Проводниковые материалы и сплавы различного применения: тугоплавкие металлы

Металлы с температурой плавления более 1700°С относят к тугоплавким. Характерно, что эти металлы, как правило, химиче­ски устойчивы при низких температурах, но при повышенных температурах активно взаимодействуют с атмосферой. Поэтому изделия из них (электроды, нагреватели, катоды) экс­плуатируют в вакууме или в среде инертных газов.

Механическая обработка тугоплавких металлов затруднитель­на вследствие их повышенной твердости и хрупкости.

Вольфрам — светло-серый металл, обладающий наиболее высокой температурой плавления и очень большой плотностью. Характерной особенностью вольфрама является высокая прочность отдельно взятых кри­сталлов при очень слабом их сцеплении между собой. Поэтому вольфрамовые из­делия с мелкокристаллической структу­рой очень хрупкие (рис. 7.1).

Волокни­стая структура металла, создаваемая ков­кой и волочением, обеспечивает высокую механическую прочность и гибкость тон­ких вольфрамовых нитей, диаметр кото­рых достигает менее 10 мкм. С уменьше­нием диаметра нити возрастает ее меха­ническая прочность за счет преобладания волокнистой структуры.

Марки вольфрама: особо чистый (ОЧВ), содержащий примесей не более 0,02%; вольф­рам с присадкой кремния и алюминия (ВА); вольфрам с присад­кой окиси тория (ВТ-7—ВТ-50), вольфрам разного назначения (ВРИ) и др. Поскольку вольфрам имеет высокую температуру плавления, малую скорость испарения и удовлетворительную ме­ханическую прочность в накаленном состоянии,- он используется в электровакуумных приборах преимущественно при высоких тем­пературах. Вольфрам обладает наименьшим значением ТКl среди всех чистых металлов, применяемых в вакуумной технике. Это свойство используют при изготовлении термически согласованных спаев вольфрама с тугоплавкими стеклами.

Вольфрам сравнительно дорог, с трудом обрабатывается и по­этому применяется только там, где его нельзя заменить. Область применения — изготовление нитей накала осветительных ламп, катодов прямого и косвенного накала мощных генера­торных ламп, высоковольтных выпрямителей, рентгеновских тру­бок, для изготовления разрывных кон­тактов реле, пускателей, прерывателей, особенно при больших значениях разрываемой мощности.

Молибден - тугоплавкий металл, близкий к вольфраму по свойствам, хотя почти в 2 раза легч; имеет наиболее низкое удельное сопротивление из всех тугоплавких металлом. Мо­либден широко применяют в электровакуумной технике при менее высоких температурах, чем вольфрам. Отожженный мелкозернистый молибден характеризуется хорошей пластичностью и его механическая обработка не вызывает особых затруднений. Механические свойства молибдена в значительной степени зависят от термической и механической обработки мате­риала, вида и размера изделия. Так, σρ молибдена колеблется от 350 до 2500 МПа, а ∆l/l - от 2 до 55%.

Для нужд электровакуумного производства отечественная про­мышленность выпускает особо чистый молибден (ОЧМ) с содержа­нием примесей не более 0,02%, чистый молибден (ДАЧ), молибден с присадкой окиси кремния (МК) и др. Марка МК отличается по­вышенной механической прочностью при высоких температурах.

Высокая прочность и твердость молибдена в сочетании с хоро­шей пластичностью делают его одним из лучших материалов для изготовления деталей сложной конфигурации, работающих в ваку­уме при высоких температурах (электродов радиоламп и т. д.).

Тантал широко применяется в электровакуумной технике при менее высоких температурах, чем вольфрам, характеризуется высо­кой пластичностью даже при комнатной температуре. Например, прокатыванием получают танталовую фольгу для электролитиче­ских конденсаторов толщиной в несколько микрометров. В зави­симости от механической и термической обработки σρ тантала ко­леблется от 350 до 1250 МПа, а ∆l/l - от 2 до 40%. Промышлен­ность выпускает тантал высокой чистоты (ТЧ) с содержанием при­месей не более 0,25%, тантал повышенной чистоты (Т) с содержа­нием примесей не более 0,7%, торированный тантал ТТ-1 и др.

Ввиду высокой стоимости тантал используют преимущественно в электровакуумных приборах для изготовления ответственных изделии сложной формы, работающих в вакууме в напряженном тепловом режиме.

К преимуществам тантала относят его спо­собность поглощать остаточные газы в электровакуумном приборе. Тантал широко применяют в производстве пленочных резисторов, электролитических конденсаторов, а также в качестве различных нагревателей и испарителей, используемых в технологии вакуум­ного нанесения тонких пленок. Тантал, как и близкий к нему по свойствам ниобий, используют в качестве сверхпроводников.

Титан применяют в электровакуумной технике благодаря хо­рошим механическим свойствам и высокой газопоглощающей спо­собности, особенно при нагреве до 500° С. Предел прочности тита­на при растяжении составляет 500—900 MПa, при значениях ∆l/l=3-4%.

Титан используют не только в качестве конструкционного мате­риала для арматуры электровакуумных приборов, но и для порош­кообразных покрытий молибденовых и вольфрамовых электродов этих приборов. Широкое применение как газопоглотитель, он нашел в титановых сорбционных и ионно-сорбционных насосах.

Несмотря на высокую стоимость и дефицитность, тугоплавкие металлы и их сплавы остаются основными проводниковыми мате­риалами электровакуумного производства.