| H | Han | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Li | Være | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||
| Na | mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
| K | Ca | sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | Som | Se | Br | kr | |
| Rb | Sr | Y | Zr | NB | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | I | sn | Sb | Te | jeg | Xe | |
| Cs | Ba | La | * | hf | Ta | W | Vedr | Os | Ir | Pt | Au | hg | Tl | Pb | Bi | Po | På | Rn |
| Fr | Ra | AC | ** | RF | Db | Sg | bh | hs | Mt | Ds | Rg | |||||||
| * | Ce | Pr | Nd | Om eftermiddagen | sm | Eu | Gd | Tb | D y | Ho | Eh | Tm | Yb | Lu | ||||
| ** | Th | Pa | U | Np | Pu | Er | cm | bk | jfr | Es | fm | md | ingen | lr | ||||
| Ildfaste metaller | Udvidet gruppe af ildfaste metaller [1] |
Ildfaste metaller er en klasse af kemiske grundstoffer ( metaller ), der har et meget højt smeltepunkt og slidstyrke . Udtrykket ildfaste metaller er mest almindeligt anvendt i discipliner som materialevidenskab , metallurgi og ingeniørvidenskaberne . Definitionen af ildfaste metaller gælder forskelligt for hvert element i gruppen . De vigtigste repræsentanter for denne klasse af elementer er elementerne i den femte periode - niobium og molybdæn ; den sjette periode - tantal , wolfram , den syvende periode - rhenium og den ottende periode - ruthenium. Alle af dem har et smeltepunkt over 2000 ° C, er relativt inerte kemisk og har et øget densitetsindeks . Takket være pulvermetallurgi kan dele til forskellige industrier fås fra dem.
De fleste definitioner af begrebet ildfaste metaller definerer dem som metaller med høje smeltepunkter. Ifølge denne definition skal metaller have et smeltepunkt over 4.500 °F (2.200 °C ). Dette er nødvendigt for deres definition som ildfaste metaller [2] . Fem grundstoffer - niobium, molybdæn, tantal, wolfram og rhenium er inkluderet i denne liste som de vigtigste [3] , mens en bredere definition af disse metaller giver os mulighed for at inkludere på denne liste også grundstoffer, der har et relativt højt smeltepunkt, selvom under dette niveau, - titanium (smp. pl. 1943 K ), vanadium , chrom , zirconium , hafnium (smp. 2506 K (2233 ° C)). Ruthenium (smp. 2334 °C, 2607 K , 4233 °F)), rhodium (1963 °C), iridium (smp. 2466 °C) og osmium (smp. 3306 K, 3033 °C) ), er uden tvivl også fuldgyldige ildfaste metaller, selvom de midlertidigt på grund af deres tilhørsforhold til "ædle" metaller sjældent betragtes som strukturelle ildfaste metaller. Transuran-elementer (som er placeret bag uran , hvis alle isotoper er ustabile og meget svære at finde på jorden) vil aldrig blive klassificeret som ildfaste metaller [4] .
| Navn | Niobium | Molybdæn | Tantal | Wolfram | Rhenium |
|---|---|---|---|---|---|
| Smeltetemperatur | 2750K (2477°C) | 2896K (2623°C) | 3290K (3017°C) | 3695K (3422°C) | 3459K (3186°C) |
| Kogetemperatur | 5017K (4744°C) | 4912K (4639°C) | 5731K (5458°C) | 5828K (5555°C) | 5869K (5596°C) |
| Massefylde | 8,57 g cm³ | 10,28 g cm³ | 16,69 g cm³ | 19,25 g cm³ | 21,02 g cm³ |
| Youngs modul | 105 GPa | 329 GPa | 186 GPa | 411 GPa | 463 GPa |
| Vickers hårdhed | 1320 MPa | 1530 MPa | 873 MPa | 3430 MPa | 2450 MPa |
Smeltepunktet for disse simple stoffer er det højeste, eksklusive kulstof og osmium . Denne egenskab afhænger ikke kun af deres egenskaber, men også af egenskaberne af deres legeringer. Metaller har et kubisk system , med undtagelse af rhenium, hvor det har form af en sekskantet tæt pakning. De fleste af de fysiske egenskaber af grundstofferne i denne gruppe adskiller sig væsentligt, fordi de er medlemmer af forskellige grupper [5] [6] .
Modstand mod krybedeformation er en definerende egenskab ved ildfaste metaller. For almindelige metaller starter deformationen fra metallets smeltetemperatur, og derfor starter krybedeformationen i aluminiumslegeringer fra 200 °C , mens den for ildfaste metaller starter fra 1500 °C. Denne modstand mod deformation og høje smeltepunkt gør det muligt at bruge ildfaste metaller, for eksempel som dele af jetmotorer eller i smedning af forskellige materialer [7] [8] .
I fri luft oxiderer de . Denne reaktion bremses på grund af dannelsen af et passiveret lag. Rheniumoxid er meget ustabilt, fordi når en tæt strøm af ilt føres igennem, fordamper dens oxidfilm . Alle af dem er relativt modstandsdygtige over for syrer. [5]
Ildfaste metaller bruges som lyskilder , dele, smøremidler , i den nukleare industri som ARC , som katalysator . På grund af deres høje smeltepunkter bruges de aldrig som materiale til åben smeltning . I pulverform komprimeres materialet ved hjælp af smelteovne. Ildfaste metaller kan forarbejdes til tråd , ingot , armeringsjern , blik eller folie .
Wolfram og dets legeringerWolfram blev fundet i 1781 af den svenske kemiker Carl Wilhelm Scheele . Wolfram har det højeste smeltepunkt af noget metal ved 3422 °C (6170 °F )
Rhenium anvendes i legeringer med wolfram i en koncentration på op til 22 % , hvilket forbedrer ildfasthed og korrosionsbestandighed. Thorium bruges som en legeringskomponent af wolfram. Dette øger materialernes slidstyrke . Inden for pulvermetallurgi kan komponenterne bruges til sintring og efterfølgende anvendelser. Nikkel og jern eller nikkel og kobber bruges til at fremstille tunge wolframlegeringer . Wolframindholdet i disse legeringer overstiger normalt ikke 90%. Blandingen af legeringsmaterialet med det er lav selv under sintring [9] .
Wolfram og dets legeringer bruges stadig, hvor høje temperaturer er til stede, men der er behov for høj hårdhed, og hvor høj densitet kan negligeres [10] . Glødetråde, der består af wolfram, finder deres anvendelse i hverdagen og i instrumentfremstilling. Lamper omdanner elektricitet til lys mere effektivt, når temperaturen stiger [9] . Ved wolframgasbuesvejsning bruges udstyret konstant uden at elektroden smelter . Wolframs høje smeltepunkt gør det muligt at bruge det til svejsning uden omkostninger [11] [12] . Høj tæthed og hårdhed gør det muligt at bruge wolfram i artillerigranater [13] . Dets høje smeltepunkt bruges i konstruktionen af raketdyser , et eksempel er Polaris -raketten [14] . Nogle gange finder den sin anvendelse på grund af dens tæthed. For eksempel finder det sin anvendelse i fremstillingen af golfkøller [15] [16] . I sådanne dele er anvendelsen ikke begrænset til wolfram, da det dyrere osmium også kan bruges.
MolybdænlegeringerMolybdænlegeringer er meget udbredt. Den mest brugte legering - titanium - zirconium - molybdæn - indeholder 0,5 % titanium, 0,08 % zirconium og resten er molybdæn. Legeringen har øget styrke ved høje temperaturer. Arbejdstemperaturen for legeringen er 1060 °C . Den høje modstand af wolfram-molybdæn (Mo 70 % , W 30 % ) gør det til et ideelt materiale til støbning af zinkdele såsom ventiler [17] .
Molybdæn bruges i kviksølvrørrelæer, fordi kviksølv ikke danner et amalgam med molybdæn [18] [19] .
Molybdæn er det mest almindeligt anvendte ildfaste metal. Det vigtigste er dets anvendelse som forstærkning af stållegeringer . Det bruges til fremstilling af rørledninger sammen med rustfrit stål . Molybdæns høje smeltepunkt, slidstyrke og lave friktionskoefficient gør det til et meget nyttigt legeringsmateriale. Dens fremragende friktionsegenskaber gør, at den kan bruges som smøremiddel, hvor pålidelighed og ydeevne er påkrævet. Det bruges i produktionen af CV-led i bilindustrien. Store forekomster af molybdæn findes i Kina , USA , Chile og Canada [20] [21] [22] [23] .
Niobium findes næsten altid sammen med tantal; niobium blev opkaldt efter Niobe , datter af Tantalus i græsk mytologi. Niob finder mange anvendelser, hvoraf nogle deler det med ildfaste metaller. Dens enestående ligger i, at den kan udvikles ved udglødning for at opnå en bred vifte af hårdhed og elasticitet ; dens tæthedsindeks er det mindste i sammenligning med andre metaller i denne gruppe. Det har anvendelser i elektrolytiske kondensatorer og er det mest almindelige metal i superledende legeringer . Niobium kan bruges i flygasturbiner , vakuumrør og atomreaktorer .
En legering af niobium C103, som består af 89 % niob, 10 % hafnium og 1 % titanium , finder sin anvendelse i fremstillingen af dyser i flydende raketmotorer , for eksempel, såsom Apollo CSM[24] . Den anvendte legering tillader ikke niob at oxidere, da reaktionen sker ved en temperatur på 400 °C [24] .
Tantal er det mest korrosionsbestandige af alle ildfaste metaller.
En vigtig egenskab ved tantal blev afsløret gennem dets brug i medicin - det er i stand til at modstå et surt miljø (i kroppen). Det bruges nogle gange i elektrolytiske kondensatorer. Anvendes i mobiltelefoner og computerkondensatorer .
Rhenium er det senest opdagede ildfaste element i hele gruppen. Det findes i lave koncentrationer i malme af andre metaller fra denne gruppe - platin eller kobber. Den kan bruges som en legeringskomponent med andre metaller og giver legeringen gode egenskaber - formbarhed og øger trækstyrken . Rheniumlegeringer kan bruges i elektroniske komponenter, gyroskoper og atomreaktorer. Dens vigtigste anvendelse er som katalysator . Kan bruges til alkylering , dealkylering, hydrogenering og oxidation . Dens sjældne tilstedeværelse i naturen gør den til den dyreste af alle ildfaste metaller [25] .
Ildfaste metaller og deres legeringer tiltrækker forskeres opmærksomhed på grund af deres usædvanlige egenskaber og fremtidsudsigter for anvendelser.
De fysiske egenskaber af ildfaste metaller såsom molybdæn, tantal og wolfram, deres hårdhed og stabilitet ved høje temperaturer gør dem til et nyttigt materiale til varmmetalbearbejdning af materialer både i vakuum og uden det. Mange dele er baseret på deres unikke egenskaber : for eksempel kan wolframfilamenter modstå temperaturer op til 3073 K.
Men deres modstandsdygtighed over for oxidation op til 500 °C gør dem til en af de største ulemper ved denne gruppe. Kontakt med luft kan i væsentlig grad påvirke deres højtemperaturydelse. Derfor bruges de i materialer, hvor de er isoleret fra ilt (for eksempel en pære).
Legeringer af ildfaste metaller - molybdæn, tantal og wolfram - bruges i dele af rummets nukleare teknologier . Disse komponenter er specielt designet til at modstå høje temperaturer (1350 K til 1900 K ). Som nævnt ovenfor må de ikke komme i kontakt med ilt .
| Periodiske system | |
|---|---|
| Formater |
|
| Varelister efter | |
| Grupper | |
| Perioder | |
| Familier af kemiske grundstoffer |
|
| Periodisk tabel blok | |
| Andet | |
| |