H | Ahoj | |||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Li | Být | B | VS | NE | Ó | F | narozený | |||||||||||
N / A | Mg | Al | Ano | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
K. | To | Sc | Ti | PROTI | Cr | Mn | Fe | Spol | Nebo | Cu | Zn | Ga | Ge | Eso | Se | Br | Kr | |
Rb | Sr | Y | Zr | Pozn | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | v | Sn | Sb | Vy | Já | Xe | |
Čs | Ba | The | * | Hf | Vaše | Ž | Re | Kost | Ir | Pt | Na | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | Na | Rn |
Fr. | Ra | Ac | ** | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt. | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
* | Tento | Pr | Nd | Odpoledne | Sm | Měl | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Číst | ||||
** | Čt | Pa | U | Np | Mohl | Dopoledne | Cm | Bk | Srov | Je | Fm | Md | Ne | Lr |
__ Žáruvzdorné kovy | __ Širší definice žáruvzdorných kovů | __ Žáruvzdorné metaloidy |
Tyto žáruvzdorné kovy jsou třídou kovů , které jsou extrémně odolné vůči teplu a opotřebení . Termín se většinou používá v kontextu vědy o materiálech , metalurgie a strojírenství . Definice prvků, které patří do této skupiny, se může lišit. S nejběžnější definicí tato skupina zahrnuje 5 prvků, dva z pátého období , niob a molybden a tři ze šestého období , tantal , wolfram a rhenium . Všichni sdílejí některé vlastnosti, například, všechny mají vyšší teplotu tání do 2000 ° C . Jsou chemicky inertní a mají relativně vysokou hustotu. Díky jejich vysoké teplotě tání je prášková metalurgie metodou volby pro výrobu komponent z těchto kovů. Mezi jejich aplikace patří nástroje pro vysokoteplotní zpracování kovů, kovová vlákna, formy a nádoby pro chemické reakce v korozivním prostředí. Částečně z důvodu jejich vysoké teplotě tavení, žáruvzdorné kovy se nebude proudit při velmi vysokých teplotách.
Většina definic pojmu „žáruvzdorné kovy“ zmiňuje neobvyklou vysokou teplotu tání jako základní podmínku. Podle jedné z definic je nutné udržovat teplotu tání nad 2200 ° C. Těchto pět prvků: niob , molybden , tantal , wolfram a rhenium je zahrnuto ve všech definicích, zatímco širší definice, včetně všech prvků s teplotou tání nad 1850 ° C , zahrnuje přibližný počet devíti dalších prvků, titan , vanad , chrom , zirkon , hafnium , ruthenium , osmium a iridium . Tyto transuranové prvky (ty, které mimo uranu , které jsou nestabilní a není přirozeně vyskytuje na Zemi) se nikdy považovány za součást žáruvzdorných kovů.
Příjmení | Niob | Molybden | Tantal | Wolfram | Rhenium |
---|---|---|---|---|---|
Fúzní bod | 2477 ° C | 2623 ° C | 3017 ° C | 3422 ° C | 3186 ° C |
Bod varu | 4 744 ° C | 4 639 ° C | 5 458 ° C | 5555 ° C | 5596 ° C |
Hustota | 8,57 g · cm -3 | 10,28 g · cm -3 | 16,69 g · cm -3 | 19,25 g · cm -3 | 21,02 g · cm -3 |
Youngův modul | 105 GPa | 329 GPa | 186 GPa | 411 GPa | 463 GPa |
Vickersova tvrdost | 1320 MPa | 1530 MPa | 873 MPa | 3430 MPa | 2450 MPa |
Teploty tání žáruvzdorných kovů jsou nejvyšší ze všech prvků kromě uhlíku , osmia a iridia. Tato vysoká teplota tání definuje většinu jejich aplikací. Všechny tyto kovy mají krystalickou strukturu centrovaného kubického typu, kromě rhenia, které je kompaktní hromádkou koulí . Většina fyzických vlastností prvků v této skupině se velmi liší, protože jsou členy různých skupin v periodické tabulce.
Odolnost proti tečení je základní vlastností žáruvzdorných kovů. U kovů iniciace dotvarování koreluje s bodem tání materiálu, dotvarování hliníkových slitin začíná od 200 ° C , zatímco u žáruvzdorných kovů jsou teploty nad 1 500 ° C nutné. Tato odolnost vůči deformaci při vysokých teplotách činí žáruvzdorné kovy odolné vůči silným silám při vysokých teplotách, například v proudových motorech nebo rázových nástrojích .
Žáruvzdorné kovy vykazují širokou škálu chemických vlastností, protože jsou součástí tří odlišných skupin v periodické tabulce prvků . Snadno se oxidují, ale tato reakce je v pevném kovu zpomalena vytvářením stabilních vrstev oxidu na povrchu. Oxid rhenia je však těkavější než kov, a proto se při vysoké teplotě ztrácí stabilizace proti napadení kyslíkem, protože se vrstva oxidu odpařuje. Všechny jsou relativně stabilní proti kyselinám.
Žáruvzdorné kovy se používají v osvětlení , nástrojích, mazivech , tyčích pro řízení jaderných reakcí , jako katalyzátory a pro jejich chemické nebo elektrické vlastnosti. Díky vysoké teplotě tání se žáruvzdorné kovové součásti nikdy nevyrábí litím . Používá se proces práškové metalurgie . Čisté kovové prášky se lisují, ohřívají elektrickým proudem a další se vyrábějí za studena pomocí kroků žíhání. Žáruvzdorné kovy lze zpracovávat na dráty, ingoty , tyče , plechy nebo plechy.
Tungsten objevil v roce 1781 švédský chemik Carl Wilhelm Scheele . Wolfram má nejvyšší teplotu tání ze všech kovů při 3 410 ° C ( 6 170 ° F ).
Rhenium se používá ve slitinách wolframu až do 22%, zlepšuje odolnost proti vysoké teplotě a odolnost proti korozi. Thorium jako legovací směs se používá při vytváření elektrických oblouků . To usnadňuje kontakt a stabilizuje oblouk. Pro práškovou metalurgii musí být v procesu slinování použita pojiva . Pro výrobu těžké slitiny wolframu se široce používají pojivové směsi niklu a železa nebo niklu a mědi . Obsah wolframu ve slitině je obvykle přes 90%. Difúze vazebných prvků v zrnech wolframu je nízká, dokonce i při slinovacích teplotách, a proto vnitřek zrn zůstává tvořen čistým wolframem.
Wolfram a jeho slitiny se často používají v aplikacích zahrnujících vysoké teploty, ale stále tam, kde je vyžadována vysoká pevnost, a vysoká hustota není problém. Wolframová vlákna se nacházejí ve velké většině domácích žárovek , ale jsou také běžná v osvětlovacím průmyslu jako elektrody v obloukových lampách. Účinnost přeměny elektrické energie na světlo v lampách se zvyšuje s vyššími teplotami, proto je pro aplikaci jako žhavicí vlákno nezbytný vysoký bod tání. Při svařování TIG plynem používá zařízení permanentní netavitelnou elektrodu . Vysoká teplota tání a odolnost proti opotřebení elektrickým obloukem činí z wolframu vhodný materiál pro elektrodu. Vysoká hustota a tvrdost jsou také základními vlastnostmi, které upřednostňují použití wolframu v raketách , například jako alternativa pro penetrátory kinetické energie pro tanková děla. Vysoký bod tání wolframu z něj činí dobrý materiál pro aplikace, jako jsou raketové trysky , například v UGM-27 Polaris . Některá použití wolframu nesouvisí s jeho žáruvzdornými vlastnostmi, ale pouze s jeho hustotou. Například se používá pro vyvažovací závaží pro letadla a vrtulníky nebo hlavy golfových holí . V těchto aplikacích lze také použít podobné husté materiály, jako je dražší osmium.
Slitiny molybdenu jsou široce používány, protože jsou levnější než slitiny s vyšším obsahem wolframu. Nejčastěji používanou slitinou je TZM molybden, slitina titan - zirkon- molybden, složená z 0,5% titanu a 0,08% zirkonia (zbytek je molybden). Slitina vykazuje nižší tečení a při zvýšených teplotách, což umožňuje provozní teplotu tohoto materiálu nad 1060 ° C. Vysoký odpor Mo-30W, slitiny 70% molybdenu a 30% wolframu, proti napadení roztaveným zinkem, z něj činí ideální materiál pro odlévání zinku. Používá se také ke konstrukci ventilů pro roztavený zinek.
Molybden se používá v relé se smočenými kontakty rtuti, protože molybden se nesloučí, a proto je odolný vůči korozi kapalnou rtutí .
Molybden je nejčastěji používaný žáruvzdorný kov. Jeho hlavní použití je pro budování slitiny z oceli . Konstrukční trubky a potrubí často obsahují molybden a také mnoho nerezových ocelí. Jeho vysoká teplotní pevnost, odolnost proti opotřebení a nízký koeficient tření jsou vlastnosti, díky nimž je neocenitelný jako slitinová směs. Jeho disulfid , molybdenit , má vynikající antifrikční vlastnosti, které vedou k jeho zabudování do tuků a olejů, kde je zásadní spolehlivost a výkon. Automobilové CV klouby používají mazivo obsahující molybden. Molybdenit se snadno váže na kov a vytváří velmi tvrdý povlak odolný proti tření. Většina světové rudy molybdenu se nachází v Číně , Spojených státech , Chile a Kanadě .
Niob je téměř vždy shledán spojeným s tantalem a byl pojmenován po Niobe , dceři řeckého mytologického krále Tantala, který dal tomuto kovu své jméno. Niob má mnoho použití, z nichž některé sdílí s jinými žáruvzdornými kovy. Je jedinečný v tom, že může být žíhán, aby se dosáhlo širokého rozsahu pevností a pružností , a je nejméně hustý ze žáruvzdorných kovů. Lze jej nalézt také v elektrolytických kondenzátorech a v supravodivých slitinách . Niob lze nalézt v plynových turbín z letadel , na elektronky a jaderných reaktorů .
Slitina používaná pro posilovače raket , například v hlavním motoru lunárních modulů Apollo , je C103, která se skládá z 89% niobu, 10% hafnia a 1% titanu. Pro trysku servisního modulu Apollo byla použita další slitina niobu. Protože niob oxiduje při teplotách nad 400 ° C , je pro tyto aplikace nutný ochranný povlak, aby se zabránilo křehnutí slitiny.
Tantal je jednou z nejvíce odolných látek proti korozi.
Díky této vlastnosti bylo pro tantal nalezeno několik důležitých použití, zejména v lékařských a chirurgických oborech , stejně jako v kyselém prostředí . Používá se také k výrobě elektrolytických kondenzátorů vyšší kvality. Tantalové fólie druhé místo kapacity na jednotku objemu, mezi jakékoliv látky, těsně po aerogel , a umožnit miniaturizaci a elektronických součástek a obvodů . Tyto mobilní telefony a počítače obsahují tantalových kondenzátorů.
Rhenium je naposledy objevený žáruvzdorný kov. Nachází se v nízkých koncentracích s mnoha jinými kovy, v rudách jiných žáruvzdorných kovů, platině nebo mědi . Je užitečný jako legovací prvek s jinými žáruvzdornými kovy, kde dodává tažnost a pevnost v tahu. Slitiny rhenia se nacházejí v elektronických součástkách, gyroskopech a jaderných reaktorech. Rhenium nachází své nejdůležitější použití jako katalyzátor. Používá se jako katalyzátor při reakcích, jako je alkylace , dealkylace, hydrogenace a oxidace . Díky své vzácnosti je však nejdražší ze žáruvzdorných kovů. Zvyšuje kinetiku oxidace, pokud je přítomna ve slitině s wolframem.
Žáruvzdorné kovy a slitiny přitahovaly pozornost výzkumných pracovníků kvůli jejich pozoruhodným vlastnostem a jejich slibným praktickým vyhlídkám.
Díky fyzikálním vlastnostem žáruvzdorných kovů, jako je molybden, tantal a wolfram, jejich pevnosti a stabilitě za vysokých teplot jsou tyto materiály vhodné pro horké metalurgické aplikace i pro technologie vakuových pecí. Četné specifické aplikace využívají tyto vlastnosti: například se žárovkami pracují při teplotách až do 3073 K , a molybdenu vinutí trouba odolat 2273 K .
Špatná vyrobitelnost při nízké teplotě a extrémně vysoká teplota při oxidaci jsou však nedostatky většiny žáruvzdorných kovů. Interakce s prostředím mohou významně ovlivnit jejich odolnost vůči tečení za vysokých teplot. Nanášení těchto kovů vyžaduje ochrannou atmosféru nebo povlak.
Žárovzdorné kovové slitiny molybdenu, niobu, tantalu a wolframu byly použity v kosmických systémech jaderné energie. Tyto systémy byly navrženy tak, aby pracoval při teplotě 1350 K až 1900 K . Prostředí nesmí interagovat s dotyčným materiálem. Mohou být použity se speciálními kapalinami pro přenos tepla, jako jsou kapalné alkalické kovy , stejně jako v ultra vysokých vakuových technikách .
Vysokoteplotní tečení slitin musí být omezeno na jejich použití. Creep by neměl překročit 1-2%. Další komplikací při studiu tečení žáruvzdorných kovů jsou interakce s prostředím, které mohou významně ovlivnit tečení.