Высокочистые тугоплавкие и редкие металлы
Девятых Г.Г., Бурханов Г.С.
Наука, 1993 г.
ВЫСОКОЧИСТЫЕ ТУГОПЛАВКИЕ И РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
Высокочистые и монокристаллические металлические материалы стали реальными объектами современной техники, нашли применение в качестве важнейших элементов многих приборов и конструкций. Применение этих материалов позволяет достигнуть рекордных рабочих параметров. Наряду с другими высокочистыми веществами металлические материалы стимулируют развитие машиностроения, электроники, приборостроения, химии.
Высокочистые и монокристаллические редкие металлы - незаменимые объекты фундаментальных исследований в области физики твердого тела и ядерной физики.
Получение высокочистых монокристаллов позволило изучить взаимодействие между нейтронами и электронами атомов вольфрама путем наблюдения дифракции нейтронов на монокристалле [61].
Монокристаллы вольфрама диаметром 50 мм использовались для изучения когерентного возбуждения ядер с энергией около 110 кэВ периодическим кристаллическим полем решетки [61].
На высокочистых монокристаллах редкоземельных ферромагнетиков - гадолинии, диспрозии, гольмии и эрбии - была установлена природа магнитной анизотропии редкоземельных металлов [257].
Определились два направления применения в технике высокочистых металлических материалов, в том числе монокристаллов. Одно из этих направлений - важнейшие элементы приборов электронной техники, электротехники, энергетики и т. д.; другое - химическая технология (контейнерные материалы, катализаторы, фильтры, эталоны и т. д.). Приведены примеры применения высокочистых металлических материалов в каждом из этих двух направлений.
7.1. Приборостроение
Высокочистые тулий, диспрозий и гольмий нашли применение в шаровых металлогалогенных лампах, используемых для освещения выездных телестудий при трансляции цветных передач [272]. Галогенные соединения этих трех редкоземельных металлов обладают в совокупности спектром излучения, близким к солнечному, что повышает качество цветного изображения.
До 2000 г. должны найти применение РЗМ как компоненты новых материалов полупроводниковых приборов и интегральных схем.
Значительное развитие получают работы по созданию и применению высокочистых тугоплавких металлических матералов с монокристаллической
Высокочистые монокристаллы тугоплавких металлов характеризуются по сравнению с соответствующими поликристаллами технической чистоты повышенными эрозионной стойкостью, высокотемпературным сопротивлением ползучести, к термоциклическому воздействию, лучшей совместимостью с ядерным горючим, парами и расплавами щелочных металлов.
Создание термоэлектрического преобразователя с монокристаллической молибденовой проволокой позволило увеличить диапазон измеряемых температур с 1300 до 2000°С при погрешности ±10°С, обеспечило срок службы не менее 6 лет [273].
Эмиттеры из высокочистых монокристаллов вольфрама в детекторах атомных пучков исключают всплески фонового тока, повышают отношение сигнал/шум и, в конечном итоге, точность и стабильность эталонов времени и частоты [274].
Электроды из высокочистого монокристаллического вольфрама оказались перспективными для работы в ртутных дуговых лампах. В результате расширения областей применения короткодугоеых ламп сверхвысокого давления предъявляются особые требования к стабильности светящегося столба дугового разряда в течение всего срока службы лампы. Заостренные концы электродов подвергаются эрозии от бомбардировки тяжелыми ионами дугового разряда и расхода эмиссионного материала. Это является основной причиной делокализации и нестабильности дуги. Анализ особенностей работы электродов из монокристаллов вольфрама показал увеличение стабильности дуги и перспективность применения этого материала в светотехнических приборах [275].
Монокристаллическая вольфрамовая проволока может быть использована в лампах накаливания. Повышенная хрупкость вольфрама технической чистоты и многократное наложение термических и механических напряжений, возникающих при резком нагреве жестко закрепленной в электродах спирали, могут явиться причиной разрушения тела накала вблизи мест закрепления. Устранение мелкозернистости специально подобранным режимом рекристаллизационного отжига, в результате которого формируется крупнозернистая или монокристаллическая структура, изменяет характер разрушения тела накала [276]. Разрушение происходит уже не вблизи электродов, а в средней части спирали. При этом уменьшается провисание спирали, а продолжительность горения ламп возрастает почти на 40%.
Высокая пластичность и низкое газоотделение позволяют использовать монокристаллы вольфрама и молибдена и изделия из них в приборах электронной техники повышенной надежности.
Лента из монокристаллов молибдена получила применение для изготовления токовводов газоразрядных ламп [277]. В результате увеличиваются долговечность приборов и выход годной продукции.
Молибденовая фольга с монокристаллической структурой показала высокую стабильность структуры и свойств при длительном термоциклировании в широком интервале температур (от 20 до 1000°С), при облучении у-лучами интенсивностью 38 Р/с с экспозицией 10 Р. Высокая стабильность свойств, а также низкое газоотделение и высокая технопогическая пластичность позволяют использовать монокристаллическую молибденовую фольгу в электронных приборах повышенной надежности [278, 279].
Плющенка из монокристаллов молибдена нашла применение в качестве спиралей СВЧ-приборов, выпускаемых серийно [279]. Условия работы в приборе сводятся к нагреву витков спирали за счет электронной бомбардировки, который особенно интенсивен на входе электронного пучка, пропускаемого по внутреннему каналу спирали, а также нагреву проходящей электромагнитной волной. Плющенка из высокочистых монокристаллов молибдена характеризуется повышенной технологической пластичностью, низким газоотделением и высокой формоустойчивостью. Эти свойства позволили изготавливать из нее спираль с большой точностью и резко увеличить надежность и срок службы приборов. Низкое газоотделение спирали из монокристаллического молибдена обеспечивает меньшее запыление прибора и снижает потери мощности при работе. Высокая формоустойчивость надежно обеспечивает требуемую долговечность без изменения выходных параметров [279].
Широкое применение в приборах электронной техники получает высокочистая и ультратонкая (толщиной не более 5 мкм) фольга из тантала и его сплавов [280].
Различная степень проявления того или иного типа химической связи и разнообразие кристаллических структур создает у соединений редких металлов широкий спектр свойств. Наиболее ярко эти свойства проявляются при получении соединений в высокочистом и монокристаллическом состоянии.