Металлы и сплавы специального назначения
Металлы с газопоглощающими свойствами
К ним относятся прежде всего титан и цирконий. Физические свойства титана и циркония приведены в табл. 10.
Таблица 10
Физические свойства титана и циркония
Примечание: В скобках указана температура (°С), при которой получено данное значение.
Отличительной особенностью этих металлов (в большей мере это относится к титану) от других тугоплавких металлов является их небольшая плотность.
Термические свойства титана и циркония характеризуются незначительной скоростью испарения их в вакууме, а также низкой теплопроводностью. Близкие значения температурных коэффициентов расширения этих металлов и специальных сортов стекол, а также керамических материалов указывает на возможность осуществления спаев титана и циркония со стеклом и керамикой.
Удельное электросопротивление Ti и Zr значительно выше, чем у других тугоплавких металлов и в большой степени определяется наличием посторонних примесей. Механические свойства этих металлов в значительной степени определяются их чистотой. Газообразные включения кислорода, азота, водорода значительно повышают предел прочности и твердости, снижая одновременно с этим их пластичность и относительное удлинение. Порошки титана и циркония отличаются высоким значением коэффициента излучения.
Химические свойства титана и циркония характеризуются исключительной способностью этих металлов поглощать активные газы и удерживать их в широком температурном диапазоне, начиная с 200 °С. При нагревании титана и циркония до 200 °С и выше образуются стойкие оксиды ТiO2 и ZrO2.
Предварительно обезгаженный титан, начиная с 200 °С, интенсивно поглощает кислород в условиях вакуума при давлении 10-1…10-3 Па. Наиболее интенсивно поглощение происходит при температуре 500 °С. Активное поглощение кислорода цирконием начинается с 400 °С. Оптимальной является температура в пределах 600…800 °С.
При взаимодействии титана и циркония с водородом образуются гидриды ТiН4 и ZrН4. Интенсивность поглощения водорода этими металлами заметно возрастает с увеличением температуры. Однако, если титан в условиях вакуума поглощает водород безвозвратно при температурах включая 800 °С, гидрид циркония начинает разлагаться при 400 °С и выделяет водород при нагревании до 800 °С. При 800 °С и выше цирконий снова взаимодействует с водородом и образует гидрид циркония.
Кроме кислорода и водорода эти металлы активно поглощают в условиях вакуума (10-3 Па) азот, образуя при этом нитриды. Наиболее активное поглощение азота в вакууме происходит при нагреве титана до 500 °С, цирконий активно поглощает азот при более высокой температуре — 700 °С. Еще большей активностью по отношению к газам обладают порошки этих металлов.
Компактный титан и цирконий применяются для изготовления анодов, сеток и других элементов конструкций внутриламповой арматуры, работающих при значительных тепловых нагрузках. Во многих случаях эти металлы могут успешно заменять тантал и ниобий, по сравнению с которыми они имеют преимущество в меньшей плотности и газопоглощающей способности.
В последнее время титан нашел широкое применение в качестве основного конструкционного металла в некоторых типах СВЧ-приборов титанокермической конструкции. При использовании титана для изготовления тонкостенных деталей следует учитывать возможность их деформации из-за изменения структуры металла вследствие поглощения газов. Устранить этот недостаток можно, если на поверхность деталей нанести тонкий слой порошка титана, который поглотит основную массу газа.
Компактный титан в виде прутков, пластин и т, п. формах находит все большее применение в качестве материал распылителя в различного типа титановых насосах. Ленточный и проволочный цирконий находит применение в качестве нераспыляемого газопоглотителя в генераторных лампах и приборах СВЧ.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.