Puhtailla metalleilla on. Puhtaiden tulenkestävien metallien ominaisuudet ja sovellukset

Puhtaita metalleja ja radioelektroniikassa käytettävät seokset

Luento 8. Johdinmateriaalit ja johdot

Johdinmateriaalien käyttötarkoitus;

Johtojen tarkoitus ja tyypit.

Luennon tavoitteet:

Johtavien materiaalien tutkimus;

Johtojen opiskelu.

8.1 Merkitys jousimateriaaleja

Useimmilla metallisilla johdinmateriaaleilla on korkea sähkönjohtavuus ( ρ = 0,015 ÷ 0,028 µOhm m). Nämä ovat pääasiassa puhtaita metalleja, joita käytetään käämitys- ja radioasennusjohtojen ja -kaapeleiden valmistukseen.

Tämän lisäksi radioelektroniikassa käytetään korkean sähkövastuksen omaavia johtimia - eri metallien seoksia. Metallille (resistiivinen) ρ = 0,4 ÷ 2,0 µOhm m. Nämä seokset muodostavat ryhmän metallimateriaaleja, joilla on alhainen lämpötilaresistiivisyyskerroin (TC ρ ) ja niitä käytetään lankavastusten ja muiden radiokomponenttien valmistukseen.

Kupari– päämateriaali, jolla on korkea sitkeys, riittävä mekaaninen lujuus ja korkea sähkönjohtavuus. Kuparin sulamispiste on 1083°C, lämpölaajenemiskerroin CTE = 17 10 -6 1/°C. Tuotteiden valmistukseen (käämitys, radioasennusjohdot ja -kaapelit) käytetään puhdasta kuparia M00k; MOKU; Mok; M1k ja M00b; Väkijoukko; M1b. Kuparipitoisuus 99,99 – 99,90 %. Pehmeästä kuparista (20°C:ssa) valmistettujen tuotteiden tiheys on 8900 kg/m3; σ р = 200÷280 MPa; e = 6-35 %; ρ = 0,072÷0,01724 µOhm m. Lämpötilavastuskerroin kaikille kuparilaatuille TK ρ = 0,0041/°C.

Pronssi on kuparin seos, jossa on tinaa (tinapronssi), alumiinia (alumiini), berylliumia (beryllium) ja muita seosaineita. Sähkönjohtavuudeltaan pronssi on huonompi kuin kupari, mutta sitä parempi mekaanisen lujuuden, elastisuuden, kulutuskestävyyden ja korroosionkestävyyden suhteen. Jousikoskettimet, liittimien kosketusosat ja muut osat on valmistettu pronssista.

Messinki– kuparin ja sinkin seos, jossa suurin sinkkipitoisuus voi olla 45 painoprosenttia. Messingistä valmistetaan erilaisia ​​osia: puristimet, koskettimet, kiinnikkeet. Pronssin, messingin ja kuparin pääominaisuudet on esitetty taulukossa 8.1.

Kovar– nikkelin (noin 29 painoprosenttia), koboltin (noin 18 prosenttia), raudan (loput) seos. Ominaisuus Kovar on sen CTE-arvojen läheisyys = (4,3÷5,4) · 10 -6 1/°C lasin ja keramiikan CTE-arvoille lämpötila-alueella 20 – 200°C. Tämä mahdollistaa yhtenäisten, hermeettisesti suljettujen liitosten valmistamisen kovarin ja lasin ja keramiikan välille. Sitä käytetään IC-pakettien ja puolijohdelaitteiden valmistukseen.

Alumiini on kuparin jälkeen toinen johdinmateriaali suhteellisen korkean sähkönjohtavuuden ja ilmakehän korroosionkestävyyden vuoksi.

Alumiinin tiheys 2700 kg/m 3, ᴛ.ᴇ. se on 3,3 kertaa kevyempi kuin kupari, sulamispiste 658°C. Alumiinille on ominaista alhainen kovuus ja alhainen vetolujuus (σ р = 80÷180 MPa) ja korkeampi CTE = 24·10 -6 1/°С verrattuna kupariin. Tämä on alumiinin haittapuoli.

Elektrolyyttikondensaattorien pinnoitteet sekä kalvo on valmistettu erittäin puhtaasta alumiinilaadusta. Alumiinilankaa valmistetaan Ø0,08 – 8mm kolmessa eri lajikkeessa: pehmeä (AM), puolikova (APT), kova (AT).

Taulukko 8.1

Hopea kuuluu jalometallien ryhmään, jotka eivät hapetu ilmassa huoneenlämpötilassa. Hapetus alkaa 200°C:ssa. Hopea erottuu korkeasta sitkeydestä, jonka ansiosta voidaan valmistaa kalvoa ja lankaa, jonka halkaisija on jopa 0,01 mm, ja korkein sähkönjohtavuus.

Hopean pääominaisuudet: tiheys 1050 kg/m 3 ; sulamispiste 960,5 °C; σ р = 150÷180 MPa (pehmeä hopea); σ р = 200÷300 MPa (kiinteä hopea); ρ = 0,0158 uOhm m; TK ρ = 0,003691/°С; KTE= 24·10 -6 1/°С.

Hopeaa käytetään suojaavien kerrosten tekemiseen radioasennusjohtojen kuparijohtimiin, joita käytetään jopa 250 °C:n lämpötiloissa. Hopeaa levitetään aaltojohtojen sisäpinnalle korkean sähkönjohtavuuden omaavan kerroksen saamiseksi, ja sitä lisätään myös juotteisiin (PSr10, PSr50), joita käytetään juottamaan johtavia osia elektronisissa laitteissa.

Kulta– toisin kuin hopea, se ei hapetu ilmassa edes korkeissa lämpötiloissa. Sillä on erittäin korkea taipuisuus, jonka paksuus on jopa 0,005 mm, ja siitä valmistetaan lankaa, jonka halkaisija on jopa 0,01 mm.

Kullan pääominaisuudet: tiheys 1930 kg/m 3; sulamispiste 1063 °C; σ р = 150÷180 MPa, ρ = 0,0224 uOhm m; TK ρ = 0,003691/°C;

CTE = 14,2·10 -6 1/°С.

Kultaa käytetään ohutkalvokontaktipinnoitteissa kytkettäessä pieniä virtoja mikropiireissä sekä seinien pinnoittamiseen

aaltoputket ja mikroaaltouuniresonaattorit.

Radioelektroniikassa käytetyt puhtaat metallit ja seokset - käsite ja tyypit. Luokan "Radioelektroniikassa käytetyt puhtaat metallit ja seokset" luokitus ja ominaisuudet 2017, 2018.

Jos D.I. Mendelejevin elementtien jaksollisessa taulukossa piirretään diagonaali berylliumista astatiiniin, niin vasemmassa alakulmassa diagonaalia pitkin on metallielementtejä (näihin kuuluvat myös sivualaryhmien elementit, korostettu sinisellä) ja oikeassa yläkulmassa - ei-metalliset elementit (korostettu keltaisella). Lähellä diagonaalia sijaitsevilla elementeillä - puolimetallilla tai metalloidilla (B, Si, Ge, Sb jne.) on kaksoismerkki (korostettu vaaleanpunaisella).

Kuten kuvasta voidaan nähdä, suurin osa alkuaineista on metalleja.

Kemiallisen luonteensa vuoksi metallit ovat kemiallisia alkuaineita, joiden atomit luovuttavat elektroneja ulkoisista tai esiulkoisista energiatasoista muodostaen positiivisesti varautuneita ioneja.

Lähes kaikilla metalleilla on suhteellisen suuret säteet ja pieni määrä elektroneja (1 - 3) ulkoisella energiatasolla. Metalleille on ominaista alhaiset elektronegatiivisuusarvot ja pelkistävät ominaisuudet.

Tyypillisimmät metallit sijaitsevat jaksojen alussa (toisesta alkaen), sitten vasemmalta oikealle metalliset ominaisuudet heikkenevät. Ryhmässä ylhäältä alas metalliset ominaisuudet lisääntyvät atomien säteen kasvaessa (johtuen energiatasojen lukumäärän kasvusta). Tämä johtaa alkuaineiden elektronegatiivisuuden (kyky houkutella elektroneja) vähenemiseen ja pelkistysominaisuuksien lisääntymiseen (kyky luovuttaa elektroneja muille atomeille kemiallisissa reaktioissa).

Tyypillinen metallit ovat s-alkuaineita (IA-ryhmän alkuaineita Li:stä Fr:ään. PA-ryhmän alkuaineita Mg:stä Ra:han). Niiden atomien yleinen elektroninen kaava on ns 1-2. Niille on ominaista hapetusasteet + I ja + II, vastaavasti.

Pieni määrä elektroneja (1-2) tyypillisten metalliatomien ulkoenergiatasolla tarkoittaa, että nämä elektronit katoavat helposti ja niillä on voimakkaita pelkistäviä ominaisuuksia, kuten alhaiset elektronegatiivisuusarvot heijastavat. Tämä tarkoittaa rajoitettuja kemiallisia ominaisuuksia ja menetelmiä tyypillisten metallien saamiseksi.

Tyypillisille metalleille tyypillinen piirre on niiden atomien taipumus muodostaa kationeja ja ionisia kemiallisia sidoksia ei-metalliatomien kanssa. Tyypillisten metallien yhdisteet epämetallien kanssa ovat "epämetallin metalanionin" ionikiteitä, esimerkiksi K + Br -, Ca 2+ O 2-. Tyypillisten metallien kationeja sisältyy myös yhdisteisiin, joissa on kompleksisia anioneja - hydroksideja ja suoloja, esimerkiksi Mg 2+ (OH -) 2, (Li +) 2CO 3 2-.

A-ryhmän metallit, jotka muodostavat amfoteerisen diagonaalin jaksollisessa taulukossa Be-Al-Ge-Sb-Po, samoin kuin niiden vieressä olevat metallit (Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi) eivät osoita tyypillistä metallia. ominaisuuksia. Niiden atomien yleinen elektroninen kaava ns 2 n.p. 0-4 sisältää enemmän erilaisia ​​hapetustiloja, parempaa kykyä säilyttää omia elektronejaan, niiden pelkistyskyvyn asteittaista heikkenemistä ja hapetuskyvyn ilmaantumista erityisesti korkeissa hapetusasteissa (tyypillisiä esimerkkejä ovat yhdisteet Tl III, Pb IV, Bi v) . Samanlainen kemiallinen käyttäytyminen on ominaista useimmille (d-alkuaineille, eli jaksollisen järjestelmän B-ryhmien alkuaineille (tyypillisiä esimerkkejä ovat amfoteeriset alkuaineet Cr ja Zn).

Tämä kaksinaisuuden (amfoteeristen) ominaisuuksien, sekä metallisten (emäksisten) että ei-metallisten, ilmentymä johtuu kemiallisen sidoksen luonteesta. Kiinteässä tilassa epätyypillisten metallien ja epämetallien yhdisteet sisältävät pääasiassa kovalenttisia sidoksia (mutta vähemmän vahvoja kuin epämetallien väliset sidokset). Liuoksessa nämä sidokset katkeavat helposti ja yhdisteet hajoavat ioneiksi (kokonaan tai osittain). Esimerkiksi metalligallium koostuu kiinteässä olomuodossa olevasta Ga 2 -molekyyleistä, alumiinin ja elohopean kloridit (II) AlCl 3 ja HgCl 2 sisältävät vahvasti kovalenttisia sidoksia, mutta liuoksessa AlCl 3 dissosioituu lähes täydellisesti ja HgCl 2 - toiseksi; hyvin pienessä määrin (ja sitten HgCl + ja Cl - ioneiksi).

Metallien yleiset fysikaaliset ominaisuudet

Koska kidehilassa on vapaita elektroneja ("elektronikaasu"), kaikilla metalleilla on seuraavat tyypilliset yleiset ominaisuudet:

1) Muovi- kyky helposti muuttaa muotoa, venyttää langaksi ja rullata ohuiksi levyiksi.

2) Metallinen kiilto ja opasiteetti. Tämä johtuu vapaiden elektronien vuorovaikutuksesta metalliin osuvan valon kanssa.

3) Sähkönjohtavuus. Se selittyy vapaiden elektronien suunnatulla liikkeellä negatiivisesta navasta positiiviseen pienen potentiaalieron vaikutuksesta. Kuumennettaessa sähkönjohtavuus laskee, koska Lämpötilan noustessa atomien ja ionien värähtelyt kidehilan solmuissa voimistuvat, mikä vaikeuttaa "elektronikaasun" suuntautuvaa liikettä.

4) Lämmönjohtokyky. Se johtuu vapaiden elektronien suuresta liikkuvuudesta, jonka vuoksi lämpötila tasaa nopeasti metallin massan yli. Korkein lämmönjohtavuus on vismutissa ja elohopeassa.

5) Kovuus. Kovin on kromi (leikkaa lasia); pehmeimmät alkalimetallit - kalium, natrium, rubidium ja cesium - leikataan veitsellä.

6) Tiheys. Mitä pienempi metallin atomimassa on ja mitä suurempi atomin säde on, sitä pienempi se on. Kevyin on litium (ρ=0,53 g/cm3); raskain on osmium (ρ=22,6 g/cm3). Metalleja, joiden tiheys on alle 5 g/cm3, pidetään "kevytmetallina".

7) Sulamis- ja kiehumispisteet. Sulavin metalli on elohopea (sp = -39°C), tulenkestävä metalli on volframi (sp = 3390°C). Metallit, joilla on sulamislämpötila yli 1000°C pidetään tulenkestävänä, alle - matalassa sulavassa.

Metallien yleiset kemialliset ominaisuudet

Vahvat pelkistimet: Me 0 – nē → Me n +

Useat jännitteet kuvaavat metallien vertailevaa aktiivisuutta redox-reaktioissa vesiliuoksissa.

I. Metallien reaktiot epämetallien kanssa

1) Hapen kanssa:
2Mg + O2 → 2MgO

2) Rikin kanssa:
Hg + S → HgS

3) Halogeeneilla:
Ni + Cl 2 – t° → NiCl 2

4) Typen kanssa:
3Ca + N 2 – t° → Ca 3N 2

5) Fosforin kanssa:
3Ca + 2P – t° → Ca 3P 2

6) Vedyn kanssa (vain alkali- ja maa-alkalimetallit reagoivat):
2Li + H2 → 2LiH

Ca + H2 → CaH2

II. Metallien reaktiot happojen kanssa

1) Metallit sähkökemiallisessa jännitesarjassa H asti pelkistävät hapettamattomat hapot vedyksi:

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2

2Al+6HCl → 2AlCl3+3H2

6Na + 2H3PO4 → 2Na3PO4 + 3H2

2) Hapettavien happojen kanssa:

Kun minkä tahansa pitoisuuden typpihappo ja väkevä rikkihappo ovat vuorovaikutuksessa metallien kanssa Vetyä ei koskaan vapaudu!

Zn + 2H 2SO 4(K) → ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2O

4Zn + 5H2SO4(K) → 4ZnSO4 + H2S + 4H2O

3Zn + 4H2SO4(K) → 3ZnSO4 + S + 4H2O

2H 2SO 4 (k) + Cu → Cu SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

10HNO3 + 4Mg → 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

4HNO 3 (k) + Cu → Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

III. Metallien vuorovaikutus veden kanssa

1) Aktiiviset (alkali- ja maa-alkalimetallit) muodostavat liukoisen emäksen (alkali) ja vedyn:

2Na + 2H20 → 2NaOH + H2

Ca+ 2H 2O → Ca(OH)2 + H2

2) Keskiaktiiviset metallit hapetetaan vedessä, kun ne kuumennetaan oksidiksi:

Zn + H 2 O – t° → ZnO + H 2

3) Ei aktiivinen (Au, Ag, Pt) - älä reagoi.

IV. Vähemmän aktiivisten metallien syrjäyttäminen aktiivisemmilla metalleilla niiden suoloista:

Cu + HgCl 2 → Hg+ CuCl 2

Fe+ CuSO 4 → Cu+ FeSO 4

Teollisuudessa he eivät usein käytä puhtaita metalleja, vaan niiden seoksia - metalliseokset, jossa yhden metallin hyödyllisiä ominaisuuksia täydentävät toisen metallin hyödylliset ominaisuudet. Siten kuparin kovuus on alhainen ja se ei sovellu koneenosien valmistukseen, kun taas kuparin ja sinkin seokset ( messinki) ovat jo melko kovia ja niitä käytetään laajalti koneenrakennuksessa. Alumiinilla on korkea sitkeys ja riittävä keveys (pieni tiheys), mutta se on liian pehmeää. Sen perusteella valmistetaan seos magnesiumin, kuparin ja mangaanin kanssa - duralumiini (duralumiini), joka menettämättä alumiinin hyödyllisiä ominaisuuksia saa korkean kovuuden ja soveltuu lentokoneiden rakentamiseen. Raudan ja hiilen seokset (ja muiden metallien lisäaineet) tunnetaan laajalti valurauta Ja teräs.

Ilmaiset metallit ovat restauroijat. Joillakin metalleilla on kuitenkin alhainen reaktiivisuus johtuen siitä, että ne on päällystetty pintaoksidikalvo, vaihtelevassa määrin, kestää kemiallisten reagenssien, kuten veden, happojen ja alkalien liuoksia.

Esimerkiksi lyijy peitetään aina oksidikalvolla, sen siirtyminen liuokseen vaatii paitsi altistamista reagenssille (esimerkiksi laimealle typpihapolle), vaan myös lämmittämistä. Alumiinin oksidikalvo estää sen reaktion veden kanssa, mutta hapot ja emäkset tuhoavat sen. Löysä oksidikalvo (ruoste), muodostuu raudan pinnalle kosteassa ilmassa, ei häiritse raudan hapettumista edelleen.

Vaikutuksen alaisena keskitetty happoja muodostuu metalleihin kestävää oksidikalvo. Tätä ilmiötä kutsutaan passivointi. Siis keskittyneesti rikkihappo metallit, kuten Be, Bi, Co, Fe, Mg ja Nb passivoituvat (eivätkä sitten reagoi hapon kanssa), ja väkevässä typpihapossa metallit A1, Be, Bi, Co, Cr, Fe, Nb, Ni, Pb , Th ja U.

Vuorovaikutuksessa hapettavien aineiden kanssa happamissa liuoksissa useimmat metallit muuttuvat kationeiksi, joiden varaus määräytyy tietyn alkuaineen stabiilin hapetustilan perusteella yhdisteissä (Na +, Ca 2+, A1 3+, Fe 2+ ja Fe 3). +)

Metallien pelkistävä aktiivisuus happamassa liuoksessa välittyy sarjan jännitysten kautta. Useimmat metallit siirretään liuokseen suolahapolla ja laimealla rikkihapolla, mutta Cu, Ag ja Hg - vain rikkihapolla (väkevällä) ja typpihapolla ja Pt ja Au - "regia vodkan" kanssa.

Metallien korroosio

Ei toivottavaa kemiallinen ominaisuus metallit on niiden aktiivinen tuhoutuminen (hapettuminen) joutuessaan kosketuksiin veden kanssa ja siihen liuenneen hapen vaikutuksesta (happikorroosio). Esimerkiksi rautatuotteiden korroosio vedessä on laajalti tunnettu, jonka seurauksena muodostuu ruostetta ja tuotteet murenevat jauheeksi.

Metallien korroosiota esiintyy myös vedessä liuenneiden kaasujen CO 2 ja SO 2 vuoksi; syntyy hapan ympäristö, ja aktiiviset metallit syrjäyttävät H + -kationit vety H 2 ( vetykorroosio).

Kahden erilaisen metallin välinen kosketusalue voi olla erityisen syövyttävä ( kosketuskorroosio). Galvaaninen pari syntyy yhden metallin, esimerkiksi Fe, ja toisen metallin, esimerkiksi Sn tai Cu, välillä veteen laitettuna. Elektronien virtaus kulkee aktiivisemmasta metallista, joka on vasemmalla jännitesarjassa (Re), vähemmän aktiiviseen metalliin (Sn, Cu), ja aktiivisempi metalli tuhoutuu (syövyytetään).

Tästä johtuen tölkkien tinattu pinta (tinapinnoitettu rauta) ruostuu kosteassa ilmassa säilytettynä ja huolimattomasti käsiteltäessä (rauta romahtaa nopeasti jo pienenkin naarmun ilmaantumisen jälkeen, jolloin rauta joutuu kosketuksiin kosteuden kanssa). Päinvastoin, rautakuhan galvanoitu pinta ei ruostu pitkään, koska vaikka naarmuja olisikin, rauta ei syöpy, vaan sinkki (aktiivisempi metalli kuin rauta).

Tietyn metallin korroosionkestävyys kasvaa, kun se päällystetään aktiivisemmalla metallilla tai kun ne sulatetaan; Siten raudan päällystäminen kromilla tai raudan ja kromin seoksen valmistaminen eliminoi raudan korroosion. Kromattua rautaa ja kromia sisältävää terästä ( ruostumaton teräs), niillä on korkea korroosionkestävyys.

sähkömetallurgia ts. metallien saaminen sulatteiden (aktiivisimpien metallien) tai suolaliuosten elektrolyysillä;

pyrometallurgia ts. metallien talteenotto malmeista korkeissa lämpötiloissa (esimerkiksi raudan tuotanto masuuniprosessissa);

hydrometallurgia eli metallien erottaminen niiden suolojen liuoksista aktiivisempien metallien avulla (esimerkiksi kuparin valmistus CuS04-liuoksesta sinkin, raudan tai alumiinin vaikutuksesta).

Luonnossa esiintyy joskus luonnollisia metalleja (tyypillisiä esimerkkejä ovat Ag, Au, Pt, Hg), mutta useammin metalleja löytyy yhdisteiden muodossa ( metallimalmit). Metallien runsaus maankuoressa vaihtelee: yleisimmistä - Al, Na, Ca, Fe, Mg, K, Ti) harvinaisimpiin - Bi, In, Ag, Au, Pt, Re.

metallit tai seokset, joissa on alhainen epäpuhtauspitoisuus. Puhtausasteesta riippuen metallit erotetaan toisistaan, vrt. puhtaus tai teknisesti puhdas (99,0 - 99,90 %). lisääntyä puhtaus (99,90 - 99,99 %), korkea puhtaus tai kemiallisesti puhdas (99,99 - 99,999 %). erikoispuhtaus tai spektripuhdas (yli 99,999 % epäjaloa metallia).

• - varat ilman velkoja...

  Liiketoiminnan termien sanakirja

• - investointien kokonaismäärä vähennettynä käyttöomaisuuden poistoilla tehdyt investoinnit...

  Liiketoiminnan termien sanakirja

• - metallit tai seokset, joissa on alhainen epäpuhtauspitoisuus. Puhtausasteesta riippuen metallit erotetaan toisistaan ​​vrt. puhtaus tai teknisesti puhdas. lisääntyä puhtaus, erittäin puhdas tai kemiallisesti puhdas...

  Suuri tietosanakirja polytekninen sanakirja

• - bruttoinvestointi yhteensä vähennettynä poistoilla...

  Liiketoiminnan termien sanakirja

• - bruttoinvestoinnit miinus käyttöomaisuuden poistoista tehdyt investoinnit...

  Suuri taloussanakirja

• - bruttoinvestointi yhteensä vähennettynä poistoilla. Niiden toteutus lisää käyttöomaisuutta saman verran...

  Suuri taloussanakirja

• - arvioitu arvo, joka määritetään vähentämällä sen velkojen määrät varojen määrästä...

  Suuri kirjanpitosanakirja

• - ...
• - ....

  Taloustieteen ja oikeustieteen tietosanakirja

• - ....

  Taloustieteen ja oikeustieteen tietosanakirja

• - metallit, joissa on vähän epäpuhtauksia...

  Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja

• - Katso puhdas orava...

  Sanojen historia

• - puhdas monikko hajoaminen Jäljellä olevat rahat vähennysten, vähennysten jälkeen...

  Efremova selittävä sanakirja

• - Chistogan - ke. Baares Geld. ke. Argentiin kuuluva...

  Mikhelsonin selittävä ja fraseologinen sanakirja

• - Puhtaalla rahalla. Chistoganom - tilillä. ke. Baares Geld. ke. Argentiin kuuluva...

  Michelsonin selittävä ja fraseologinen sanakirja (alkuperäinen orf.)

• - käteinen, musta käteinen, puhdas raha, käteinen, käteinen, käteinen, käteinen,...

  Synonyymien sanakirja

"PURE METALS" kirjoissa

Veljekset metallit