฟ้ายิ่งยวดพบได้ในโลหะและโลหะผสมหลายชนิดที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับศูนย์สัมบูรณ์ อุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงในตัวนำยิ่งยวด

รัฐให้เรียกว่า อุณหภูมิวิกฤตของตัวนำยิ่งยวด-T เซนต์

ที่อุณหภูมิต่ำกว่า Tw กระแสไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในวงจรตัวนำยวดยิ่งจะหมุนเวียนไปเรื่อย ๆ โดยไม่ลดลงหากอุณหภูมิยังคงต่ำ Udel-

ความต้านทานของวัสดุในสถานะตัวนำยวดยิ่งอยู่ที่ประมาณ 10-25 โอห์ม·ม. ซึ่งน้อยกว่าทองแดงถึง 1017 เท่า

ลักษณะทางกายภาพของตัวนำยิ่งยวด เป็นครั้งแรกที่มีการค้นพบปรากฏการณ์การนำไฟฟ้ายิ่งยวดในปรอท (T sv \u003d 4.2 K) โดยนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ Camerlink-Oness ในปีพ. ศ. 2454 ทฤษฎีตัวนำยวดยิ่งสมัยใหม่ตามแนวคิดควอนตัมได้รับการเสนอในปีพ. ศ. 2500 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Bardin, Cooper และ Schrieffer การมีส่วนร่วมอย่างมีนัยสำคัญในการพัฒนาทฤษฎีการนำไฟฟ้ายิ่งยวดเกิดจากผลงานของ N.N.Bogolyubov นักวิชาการโซเวียต

ในโลหะอิเล็กตรอนอิสระที่เคลื่อนที่ในตัวกลางของไอออนที่มีประจุบวกจะทำปฏิกิริยากับการสั่นสะเทือนด้วยความร้อนของตาข่ายโดยแลกเปลี่ยนควอนต้าของพลังงานความร้อนกับมัน - โฟนอนในขณะที่อิเล็กตรอนสามารถดูดซับหรือให้พลังงานได้เช่น เปลี่ยนโมเมนตัมของคุณ การแลกเปลี่ยนโฟตอนระหว่างอิเล็กตรอนด้วยการมีส่วนร่วมของแลตทิซเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์โฟนอนแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนคู่หนึ่งที่มีโมเมนต์และสปินคู่ขนานต่างกันจะสัมผัสกับแรงดึงดูดซึ่งกันและกันและก่อตัวเป็นสิ่งที่เรียกว่า คูเปอร์คู่.

ลองพิจารณาแผนภาพที่เรียบง่าย (รูปที่ 9) อิเล็กตรอน 1 ซึ่งเคลื่อนที่ไปมาระหว่างไอออนดึงดูดไอออนที่ใกล้ที่สุดสร้างตามแนวการเคลื่อนที่ซึ่งเป็นโซนท้องถิ่นที่มีความหนาแน่นเพิ่มขึ้นของประจุบวก อิเล็กตรอน 2 ซึ่งเคลื่อนที่ตามหลังตัวแรกถูกดึงดูดโดยโซนนี้ เป็นผลให้ในทางอ้อมผ่านตาข่ายแรงดึงดูดจะเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กตรอน แรงดึงดูดมีขนาดเล็กการก่อตัวที่จับคู่กันนั้นมีการแปลอย่างอ่อน ๆ ในอวกาศพวกมันสลายตัวและถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องกลายเป็นคอนเดนเสทอิเล็กทรอนิกส์

ที่อุณหภูมิต่ำ (<Т св ) энергия тепловых колебаний решетки чрезвычайно мала и спаренные электроны не рассеиваются на дефектах структуры. Особенность куперовских пар - их импульсная упорядоченность. Электронные волны, описывающие движение пар, имеют одинаковую длину и фазу. Фактически движение всех электронных пар можно рассматривать как распространение одной электронной волны, которая не рассеивается решеткой, «обтекает» дефекты структуры.

รูปที่. 9. แผนภาพการสร้างคู่อิเล็กตรอนในตัวนำยวดยิ่ง

ที่ศูนย์สัมบูรณ์อิเล็กตรอนทั้งหมดที่อยู่ใกล้ระดับเฟอร์มิจะถูกจับเป็นคู่ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นคู่อิเล็กตรอนบางคู่ก็สลายตัวไป อิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่จะผ่านจากระดับพื้นไปยังระดับที่ตื่นเต้นและการเคลื่อนที่ของพวกมันถูกขัดขวางโดยการกระจัดกระจายที่ข้อบกพร่องของโครงสร้าง ที่อุณหภูมิ Tw การแตกของคู่คูเปอร์ทั้งหมดจะเกิดขึ้นและสถานะของตัวนำยิ่งยวดจะหายไป

ตัวนำยิ่งยวดมีคุณสมบัติแม่เหล็กเฉพาะ เนื่องจากอิเล็กตรอนที่มีการหมุนทิศทางตรงข้ามจะจับคู่กันเป็นคู่ ๆ โมเมนต์สปินที่เกิดขึ้นของทั้งคู่จึงเป็นศูนย์และตัวนำยิ่งยวดจะกลายเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าในอุดมคติ เช่นเดียวกับ diamagnets ตัวนำยิ่งยวดจะถูกผลักออกจากสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กภายนอกไม่ทะลุเข้าไปในความหนาของตัวอย่างเลยโดยลดทอนในชั้นผิวที่บางที่สุด (10-7 ... 10-8 ม.) เอฟเฟกต์การผลักนั้นแรงมากจนสนามแม่เหล็กสามารถจับแม่เหล็กถาวรไว้เหนือวงแหวนของวัสดุตัวนำยิ่งยวดได้ อย่างไรก็ตามสถานะของการนำไฟฟ้ายิ่งยวดสามารถถูกทำลายได้หากความแรงของสนามแม่เหล็กเกินค่าวิกฤตบางอย่าง

ปัจจุบันโลหะมากกว่า 30 ชนิดเป็นที่ทราบกันดีว่ามีความเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิการแช่แข็งและมากกว่า 1,000 ชนิด

โลหะผสมที่เป็นตัวนำยิ่งยวดและสารประกอบทางเคมีของธาตุต่างๆ พารามิเตอร์ของวัสดุตัวนำยวดยิ่งบางชนิดแสดงไว้ในตาราง ห้า.

				ตารางที่ 5
	คุณสมบัติของวัสดุตัวนำยวดยิ่ง
	Superwire	วิกฤติ	Superwire	วิกฤติ
		อุณหภูมิ Tw,		อุณหภูมิ Tw,
	ประถมศึกษา:
			สารประกอบทางเคมี:
			V3 Ga
			V3 ศรี
			Nb3 Sn
			Nb3 Ga
			Nb3 Ge

โดยธรรมชาติของการเปลี่ยนแปลงของวัสดุจากสถานะตัวนำยวดยิ่งไปเป็นสถานะของการนำไฟฟ้าธรรมดาภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดประเภท I และประเภท II มีความโดดเด่น มี ประเภท I ตัวนำยิ่งยวดการเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นทันทีที่ความแรงของสนามถึงค่าวิกฤต ตัวนำยวดยิ่ง Type IIผ่านจากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่งทีละน้อย โลหะบริสุทธิ์ส่วนใหญ่เป็นตัวนำยวดยิ่งประเภท I ที่มีอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงวิกฤตต่ำกว่า 4.2 K

ตัวนำยวดยิ่ง Type II ที่ทำจากโลหะบริสุทธิ์ ได้แก่ ไนโอเบียมและวาเนเดียม ในบรรดาองค์ประกอบทั้งหมดที่สามารถผ่านเข้าสู่สถานะตัวนำยวดยิ่งไนโอเบียมมีอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงวิกฤตสูงสุด - 9.4 K ตัวนำยิ่งยวด Type II ประกอบด้วยสารประกอบและโลหะผสมระหว่างโลหะทั้งหมด พารามิเตอร์วิกฤตสูงสุด (ค่าของอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามแม่เหล็กวิกฤตและกระแสที่อนุญาต) ถูกครอบครองโดยโลหะผสมและสารประกอบไนโอเบียม ตัวอย่างเช่นกระแสที่มีความหนาแน่นสูงกว่า 109 A / m2 (103 A / mm2) สามารถส่งผ่านลวดไนโอเบียมสแตนไนด์ Nb3 Sn ในสนามที่มีการเหนี่ยวนำประมาณ 10 T โลหะผสมตัวนำยิ่งยวดที่มีปริมาณไนโอเบียมสูงพบว่ามีการใช้งานจริง: 65BT (63 ... 68% Nb + 22 ... 26% Ti +

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

ตัวอย่างเช่นโลหะผสม 65BT มีความหนาแน่นกระแสวิกฤต

2.8 106 A / ตร.ม.

ในปี 1986 ได้มีการค้นพบปรากฏการณ์ของตัวนำยวดยิ่งที่อุณหภูมิสูงซึ่งเซรามิกบางประเภทมีพื้นฐานมาจากโลหะหายากของโลกที่มีลักษณะการจัดเรียงของอะตอม ตัวอย่างเช่นสารประกอบแลนทานัม La2 -xMxCuO4 (โดยที่ M \u003d Ba, Sr) จะเข้าสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิของไนโตรเจนเหลว ในโลหะผสม yttrium YBa2 Cu3 O7 การเปลี่ยนไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ - 173 ° C ขึ้นไป

วัสดุใหม่กำลังได้รับการพัฒนาโดยมีความหนาแน่นกระแสสูงขึ้นและอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะที่สูงขึ้นไปสู่สถานะตัวนำยิ่งยวด สัญญาในเรื่องนี้คือสิ่งที่เรียกว่าระบบบิสมัทที่มีสูตรเคมี Bi2 Sr2 Ca2 Cu2 Ox ซึ่งอุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงถึง -158 ° C

องค์ประกอบและอุปกรณ์ตัวนำยวดยิ่งถูกนำมาใช้มากขึ้นในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสาขาต่างๆ เพื่อให้ได้สถานะตัวนำยวดยิ่งอุปกรณ์เหล่านี้ใช้ตัวกลางฮีเลียมเหลวหรือสารทำความเย็นที่ราคาถูกกว่า - ไฮโดรเจนเหลว

หนึ่งในการใช้งานหลักของตัวนำยิ่งยวดเกี่ยวข้องกับการผลิตสนามแม่เหล็กที่มีความแข็งแรงสูงที่มีความเข้มมากกว่า 107 A / m ทำให้สามารถผลิตขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องไฟฟ้าและหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีน้ำหนักเบาขนาดและประสิทธิภาพสูงมาก ในระบบตัวนำยวดยิ่งไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟภายนอก นอกจากนี้ยังใช้สำหรับสายส่งกำลังท่อนำคลื่นการลดทอนต่ำหน่วยความจำและอุปกรณ์ควบคุม ตัวนำยิ่งยวดใช้ในการสร้างแม่เหล็กที่ทรงพลัง (เช่นรถไฟลอยแม่เหล็ก) ไจโรสโคปแบบแช่แข็งซึ่งมีจุดยึด "ลอย" ในสนามแม่เหล็ก (รองรับแรงเสียดทาน)

โลหะเป็นวัสดุที่พบมากที่สุดในบรรดาแก้วและพลาสติก พวกเขาถูกใช้โดยผู้คนเป็นเวลานาน ในทางปฏิบัติผู้คนได้เรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของโลหะและนำไปใช้ในการทำอาหารของใช้ในบ้านโครงสร้างต่างๆและงานศิลปะ ลักษณะสำคัญของวัสดุเหล่านี้คือการหักเหของแสงและความแข็ง อันที่จริงการประยุกต์ใช้ในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติเหล่านี้

คุณสมบัติทางกายภาพของโลหะ

โลหะทั้งหมดมีคุณสมบัติทั่วไปดังต่อไปนี้:

1. สี - เทาเงินพร้อมเงาลักษณะเฉพาะ ข้อยกเว้นคือทองแดงและทอง มีความโดดเด่นตามลำดับด้วยโทนสีแดงและสีเหลือง
2. สถานะทางกายภาพเป็นของแข็งยกเว้นปรอทซึ่งเป็นของเหลว
3. การนำความร้อนและไฟฟ้า - แสดงแตกต่างกันสำหรับโลหะแต่ละประเภท
4. ความเหนียวและความเหนียวเป็นตัวแปรที่ขึ้นอยู่กับโลหะเฉพาะ
5. จุดหลอมเหลวและจุดเดือด - ตั้งค่าการหักเหของแสงและความสามารถในการหลอมเหลวมีค่าที่แตกต่างกันสำหรับวัสดุทั้งหมด

คุณสมบัติทางกายภาพของโลหะทั้งหมดขึ้นอยู่กับโครงสร้างของโครงตาข่ายรูปร่างความแข็งแรงและการจัดเรียงเชิงพื้นที่

การหักเหของโลหะ

พารามิเตอร์นี้มีความสำคัญเมื่อเกิดคำถามเกี่ยวกับการใช้โลหะในทางปฏิบัติ สำหรับภาคส่วนที่สำคัญของเศรษฐกิจของประเทศเช่นการก่อสร้างเครื่องบินการต่อเรือการสร้างเครื่องจักรโลหะทนไฟและโลหะผสมเป็นพื้นฐาน นอกจากนี้ยังใช้ทำเครื่องมือทำงานที่มีความแข็งแรงสูง ชิ้นส่วนและผลิตภัณฑ์ที่สำคัญจำนวนมากได้มาจากการหล่อและการหลอม ตามความแข็งแรงของพวกเขาโลหะทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นเปราะและแข็งและตามความหักเหของพวกมันพวกมันจะถูกแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม

โลหะทนไฟและโลหะละลายต่ำ

1. วัสดุทนไฟ - จุดหลอมเหลวสูงกว่าจุดหลอมเหลวของเหล็ก (1539 ° C) ซึ่ง ได้แก่ แพลทินัมเซอร์โคเนียมทังสเตนแทนทาลัม โลหะดังกล่าวมีเพียงไม่กี่ชนิด ในทางปฏิบัติพวกเขาจะใช้แม้แต่น้อย บางชนิดไม่ได้ใช้เนื่องจากมีกัมมันตภาพรังสีสูงบางชนิดมีความเปราะบางเกินไปและไม่มีความนุ่มนวลที่ต้องการบางชนิดมีแนวโน้มที่จะสึกกร่อนและมีสารที่ไม่ได้ประโยชน์ทางเศรษฐกิจ โลหะชนิดใดที่ทนไฟได้มากที่สุด? นี่คือสิ่งที่บทความนี้จะเกี่ยวกับ
2. โลหะหลอมเหลวต่ำคือโลหะที่อุณหภูมิน้อยกว่าหรือเท่ากับจุดหลอมเหลวของดีบุก 231.9 ° C สามารถเปลี่ยนสถานะการรวมตัวได้ ตัวอย่างเช่นโซเดียมแมงกานีสดีบุกตะกั่ว โลหะถูกใช้ในวิศวกรรมวิทยุและไฟฟ้า มักใช้สำหรับเคลือบป้องกันการกัดกร่อนและเป็นตัวนำ

ทังสเตนเป็นโลหะทนไฟมากที่สุด

เป็นวัสดุที่แข็งและมีน้ำหนักมากมีความมันวาวของโลหะสีเทาอ่อนและการหักเหของแสงสูง เป็นเรื่องยากที่จะใช้เครื่องจักร ที่อุณหภูมิห้องจะเปราะและแตกง่าย สาเหตุนี้เกิดจากการปนเปื้อนของออกซิเจนและคาร์บอน ทังสเตนบริสุทธิ์ในทางเทคนิคจะกลายเป็นพลาสติกที่อุณหภูมิสูงกว่า 400 องศาเซลเซียส แสดงความเฉื่อยทางเคมีทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบอื่น ๆ ได้ไม่ดี ทังสเตนเกิดขึ้นตามธรรมชาติในรูปของแร่ธาตุที่ซับซ้อนเช่น:

• scheelitis;
• wolframite;
• ferberite;
• gübnerite

ทังสเตนได้มาจากแร่โดยใช้กระบวนการทางเคมีที่ซับซ้อนในรูปแบบของผง ใช้วิธีการกดและการเผาชิ้นส่วนของรูปทรงและแท่งที่เรียบง่าย ทังสเตนเป็นองค์ประกอบที่ทนต่ออุณหภูมิสูงมาก ดังนั้นพวกเขาจึงไม่สามารถทำให้โลหะอ่อนตัวลงได้เป็นเวลาร้อยปี ไม่มีเตาอบที่สามารถให้ความร้อนได้ถึงหลายพันองศา นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าทังสเตนเป็นโลหะทนไฟมากที่สุด แม้ว่าจะมีความเห็นว่าซีบอร์เกียมตามข้อมูลทางทฤษฎีมีการหักเหของแสงสูงกว่า แต่ก็ไม่สามารถยืนยันได้อย่างแน่ชัดเนื่องจากเป็นธาตุกัมมันตภาพรังสีและมีอายุการใช้งานสั้น

ภูมิหลังทางประวัติศาสตร์

Karl Scheele นักเคมีชื่อดังชาวสวีเดนซึ่งมีอาชีพเป็นเภสัชกรในห้องปฏิบัติการขนาดเล็กทำการทดลองมากมายได้ค้นพบแมงกานีสแบเรียมคลอรีนและออกซิเจน และไม่นานก่อนที่เขาจะเสียชีวิตในปี 1781 เขาเปิดเผยว่าแร่ทังสเตนเป็นเกลือของกรดที่ไม่ทราบแน่ชัด หลังจากทำงานได้สองปีนักเรียนสองพี่น้อง d'Eluyar (นักเคมีชาวสเปน) ได้แยกองค์ประกอบทางเคมีใหม่ออกจากแร่และตั้งชื่อมันว่าทังสเตน เพียงหนึ่งศตวรรษต่อมาทังสเตนซึ่งเป็นโลหะทนไฟส่วนใหญ่ได้ปฏิวัติวงการอย่างแท้จริง

คุณสมบัติการตัดทังสเตน

ในปีพ. ศ. 2407 Robert Muchette นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษใช้ทังสเตนเป็นโลหะผสมนอกเหนือจากเหล็กซึ่งจะทนต่อความร้อนสีแดงและเพิ่มความแข็งได้มากขึ้น ใบมีดซึ่งทำจากเหล็กที่ได้รับเพิ่มความเร็วในการตัดโลหะ 1.5 เท่าและเพิ่มเป็น 7.5 เมตรต่อนาที

การทำงานในทิศทางนี้นักวิทยาศาสตร์ได้รับเทคโนโลยีใหม่ทั้งหมดเพิ่มความเร็วในการแปรรูปโลหะโดยใช้ทังสเตน ในปีพ. ศ. 2450 มีการปรากฏสารประกอบทังสเตนกับโคบอลต์และโครเมียมซึ่งกลายเป็นผู้ก่อตั้งโลหะผสมแข็งที่สามารถเพิ่มความเร็วในการตัดได้ ปัจจุบันมันเพิ่มขึ้นเป็น 2,000 เมตรต่อนาทีและทั้งหมดนี้ต้องขอบคุณทังสเตนซึ่งเป็นโลหะทนไฟมากที่สุด

การใช้ทังสเตน

โลหะนี้มีราคาค่อนข้างสูงและยากต่อการแปรรูปด้วยกลไกดังนั้นจึงใช้ในกรณีที่ไม่สามารถแทนที่ด้วยวัสดุอื่นที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกันได้ ทังสเตนทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีมีความแข็งแรงที่สำคัญมีความแข็งความยืดหยุ่นและการหักเหของแสงดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายพื้นที่ของอุตสาหกรรม:

• โลหการ เป็นผู้บริโภคหลักของทังสเตนซึ่งใช้ในการผลิตเหล็กกล้าอัลลอยคุณภาพสูง
• ไฟฟ้า จุดหลอมเหลวของโลหะทนไฟส่วนใหญ่เกือบ 3400 ° C การหักเหของแสงของโลหะช่วยให้สามารถใช้สำหรับการผลิตเส้นใยขอเกี่ยวในหลอดไฟและหลอดไฟอิเล็กทรอนิกส์อิเล็กโทรดหลอดเอ็กซ์เรย์และหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า

• วิศวกรรม. เนื่องจากความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้นของเหล็กที่มีทังสเตนจึงมีการผลิตใบพัดปลอมแบบชิ้นเดียวล้อเฟืองเพลาข้อเหวี่ยงและแท่งเชื่อมต่อ
• การบิน. โลหะทนไฟส่วนใหญ่ที่ใช้ในการหาโลหะผสมที่แข็งและทนความร้อนทำจากชิ้นส่วนใดของเครื่องยนต์เครื่องบินอุปกรณ์ดูดฝุ่นและเส้นใย? คำตอบง่ายๆคือทังสเตน
• ช่องว่าง จากเหล็กกล้าที่มีส่วนผสมของทังสเตนจะมีการผลิตหัวฉีดเจ็ทแยกองค์ประกอบสำหรับเครื่องยนต์เจ็ท
• ทหาร ความหนาแน่นสูงของโลหะทำให้สามารถผลิตกระสุนเจาะเกราะกระสุนเกราะป้องกันของตอร์ปิโดกระสุนและรถถังและระเบิดได้
• สารเคมี ลวดทังสเตนทนต่อกรดและด่างใช้สำหรับกรองหน้าจอ ด้วยความช่วยเหลือของทังสเตนอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีจะเปลี่ยนไป
• สิ่งทอ กรด Tungstic ใช้เป็นสีย้อมสำหรับผ้าในขณะที่โซเดียมวุลแฟรมใช้ทำหนังผ้าไหมผ้ากันน้ำและทนไฟ

รายการด้านบนของการใช้ทังสเตนในพื้นที่ต่างๆของอุตสาหกรรมบ่งบอกถึงมูลค่าที่สูงของโลหะนี้

การรับโลหะผสมกับทังสเตน

ทังสเตนซึ่งเป็นโลหะทนไฟมากที่สุดในโลกมักถูกใช้เพื่อทำโลหะผสมกับองค์ประกอบอื่น ๆ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุ ตามกฎแล้วโลหะผสมที่มีทังสเตนจะได้รับจากเทคโนโลยีโลหะผสมผงเนื่องจากในวิธีการทั่วไปโลหะทั้งหมดจะถูกเปลี่ยนเป็นของเหลวหรือก๊าซระเหยที่จุดหลอมเหลว กระบวนการฟิวชั่นเกิดขึ้นในบรรยากาศสุญญากาศหรืออาร์กอนเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชัน ส่วนผสมซึ่งประกอบด้วยผงโลหะถูกกดเผาและหลอม ในบางกรณีมีเพียงผงทังสเตนเท่านั้นที่ถูกกดและเผาจากนั้นชิ้นงานที่มีรูพรุนจะอิ่มตัวด้วยการหลอมโลหะอื่น โลหะผสมของทังสเตนกับเงินและทองแดงจะได้รับด้วยวิธีนี้ แม้แต่การเติมโลหะทนไฟส่วนใหญ่เพียงเล็กน้อยก็ยังเพิ่มความต้านทานความร้อนความแข็งและความต้านทานการเกิดออกซิเดชั่นในโลหะผสมที่มีโมลิบดีนัมแทนทาลัมโครเมียมและไนโอเบียม สัดส่วนในกรณีนี้อาจเป็นอย่างใดก็ได้ขึ้นอยู่กับความต้องการของอุตสาหกรรม โลหะผสมที่ซับซ้อนขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของส่วนประกอบที่มีเหล็กโคบอลต์และนิกเกิลมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

• อย่าทำให้มัวหมองในอากาศ
• ทนต่อสารเคมีได้ดี
• มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม: ความแข็งและความต้านทานการสึกหรอ

สารประกอบที่ค่อนข้างซับซ้อนเกิดจากทังสเตนกับเบริลเลียมไททาเนียมและอลูมิเนียม มีความโดดเด่นด้วยความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชั่นที่อุณหภูมิสูงและความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง

คุณสมบัติของโลหะผสม

ในทางปฏิบัติมักใช้ทังสเตนรวมกับกลุ่มโลหะอื่น ๆ สารประกอบของทังสเตนที่มีโครเมียมโคบอลต์และนิกเกิลซึ่งมีความทนทานต่อกรดสูงใช้สำหรับการผลิตเครื่องมือผ่าตัด และโลหะผสมทนความร้อนพิเศษนอกเหนือจากทังสเตน - โลหะทนไฟส่วนใหญ่ประกอบด้วยโครเมียมนิกเกิลอลูมิเนียมนิกเกิล ทังสเตนโคบอลต์และเหล็กเป็นเหล็กกล้าแม่เหล็กเกรดที่ดีที่สุด

โลหะที่หลอมละลายและทนไฟต่ำที่สุด

โลหะที่หลอมละลายต่ำ ได้แก่ โลหะทุกชนิดซึ่งมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าดีบุก (231.9 ° C) องค์ประกอบของกลุ่มนี้ใช้เป็นสารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนในงานวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยุและเป็นส่วนหนึ่งของโลหะผสมป้องกันการเสียดสี ปรอทซึ่งมีจุดหลอมเหลวอยู่ที่ -38.89 ° C เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องและใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องมือวิทยาศาสตร์หลอดปรอทวงจรเรียงกระแสสวิตช์และการผลิตคลอรีน ปรอทมีจุดหลอมเหลวต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับโลหะละลายต่ำอื่น ๆ โลหะทั้งหมดเป็นของโลหะทนไฟซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูงกว่าเหล็ก (1539 ° C) ส่วนใหญ่มักใช้เป็นสารเติมแต่งในการผลิตเหล็กอัลลอยด์และยังสามารถใช้เป็นพื้นฐานสำหรับโลหะผสมพิเศษบางชนิด ทังสเตนซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูงสุด 3420 ° C ถูกนำมาใช้ในรูปแบบบริสุทธิ์ส่วนใหญ่สำหรับเส้นใยในหลอดไฟฟ้า

บ่อยครั้งในปริศนาคำไขว้มักจะมีการถามคำถามโลหะชนิดใดที่หลอมได้มากที่สุดหรือวัสดุทนไฟมากที่สุด? ตอนนี้เราสามารถตอบได้โดยไม่ลังเลว่าสิ่งที่หลอมละลายได้มากที่สุดคือปรอทและวัสดุที่ทนไฟได้มากที่สุดคือทังสเตน

สั้น ๆ เกี่ยวกับเหล็ก

โลหะนี้เรียกว่าวัสดุพื้นฐานของการก่อสร้าง พบชิ้นส่วนเหล็กทั้งบนยานอวกาศหรือเรือดำน้ำและที่บ้านในครัวในรูปแบบของมีดและของประดับตกแต่งต่างๆ โลหะนี้มีสีเทาเงินความนุ่มนวลความเหนียวและคุณสมบัติแม่เหล็ก เหล็กเป็นองค์ประกอบที่มีการใช้งานมากฟิล์มออกไซด์จะก่อตัวในอากาศซึ่งป้องกันไม่ให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไป สนิมปรากฏในสภาพแวดล้อมที่ชื้น

จุดหลอมเหลวของเหล็ก

เหล็กมีความเหนียวการตีขึ้นรูปที่ดีและการหล่อไม่ดี โลหะที่แข็งแรงนี้ผ่านกระบวนการทางกลไกได้ง่ายซึ่งใช้สำหรับการผลิตไดรฟ์แม่เหล็ก ความยืดหยุ่นที่ดีช่วยให้สามารถใช้เป็นเครื่องประดับตกแต่งได้ เหล็กเป็นโลหะทนไฟมากที่สุด? ควรสังเกตว่าจุดหลอมเหลวคือ 1539 ° C และตามความหมายแล้วโลหะเป็นวัสดุทนไฟจุดหลอมเหลวที่สูงกว่าเหล็ก

เราสามารถพูดได้อย่างชัดเจนว่าเหล็กไม่ใช่โลหะทนไฟส่วนใหญ่และไม่ได้อยู่ในกลุ่มขององค์ประกอบนี้ด้วยซ้ำ เป็นวัสดุหลอมขนาดกลาง โลหะทนไฟส่วนใหญ่คืออะไร? คำถามนี้จะไม่ทำให้คุณประหลาดใจในตอนนี้ คุณสามารถตอบได้อย่างปลอดภัย - มันคือทังสเตน

แทนที่จะเป็นบทสรุป

มีการผลิตทังสเตนประมาณสามหมื่นตันต่อปีทั่วโลก โลหะชนิดนี้ขาดไม่ได้ในเหล็กกล้าเกรดดีที่สุดสำหรับทำเครื่องมือ สำหรับความต้องการของโลหะวิทยาจะมีการบริโภคทังสเตนที่ผลิตได้มากถึง 95% เพื่อลดต้นทุนของกระบวนการนี้ส่วนใหญ่จะใช้โลหะผสมที่ถูกกว่าซึ่งประกอบด้วยทังสเตน 80% และเหล็ก 20% การใช้คุณสมบัติของทังสเตนโลหะผสมที่มีทองแดงและนิกเกิลใช้สำหรับการผลิตภาชนะที่ใช้สำหรับเก็บสารกัมมันตภาพรังสี ในการฉายรังสีจะใช้โลหะผสมชนิดเดียวกันในการผลิตหน้าจอซึ่งให้การป้องกันที่เชื่อถือได้