/
Текст
В. ЭСПЕ
ТЕХНОЛОГИЯ
ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Том 1
МЕТАЛЛЫ И МАТЕРИАЛЫ
С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ
Перевод с немецкого
под общей редакцией
проф. Р. А. НИЛЕНДЕРА и инж. А. А. КОТЛЯРА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКВА 1962 ЛЕНИНГРАД
ЭС 5-5
Dr. Werner Espe, Werkstoflkunde der Hochvakuumtechnik, Band 1,
Metalle und metallisch leitende Werkstoffe, VEB Deutscher Verlag der Wissen-
schaften, Berlin, 1959.
В книге изложены свойства, технология получения, обработ-
ки. методы исследований материалов, применяемых в производст-
ве электровакуумных приборов.
Книга предназначена для инженерно-технических работников
электровакуумной промышленности и лабораторий, для проекти-
ровщиков и конструкторов электронных приборов, студентов
радиотехнических факультетов, специализирующихся в области
электровакуумного производства.
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ПЕРЕВОДУ
Бурное развитие технологии производства
электровакуумных изделий, вызванное посто-
янным спросом на .них, привело к тому, что
в этой области промышленной технологии на-
ходят себе применение самые разнообразные
материалы, огромное большинство которых
стало добываться и изготовляться на первых
порах только для нужд электровакуумного
производства. Дальнейшее развитие этой об-
ласти техники 'привело к появлению таких но-
вых отраслей промышленности, как, например,
производство тугоплавких и редких металлов,
электровакуумных сортов стекла, инертных га-
зов, химии газопоглотителей, к разработке и
изготовлению новых типов вакуумных насосов
и технологии откачки, станкостроению и маши-
ностроению для электровакуумного производ-
ства и т. д. Эти области в свою очередь в на-
стоящее время превратились в самостоятель-
ные отрасли и находят себе применение ие
только в области электровакуума.
Чрезвычайно большое значение в электро-
вакуумном производстве имеют физико-хими-
ческие свойства исходных материалов и техно-
логия их обработки, так как изготовление
разнообразных электронных приборов основа-
но на сложнейших физико-химических процес-
сах, требующих высокой чистоты исходных
материалов, тшательиой обработки и подго-
товки их, сложной технологии получения,
высокого вакуума, тщательной откачки и пр.
Незадолго до начала второй мировой вой-
ны на Западе вышла в свет книга В. Эспе и
М. Кнолля «Технология электровакуумных ма-
териалов» (русский перевод—4939г.).получив-
шая известность среди специалистов электро-
вакуумного производства на Западе и в СССР.
В настоящее время мы предлагаем вниманию
читателя по существу новый труд одного из
авторов упомянутой выше книги — проф.
В. Эспе, одного из крупнейших зарубежных
специалистов в области электровакуумной тех-
нологии, после .второй мировой войны рабо-
тающего в Чехословацкой Социалистической
Республике. Как отмечает автор в своем пре-
дисловии, развитие технологии электровакуум-
ного производства за послевоенный период
можно иллюстрировать хотя бы тем, что новое
издание по сравнению с довоенным увеличи-
лось более чем в четыре раза и в настоящее
время представляет собой многотомную свое-
образную техническую энциклопедию по мате-
риалам, применяемым в производстве элек-
тронных приборов. К моменту выхода в свет
перевода первого тома этой энциклопедии
проф. В. Эспе уже выпустил в свет три тома.
Отметим хорошо продуманную автором
систему изложения: по каждому из видов ма-
териалов, получивших применение в техноло-
гии электровакуума, приводятся необходимые
справочные данные, сведения о методах полу-
чения исходного сырья и способах его обра-
ботки, рассмотрены характерные особенности
применения данного материала в электрова-
куумной технологии, а в отдельных случаях
приведены необходимые указания и по техно-
логии изготовления отдельных деталей элек-
тронных приборов.
Госэнергоиздат начал перевод труда проф.
В. Эспе несколько лет назад. Был уже закон-
чен перевод книги, выпущенной в Чехослова-
кии на словацком языке, когда в ГДР вышло
в свет значительно более полисе издание пер-
вого тома энциклопедии на немецком языке.
Сличение готового перевода со словацкого
языка с немецким изданием показало необхо-
димость выполнить заново перевод с немецко-
го языка. По этим причинам выход в свет
перевода первого тома труда дроф. В. Эспе
несколько задержался.
Разумеется, такой капитальный труд ие
свободен от некоторых недостатков, устранить
которые прн подготовке перевода не удалось.
Так, использовав большое количество литера-
туры по технологии электровакуумного произ-
водства, изданной за рубежом, автор, за ред-
кими исключениями, не ссылается на многочи-
сленную книжную и журнальную литературу,
выпущенную в период после Отечественной
войны в СССР, которая мало известна автору
из-за языковых трудностей. Наши попытки вве-
сти в текст перевода соответствующие допол-
нения, заимствованные из отечественной лите-
ратуры, вели к необходимости весьма значи-
тельной переработки рукописи, не говоря уже
об увеличении ее объема, что, разумеется, еще
более задержало бы выход в свет перевода.
По этим причинам было решено дополнений не
делать.
Укажем также, что с момента составления
труда проф. В. Эспе (1957 г.) вплоть до на-
стоящего времени в СССР и за рубежом по-
явилось немало новых трудов по технологии
электровакуумного производства, сведения из
которых автор использовать не мог. Это, ра-
зумеется, ие могло не отразиться на полноте
приведенных сведений и технологических со-
ветов. Несмотря на указанные недостатки, труд
проф. В. Эспе дает подробное описание свойств
материалов для электронных приборов н ме-
тодов их обработки, что, несомненно, принесет
немалую пользу советскому читателю.
проф. Р. А. НИЛЕНДЕР
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА
Несмотря на то, что первое издание кни-
ги, предпринятое в соавторстве с М. Кноллем,
полностью разошлось уже в год выхода в свет
(11936 г.), различные обстоятельства препятст-
вовали подготовке второго издания *. Так как
после войны Макс Кнолль долгое время ра-
ботал в США, а я — в Чехословацкой Социа-
листической Республике, то первоначально на-
меченная работа по подготовке нового издания
оказалась невозможной. Поэтому, несмотря на
ряд соображений, я решил самостоятельно осу-
ществить выпуск в свет нового издания «Тех-
нологии электровакуумных материалов» в на-
дежде на то, что мой коллега М. Кнолль пред-
примет то же самое в стране, где он до сих
пор работает. Возможно, что впоследствии оба
труда удалось бы объединить.
В новом издании книги, которая в значи-
тельной части содержит материал лекций по
вакуумной технологии, прочитанных автором
в Братиславской высшей технической школе
и в университетах Праги и Братиславы, и ча-
стично вышла в свет на словацком языке в
издательстве словацкой Академии наук, в ос-
новном сохранена система расположения ма-
териала, принятая в первом издании и позво-
ляющая дать систематический обзор разно-
образных разделов вакуумной технологии.
Лишь в отдельных местах были введены до-
полнения, соответствующие достигнутому с тех
пор прогрессу. Небывалый рост научно-техни-
ческого значения электровакуумной техноло-
гии н увеличившийся с 1936 г. практический
опыт в этой области потребовали, одиако, поч-
ти пятикратного увеличения объема книги.
Поэтому новое издание выпускается в трех
томах **,
• Во время войны, в 1943—1944 гг., 1-ое издание
книги было без изменений перепечатано в США на не-
мецком языке издательством Edwards Brothers. Inc.
Перевод на русский язык был опубликован в 1939 г.
издательством Оборонгиз в Москве под названием
«Технология электровакуумных материалов".
** Том I: «Металлы и материалы с металличе-
ской проводимостью»; том II: «Силикаты» (стекло,
кьчрц, керамика, слюда, асбест); том III: «Вспомо-
гательные материалы» (люминофоры, резина, вакуум-
ные смазки и мастики, масла, цоколевочные масти-
ки, газы я пары). В дальнейшем запланирован выпуск
по крайней мере одного тома: «Герметичные соеди-
нения металл—стекло — керамика», и «Газопоглоти-
тели».
Предлагаемый читателю I том содержит
на 916 страницах (в старом издании Г57 стра-
ниц) более полный обзор свойств всех метал-
лов и материалов с металлической проводи-
мостью, применяющихся в вакуумной технике.
При этом мы попытались, помимо результа-
тов собственных исследований, использовать
также данные многочисленных публикаций, по-
явившихся в печати после выхода в свет пер-
вого издания книги ***.
Для того чтобы облегчить читателям поль-
зование книгой, указатель литературы приво-
дится в конце каждого параграфа. Это при-
дает каждому разделу характер законченной
монографии. Кроме того, такое расположение
материала позволило легко ввести в книгу при
ее переработке новые данные и окажется не-
сомненно целесообразным, если при новом ее
издании отдельные главы будут перерабога-
иы различными специалистами.
Я приношу мою благодарность многим
фирмам, которые оказали мне помощь пере-
дачей иллюстрационного материала и назва-
ния которых указаны в подписях под рисун-
ками. Я должен также выразить признатель-
ность моему секретарю г-же Кляйн за ее не-
уставную помощь и моей жене г-же М. Эспе-
Замостной за постоянное участие в подготовке
рукописи и правке корректуры. Я искрение
благодарен также сотрудникам издательства
VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften и
особенно г-же И. Шпигельберг-Шольц, которая
не пожалела усилий для подготовки издания
этого тома.
Автор' надеется, что, несмотря на все
трудности, ему удалось все же создать труд,
который окажется полезным работникам выс-
шей школы, электровакуумной промышленно-
сти и научно-исследовательских лабораторий
не в меньшей степени, чем старое издание
Эспе и Кнолля. Автор будет искрение благода-
рен за любые замечания о недостатках и ука-
зания о возможных улучшениях.
ВЕРНЕР ЭСПЕ
Прага и Братислава,
апрель 1957 г.
*** Обзор литературы произведен до 1957 г., за
исключением нескольких особенно важных работ, ре-
зультаты которых могли быть включены в это изда-
ние при корректуре.
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие к русскому переводу .... 3
Предисловие автора...................... 4
Глава первая. Введение.............. 7
Глава вторая. Некоторые сведе-
ния по металлографии.............. 7
Глава третья. Тугоплавкие ме-
таллы и сплавы................... 14
3-1. Порошковая металлургия .... 14
3-2. Вольфрам....................... 16
3-3. Молибден....................... 54
3-4. Сплавы вольфрама с молибденом 80
3-5. Тантал......................... 81
3-6. Сплавы тантала с вольфрамом . . 98
3-7. Ннобнй......................... 98
3-8. Ревий..........................104
Глава четвертая. Металлы груп-
пы платины, золото и серебро . . 106
4-1. Платина и ее сплавы.........107
4-2. Палладий и его сплавы..........120
4-3. Родий..........................125
4-4. Прочие металлы платиновой груп-
пы (1г, Os и Ru)..........128
4-5. Золото.........................128
4-6. Серебро...................... 135
4-7. Сплавы серебра.................140
Глава пятая. Черные и цветные
металлы..........................142
5-1. Общие сведения.................142
5-2. Никель.........................144
5-3. Железо.........................171
5-4. Медь...........................190
. 5-5. Алюминий..................215
5-6. Бериллий.......................227
Глава шестая. Сплавы и компози-
ции черных и цветных металлов
.6-1. Сплавы железа..............239
I. Сплавы железо—никель..........239
II. Инвар (36% Ni) и фригидаль
(33% Ni, 1% Сг) . . . .........246
III. Сплавы FeN'Cr для спаев со стек-
лом .............................247
IV. Сплавы FeNiCo. Ковар, „Фернико” 250
V. Ферритные сплавы FeCr для спаев
со стеклом......................265
VI. Аустенитные хромоникелевые
стали............................282
6-2. Сплавы никеля (с содержанием
более 55% никеля)................290
I. Сплавы никеля, содержащие 90—
99% Ni.........................290
II. Сплавы никель—хром—железо . 291
III. Сплавы никеля с кобальтом, со-
держащие 15 — 50% Со............294
IV. Сплавы никеля с медью, содержа-
щие 20—40% Си....................295
6-3. Сплавы меди, содержащие более
50% Си........................306
I. Медь с незначительными (1—3%)
присадками других элементов . . 306
II. Сплавы меди с никелем. Констан-
тан (55% Си, 45% Ni)............308
III. Сплавы меди с оловом. Бронза
(94% Си, 6о/о Sn)................311
IV. Сплавы медь — цинк, содержащие
10—45% Zn (латунь)...............313
V. Сплавы медь—фосфор............317
VI. Сплавы медь—кремний...........317
6-4. Сплавы неблагородных металлов
с тугоплавкими составляющими . 318
I. Железо—молибден—кобальт (71%
Fe, около 10% Мо и 19% Со;
торговая марка ЕМК)...........' 318
II. Сплавы молибден—никель—желе-
зо . . »........................318
III. Сплавы вольфрам — никель — ко-
бальт ...........................320
IV. Сплавы вольфрам—никель .... 322
6-5. Биметаллы....................324
I. Никелированная медь..........324
П. Медная проволока, покрытая же-
лезом и никелем..............326
III. Алюминированное железо с двух-
сторонним покрытием („жесть
Р2“)............................326
IV. Железная жесть, алюминирован-
ная с одной стороны и никелиро-
ванная с другой („жесть PN”) . . 331
V. Железная жесть, алюминирован-
ная с одной стороны, а с другой
стороны покрытая специальным
железом („жесть Р1”)............332
VI. Хромированное железо.........332
VII. Железная проволока, покрытая
медью........................ . . . 334
VIII. Никелированная железная прово-
лока ............................334
IX. Сплав FeNi (58/42) с медным по-
крытием. Платинит................334
X. Платинированная железо-никеле-
вая проволока...................339
XI. Золоченая вольфрамовая и мо-
либденовая проволока............340
XII. Молибденовая платинированная
проволока........................340
XIII. Вольфрамовая медненая проволока 340
XIV. Вольфрам—медь................340
XV. Вольфрам—свинец...............341
Глава седьмая. Редкие металлы
7-1. Цирконий.......... ... 343
7-2. Титан.......................364
7-3. Торий.......................383
6
Содержание
7-4. Церий......................387
7-5. Индий......................388
7-6. Кадмий.....................392
7-7. Галлий.....................392
7-8. Висмут.....................393
7-9. Таллий.....................394
7-10. Хром.......................394
7-11. Селен.............„........398
Глава восьмая. Прочие металлы
и углерод........................401
8-1. Магиий......................401
8-2. Щелочноземельные металлы: Ва,
Sr, Са........................404
I. Барий и стронций.............404
II. Кальций.....................410
8-3. Щелочные металлы............411
I. Натрий и калий...............412
II. Цезий.......................416
III. Литий.......................417
IV. Рубидий.....................417
8-4. Ртуть.......................418
8-5. Углерод.....................434
I. Электрографит................434
II. Активированный уголь.........452
III. Пористый графитированный уголь 453
IV. Суспензии коллоидного графита . 453
V. Осаждение углеродных покрытий
из газовой фазы.................450
Глава девятая. Специальные ме-
тоды обработки металлов, при-
меняющихся в вакуумной тех-
нике ................................458
9-1. Изготовление и монтаж деталей 458
9-2. Обезгаживание металлов .... 463
I. Общие сведения...............463
II. Вакуумная плавка металлов . . . 467
III. Предварительное обезгаживание
стальных деталей.................473
IV- Обезгаживание систем электродов
в процессе откачки ламп .... 488
9-3. Соединение металлических дета-
лей ...........................508
I. Точечная и шовная сварка .... 508
II. Сварка в стык.................520
III. Холодная сварка давлением . . . 520
IV. Дуговая сварка................521
V. Газовая сварка............... 526
VI. Применение пайки в вакуумной
технике..........................527
VII. Соединения способом отливок . . 551
VIII. Механические соединения .... 571
9-4. Обработка поверхности металлов 579
I. Промывание....................580
II. Травление.....................582
III. Профилирование.................589
IV. Пескоструйная обработка, галтов-
ка, очистка щетками.................589
V. Полировка.................... . 590
VI. Гальваническое нанесение покры-
тий на металлы......................592
VII. Нанесение металлических пленок
на металлическую подложку ис-
парением в вакууме............596
VIII. Получение диффузионных покры-
тий...............................596
IX. Окисление поверхности........597
X. Карбидирование...............597
XI. Карбонизирование..............597
XII. Осаждение покрытий из газовой
фазы..............................602
XIII. Покрытие поверхности порошками
металлов, окислов или карбидов 602
XIV. Прочие методы обработки поверх-
‘ ности металлов ................. 605
9-5. Приложение....................608
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ВВЕДЕНИЕ
Принципы, на основании которых в ва-
куумной технике подходят к выбору материа-
лов и способов их обработки, существенно от-
личаются от принятых в других областях тех-
ники. В обычных технических конструкциях ре-
шающую роль играют механические и электри-
ческие свойства материалов, их обрабатывае-
мость, устойчивость против коррозии и т. д.
В противоположность этому в вакуумной тех-
нике основными являются: возможность легко-
го удаления тазов, низкое давление паров,
достаточная прочность при высоких темпера-
турах, величина коэффициента расширения, не-
обходимая излучательная способность или
прозрачность, требуемая тепло- или электро-
проводность, высокое сопротивление изоляции
даже при высоких температурах, максималь-
ная или минимальная электронная эмиссия,
незначительное катодное распыление, химиче-
ская устойчивость или сродство по отношению
к другим материалам, используемым при изго-
товлении электронных приборов, и т. п. Кро-
ме того, решающую роль часто играет чисто-
та используемого материала, так как возгонка
примесей, содержащихся в нем даже в нич-
тожных количествах, и их химическое взаимо-
действие с другими элементами приборов мо-
гут сильно влиять как на эксплуатационные
свойства, так и на срок службы приборов.
Поэтому легкость обработки и стоимость ма-
териалов часто имеют в вакуумной технике
лишь второстепенное значение.
Основным требованием является возмож-
ность легкого обезгаживания всех материалов.
Желательно поэтому ограничиться применени-
ем их наименьшего количества; этим и опре-
деляется преимущественное использование тон-
кой жести, проволок и тонкостенных керами-
ческих материалов для изготовления внутрен-
них деталей радиоламп. Другое существенное
отличие вакуумных конструкций от конструк-
ций других областей техники определяется осо-
бенностями одновременного использования ме-
таллов, стекла, керамики, различных химика-
лиев, газов и паров.
Несмотря на необходимость использовать
тонкостенные детали, легко коробящиеся при
высоких рабочих температурах, и на вынуж-
денное употребление таких сочетаний мате-
риалов, которые из-за очень большого разли-
чия физических и химических свойств с тру-
дом соединяются в единую конструкцию, для
получения необходимых электрических пара-
метров приборов часто требуется большая точ-
ность конструкций системы электродов и зна-
чительная идентичность отдельных приборов
в целом. Оба эти требования даже при изго-
товлении сравнительно малого числа прибо-
ров приводят к необходимости прибегать к по-
мощи машин, не только для изготовления си-
стемы электродов, но и для откачки приборов.
В свою очередь машинное производство
требует применения материалов с постоянны-
ми физическими и химическими свойствами.
Такие материалы во многих случаях прихо-
дилось для этого специально разрабатывать
и изготовлять.
Вследствие этих специальных трудно вы-
полнимых условий конструирование и произ-
водство электронных приборов требуют без-
условно полного знания свойств, обоснованно-
го выбора, тщательного контроля и рациональ-
ной обработки используемых материалов.
ГЛАВА ВТОРАЯ
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО МЕТАЛЛОГРАФИИ
Все материалы, используемые в вакуум-
ной технике, должны быть как можно лучше
обезгажены, чтобы во время эксплуатации при-
боров высокий вакуум или определенное дав-
ление газового наполнения в иих сохранялись
неизменными. Обезгаживание материалов
обычно производится нагреванием их перед
откачкой или во время откачки электровакуум-
ных приборов. Выделение газа происходит тем
полнее и быстрее, чем выше температура про-
грева. Если рабочая температура прибора зна-
чительно ниже, чем температура обезгажива-
иия, то вероятность последующего выделения
газов при работе мала.
В результате прогрева и выделения абсор-
бированных газов и испаряющихся примесей
значительно меняются механические свойства
металлов. Так, например, прочность нагарто-
ваниого металла после отжига может стать
значительно ниже необходимой для того, что-
8
Некоторые сведения по металлографии
[Гл. 2
бы выдержать сотрясения деталей при транс-
портировке. Поэтому важно знать свойства
материалов не только в исходном состоянии,
но и после обезгаживання.
РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
(см. [Л. 1, 12, 26, 29])
Рекристаллизацией называют ряд процес-
сов, которые последовательно происходят при
высоких температурах в кристаллической
структуре металлов, подвергавшихся деформа-
ции в холодном состоянии. При определенных
температуре и длительности прогрева на гра-
ницах зерен или на поверхностях скольжения
кристаллов, возникших при обработке, начи-
нают появляться новые маленькие зерна, сво-
бодные от внутренних напряжений и облада-
ющие малой механической прочностью. Их
число увеличивается до тех пор, пока не
произойдет полной замены структуры, наблю-
давшейся после холодной обработки на новую
(рис. 2-1). При дальнейшем повышении тем-
Рис. 2-1. Рекристаллизация холодиообработанного ме-
талла в результате отжига. Слева—холоднокатаный;
степень деформации 80%; справа — рекристаллизован-
ный путем отжига [Л. 29].
пературы начинается рост этих малых зерен
за счет их взаимного слияния. В этом состоя-
нии материал обладает высокой вязкостью и
большим удлинением при испытании на раз-
рыв . При дальнейшем повышении температу-
ры или продолжении нагревания кристаллиты
становятся настолько большими, что механи-
ческие свойства металла значительно ухудша-
ются из-за снижения механической прочности
по границам между увеличившимися кристал-
литами.
Рис. 2-2 дает общее представление о зави-
симости временного сопротивления разрыву,
предела упругости и относительного удлинения
металлов, прошедших холодную обработку,
от температуры отжига. Приведена типичная
зависимость механических свойств, измеренных
1 Излом 'или разрыв металла может произойти
как иа границе двух кристаллитов, так и внутри
самого кристаллита. Даже у одного и того же метал-
ла в зависимости от температуры первый млн вто-
рой случай может оказаться наиболее вероятным или
единственно возможным. В большинстве металлов,
которые используют в виде проволоки, разрыв при
комнатной температуре происходит в кристаллите,
т. е. прочность границы раздела .зерен больше проч-
ности самого кристалла. Исключением, по крайней
мере при комнатной температуре, является вольфрам,
который в рекрисгаилизоеа1нном состоянии ведет себя
иначе, чем обычные металлы <см. § 3-2).
В
ПреОел л
прочности i
текучести ) il
Деформиро^'
ванные |!,
кристаллы^ V
УI
' 1 I
\\О6разоВание\ Рост
иуграстат»^ ! 'зерен
&пносител
удлинение
’Величина ।--------
О 100 200 300 WO SOO 600 ВС
Температура отжига (30мин)
Рис. 2-2. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву агд, предела упругости тут, о тиосительного удли-
нения 2 и величины зерна d холоднообработанных ме-
таллов от температуры отжига Т (° С). Продолжитель-
ность отжига 30 мин, измерения производились после
охлаждения ]Л. 29].
при комнатной температуре, от температуры
отжига, продолжавшегося определенное время
(порядка 1 ч). При определенной температуре
(«температура рекристаллизации» А) происхо-
дит разупрочнение металла, причем предел
пропорциональности, временное сопротивление
разрыву и твердость по Бринеллю уменьшают-
ся и одновременно увеличиваются вязкость и
удлинение при растяжении. Обработанный в
холодном состоянии нагартованный металл,
имеющий значительные внутренние напряже-
ния, освобождается от них при нагревании.
Одновременно начинается видимый под микро-
скопом рост новых зерен,
приводящий к тому, что в
области лежащей правее
линии В, механические свой-
ства металла значительно
ухудшаются.
Температура рекристал-
лизации металла не являет-
мкчо1 * 3
600
т
am
23%
50
о з ю 15 го зо
Рис. 2-3. Диаграмма рекристаллизации чистого электро-
литического железа; продолжительность отжига около
1 ч. Пунктирная кривая: момент начала образования
новых зерен (наблюдаемого с помощью микроскопа) в
зависимости от степени деформации [Л. 17].
d —величина зерна; V—степень деформации, Т—тем-
пература.
Некоторые сведения по металлографии
9
Таблица 2-1
Порог рекристаллизации, температура рекристаллизации и температура отжига
некоторых металлов (в алфавитном порядке)
Металл Характеристика образца Длительность отжига Порог рекри- сталлизации, СС Темпера- тура ре- кристал- лизации. °C Температура отжига, °C
Ag Прокатан на 50% 10—30 мин 30—60 мин 200 — 300 400—600
Al 99, 998% Al 99,6% Al 10—30 мин 10—30 лшн 30 150 — | 200—450
Au Около 201)
Си Чистая 10—30 мин 250—300 г) 450—600
Fe Чистое 30 мин 2 ч 24 ч 500 450 400 — 600—900
Mo6) 10 мин 3 мин 735 900 юоо —
Nb 30—60 мин — — 1 0503)
Ni Очень чистый 99,8% Ni С 3% Мп С 0,7% Mg Z—Ni с 4,5% Al Чистый 10—30 мин 10—30 мин 10—30 мин 10—30 мин 60 мин 100 ч 480 640 620 640 1 1 Г1 1 1 | 750—900 870 200
Pd 5 мин — — 800
Pt Чистейшая прокатанная на 75% Чистейшая прокатанная на 50% Техническая 10—30 мин 10—30 мин 30—60 мин 350 650 700 — 800—1 200
Ta 30 мин — 1 3008) —
W4 *) Проволока с примесью SiO2 Проволока с 1,5% ThO2 Лента, чистая Лента с примесью Si02 Лента с присадкой ТЮ2 10 мин 60 мин 60 мин 60 мин 1 100 2 000 1 257 1 292 1312 — Ill II
) Отжиг не требуется (температура ковки 20° С).
2) См. рис. 5-4-6Л.
Отжиг следует производить не в водороде, а в вакууме.
*) См. табл. 3-2-3 и рис. 3-2-11В.
См. табл. 3-3-1.
ся постоянной величиной: она приблизитель-
но обратно пропорциональна логарифму
времени отжига (см. ниже) и снижается
с возрастанием степени деформации, кото-
рой подвергался металл перед отжигом. На
пространственной диаграмме рис. 2-3 изобра-
жена указанная зависимость для железа, при-
чем критерием температуры рекристаллизации
служит увеличение размера зерна сверх опре-
деленной величины. Влияние продолжительно-
сти отжига в подобных диаграммах не учиты-
вается. Обычно подразумевают, что отжиг всег-
да продолжается около 1 «, как это делается
при отжиге металлов для снятия упрочнения,
вызванного холодной обработкой (например,
глубокой вытяжкой) 2. Это относится и к так
называемому «порогу» рекристаллизации, по-
нятие о котором часто используют в литера-
туре по металлографии. «Порог рекристалли-
зации» дает возможность сравнивать различ-
ные металлы с точки зрения их «сопротивле-
ния» процессам рекристаллизации только тог-
да, когда отдельные измерения соответствуют
равным промежуткам времени и одинаковой
степени деформации (табл. 24).
2 Под температурой «мягкого» отжига понимают
такую температуру, при которой в результате отжига
в течение ‘/г—1! ч удается достигнуть наибольшего
значения ' удлинения при испытании на разрыв
(рис. 2-2).
10
Некоторые сведения по металлографии
[Гл. 2
Рис. 2-4. Зависимость температуры рекристаллизации
от длительности отжига вольфрама (со следами SiOJ
и технической меди [Л. 12. 30] (см. также рис. 5-4-6А
и 3-2-11В).
t—время; Т—температура; V—степень деформации.
При количественном использовании подоб-
ных данных в вакуумной технике необходимо
принимать во ннимание, что материалы, при-
меняющиеся в электровакуумных приборах,
подвергаются нагреву не только на короткое
время, а часто в течение тысячи и более ча-
сов, и поэтому рекристаллизация и связанные
с ней процессы изменения механических
свойств наступают при значительно более низ-
ких температурах. На рис. 2-4 в качестве при-
мера приведена зависимость между темпера-
турой рекристаллизации и временем нагрева3 • * * §
для технической меди при различной степени
деформации в процессе прокатки и для воль-
фрама. Видно, например, что рекристаллиза-
ции меди при степени деформации 71% и не-
прерывном нагреве в течение 5 000 ч в элек-
тронном приборе можно было бы избежать
только при температуре ниже 160° С, в то
время как при кратковременном нагреве в те-
чение 1 ч (например, при обезгаживании) эта
температура может достигать 260°С. Понятие
«температура рекристаллизации» необходимо
поэтому использоиать всегда только в смысле
зависимости температуры от времени.
Для определенной степени деформации
температуру рекристаллизации можно выра-
зить следующим образом:
„ с'т>
ТК ~ In 4W
где ТR — температура рекристаллизации. ° К;
Т„ — температура плавления, ° К;
t — продолжительность нагрева, ч;
с — постоянная величина (около 5—7);
у — так называемая „характеристическая
монохроматическая атомная частота”,
величина которой для большинства
металлов составляет 5-Ю12 [Л. 12].
В общем слу'чае зависимость между не-
обходимыми для достижения определенной
3 См. также рис. 3-2-11В и Б-4-6А.
степени рекристаллизации продолжительностью
нагревания („время рекристаллизации”) tp и
температурой («температура рекристаллиза-
ции”) Т р может быть выражена уравнением:
Если в полулогарифмических координатах
построить зависимость tR от 1/Гя, то получит-
ся прямая, которая с увеличением степени
деформации, испытанной металлом до отжига
(большее обжатие при волочении нли большая
степень прокатки), смещается в область более
низких температур и меньшей продолжитель-
ности отжига (рис. 2-4).
Иногда температуру рекристаллизации оп-
ределяют как такую температуру отжига, при
которой в течение определенного времени до-
стигается «смягчение» материала на 50%. Ина-
че говоря, в результате такого отжига предел
пропорциональности металла снижается до ве-
личины, лежащей точно посредине между зна-
чениями, характерными для нагартованного и
полностью отожженного состояния (рис. 2-2).
На рис. 5-4-6А показана зависимость между
температурой и временем отжига, необходи-
мого для 50%-него смягчения различных сор-
тов меди, обработанной с разной степенью
деформации.
Хорошо видно, что в координатах 1g/—Л/Т
эта зависимость действительно линейна. К со-
жалению, подобного рода диаграммы рекри-
сталлизации экспериментально построены лишь
для некоторых из очень чистых металлов, при-
меняющихся в вакуумной технике.
. Неблагоприятным последствием рекристал-
лизации является снижение срока службы
приборов, в которых имеется накаленная про-
волока (тела накала или катоды); поэтому
рекристаллизацию замедляют добавлением
в металл очень небольших примесей (ча-
сто <1%) или проводят ее так, чтобы, не-
смотря на возникновение больших кристал-
лов, образовалась относительно прочная кри-
сталлическая структура 4.
В материалах, которые уже при кратко-
временном нагреве во время обезгаживания
в той или иной степени подвергаются мягко-
му отжигу, т. е. рекристаллизуются (напри-
мер, для анодов и сеток), снижение прочности
необходимо предварительно компенсировать
приданием этим деталям соответствующей
• Известно, что загрязнения и введение специ-
альных присадок сильно замедляют как рекристалли-
зацию, так и рост зерен. Поэтому загрязненные .ме-
таллы имеют меньшую склонность к росту верея,
ведущему к снижению прочности, что дает *им воз-
можность дольше сопротивляться воздействию высоких
температур. Происходит это, вероятно, потому, что
примеси, которые обволакивают отдельные зерна,
препятствуют быстрому росту кристаллов. Поэтому
к материалам, подвергающимся воздействию вы-
соких температур, специально добавляют присадки
для замедления .рекристаллизации (см., например,
§ 3-2). Выбор этих присадок, однако, может быть
ограничен другими факторами (испарение, отравление
катода и т. Д-). В тех Случаях, когда введением при-
садок не удается в желаемой степени задержать ре-
кристаллизацию, то иногда после изготовления сот-
ветствующей детали лампы путем специальной обра-
ботки создают прочную кристаллическую структуру
(см. § 3-2: вольфрамовая проволока с соединением
кристаллов «внахлестку»).
Некоторые сведения по металлографии
11
формы (теплоизлучатели, держатели, охлаж-
дающие ребра). Влияние термической на-
грузки в таких случаях следует принимать
во внимание только с точки зрения тех изме-
нений, которые могут возникнуть при мед-
ленном процессе рекристаллизации во время
эксплуатации лампы; опыт показывает, одна-
ко, что они играют второстепенную роль по
сравнению с (другими явлениями (испарение,
вторичная термоэмиссия, обратное зажигание
и т. д.).
Упрочнение путем холодной обработки
(нагартовка); дуктильность
Подобно тому, как деформированные ме-
таллы становятся мягче вследствие отжига
при температуре более высокой, чем темпе-
ратура рекристаллизации, возможен и обрат-
ный процесс: металлы, подвергшиеся мягкому
отжигу, можно сделать более прочными путем
холодной прокатки или протяжки. В резуль-
тате происходящей при этом значительной
деформации отдельных кристаллов с ростом
степени деформации вновь возникают плоско-
сти скольжения, и образуется волокнистая
структура, при которой уже невозможно раз-
личить отдельные зерна (рис. 2-1). Повышен-
ная прочность, которая соответствует этой
структуре, может различаться в зависимости
от направления прокатки или вытяжки.
Рис. 2-5 схематически показывает влияние
Рис. 2-5. Изменение механических свойств металлов
при холодной прокатке или протяжке (схематически по
[Л. 29]).
/fg—твердость по Бринеллю; a2g—временное сопротив-
ление разрыву; ар—предел упругости; 5—относитель-
ное удлинение; V—степень деформации.
этого изменения структуры на механические
свойства металла в зависимости от степени
обжатия при холодной обработке5. Из этого
рисунка видно, что холодная обработка повы-
шает временное сопротивление разрыву за
счет удлинения, а отжиг—удлинение за счет
временного сопротивления разрыву.
В вакуумной технике улучшение механи-
ческих свойств металлов при холодной обра-
ботке можно использовать только тогда, когда
6 Как видно из диаграммы, для получения при-
ближенного представления о (Механических свойствах
какого-либо материала можно вместо временного со-
противления «разрыву (легко определяемого только для
проволок) использовать твердость по Бринеллю. Осо-
бенно просто можно определять эту величину, если
материал дан ib виде пластин или лент.
соответствующая конструктивная деталь отри-
бора во время эксплуатации не нагревается
выше температуры рекристаллизации6. При
этом, естественно, 'предполагается, что после
холодной обработки не требуется обезгажи-
вание этой детали при температуре выше тем-
пературы рекристаллизации. Поэтому в гла-
вах, посвященных отдельным металлам, кроме
их свойств в отожженном (обезгаженном) со-
стоянии приведены также постоянные прока-
танных или тянутых нагартоваиных мате-
риалов.
Хорошую обрабатываемость металлов в хо-
лодном состоянии называют дуктильностью.
Лучше всего обрабатываются те металлы,
у которых во время растяжения напряжение
легко передается с деформированных и поэто-
му сильно упрочненных мест на участки, еще
не обработанные, т. е. сравнительно мягкие.
Благодаря этому части, ослабленные вслед-
ствие уменьшения диаметра, не разрушаются.
Поэтому хорошей дуктильности соответствует
не только большое удлинение при растяжении
(более 12%), но и, прежде всего, большая ве-
личина отношения временного сопротивления
разрыву в нагартованном состоянии к вре-
менному сопротивлению разрцву в мягко-
отожженном состоянии (от 2:1 до 3:1). Чем
более дуктильным является данный металл,
тем меньше требуется при глубокой вытяжке
промежуточных отжигов. Наиболее употреби-
тельные металлы в порядке убывания дуктиль-
ности располагаются следующим образом:
латунь, никель, свободное от углерода желе-
зо, медь, алюминий. Образцовым примером
мягкого, но полностью недуктильного метал-
ла, является обезгаженный тантал.
Предел ползучести и формоустойчивость
Поведение металла, подвергающегося дли-
тельной механической нагрузке в вакуумном
приборе при повышенной температуре, нельзя
предсказать, зная лишь его временное сопро-
тивление разрыву, измеренное при обычных
испытаниях на разрыв, причем это тем труд-
нее, чем ближе рабочая температура металла
к его температуре рекристаллизации. При
определенном напряжении растяжения, кото-
рое лежит значительно ииже предела текуче-
сти холодного металла, материал начинает
непрерывно течь (рис. 2-6, кривые 5 и б),
а его сечение — непрерывно уменьшаться (на-
пример, у натянутых катодов), что в конце
концов приводит к его разрушению. В других
случаях процесс текучести хотя и не приводит
к разрушению металла, но вызывает нежела-
тельное изменение формы деталей (провиса-
ние проволоки сеток, катодных спиралей и
других деталей под действием собственного
веса) часто даже тогда, когда термическая
нагрузка кратковременна (например, при обез-
гаживании).
Поэтому необходимо путем длительных
испытаний исследуемого образца при стати-
ческой нагрузке определить то напряжение на
растяжение, которое нагретый материал мо-
6 Часто рациональная конструкция системы элек-
тродов позволяет значительно снизить «рабочую темпе-
ратуру отдельных деталей.
12
Некоторые сведения по металлографии
[Гл. 2
Рис. 2-6. Схема определения длительной прочности:
нагрузка возрастет от кривой 1 к кривой 6; предел
длительной прочности: нагрузка на растяжение, соот-
ветствующая кривой 4 (по данным [Л. 271).
Д/До—относительное удлинение; время; в точке* —
разрушение.
жет выдержать, не разрушаясь при очень
длительной эксплуатации под (нагрузкой
(рис. 2-6, кривая 3); под найденной таким
методом длительной прочностью7 понимают
наивысшую нагрузку на растяжение (в кг/мм2),
при которой начальное удлинение материала
после определенного времени стабилизируется.
В случае тех материалов, у которых (как, на-
пример, у алюминия) уже при сравнительно
низких температурах начинается непрерывный
процесс удлинения («ползучесть») и в при-
менении к которым в смысле приведенного
определения нельзя практически говорить
о длительной прочности, мы будем употреб-
лять понятие .«временной прочности» (или Ок
0,2% в год) и будем подразумевать под ним
ту нагрузку (в кг/мм2 поперечного сечения
материала), при которой по истечении опре-
деленного -времени (например, за 1 год) не-
прерывное удлинение достигает определенной
величины (например, 0,52% первоначальной
длины). Для тех металлов, у которых при
высоких рабочих температурах уже после не-
долгого воздействия нагрузки скорость де-
формации можно считать постоянной (т. е.
при нагрузке на (растяжение удлинение за
единицу времени остается постоянным), для
определения «предела .ползучести» можно
использовать так называемую «степень ползу-
чести» или «скорость удлинения» щ (напри-
мер, в % в день или в час). Под этим пони-
мают ту длину (в % от первоначальной дли-
ны), на которую непрерывно удлиняется
испытываемый стержень при постоянной вели-
чине приложенной нагрузки (кг/мм2) к по-
стоянной рабочей температуре за единицу вре-
мени (например, за один день или час). По-
этому при известной «степени ползучести»
можно путем экстраполяции вычислить общее
удлинение детали за требуемый срок службы
прибора, в котором используется данный ма-
териал. Однако сравнимые значения при опре-
делении длительной прочности можно полу-
чить только в том случае, если будут выдер-
жаны одинаковые условия испытаний.
7 Об особенно простом .методе определения дли-
тельной прочности ом. [Л. 24]; методы быстрого опре-
деления приближенного значения длительной проч-
ности см. [Л. 20].
Рис. 2-7. Устройство для определения
длительной прочности нитей накала
в вакууме при рабочей температуре
[Л. 22).
Р—испытываемый образец проволо-
ки; О — конический груз; Z — по-
движный ввод; О!—стеклянная изо-
ляционная бусинка. В изображенном
положении намеряют срок служ-
бы, который определяется только
испарением материала нити, в обрат-
ном положении (груз внизу) измеря-
емый срок службы зависит и от дли-
тельной прочности и от испарения.
В вакуумном производстве из-за многих
побочных явлений и невозможности опреде-
лить действующие механические силы (одно-
временное уменьшение диаметра вследствие
испарения, ударной .механической нагрузки,
добавочных механических сил электрического
поля анода или магнитного поля тока накала)
надежнее подвергать .материалы (на макси-
мальном числе приборов) испытаниям на срок
службы при требуемых нагрузках. На ,рис. 2-7
показано удобное устройство для подобного
испытания нитей накала, а на рис. 2-8 при-
ведены полученные этим способом типичные
результаты испытаний никелевых проволок.
Под термином формоустойчивость обычно
понимают способность тела (например, спира-
ли из проволоки) не терять при длительном
нагреве (главным образом под действием соб-
ственного веса) форму, которую оно имело
в холодном состоянии. Так как силы, которые
при этом действуют, только с трудом под-
даются определению, то как меру устойчиво-
сти формы используют проволочную спираль
постоянных размеров, изготовленную из этого
же материала (эталон спирали), провисание
которой во время опыта измеряют оптическим
или фотографическим методом. (Временное со-
противление разрыву или предел текучести.
Рис. 2-8. Длительная проч-
ность никелевой проволоки
(диаметр 0,0125 мм) в зависи-
мости от нагрузки на растя-
жение при различных темпе-
ратурах (устройство для ис-
пытания см. рис, 2-7).
Некоторые сведения по металлографии
13
найденные в холодном состоянии, могут слу-
жить мерой устойчивости формы только для
таких металлов, у которых при рабочих тем-
пературах еще не наступает рекристаллизация
или возвращение деформированной кристалли-
ческой решетки в нормальное состояние
(см. табл. 6-2-3). Во всех остальных случаях
мерой сравнения для устойчивости формы не-
обходимо считать предел ползучести. Полу-
ченные на практике данные показывают, что
предел ползучести, а следовательно, и устой-
чивость формы в сильной степени зависят от
структуры материала. Крупнозернистой струк-
туре соответствует обычно более высокий пре-
дел ползучести, чем мелкозернистой* 6 * 8 *.
ВЛИЯНИЕ ЧИСТОТЫ МАТЕРИАЛА»
(см. [Л. 3, 4, 15J)
Чистота материалов имеет решающее зна-
чение при изготовлении всех деталей электро-
вакуумных приборов, в особенности же это
относится к металлам, использующимся при
высоких температурах, причем в такой сте-
пени, которая в других областях техники не
имеет значения.
Некоторые количества примесей не могут
быть удалены шз технических металлов и
сплавов, и в каждом отдельном случае сле-
дует устанавливать, вредны ли они или обла-
дают полезным влиянием, или же ие представ-
ляют интереса с точки зрения технологии
электровакуумных -приборов 10 11.
Кроме того, необходимо иметь сведения
о том, легко или же трудно они удаляются
из материала п.
Особенно вредны примеси, имеющие более
высокое давление паров, а следовательно, и
большую летучесть, чем основной металл.
* В соответствии с этим «опыт (показывает, что
формоустойчивость (так же, как и предел пкхлзучести)
любого .металла можно значительно повысить кратко-
временным отжигом при температуре более высокой,
чем температура рекристаллизации и последующая
рабочая температура, «причем временное сопротивле-
ние металла разрыву при такой обработке умень-
шается (|ри!с. 6-4-2, .а также [Л. НО, ;1В и 25]).
6 Под ©Тим .подразумевают главным образом со-
держание твердых примесей. О газообразных приме-
сях см. § 9-2-1.
10 Можно привести следующие особо наглядные
примеры;
а) примесь только 0,01% S к Ni существенно
влияет на его способность к -механической обработке,
тогда как содержание 0,1% Сю в никеле для вакуум-
ной техники не имеет значения;
б) содержание уже 0,05% Мп в никелевых кернах
подогревных оксидных катодов может привести к от-
равлению катода, тогда как присутствие 0,06% Mg
или 0,(15% А1 положительно влияет на активацию ка-
тодов;
в) (многие металлы, особенно редкие, еще во
времена зарождения вакуумной техники считали
хрупкими.
В настоящее время выяснено, что причиной этого
являются небольшие примеси (окисли, пленки на гра-
ницах зерен), и путем повышения чистоты материала
удалось получить в пластичной форме большинство
важных в вакуумной технике металлов: Ti, Zr, Th,
Be, Сг и в больших количествах, чем раньше, тантал.
11 Так» например. электролитическое железо зна-
чительно чище карбонильного. Однако последнее со-
держит в виде примесей почти исключительно углерод,
кислород н азот, которые сравнительно легко уда-
ляются во время плавки или спекания в вакууме,
тогда как электролитическое железо содержит -метал-
лические примеси, которые удаляются с трудом или
совсем не удаляются ЕЛ. 7].
В этом случае срок службы вакуумных при-
боров сокращается вследствие вызванного
испарением примеси появления поглощающих
свет и тепловое излучение налетов на стенках
колбы, появления дефектов изоляции на нож-
ках, отравления катодов, распространения по-
верхностных зарядов на оболочках и нежела-
тельного изменения состава газового наполне-
ния из-за поглощения или же длительного
выделения газа. Поэтому в вакуумной техни-
ке предпочитают использовать не легирован-
ные, а высокочистые металлы. (В случае при-
менения сплавов для их приготовления
используют особо чистые компоненты, а при
проведении плавки и литья обращают особое
внимание как на материал тигля 12, так и на
состав атмосферы печи, учитывая возмож-
ность их реакций с вырабатываемым метал-
лом. В получении металлов высшей чистоты
особую роль играют также методы вакуумной
техники: спекание (§ 3-1), высокочастотная
плавка в вакууме (§ 9-12,11), литье в вакууме
(§ 5-4), вакуумная дистилляция (см. §8-i2-^8-4
и [Л. .11]), а также обезгаживание в вакууме
или же в восстановительной или нейтральной
ат-мосфере (см. § 9-й).
Для производства вакуумных приборов
высокого качества необходим поэтому по-
стоянный -контроль состава применяемых ма-
териалов, в особенности контроль загрязнений
посредством химических анализов13. Знание
основных -примесей, встречающихся в отдель-
ных металлах, их значения я методов их
устранения является безусловно необходи-
мым. В последующих разделах по мере воз-
можности приведены примерные анализы
отдельных металлов.
О методах определения механических
свойств материалов см. [Л. -2, 5, 6].
ЛИТЕРАТУРА
1. Al terthum Н., Physik. Z., 32 (1931),
305 (Рекристаллизация).
2. Amer. Soc. Test. M-at., A. S. T. M.,
Preprint, 54 (Juni 1954), 17—20 (Методика
механических испытаний).
12 Об открытии иового метода плавки металлов
в (вакууме или в защитной атмосфере без применения
тигля благодаря тому, что <во время процесса плав-
ления .металл (Оказывается свободно взвешенным в про-
странстве под действием электромагнитных сил, см.,
иаиример, [Л. 18].
13 Особенно полезным для вакуумной техники
является спектральный анализ. В одной (спектрограм-
ме обнаруживаются все присутствующие элементы.
Чувствительность три этом иаютолько высока, что
в основном веществе может быть обнаружена при-
месь 0,001% какого-либо элемента. Потребное для
исследоваиия количество материала крайне незначи-
тельно; кроме того, существенно облегчается опреде-
ление направления последующего обычного количе-
ственного анализа химическими методами. Следует
оговориться, что В, С, Р, As и Те спектрографически
определяются хуже, чем (металлы, а -в случае галои-
дов, О2, S, Se м N2 этот метод даже крайне несовер-
шенен. Имеются, <к сожалению, примеси, -которые,
присутствуя в весьма малых количествах, оказывают
неожиданно сильное влияние на свойства металла пиви
сплава и могут вызвать загметные с точки зрения
-вакуумной техники и нежелательные последствия
(выделение газа, отравление катода). Более подробно
о спектральном анализе см. [Л. 9, ’М, 16, 19, 31].
О применении масс-спектрометра в аналитических це-
лях см. гл. 8].
14
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
3, Arkel А. Е. Van, Reine Metalle,
Berlin, 1939.
4. D e M e n t. J. a. H. C. Dake, Rarer
Metals, New York, 1946.
5. E s p e W., Werkstoffe der Elektrotech-
nik in Tabellen und Kurven, Praha, 1950,
Berlin, 1954.
6. Espe W„ Vlastnosti hmot, Praha,
1956 (Свойства материалов; определение, за-
кономерности; методы вычислений).
7. F a s t J. D. et al.. Philips Techn.,
Rdschau 15 (1953) Sept.—Heft, № 3, S. 81—
89 (Получение металлов высокой чистоты ва-
куумной плавкой).
8. G е е г k J., Das Massenspektrometer als
Instrument zur Stoffanalyse; ATM J 386-1,
Dez., 1950.
9. G e r 1 a c h W. u. Schweitzer E„
Die chemische Emissionsspektralanalyse, Bd.
1 u. 2, Leipzig, 1930 und 1933.
10. Gruner! H., «Heraeus-Vakuum-
schmelze 1932—33», S. 139, Hanau, 1933
(Ползучесть железа, никеля и сплавов).
11. Kroll W., Metallwirtsch. 13 (1934),
725 (Вакуумная дистилляция металлов).
12. Li em pt, J. A. M. Van, Rec. Trav.
Chim. Pays-Ваз 53 (1934), 941 (Рекристалли-
зация).
13. L i e m p t J. A. M. Van u. Geiss H. W.,
DRP 529 338/24/31 (Молибденовые керны для
спирализации вольфрама).
14. L о w е F., Optische Messungen des
Chemikers und des Mediziners, 2. Aufl. Dres-
den 1933.
15. Mon ack A. F„ Industr. and Eng.
Chemistry 32 (1940), 1078—1083 (Материалы
для электровакуумных приборов).
16. Moritz Н„ Z. VDI 77 (1933), 1321
(Спектральный анализ).
17. Oberhoffer Р. u. Oertel W.,
Stahl und Eisen 39 (1919), 1061 (Диаграмма
рекристаллизации железа).
18. О k r e s s E. C. et al., Journ. Appl.
Phys. 23 (1952), 545 (Бестигельная' плавка
металлов во взвешенном состоянии).
19. Parsons S. L., Proc. Inst. Radio
Eng. 32 (1944), 130—135 (Спектральный ана-
лиз в производстве электровакуумных при-
боров) .
20. Pomp A., Werkstoffhandbuch Stahl
und Eisen, Abe. C 47 (1935), 1—5 (Длитель-
ная прочность).
21. Рабодзей H. В., Труды ГКРЭ. 8
(44) (1957), 94—!1б7 (Влияние температуры на
механические свойства металлов, применяю-
щихся в производстве электровакуумных при-
боров).
22. R а п s 1 е у С. Е- u. S m i t h e 11 s
C. J., J. Inst. Met. 49 (1932), 287 (Механи-
ческие свойства никелевой проволоки).
23. R i е b е n s a h m P., Werkstoffpriifung
(Metalle), 3, Aufl. Berlin, 1943.
24. R о h n W., Festschrift Heraeus, S. 80,
Hanau, 1930 (Определение длительной проч-
ности металлов).
25. Rohn W., Metallkde 24 (1932), 127
(Уменьшение ползучести металлов путем от-
жига).
26. Sachs G. u. Van Horn К. R., Prac-
tical Metallurgy, Cleveland, 1940.
27. S а и e г w a 1 d F., Lehrbuch der Me-
tallkunde, Berlin, 1929.
28. S m i t h e 11 s C. J., Metals Reference
Book, London, 1956.
29. Schwarz O., Die technischen Werk-
stoffe, Leipzig, 1932.
30- T a p s e 1 H. J., Creep of Metals, Lon-
don, 1931.
31. Waibel F. u. Findeisen O., Z.
Metallkunde 25 (1933), 6 (Спектральный анализ
металлов).
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
3-1. ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ
{Л. 5, 8, 9, 11, 12, 14, 15, 16, 17]
Наиболее важными тугоплавкими метал-
лами являются вольфрам, молибден, тантал
и ниобий. Освоение их технологии было свя-
зано главным образом с развитием производ-
ства электровакуумных приборов. Поскольку
как излучение света, так и электронная эмис-
сия накаленных проволок сильно возрастают
с повышением температуры, то в этой области
внимание было обращено исключительно на
использование металлов с высокой температу-
рой плавления и низкой скоростью испарения.
Вследствие .высокой температуры плавления
способы получения и обработки металлов этой
группы существенно отличаются от методов,
используемых для производства других метал-
лов, которые обычно получают восстановле-
нием руды и плавлением в металлургическом
цикле или переплавкой после выделения элек-
тролитическим путем. Из-за отсутствия пла-
вильных печей, пригодных для тугоплавких
металлов, развилась новая техника, которую
вследствие ее сходства с -керамическими ме-
тодами назвали металлокерамикой [Л. 15], но
в последнее время в связи с порошкообразным
состоянием исходных материалов предпочи-
тают называть порошковой металлургией.
Упрощенная схема производства тугоплав-
ких металлов методом порошковой металлур-
гии приведена на рис. 3-1-11. Из руды хими-
ческими и физическими методами получают
чистый металл в виде порошка, прессуют из
него с помощью связующего вещества тело
определенной формы, которое затем спекают
в вакууме или в защитной атмосфере; поэтому
такие материалы называют спеченными или
синтерированными.
Получение металлов для вакуумной тех-
ники методами порошковой металлургии обла-
дает рядом преимуществ по сравнению с мето-
§ 3-1]
Порошковаяметаллургия
15
Рис. 3-1-1. Схема процесса производства металлов ме-
тодом порошковой металлургии.
дом плавки. Этот способ позволяет вводить
в металл самые разноо'бразные присадки,
особенно неметаллические (например, для со-
здания определенных условий рекристаллиза-
ции) в необходимом количестве -и очень тонко
распределенными между отдельными кристал-
лами, чего обычно не удается достигнуть при
получении литых металлов. Деталям, изготов-
ленным методом порошковой металлургии,
можно сразу придать окончательную форму,
не применяя высоких температур, необходи-
мых при отливке, и избегая применения таких
способов обработки, как прокатка, протяжка
или прессование, так как эти операции часто
невыполнимы из-за (недостаточной обрабаты-
ваемости тугоплавких металлов. Так как кон-
такт между спекаемым металлом и материа-
лом тигля отсутствует, то возможность хими-
ческого воздействия материала тигля или его
реакции с -металлом, возникающая при обыч-
•ной плавке, отпадает и поэтому легко достичь
высокой степени чистоты металла. Поэтому
порошковая металлургия используется в ва-
куумной технике я для получения таких ме-
таллов, температура плавления которых не
требует «применения этого метода, как, напри-
мер, при изготовлении чистого железа, нике-
ля, платины и других металлов, необходимых
для производства электронных приборов,4.
Наконец, метод порошковой металлургии дает
возможность изготовлять пористые детали
с требуемым удельным весом и заданной элек-
трической проводимостью, которые «могут слу-
жить как -бы каркасом для другого веще-
ства— заполнителя (см. § 6-6.XIII я XIV).
Особые преимущества метода порошко-
вой металлургии ощущаются, разумеется, при
выработке тех -металлов, которые в резуль-
тате химического процесса их выделения «из
руд или чистейших -окислов получаются в виде
порошка.
Принципиальное значение для уплотнения
прессованных деталей при спекании и-меет «раз-
и Чистейшие металлы в ваде порошков для це-
лей порошковой металлургии в настоящее время лег-
ко приобрести.
мер зерен металлического порошка. Мелкие
порошки спекаются при значительно более
низких температурах, чем крупные, -причем из
крупных порошков часто и при самых -высоких
температурах и очень длительном «опекании
получаются пористые заготовки.
В металлах, изготовленных методом по-
рошковой -металлургии, рост зерен -происхо-
дит, по-видимому, без -влияния эффектов хо-
лодной обработки. Кристаллы могут вырасти
настолько, что их величина уже совершенно
«не «будет связана с размерами зерен исходного
порошкаIS. Как показывает опыт, физические
свойства металлов, полученных методом по-
рошковой «металлургии, сильно зависят от ве-
личины зерен исходного -материала и от -режи-
ма спекания. Это является причиной того, что
постоянные тугоплавких «металлов имеют отно-
сительно большой разброс. -Поэтому в приво-
димых ниже таблицах по «мере возможности
приведены верхние и нижние пределы вели-
чин, встречающихся на практике.
Существенным -недостатком метода порош-
ковой металлургии является то, что, исполь-
зуя его, можно получить только сравнительно
небольшие штаби-ки «компактного металла.
Однако, как правило, этого бывает до-
статочно для щелей вакуумной технологии,
отличающейся применением относительно не-
больших количеств металла. С недавнего вре-
мени такие металлы, как молибден, тантал,
титан, цирконий, которые ранее в чистом виде
использовались только в вакуумной технике,
начали во все возрастающих количествах при-
меняться и в других областях промышленно-
сти. Это «привело к -необходимости изготовле-
ния крупных деталей и полуфабрикатов, что
вызвало замену порошковой металлургии ду-
говой плавкой в вакууме или в защитной
атмосфере, которая позволяет получать слитки
больших размеров.
В качестве электродов используется воль-
фрам или предварительно спеченные электро-
ды из переплавляемого металла. Разумеется,
и вакуумная техника в настоящее время на-
чинает все шире применять литые металлы.
В дальнейшем наряду с типичными спечен-
ными металлами мы будем касаться также
и свойств литых тугоплавких металлов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Agte С. et al., Kurs praskove meta-
lurgie, Praha 1951 (Порошковая металлур-
гия).
2. A g t e C., u. P e t r d 1 i k С. M., Vla-
stnosti kovovych prasku a jejich mereni, Pra-
ha, 1951 (Методы измерения свойств порош-
ков металлов).
3. В d ё z a W. I., A, Course in Powder
Metallurgy, New York, 1943.
4. Бальшпн M. Ю., Порошковое ме-
талловедение, Металлургиздат, 1948 г.
5. G о е t z е 1 С- G., Metallpulver als Aus-
gangswerkstoff in der Riehenfertigung; Werks-
15 В этом «отношении металлы, полученные меггал-
локераммчесжи, существенно отличаются от литых,
у которых при отсутствии каких-либо побочных явле-
ний (напряжения, вовн-и-кающие при отливке) роста
кристаллов при нагревании не наблюдается.
16
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
laitt-Technik und Werksleiter, 31 (1937), 446—
449.
6. Goetzel C. G., Treatise on Powder
Metallurgy, New York, 1950.
7. Gr u be G. u. S c h 1 e c h t W. H., Z.
f. Eiektrochemie, 44 (1938), 367—374 (Спека-
ние металлических порошков).
8. J о n e s W. D., Powder Metallurgy,
London, 1937.
9. К i e f f e r R-, u. H о t о p W., Pulver-
metallurgie und Sinterwerkstoffe, 2. Aufl., Ber-
lin—Gottingen—Heidelberg, 1948.
10. К i e 1 f e r R. u. Hotop W., Sintereisen
und Sinterstahl, Wien, 1948.
11. Kingston W. E., The Physics of
Powder Metallurgy, New York, 1951.
12. Lee G. F., Electronic Engng. 21
(1949), 67—90 (Порошковая металлургия).
13. N. N. Granular: Powders for pow-
der-metallurgical Applications. Materials and
Methods (August 1953) 127, 129, 131 (Размер
зерен, чистота порошков, изготовители).
14. S ch war z kop f P., Powder Metal-
lurgy, New York, 1947.
15. Skaupy F., Metallkeramik, 3. Aufl.,
Berlin, 1943, 4. Aufl., Weinhein a. d. B- 1950.
16. T h i e m-C h i N., Annal. de Radio-
electr. 4 (1949), 233—248 (Порошковая ме-
таллургия).
17. Wulff J., Powder Metallurgy, Cle-
veland, 1942.
3-2. ВОЛЬФРАМ
[Л. 1, 6, 7, 11, 34, 36, 38, 41, 48, 59, 60, 67,
68, 69, 73, 84, 90, 94, 127, 131, 146, 147]
Обогащение руды. Методы обогащения
руды различны в зависимости от ее происхож-
дения и состава. В качестве сырья исполь-
зуют главным образом обе вольфрамовые
руды — вольфрамит (вольфрамат железа и
марганца — в основном FeWCU+MnWOi) и
шеелит (природный вольфрамат кальция
CaWO<), важнейшие месторождения которых
находятся в Китае, Корее, Бирме и Малайе,
а также в Боливии, Австралии и Северной
Америке. Но и более бедные вольфрамом
европейские месторождения в Португалии,
Испании и Англии приобрели в последние
годы значение.
Вольфрамат перерабатывается следующим
образом 16 17: после измельчения руды действием
оснований под давлением в специальных аппа-
ратах получают раствор щелочного вольфра-
мата, из которого затем осаждением мине-
ральной кислотой получают неочищенную
вольфрамовую кислоту. При обработке шеели-
та измельченная руда разлагается соляной
кислотой с выделением трехокиои вольфрама:
CaWO4 + 2НС1 = W03 + СаС12 + Н2О,
и после удаления солей кальция путем про-
мывки получается неочищенная вольфрамовая
16 В то время как вольфрамовая кислота выра-
батывается из сырья почти исключительно на химиче-
ских заводах, дополнительная очистка вольфрамового
концентрата, как и описанное .ниже восстановление
чистой кислоты в металлический .порошок, прово-
дится почти -всегда в производстве тугоплавких ме-
таллов. Дальнейшие подробности о европейских пред-
приятиях см. [Л. 69, 54, 132], о предприятиях США
см., например, [Л. 49, 88].
кислота, Приготовленная таким способом не-
очищенная вольфрамовая кислота, которая
поступает в продажу как «вольфрамовый кон-
центрат», содержит еще -2% примесей
(в основном железо, кальций н окись крем-
ния) .
Для дальнейшей очистки используются
различные способы1?, из которых наилучши-м
является следующий [Л. 63]: содержащую
воду (непрокаленную) вольфрамовую -кисло-
ту растворяют в аммиаке, .раствор отфильтро-
вывают от нерастворимых примесей и 'посте-
пенно вливают в кипящую соляную кислоту.
Полученную зернистую желтую трехок-ись
вольфрама ‘промывают в вакуумных фильтрах
и снова растворяют в аммиаке. При кристал-
лизации из вновь отфильтрованного раствора
путем частичного выпаривания получают па-
ра вольфрамат аммония, который после -промы-
вания холодной водой высушивают. Прокали-
ванием кристаллов паравольфрамата на воз-
духе три температуре -выше В50°С или обра-
боткой соляной кислотой получают оконча-
тельно очищенную вольфрамовую кислоту, ко-
торая служит сырьем для изготовления -метал-
лического вольфрама. Величину зерен и плот-
ность вольфрамовой кислоты, от которых за-
висят свойства получаемого металлического
порошка, -можно менять в широких пределах,
изменяя условия осаждения и прокалки.
С целью -получения вольфрама (для элек-
тровакуумных приборов можно использовать
только химически наиболее чистую вольфра-
мовую кислоту. Такая кислота может содер-
жать максимум 0,01% -железа, 0,03% таких
примесей, как кремниевая кислота, окись каль-
ция м щелочи, а также следы ‘молибдена. При-
мерный состав очищенной этим способом воль-
фрамовой кислоты приведен в табл. 3-2-2
(см. также [Л. 4])18.
Получение металла. Металлический воль-
фрам может быть получен из вольфрамовой
кислоты путем -восстановления ее углеродом
[Л. Г29] или .водородом. Так как п-ри -восста-
новлении углеродом образуются карбиды, ко-
торые ухудшают способность вольфрама к ме-
ханической обработке, в вакуумной технике,
особенно для лэмп яакаливания, металл полу-
чают путем восстановления вольфрамового
ангидрида ® электрических печах чистым элек-
тролитическим водородом:
WO3 + ЗН2 = W + ЗН2О.
При этом способе вольфрамовая кислота, ко-
торая в зависимости от содержания воды
имеет оранжевый или зеленовато-желтый .цвет,
располагается тонкими слоя-ми -в никелевых
или стальных (V2A) сосудах в виде лодочек,
которые непрерывно продвигаются в -восста-
17 Все новые, неоднократно пред>П(ринимаемые,
попытки получить чистейший вольфрамовый ангидрид
(WOS) подобно МоОз (ом. § 3-3) способом сублима-
ции кончаются неудачей из-за того, что окисли, кото-
рые его сопровождают при температуре дистилляции
W-Оз (около 1 400°*С), обладают слишком большим
давлением пара -и поэтому возгоняются одновременно
с ним.
18 Примерный состав (в вес. %) порошка вольф-
рама, по лученного восстановлением вольфрамовой
кислоты и обладающего достаточно ‘Хорошим каче-
ством: Мо—0,010, Fe—0,011; Si—0,004; Са-~0,04; Оз—0.02
остаток — W [Л. 105].
§ 3-2]
Вольфрам.
17
Свойства вольфрама
Таблица 3-2-1
Атомный вес: 183,92 Атомный номер: 74
Удельный вес г/см3 Спеченный при 1 400° С: 10—12 1 Сваренный при 2 900° С: 16,9 1 См. рис. Кованый: 17,6—19,2 ? 3-2-5В Тянутый: 19,2—19,4 |
Вес отрезка длиной 200 мм мг 200 мм См. табл.'3-2-9
Твердость по Моосу 4,5—8,0
Температура плавления °C (3 395+15); 3 382 (истинная температура по новой шкале)
Максимальная рабочая температура в вакууме °C 2 560
Температура кипения °C 5 930
Упругость пара мм рт. ст. 2 130° С 2 530° С 1,4.10-8 5-10—' 2930°С 4-10-4 См. табл. 3-2-5 и 9-5-4
Предел прочности сгВ и удлинение S при 20° С кГ/мм? и % Сваренный штабик Кованый пруток °гв 13 35—150 в См. рис. 3-2-7
( 1,0 Проволока I 0,5 (диаметр / 0,2 в мм) | 0,1 1 0,02 180 200 250 300 400—415 1 1 1 1 1 ЦЬ фь фь См. рис. 3-2-7
Отожженная и рекрист, проволока Монокристаллическая проволока с присадкой окиси тория (отожжен- ная) То же (нагартованная) ПО 108 До 180 0 До 20
Лента неотож- /1,0 женная (тол- <0,50 щина в мм) (0,25 84 140 210 См. рис. 3-2-7
Предел текучести кг [мм3 Кованый: 13 Тянутый: до 150 Отожженный: 72—83 См. рис. 6-4-4 и 9-6-1
Прочность и удлинение при высоких темпера- турах Данные для проволоки см. рис. 3-2-13, 13А, 13В и 3-2-15
Модуль упругости кГ/мм3 0,3 Нагартованная 0,15 проволока 0,10 (диаметр в мм) 0,05 0,03 9 200 25 900 31 500 32 900 34 000 См. рис. 3-2-16
Монокристалл 35 000 42 000
2—2200
18
Тугоплавкие металлы и сплавы
[ Гл. 3
Продолжение табл. 3-2-1
Модуль сдвига кг /мм2 Проволока от 0,05 до 0,1 мм Монокристаллическая про- волока 22 000—14.000 Около 17 000 См. рис. 3-2-16, 3-2-17
Твердость по Бринеллю кГ/мм2 Сваренный штабик 18X18 Кованый пруток 5 мм Переплавленный в Н2 Отожженный 200—250 350—400 260—300 125—250
Твердость по Роквеллу Лента неотожженная 1 (толщина, льи) | 1.0 0,50 0,25 37 С 40 С 44 С
Твердость по Виккерсу Сваренные штабики Кованый пруток, 5 мм То же после отжига при 2 700° С То же, после ковки до 3,5 мм То же, после ковки до 1,8 мм Пластина толщиной 2,5 мм (полностью рекристалли- зованная) 225 407 392 474 488 350>) См. рис. 3-2-14
Температура рекристал- лизации °C См. рис. 2-4,3-2-11В и табл. 3-2-3 „Непровисающий” вольфрам с присадкой SiO2+Al2O3, 10 мин при 1 6002)
Удельная теплоемкость кал/г-град 18° С 1 000° С 0,340 0,365 1 400° С 0,043 2100° С 0,048
Теплота плавления кал/г 61
Теплота испарения кал/г 1 183
Коэффициент термического расширения Средний Истин- ный 10-’/°C 20—300° С 44—45 30° С 44,4 20—600° С 46 20—1 000° С 50—52 1 030° С 51,9 20—2 400° С 58 2 030° С 72,6 См. табл. 3-2-5 и рис. 3-2-20
Теплопроводность кал/смХ. "Хсек-град 20° С 0,31 827° С 0,28 1 727° С 0,24 См. табл. 3-2-5
Удельное электрическое сопротивление при 20° С ом-мм2 м Чистая проволока: отожженная, рекри- сталлизованная, сильно нагартованная 0,055 0,059—0,083 См. табл. 3-2-5Д и рис. 3-2-18, 3-2-19
Температурный коэффи- циент электросопро- тивления между 20 и 100° С 1/°С Чистая проволока: отожженная, рекри- сталлизованная отожженная перекри- сталлизованная сильно нагартованная (4,8+0,05). 10-3 4,6-10-3 (4,5+3,1). I0-3 См. рис. 3-2-18
Мощность излучаемой энергии . вт/см2 800° С 0,9 1 600° С 18 2 200° С 64 2 700° С 153 См. табл. 3-2-5
Излучательная способ- ность при Л=6 650 А3) °/« 20° С 47 800° С 45 2 200° С 42,5 2 700 °C 41,5 См. табл. 3-2-5 и рис. 3-2-17 В
х) Начальная твердость по Виккерсу 460; при отдыхе металла (без заметной рекристаллизации) твердость
снижается до 450 [Л. 105].
!) По данным (Л. 137].
8) Блестящая поверхность; шероховатые поверхности (прессованный порошок) 80%.
§3-2]
Вольфрам
19
Продолжение табл. 3-2-1
Соотношение между истинной и яркостной температурой °C См. табл. 3-2-5 и рис, 3-2-17 А
Постоянные уравнения Ричардсона То А 4,54 (эв) 60—100 (а/см2-г рад'2)
Плотность тока эмиссии ма/см2 830° С 1,5-10-’о 1 630° с 2,3-10-* 2 230° С 298 См. табл. 3-2-5
Яркость нормальная с 1см2 2130° С 157 2 400° С 498 См. табл. 3-2-5
Характеристическое рентгеновское излуче- ние (см. рис. 3-2-29) А “а Рг Границы полосы поглоще- ния
К-серия L-серия 0,21345 1,484 0,20862 1,473 0,18422 1,279' 0,17898 1,242 0,17822 1,0235
новительной печи при 800—900° С, причем иад
восстанавливаемым порошком встречным по-
током течет осушенный и очень чистый водо-
род. Окись вольфрама проходит при восста-
новлении различные промежуточные стадии.
Характерная окраска образующихся низших
окислов зависит от содержания кислорода
(см. табл. 3-2-6). -Величина зерна получаемого
порошка вольфрама, которая во многом опре-
деляет возможность дальнейшей переработки
металла в проволоку и жесть, зависит от
температуры восстановления, чистоты и вели-
чины зерен исходной вольфрамовой кислоты,
а также от влажности и скорости потока во-
дорода. Изменяя эти факторы, можно полу-
чать вольфрам с любым размером зерен от
0,5 до 500 мк. Для изготовления проволок
лучше всего использовать порошок со средним
размером зерен от 2 до 10 мк [Л. 69].
Дальнейшая обработка порошка вольфра-
м? производится в настоящее время почти
исключительно металлокерамическими метода-
Таблица 3-2-2
Состав химически очищенной вольфра-
мовой кислоты, использующейся в про*,
изводстве металлического вольфрама
для нужд вакуумной техники [Л. 63]
Состав I (%) II (%)
wos 99,94 99,96
Fe2O3 0,024 0,0075
А12Оэ 0,018 0,016
СаО 0,009 0,028
Р Следы —
SiO2 0,010 —
S —
•ми ls * * 18 * [Л. 27]. Из порошка с примесями, кото-
рые облегчают прессование (например, рас-
твор камфоры в эфире), прессуют н стальных
формах гидравлическим прессом ('рис. 3-2-1)
под давлением до 600 т четырехгранные шта-
бики сечением от 8X8 до 40X40 мм « длиной
до 200—600 мм. Используемые при прессова-
нии давления достигают 4—6 т[см2. Прессо-
ванные заготовки предварительно спекают
в водородных печах при температуре <1200—
1 400° С в течение примерно 2 ч. После этой
обработки штабики получаютси еще пористы-
ми и обладают примерно такой же проч-
ностью, как мел, однако, им можно придать
необходимую форму (с учетом дальнейшей
усадки при спекании) например путем пропит-
ки вспомогательными веществами перед обра-
боткой (см. § 6-5,XIII и XIV)20.
Предварительно спеченные четырехгран-
ные штабики сваривают окончательно, для
чего -их напревают в токе водорода в спе-
циальном аппарате прямым пропусканием пе-
ременного тока, сила которого (5 000—
10 000 о) достигает 90% от необходимой для
переплавки при на'пряжении 10—50 в. На
рис. 3-2-1А показана схема такого сварочного
аппарата. Вольфрамовые штабики при сварке
значительно уплотняются и их объем умень-
шается (рис. 3-2-2), причем они приобретают
механические свойства компактного металла.
ls Поскольку до сих пор не возникала потреб-
ность в крупных деталях из вольфрама, получение
больших слитков этого металла методом дуговой плав-
ки еще не освоено, хотя, как показывает опыт (см.
[Л. 50]), это вполне возможно. Кроме того, метод
плавки непригоден для изготовления широко приме-
няющегося в вакуумной технике вольфрама со спе-
циальными неметаллическими присадками, которые
вводятся для создания особых условий рекристалли-
зации (см. ниже).
20 Специальные инструменты из твердых сплавов
(ввдиа, тиэита, титанита, харигга) все же дают воз-
можность точно обрабатывать вольфрамовые заготов-
ки и после сварки (ом., например, рис. 3-2-27).
[Гл. 3
20
Тугоплавкие металлы и сплавы
/
а) б1
Рис. 3-2-1.
Рис. 3-2-1А. Схема аппарата для сварки предварительно
спеченных вольфрамовых штабиков [Л. 76].
а —охлаждаемый водой металлический колпак с ртут-
ным кольцевым уплотнением; b — подача воды; с — по-
дача водорода; d — охлаждаемый водой держатель;
е—охлаждаемый зажим; f—охлаждаемые токоподво-
ды; g— вольфрамовый штабик.
Рис. 3-2-2. Изготовление воль-
фрамового штабика методом
порошковой металлургии
[Л. 131].
а — после прессования воль-
фрамового порошка со связу-
ющим веществом; б— после
сварки
Во время сварки, само собой разумеется,
уменьшается электрическое сопротивление
штабика и благодаря этому .увеличивается
сила .протекающего по нему тока. Поэтому
величина тока во время сварки должна быть
отрегулирована так, чтобы предупредить .вне-
запное повышение температуры. В новейших
установках это достигается с помощью про-
граммных управляющих устройств. Полное
время сварки равно 30— 40 мин, .причем шта-
бик выдерживают при .макси-мальной темпера-
туре (около 2 700—3 100° С) в течение 10—
15 мин. Такое относительно короткое время
сварки позволяет защитить колпак сварочного
аппарата от воздействия теплового излучения
простым водяным охлаждением (рис. 3-2-3).
Более трудной является проблема токоподво-
дов, которые при таких высоких температурах
должны быть сделаны из тугоплавких метал-
лов и должны хорошо охлаждаться водой.
Для этой цели оказались пригодными воль-
фрамовые или .молибденовые зажимы, между
которыми с помощью молибденовых пружин
закрепляется штабик, предназначенный для
спекания. Так как штабики в процессе спека-
ния подвергаются значительной усадке (13-
17%), по крайней мере один из токоподводов
должен быть сделан подвижным От ргутных
контактов (рис. 3^2-1А), которые использова-
лись ранее, в настоящее время отказались по
соображениям техники безопасности. В на-
стоящее время часто сваривают не каждый
штабик отдельно, а одновременно несколько
§ 3-2]
Вольфрам
21
Рис. 3-2-3. Общин вид аппаратов для сварки тугоплав-
ких металлов на заводе „Metallwerk Plansee".
штабиков (рис. 3-2-4); благодаря этому зна-
чительно повышается производительность сва-
рочных аппаратов; кроме того, вследствие
взаимного нагревания отдельных штабиков за
счет излучения расход электроэнергии при
сварке .может быть значительно снижен.
Подобными металлокерамическими мето-
дами можно получить суспензию вольфрамо-
вого порошка в меди, серебре или в свинце,
Рис. 3-2-4. Аппарат для одновременной сварки шести
вольфрамовых штабпков прямым пропусканием тока в
атмосфере чистого водорода; колпак в поднятом поло-
жении 1Л. 691.
Рис. 3-2-5. Ковка вольфрамовых штабпков на ротацион-
ной ковочной машине. Слева видна печь с защитной
атмосферой для нагрева штабпков перед ковкой
(Metallwerk Plansee).
если вольфрам и соответствующий металл
в виде порошков тщательно смешать друг
с другом, спрессовать в формах и нагреть
в водородных печах при температуре, кото-
рая немного .превышает температуру плавле-
ния легкоплавкого металла (см, § 6-5,XIV
и XV).
Предварительная обработка. Дальнейшая
обработка сваренных штабиков в проволоку,
жесть, диски или детали определенной фор-
мы после удаления неполностью сваренных
контактных концов' штабика производится
прокаткой, а также ротационной и плоской
ковкой с промежуточными отжигами в атмос-
фере водорода при температурах, понижаю-
щихся с возрастанием степени деформации
(например, пруток диаметром 6 мм отжига-
ется при 1 300° С, пруток диаметром 0,8 мм
при 750° С). При обработке, естественно,
часть металла (около 15%.) теряется вслед-
ствие окисления нагреваемого вольфрамового
штабика на воздухе. Для изготовления круг-
лых штабиков используются ротационные ко-
вочные машины (см., например, {Л. 72] и
рис. 3-2-5 и 3-2-5А). Проволока диаметром
более 1 мм протягивается через волоки из
твердых сплавов при 700—800° С, проволока
меньших диаметров — через алмазные филье-
ры при комнатной температуре21. При этом
для защиты фильер от износа н предохране-
ния проволоки от окисления используют
смазку в виде графитовой суспензии, через
которую предварительно проводится прово-
лока 22.
Кроме этого способа изготовления, с по-
мощью которого получают .поликристалличе-
скую проволоку (при этом ее удельный вес
возрастает, рис. 3-2-5В), существует еще аз
метод получения монокристаллической прово-
локи: смесь очень мелкого вольфрамового
порошка с величиной зерна около 0,5 мк,
1 -2% окиси тория ТЬОг и траганта в каче-
21 О протяжке тончайших вольфрамовых прово-
лок см. [Л. 101].
22 Б некоторых случаях применения проволоки
этот слой графита вреден и поэтому перед использо-
ванием проволоки должен быть удален путем отжига
в водороде при 900—1 000° С или протравливания
в теплом растворе едкого -калия шли электролити-
чески (см. раздел «Химические свойства вольфрама»).
22
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Рис. 3-2-5А. Разрез ротационной ковочной машины
[Л. 131].
1—закаленный стальной вал; 2—обойма; 3—шлаг-ба-
кены; 4~бакены; 5—вольфрамовый штабик. Подробнее
см. [Л. 24].
стве связующего вещества очень тщательно
перемешивают, после чего полученную массу
выдавливают в виде проволоки сквозь алмаз-
ную фильеру. Нити «протягивают потом
в атмосфере водорода сквозь накаляемую
электрическим током вольфрамовую спираль
со скоростью около 3 м/ч, причем нить внутри
спирали нагревается до 2 000—,2 200° С. По-
этому скорость .роста впервые образовавшего-
ся зародыша кристалла больше, чем скорость
продвижения нити, и первый зародыш всегда
может вырасти раньше, чем новый зародыш
достигнет нагретой зоны [Л. 52, 113]. Таким
способом можно изготавливать монокристал-
лические проволоки только диаметром не бо-
лее нескольких десятых миллиметра, так как
иначе в сечении -всегда образуется несколько
зародышей кристаллов.
Переработка полуфабрикатов из вольфра-
ма. В производстве электронных приборов
вольфрам применяется главным образом в ви-
де проволоки или прутков, которые могут
быть получены непосредственно от завода-
Рис. 3-2-бВ. Изменение плотности вольфрама т в про-
цессе обработки.
изготовителя. Тем не (менее иногда бывает
необходима дополнительная обработка заго-
товок из вольфрама с целью придания им
требуемой формы. При этом вследствие зна-
чительной твердости и ничтожной пластично-
сти вольфрама при комнатной температуре
приходится ограничиваться наиболее просты-
ми формами. При обработке заготовок из
вольфрама рекомендуется соблюдать следую-
щие указания [Л. 96].
Бесстружковая обработка. Для резки лен-
ты необходим инструмент с острыми режущи-
ми кромками. Предварительно леита должна
быть нагрета до 400—1 000° С (в зависимости
от толщины). Резка штабиков производится
с помощью тонких, изготовленных на органи-
ческой связке дисков из карборунда при водя-
ном охлаждении (окружная скорость
40 м/сек).
Хорошие результаты при резке вольфра-
мовых штабиков и проволок .могут быть до-
стигнуты применением вращающегося желез-
ного диска с острой кромкой (диаметр около
25 см, толщина '1 мм, 2800 об/мин). Б&ск
подводится перпендикулярно к одной или не-
скольким проволокам (например, 4 шт. по
0,8 мм диаметром). Между диском и прово-
локами (прикладывается (через дополнительное
сопротивление) переменное (напряжение вели-
чиной 4—10 в. При соприкосновении проволок
с вращающимся диском возникает ток (15—
50 а), величина которого, например, при резке
четырех вольфрамовых проволок диаметром
0,8 мм каждая должна составлять 20 а. Ре-
зание происходит быстро и не приводит
к расслаиванию проволоки. При длительном
употреблении иа кромке диска образуется
сплав FeW. Подобные устройства хорошо
зарекомендовали себя в -массовом производ-
стве 33.
Гибку лент рекомендуется производить
при температуре 800—1 000° С. Для штамповки
колец из лент следует (применять инструмент
с острыми кромками. Вследствие того что
толстые ленты перед шта-мповкой должны на-
греваться до 1000° С, для изготовления
инструмента следует применять только вы-
соколегированные жаростойкие стали, или, что
предпочтительнее, твердые сплавы. При высо-
ких температурах путем штамповки могут
быть отформованы даже вольфрамовые пла-
стины толщиной до 5 мм.
Глубокая вытяжка, напротив, совершенно
невозможна. Гибка толстых штабиков осуще-
ствима только при красном -калении. Электро-
литически полированные прутки примерно до
диаметра 3 мм могут быть изогнуты иа опре-
деленный угол и в холодном состоянииS4. * 24
» В § 9-1 описан аналогичный метод обработки
металлов с помощью электрической искры {электро-
эрозия) при низких напряжениях.
24 Это объясняется тем, что гари обработке сва-
ренного вольфрамового штабика путем ковки, волоче-
ния 'или прокатки (происходит более или менее силь-
ное нарушение структуры поверхностных слоев. Эти
дефекты влияют на механические свойства вольфрама
отрицательно, вызывая появление трещин при изгибе
или растяжении. Механическое удаление этих слоев
(полирование или шлифование) приводит к (новому
нарушению структуры поверкности.
Поэтому для их устранения пригодны только хи-
мические методы и, в особенности, электролитическое
полирование. Раствор, применяющийся для электро-
§ 3-2]
Вольфрам
23
Процесс изготовления спиралей из воль-
фрамовой проволоки путем навивки будет опи-
сан далее.
Обработка резанием. При обработке реза-
нием вольфрам дает короткую стружку. Вы-'
сокая 'твердость вольфрама позволяет обтачи-
вать, фрезеровать и сверлить его только
е 'применением инструментов из твердых спла-
вов (сорт Н2). Углы заточки резца состав-
ляют: передний угол 20—25°, главный задний
угол 5—8° (см. схему ,в табл. 8-5-5). Условия
резания должны быть следующими: скорость
20—30 м/мин, подача продольная 0,010—
0,15 мм! об, поперечная — от 0,5 до 1 мм.
Обработка массивных вольфрамовых загото-
вок на токарном станке может быть значи-
тельно облегчена нагреванием обрабатывае-
мой детали до ;300—700° С (например, газовой
горелкой), так как при этих температурах
твердость металла заметно уменьшается (см.
рис. 3-244).
До требуемого .размера вольфрамовые за-
готовки обычно доводят путем шлифования.
Для этого применяются круги из карбида
кремния твердостью от / до L, размер зерна
100—120. Скорость шлифования составляет от
За <до 40 м!сек. Для хорошего охлаждения не-
обходима бесперебойная подача воды.
Для изготовления сложных деталей из
вольфрама с соблюдением весьма малых до-
пусков (например, винтов и трубок) приме-
няют следующий метод [Л. 89]: предваритель-
но спеченный ib течение 20 мин при 1 150° С
вольфрамовый штабик, плотность которого
равна 65% от плотности компактного метал-
ла, сваривается дополнительно в водородной
печи в течение 20 мин при 2 400° С до плотно-
сти 83%. Затем в атмосфере водорода его
пропитывают расплавленной медью или сереб-
ром. После охлаждения такой штабик можно
обрабатывать обычными методами (точить,
сверлить и т. п.).
Пропитывающий металл удалиется впо-
следствии испарением в вакууме. Изготовлен-
ные этим способом детали могут применяться
как в пористом состоянии (например, для ка-
пиллярных -катодов), так и спеченными до
100% плотности в высокотемпературных печах.
Соединения. Вольфрамовые детали не
удается склепывать и фальцевать. При нагре-
вании до высокой температуры вольфрам
можно до известной степени плющить. Свар-
ка возможна, однако ей следует предпочитать
пайку (подробнее см. § 9-3).
В производстве магнетронов часто встре-
чается необходимость жесткого соединения
вольфрамовых прутков с металлическими кол-
пачками, которые могут также использоваться
для изготовления .вводов. Подобные соедине-
ния осуществляются путем пайки. Прочные
спаи вольфрамовых прутков с медными дета-
лями могут быть получены с применением
в качестве припоя сплава AuCu (80/20).
литического .полирования вольфрамовых штабиков, со-
стоит обычно мз 80 гр. КСЮз, 40 гр. К2СО3 «и 10 гр.
КОН в 1 л Н2О при 40° С.
Толщина удаляемого слоя составляет 20—’100 мк
[Л. !Г28]. О .травлении тонкий: вольфрамовых проволок
для улучшения их способности к спирали за ции см.
ниже.
Пайка производится в водородной печи
при 920° С в течение 5 мин. С помощью этого
же припоя молено получить вакуумиоплотное
соединение вольфрама с коваровыми колпач-
ками25. Об электролитическом серебрении
вольфрамовых проволок см. табл. 10-27, при-
мечание 43 (и [Л. 420].
Изготовление проволоки (влияние приме-
сей на прочность вольфрама). Вольфрам
обладает необычайной .прочностью кристалли-
ческой решетки 26, сохраняющейся до темпера-
туры 700—800° С. Отсюда следует, что внутри-
кристалличеакая прочность вольфрама во мно-
го раз больше, чем прочность на границе
раздела отдельных зерен. Это свойство отли-
чает его от других металлов, при обработке
которых обычно уже при комнатной темпера-
туре возникают изменения внутри отдельных
кристаллов, и объясняет целый ряд характер-
ных свойств вольфрама. С другой стороны,
этим определяются основные .правила его при-
менения и обработки.
При изготовлении вольфрамовых прово-
лок и жести по способу Кулиджа кристаллы
сваренного штабика вытягиваются вследствие
пластической деформации: постепенно возни-
кает волокнистая структура (рис. 3-2-6). Боль-
шая сила сцепления отдельных «волокнистых
кристаллов» по направлению вдоль проволоки
наряду с высокой прочностью самих кристал-
лов объясняет большое временное сопротивле-
ние разрыву тянутых перекристаллизованных
вольфрамовых проволок (рис. 3-2-7). Перпен-
дикулярно длине проволоки сила сцепления,
наоборот, значительно меньше. Вследствие
того что волокнистые кристаллы легко под-
даются изгибу, такие проволоки очень гибки.
Только при очень значительных деформациях
происходит расслаивание проволоки на отдель-
ные волокна.
Если такую сильно деформированную про-
волоку из чистого вольфрама нагревать до
высоких температур, например до 2 000° С, ее
волокнистая структура постепенно снова пре-
вращается в 'поликристаллическую структуру
без определенной ориентации кристаллов. Сна-
чала она становится мелкокристаллической;
с увеличением продолжительности отжига раз-
меры кристаллов постепенно увеличиваются
и -могут, .наконец, запять все поперечное сече-
ние проволоки (рис. 3-2-8, /, II, III, а также
рис. 3-244, I и II). Такая рекристаллизован-
ная вольфрамовая проволока обладает совер-
шенно иными свойствами, чем, например, .ре-
кристаллизованная отжигом никелевая прово-
лока. В то время как дуктильность никелевой
проволоки повышается при отжиге («мягкий»
отжиг, см. рис. 2-2), рекристаллизованная
вольфрамовая проволока вследствие упомяну-
той высокой прочности решетки и сравнитель-
но малых сил сцепления на границах раздела
25 Сплав AgPt (73/27) более пригоден для твер-
дой пайки вольфрама с другими металлами, так как
он лучше смачивает вольфрам. Однако температура
плавления этого сплава (1 160° С) слишком высока
для ковара, поскольку .никель, входящий в состав
ковара, по-видимому, образует сплав с вольфрамом
(дальнейшие подробности о пайке и сварке см. § а-3).
м Временное сопротивление разрыву монокри-
сталла вольфрама равно примерно НО кГ{мм
[Л. 129]; в противоположность этому прочность мо-
нокристалла молибдена составляет 35 кГ;.чм.
24
Тугоплавкие металлы и сплавы
{Гл. 3
Рис. 3-2-6. Микроструктура вольфрама на различных
ста |,иях производства проволоки [Л. 14, 69].
а — сваренный необработанный механически штабнк;
Ь —тот же штабик после ковки до диаметра 2,5 мм',
с — после протяжки в проволоку диаметром 0,6 мм (во-
локнистая структура); d — место разрыва дуктильной
вольфрамовой проволоки (диаметр 175 мк)
(см. [Л. 141]).
разрушение самих кристаллов. Кроме того,
отжиг чистых вольфрамовых проволок при
температурах выше температуры рекристалли-
зации сопровождается еще одним весьма нс
приятным явлением: возникшие кристаллы
начинают скользить по поверхностям соседних
кристаллов (рис. 3-2 8,7/7, IV, V и VI). В ре-
зультате возникающих при этом сдвигов27
отдельные участки проволок смещаются друг
относительно друга под действием собственно-
го веса («провисание»), и вследствие местного
перегрева уменьшенных сечений проволока мо-
жет расплавиться.
В соответствии со сказанным можно было
бы предположить, что применение 'монокри-
сталлической проволоки, способ изготовления
которой был приведен выше, более выгоден
чем иоликристаллической, изготовленной мето-
дом ковки и волочения, так как в этом случае
имеются единичные вытянутые кристаллы и
отсутствуют границы раздела между зернами.
Несмотря на высокую прочность таких кри-
сталлов, они обладают большой гибкостью,
сохраняют при высоких температурах свою
форму и гибкость без изменений, не теряя ее
даже .при длительном нагревании до 2000° С
(см. [Л. 1'23]). Однако производство монокри-
сталлической проволоки экономически менее
выгодно, чем 'поликристаллической; кроме то-
го, монокристаллическая проволока не может
быть изготовлена любой длины. Через каждые
20—30 см между двумя кристаллами находят-
ся поверхности стыка (рис. 2-3-9), которые
расположены перпендикулярно оси проволоки
и значительно облегчают ее излом. Поэтому
такие проволоки можно использовать только
короткими отрезками, например, для ми-
кГ/мм2
мм 0,3 0,2 0,1 0,05 0,03 0,02 0,01
m
агВ
зоо
2DO
30
20
10
БО
50
W
100
80
0,5 0,3 0,2 0,1 0,05 0,03 О,О2 OJ>
мм
10 5 3 2
Рис. 3-2-7. Зависимость временного
сопротивления разрыву вольфра-
мовой проволоки, штабиков и жести
от их диаметра или ’ толщины d.
Кривые 1-2—неотожженная прово-
лока (диаметр 0,01 —1,0 мм) и проко-
ванные штабики (диаметр 1 —20 мму,
заштрихованная поверхность—об-
ласть разброса результатов измере-
ний. Кривая 3 —неотожженная про-
волока; минимальные значения. Кри-
вая 4—кратковременно отожженные
проволоки (5 мин в водороде при
1 700° С); минимальные значения.
Кривая 5—агв жести; в зависимости
от толщины d.
кристаллов становится необыкновенно ломкой
(см., например, рис. 3-2-13А, кривая 5). Вслед-
ствие этого разрушение рекристаллизованного
вольфрама (при низких температурах) про-
исходит всегда вдоль границ .раздела кри-
сталлов, в отличие от большинства остальных
металлов, у которых при этом происходит
ниатюрных электронных, ламп, накаленных ка-
тодов рентгеновских трубок «ли для низко-
27 Подобные сдвиги, так же как и (вообще обра-
зование крупных кристаллов, (происходят при нагре-
вании переменным током в большей степени, чем при
нагревании постоянным током. Поэтому при одинако-
вом напряжении 'Срок 'службы проволок, нагреваемых
переменным током, меньше [Л. 86].
§ 3-2]
Вольфрам
25
Рис. 3-2-8. Сдвиг кристаллов чистой вольфрамовой про
волоки (/— IV— по Смпттелсу [Л. 131], V — [Л. 45],
VI — [Л. 93].
/—протянутая проволока; волокнистая структура;
//—проволока, кратковременно нагретая ло высокой
температуры, равномерно рекристаллизованная; III —
проволока после более длительного нагревания: воз
никиовеиие крупных кристаллов; IV—после дальней-
шего нагревания: наблюдается сдвиг кристаллов; V —
микрофотография (250Х) вольфрамовой проволоки со
смещенными кристаллами; V/ — сдвиг отдельных участ-
ков вольфрамовой спирали.
•вольтных ламп накаливания, но не для ламп
накаливания с (прямой нитью или спиралью.
Из этих соображений в настоящее время уже
почти полностью отказались от применения
монокристаллических проволок и разработали
поликристаллические вольфрамовые проволоки,
у которых рекристаллизация замедлена или
проводится так, что 'после окончания рекри-
сталлизации получается прочная кристалличе-
ская структура.
Рис. 3-2-9. Вольфрамовая монокри-
сталлическая проволока с прямой
границей раздела кристалов. Про-
травленный долевой шлир (800Х)
]Л. 78].
Замедление рекристаллизации достигается
путем введения трудно испаряющихся окис-
лов, например, CaO, SiO2, А12О3 и в особенно-
сти ThO2 [Л. 130, ’143]. Окись тория обычно
добавляют к вольфрамовой кислоте в количе-
стве около 0,7—'1% еще перед восстановле-
нием в виде водного раствора азотнокислого
тория28. После сушки (при постоянном пере-
мешивании), размельчения и просеивания сле-
дует, как обычно, восстановление смеси в во-
дородной печи. Окись тория, которая обра-
зуется при прокаливании, после обработки
располагается, вероятно, между волокнами
вольфрама, затрудняет диффузию его атомов
и вследствие этого сильно препятствует росту
кристаллов. Необходимо учитывать, что при
2В При 17 г Th(NO3)« (обезвоженного) на 1 кг
WO. получается вольфрамовая проволока с содержа-
нием 1% ThO-
Рис. 3-2-10. Замедление рекристаллизации вольфрамо-
вой проволоки под влиянием присадки ThO2.
а — без ThO„ неогожженная; б—без ThO2, отжиг 50 ч;
в — без Т11О2, отжиг 750 ч; г— с ThO2, неотожженпая;
б—с Т11О2, отожженная 50 ч; е — с ТйО2, отожженная
750 ч-
содержании ThO2 меньше 0.7% может насту-
пить ускоренный рост зерен вольфрама. Влия-
ние присадки окиси тория на рекристаллиза-
цию тянутых вольфрамовых проволок нагляд-
но показано на рис. 3-2-10, на котором для
сравнения одно под другим приведены изо-
бражения микроструктуры проволоки без при-
садки и с присадкой окиси тория, отожженных
в одинаковом по времени и температуре режи-
ме; иа рис. 3-2-11 (// и III) показана структу-
ра поверхности сравнительно чистой вольфраме-
Рис. 3-2-11. Сравнение структуры поверхности вольфра-
мовых проволок различного состава после рекриста.' -
лизации в результате огжига при 2 500° С и последую-
щего протравливания [Л. 49].
/ — перекристаллизованная проволока (диаметр ПО мк),
структура не зависит от марки вольфрама; II — чистая
вольфрамовая проволока (диаметр 135 мк) с 0,05%
примесей; III — проволока (диаметр 100 мк) с 0,75%
ThOa; IV — непровисающая проволока марки NS
(диаметр 145 мк).
26
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл 3
Рис. 3-2-11 А. Микроструктура прока-
танной вольфрамовой ленты (ЮОХ)
при различных режимах отжига
[Л. 105].
а —г —чистый вольфрам; а — не-
отожжеиная жесть; б — I 330° С,
15 мин; частично рекристаллизован-
ная; в — 1 350° С, 30 мин; полностью
рекристаллизованная, г—1 450° С,
5 мин; рекристаллизованная, ио раз-
мер зерен меньше, чем на рис. в.
д~вольфрам с присадкой силиката ка-
лия; 1 350° С, 120 мчн; по сравнению
с чистым вольфрамом (рис. в) размер
зерен гораздо меньше,
вой 'проволоки 'И проволоки с содержанием
0,75% ThO2, рекристаллизованных в течение
равного времени при 2 500°С.
Как видно из сравнения рис. 3-2-11А (в
и д), иа которых приведены микроструктуры
различно отожженных вольфрамовых лен г,
рост зерен может 'быть замедлен также вве-
дением присадки силикатов щелочных .метал-
лов. Отсюда же следует, что размеры возник-
ших при рекристаллизации зерен меньше в том
случае, когда отжиг 'производился при высо-
ких температурах и недолго ((рис. а, 1 450° С,
5 мин). Увеличение продолжительности отжи-
га приводит к значительному укрупнению зе-
рен даже при более низкой температуре
(рис. в, 1 350° С, 30 мин). Замедляющее влия-
ние присадок на рекристаллизацию количе-
ственно видно из рис. 3-2-1.1 В и табл. 3-2-3,
в которой наряду с величинами порога ре
кристаллизации приведены также значения так
называемого «порога разупрочнения». В тяну-
той поликристаллической вольфрамовой прово-
локе потеря механической прочности может
наблюдаться еще до порога рекристаллизации
после кратковременного нагревания в области
температур, при которых металлографически
рекристаллизация еще наблюдается. Это мож-
но объяснить возвращением кристаллической
решетки, деформированной во время механи-
ческой обработки, в нормальное состояние
(явление отдыха). Положение порога раз
упрочнения, как видно из табл. 3-2-3, также
сильно зависит от количества примесей.
Торпрованная вольфрамовая проволока,
содержащая около 0,7% ThO2, используется
главным образом для изготовления вакуумных
ламп накаливания с прямой питью. Проволо-
ки, предназначенные для изготовления като-
дов, содержат обычно '1,5% ThO2. Количество
присадки окиси тория ограничено тем, что из
вольфрама с содержанием ThO2, превышаю-
щим 2%, трудно изготавливать тонкие прово-
локи, а также невозможностью избежать испа-
рения присадки во время сварки штабиков
Накаливаемые спирали, даже если они
изготовлены из проволоки, содержащей окись
тория, недостаточно хорошо сохраняют свою
форму при температурах выше 2 500° С; по
этому они не пригодны для применения в лам-
пах 'накаливания или рентгеновских трубках
с накаливаемым катодом. Для достижения
необходимой формоустойчивости к исходному
порошку вольфрамовой кислоты добавляют
перед восстановлением небольшое количество
(менее 0,2%) .омеси хотя бы частично йена
ряющихся соединений щелочных металлов: на-
пример, углекислого калия или водного рас-
твора хлористого калия, силикатов (например,
силиката натрия) и таких нелетучих веществ
как окислы кремния, алюминия или кальция
§ 3-2]
Вольфрам
27
Таблица 3-2-3
Влияние присадок на рекристаллизацию вольфрама
Присадка Длитель- ность отжига, мин Порог рекри- сталлиза- ции1), °C Начало разупрочне- ния, °C Источник данных
Проволока
0% ThO2 10 800 600
0,75% ThO2 10 1 400 900 | [Л. 17]
1,5% ThO2 10 2 000 1 000
Следы SiO2 и щелочных металлов 10 1 100 700
Лента
Чистый W 60 1 275 — [Л. 105] см. также рис.
С ThO2 60 1 312 — 3-2-11В
С SiO2 60 1 292 —
’) Образование видимых под микроскопом зародышей
кристаллов после отжига в течение 10 (или GO мин).
в виде растворов или суспензий. В этом слу-
чае вольфрамовую кислоту сушат при 300° С,
.восстанавливают и tc помощью обычного про-
цес-са спекания и сварки полу-
чают проволоку. Роль вводи-
мых присадок не сводится к то-
му, чтобы замедлить рост кри-
сталлов; наоборот, они должны
вызывать рост кристаллов в на-
правлении оси проволоки. Та-
ким образом, возникают боль-
шие, взаимно зацепляющиеся,
перекрещивающиеся по боль-
шой поверхности кристаллы
(рис. 3-2-11JV и рис. 3-2-12).
В рекристаллизованных прово-
локах с такой структурой не
происходит смещения кристал-
лов и поэтому они очень устой-
чивы против сотрясений. Так
как образование кристаллов
любой длины (с расположени-
ем «внахлестку») производится
при отжиге только после на-
вивки спирали (рис. 3-2-12,//),
то такие спирали обладают
большой жесткостью, которая
сохраняется даже при высоких
температурах. Поэтому в таких
проволоках не возникает попе-
речных смещений кристаллов.
Вольфрамовые проволоки, об-
ладающие такими свойствами,
называют непровисадощими и
обозначают как NS проволоки
(проволоки Non—Sag). Попыт-
ку объяснения механизма воз-
никновения кристаллической
структуры непровисающих про-
волок можно найти в [Л. 145].
Согласно другим предполо-
жениям [Л. 93] образование
длинных кристаллических гра-
ниц является следствием того,
что присутствующие в металле
примеси располагаются в виде
вытянутых -в длину -«дорожек» или «трубо-
чек», направляющих рост кристаллов.
Недавно были опубликованы более пол-
Рис. 3-2-11 В. Зависимость температуры рекристаллизации/1/^ молибдена,
вольфрама и торированного вольфрама от продолжительности отжига t р
[Л. 105]. Верхние кривые соответствуют полной рекристаллизации,
заштрихованный участок—область частичной рекристаллизации. Ниже
этой области при данной длительности отжига рекристаллизация метал-
лографически не обнаруживается.
28
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Свойство Чистый вольфрам Вольфрамовая проволока марки GK
Длина отдельных кристаллов ре- кристаллизованной проволоки диамет- ром 0,1 мм Не превышает диаметра проволоки В 20—100 раз превы- шает диаметр проволоки
Температура „быстрой" рекристал- лизации проволоки диаметром 0,1 мм 1 000—1 200° С 2 200—2 400° С
Поведение биспирали, изготовлен- ной из проволоки диаметром 15 мк, при 2 400—2 500 °C Спираль заметно удли- няется под действием соб- ственного веса („прови- сает") Внешний вид проволоки не изменяется в течение 1 000 ч
Прочность рекристаллизованной проволоки при комнатной темпера- туре Очень хрупкая Прочная
ные данные о методе, применяемом в венгер-
ской электровакуумной промышленности для
изготовления вольфрамовой проволоки для
формоустойчивых спиралей [Л. 100]. По при-
нятой в Венгрии терминологии такая проволо-
ка обозначается маркой GK.
В качестве исходного материала исполь-
зуется чистая вольфрамовая кислота, содер-
жащая только 0,01 % примесей. Кристаллы
кислоты имеют размеры от 0,5 до 1 мк. Воль-
фрамовая кислота замешивается в густую
массу с дистиллированной водой и затем
тщательно смешивается с водным раствором,
содержащим 0,2% NaCl, 0,3% КС1, 0,4% SiO2,
И
Рис. 3-2-12. Вольфрамовая проволока с длинноволокни-
стой кристаллической структурой.
I— прямая проволока, долевой протравленный шлиф.
(450Х) ]Л. 45]: II— спираль, протравленный шлиф, пер-
пендикулярный оси спирали (5J0X) [Л. 781-
0,05% А12О3 и 0,03% F2O3 и соляную кислоту
После сушки вольфрамовую кислоту прокали-
вают при 300° С до содержания 0,5% воды.
Эта «препарированная вольфрамовая кисло-
та» восстанавливается в токе водорода снача-
ла при температуре примерно 700°С и затем,
после смешивания с новой порцией «препари
рованной» кислоты, окончательно при 820° С.
Размер зерен образующегося порошка воль-
фрама составляет *1—ч2 мк. Из этого порошка,
почти полностью содержащего введенные при-
меси, прессуют штабики сечением 10X10 мм
и объемом пор 60%. Штабики предварительно
спекают в водороде при il 10° С в течение '/г 4
и затем сваривают обычным образом в водо-
роде прямым пропусканием тока. Медленный
подъем температуры заканчивается выдержкой
в течение 5—10 мин при токе, составляющем
92—95% от тока переплавки, удельный вес
штабиков 13 zjcM3 остаточное содержание
введенных примесей после сварки ® пределах
0,01—0,02%. Хрупкие при комнатной темпера-
туре штабики проковывают при 1 500° С в прут-
ки, которые затем с одним или двумя проме-
жуточными отжигами в водороде ковкой при
1 300—1 100° С постепенно доводят до диамет-
ра 11,5 мм. После этого следует волочение при
800° С сквозь волоки из карбида вольфрама до
диаметра 0,5 мм и, наконец, протяжка сквозь
алмазные фильеры при 650° С до минимально-
го диаметра 10—20 мк.
Проволока GK рекристаллизуется в тече-
ние нескольких минут при 2 400—2 500° С.
В результате влияния малых количеств спе-
циально введенных примесей при этом возни-
кает крупнокристаллическая структура, так
что проволока GK. диаметром 400 мк состоит
из занимающих всю площадь поперечного се-
чения кристаллов длиной более 10 см. Этим и
объясняется высокая формоустоичивость про-
волоки после рекристаллизации. В приводи
мой выше таблице свойства проволоки GK со-
поставлены с характеристиками проволоки,
изготовленной с сохранением того же режима
из чистой, не содержавшей присадок вольфра-
мовой кислоты.
Кроме марки GK, в Венгрии изготовляется
§ 3-2]
Вольфрам
29
также вольфрамовая проволока -марки UC,
отличающаяся остаточным содержанием при-
месей К и Si около 10~3% и отсутствием
примеси А1. Рекристаллизованная про-волока
этой марки (при диаметре 100 мк) состоит -из
кристаллов не 'более 10 мм длиной.
Особым чередованием отжига и |дефор.ма-
ции (см., например, [Л. йй9, 141]) также удает-
ся получать крупные кристаллы, границы ко-
торых ориентированы преимущественно в на-
правлении оси проволоки. Более подробные
данные о 'непровисающей проволоке содер-
жатся в работах {Л. 51, 58, 59, 77, 80, г130].
Проволока из непровисающего вольфрама
используется и для неспиральных накаленных
катодов в тех случаях, когда применение про-
волоки с присадкой окиси тория оказывается
невозможным (например, катоды высоковольт-
ных приборов).
Механическая прочность и относительное
удлинение при высоких температурах. При
обработке вольфрама, особенно при изпибе
тонких проволок и жести, следует учитывать
его специфические механические свойства, зна-
чительно отличающиеся от свойств других
металлов, и их зависимость от предшествовав-
шей обработки (как механической, так и тер-
мической). На .рис. 3-'2j13 изображена зависи-
мость прочности и относительного удлинения
Рис. 3-2-13. Прочность па разрыв и относительное
удлинение В вольфрамовой проволоки, содержащей
0,75% ThO2, в зависимости от температуры [Л. 59].
I—диаметр 0,63 мм; степень деформации 97,5%, пере-
кристаллизованная; 2—то же, что и /, но отожженная
в водороде при 2 000° С, рекристаллизованная (заштри-
хованная поверхность; разброс результатов в зависи-
мости от размера зерен); 3—диаметр 0,7 мм, степень
деформации 56%; перекристаллизованная.
kT/jhm1
Рис. 3-2-13А. Зависимость прочности иа разрыв
(сплошная кривая) и относительного удлинения ! (пунк-
тир) чистого вольфрама от рабочей температуры Тд.
1—перекристаллизованная проволока [Л. 131]; 2—
отожженная, но перекристаллизованная проволока
диаметром 0,3 лои [Л. 103]; 3—максимальные и мини-
мальные величины для проволоки диаметром 0,6 мм
|Л. 69); 4—монокристаллическая проволока (по Пиичу)
с присадкой окиси тория [Л. 131]; 5—рекристаллизо-
ванная (3 000° С, I мин) проволока с крупными, зани-
мающими все поперечное сечение кристаллами [Л. 131].
при растяжении от температуры вольфрамо-
вых 'проволок, содержащих окись тория, для
области температур, при которых возможна
обработка на воздухе без существенного окис-
ления. Кривые 1 относятся к проволоке с боль-
шой степенью обжатия (с ясно выраженной
волокнистой структурой). Заметно, что относи-
тельное удлинение при комнатной температу-
ре все-таки достигает 3% и вплоть до 800° С
сравнительно мало зависит от температуры;
поэтому такую проволоку можно обрабаты-
вать при комнатной температуре. В противо-
положность этому из кривых 3 для проволоки
с меньшей степенью обжатия следует, что при
растяжении менее (деформированной проволо-
ки временное сопротивление разрыву меньше,
а относительное удлинение при комнатной
температуре равно нулю. Такую проволоку
нельзя поэтому обрабатывать в холодном
виде. При температуре же выше 100° С ее
можно, например, изгибать, навивать спи-
ралью и т. д. Кривые 2 описывают свойства
вольфрамовой проволоки, рекристаллизованной
отжигом при 12 000° С в водороде. Не говоря
уже о дальнейшем снижении временного со-
противления разрыву, эту проволоку можно
обрабатывать только при более высоких тем-
пературах. При этом величина относительного
удлинения в значительной степени является
функцией 'величины кристаллов. Зависимость
временного сопротивления разрыву и относи-
тельного удлинения от температуры чистых
вольфрамовых проволок, проволок из непро-
30
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
рис. 3-2-1 ЗВ. Прочность на разрыв c2g, относительное
удлинение 3 и сужение ф чистой вольфрамовой прово-
локи, а также проволоки марок GK1 и UC2 диаметром
0,6 мм (венгерского производства) в зависимости от
рабочей температуры Уд [Л. 101].
1 С присадками К, Na, Si, Fe и Al.
2 С присадками К, Na и Si.
висающего вольфрама и «монокристаллических
проволок показана на «рис. 3-2-1 ЗА н 3-2-13В.
Зависимость твердости, измеренной на дисках
из вольфрама, от температуры приведена на
рис. 3-244.
Кривые в значительной мере под-
тверждают описанные свойства тянутых воль-
фрамовых проволок при нагревании; тонкие
вольфрамовые проволоки, которые имеют хо-
рошо выраженную волокнистую структуру,
обладают при «комнатной температуре относи-
Рис. 3-2-14. Зависимость твердости по Виккерсу //yj
вольфрамовых дисков (горячекатаных из спеченных
штабиков сечением 30 мм2) от рабочей температуры Тд
[Л. 103, 104].
1 — прокатаны и отожжены для снятия напряжений
при I 000° С в течение 10 мин", 2— полностью рекри-
сталлизованы отжигом при 1 000° С в течение 30 мин.
тельным удлинением, -большим, чем 2%, и
поэтому могут обрабатываться без нагрева-
ния, в то время как проволоки -больших се-
чений, -которые были три протяжке -менее
деформированы, обладают при комнатной тем-
пературе очень малым относительным удлине-
нием, и без опасности излома могут быть
подвергнуты изгибу только при температурах
от 300 до 800° С. В табл. 3-2-4 даны некото-
Т?а блица 3-2-4
Минимальный диаметр керна при спира-
лизации вольфрамовой проволоки без
нагревания [Л. 71]
Диаметр вольфрамовой проволоки Йдег, мм Минимальный диаметр керна йд-, мм
При навивке спиралей из чистого вольфрама При иавнвке спиралей из торированного вольфрама
0,02—0,25 0,25—0,38 0,38—0,50 1 d^ 1 dw 2 d^r 1,5 dyp | (5-40) dw
>0,5 Спирализацию следует произ- водить при температурах от 300 до 800° С (в зависимости от диаметра проволоки)
рые указания по «выбору допустимого диамет-
ра керна при нав«ивке спирали в холод-ном
состоянии. Натревание при обработке «может
производиться как посредством газового пла-
мени (восстановительная часть!), так -и (осо-
бенно для тонких проволок) электрическим то-
ком. При навив'Ке спиралей часто бывает
достаточно подогревать керн расположенным
внутри него нагревательным элементом или же
прямым пропусканием тока от сварочного
трансформатора. «Временное сопротивление раз-
рыву вольфрамовых проволок в области вы-
соких температур (до 3 000° С) показано на
рис. 3-2-15. В общем при высоких температу-
рах временное сопротивление разрыву очень
сильно -снижается вследствие уменьшения
прочности кристаллов или рекристаллизации.
Кривые ясно показывают влияние содержания
окиси тория на прочность при высоких тем-
пературах (вследствие замедления рекристал-
лизации). Силы натяжения (предел длитель-
ной прочности!), допустимые с точки зрения
срока службы катода или же тела накала
лампы накаливания, лежат значительно «ниже
величин, приведенных на рис. 3-2-15.
Временное сопротивление разрыву более
или мелее рекристаллизованных в«ольфрамо-
вых «проволок, если не .принимать во внимание
натянутых накаляемых вольфрамовых катодов
генераторных ламп, играет основную роль при
изготовлении V- или W-образных подогрева-
телей для ламп с подогревным катодом, на ко-
торые -наносится тонкая изоляционная пленка
из -мелких частиц окиси алюминия (алунда),
спекаемая затем при температуре около
1 700° С во влажном водороде. Такие вольфра-
§ 3-2]
Вольфрам
31
Рис. 3-2-15. Временное сопротивление разрыву агВ воль-
фрамовой проволоки при высоких температурах.
1—непровисающая проволока NS, так называемая
218-Wire, в которую перед спеканием введена присадка
1% окислов (Na2O, К2О, Al,%. SiOa и т. д. [Л. 40]; 2—
проволока без содержания ThO, [Л 114]; 3— проволока,
содержащая 0,75% ThO2 [Л. 114]; 4—проволока, содер-
жащая 1,5% ThO2, так называемая E-Wire (Л. 40]; 5—
содержание ThO2 не указано; 6—монокристаллическая
проволока Пинча с содержанием до 2% ThO2 [Л. 40]
Рис. 3-2-16. Зависимость модуля упругости !Е и модуля
сдвига G вольфрамовой проволоки от рабочей темпера-
туры [Л. 32, 46 и 125].
1 — монокристаллическая проволока; 2— поликристалли-
ческая проволока с содержанием 1% ThO,; 3—поли-
кристаллнческая проволока диаметром 0,2 мм; 4—по
данным [Л. 96].
мовые нити могут быть уже после кратковре-
менного обжига настолько сильно рекристал-
лизованы, что при дальнейшем монтаже они
легко ломаются. Поэтому здесь особенно важ-
ны присадки, замедляющие рекристаллизацию.
Кроме измерения временного сопротивления
разрыву 'после проведенной термической обра-
ботки (см. рис. 3-2-7, кривую 4), такие про-
волоки испытывают на склонность к излому
растяжением отожженных спиралей до при-
мерно удвоенной первоначальной длины. Пря-
мые нити испытывают огибанием их вокруг
стального керна (диаметром 20 мм) «а один
полный виток.
Модуль упругости и модуль сдвига. На-
ряду с числовыми значениями этих модулей,
приведенными в табл. 'З-й-й, представляет
интерес зависимость модулей упругости и
сдвига вольфрамовых проволок от рабочей тем-
пературы и степени обжатия (рис. 3-2-16 и
рис. в-2-17). Из приведенных графиков можно
получить следующие важные сведения, полез-
ные для определения условий работы пружин,
подвергающихся сильной термической нагруз-
ке: при рабочих температурах 0—900° С мо-
дуль сдвига монокристаллических и полн-
кристаллических проволок уменьшается очень
мало; выше 900° С наступает его уменьшение,
особенно значительное у поликристалличесюих
проволок. С ростом степени обжатия (умень-
шение диаметра проволоки) модуль сдвига
возрастает (правда, до тех пор, пока вслед-
ствие рекристаллизации не исчезнет волокни-
стая структура, т. е. приблизительно до
900°С). Опыт, кроме того, показывает, что
проволока, имеющая трещины и расслоения
вдоль оси, обладает значительно меньшим мо-
дулем сдвига (7 000—8 000 кГ/мм2), чем сво-
бодная от дефектов проволока.
Термические характеристики. Благодаря
высокой температуре рекристаллизации, ма-
лой скорости испарения и высокой темпера-
туре плавления вольфрам используется в ва-
куумных приборах преимущественно при вы-
соких температурах. Табл. 3-2-5, составлен-
ная на основании наиболее достоверных изме-
рений, приведенных в литературе, дает
представление об основных свойствах воль-
фрама между 0 и '3 600° К. Таблица нуждается
в следующих Пояснениях:
Излучательная способность. Сравнительные
данные об отклонениях яркостной или «чер-
ной» температуры от истинной приведены на
рис. 3-2-17А. (Разница между истинной и
яркостной температурой .обусловлена, как
известно, различием между спектральной
излучательной способностью данного объекта
и черного тела и зависит от состояния поверх-
Рис. 3-2-17. Зависимость модуля сдвига G поликристал-
лической вольфрамовой проволоки от диаметра прово-
локи и степени деформации R [Л. 5].
Истинная
температура
монохромати-
ческого луче-
испускания
1=6650 А4)
Мощность
излучаемой
энергии
<ъ
34
Тугоплавкие металлы и сплавы
[ Гл. 3
Ъ Т» Тс[°к] Ъ Tw ТС[°К] чения тепла сильно нагруженными электро-
юоо- г 1000 г2100 дами. Удельное сопротивление. Величины, приве- денные в графе 6, относятся к мягкой-'
поо- -11ОО- -1200- 2000 2700 -2200 -2300 :-2200 -2300 отожженной проволоке. Дополнение к этим данным, дает рис. 3-2-J18, на котором изобра- жена зависимость удельного сопротивления р- чистых вольфрамовых проволок при 0° С и температурного коэффициента а между 0 и 100° С от температуры предшествовавшего' отжига. Примеси увеличивают удельное сопро-
1200- :1300- -гот \2toQ тивлецие р и уменьшают а. С увеличением степени обжатия (т. е. с уменьшением диа- метра) удельное электрическое сопротивле-
22ОО~ ние р (особенно неотожженных проволок) -не-
1300- • сколько возрастает (.рис. 3-2-19). Данные,.
необходимые для расчета тел макала вакуум-
КОО- 2300- :2500- 2600 ных приборов приведены в табл. 3-2-5А. Тепловое расширение (см. также [Л. 55]). Вольфрам обладает наименьшим тепловым расширением, из всех чистых металлов,.
4500- 2600- использующихся в вакуумной технике^
(рис. 3-2-20). Это важно для изготовления
-коо- -КОО 2400- -2700 спаев металлов с тугоплавкими сортами стек- ла, которые обладают очень -низкими коэффи-
г5иО\ • -2700-. :2800 циентами расширения именно ниже темпера- туры перехода.
-1700 Химические свойства. Химические свой-
КОО - -1700\ 2S00- -2300- ства вольфрама по отношению к ряду других, соединений приведены в табл. 3-2-6. С точки
1800 -2900 зрения вакуумной техники наиболее важен вопрос взаимодействия вольфрама с газами.
-1300 '•woo-. При высоких температурах вольфрам реаги--
1700- 2600- рует главным образом с кислородом, окисью
-3000 углерода, азотом, водой и с углеводородами,
1800: -1900-, 1900 2700'- -3000 и не реагирует с парами ртути и водородом,, который не влияет также на его механические свойства (в отличие от тантала!). Под дей- ствием кислорода или воздуха на поверхности
-2000 2000 -зшо-. вольфрама при 600—700°С образуется низшая- окись вольфрама синевато-стального цвета. (W4O11); с этим необходимо считаться при
1300- производстве проволочных дистилляционных
•2100 2300 -32ШТ катодов. При более высоких температурах образуется желтая трехокись вольфрама- (ШОз) —вольфрамовая кислота, которая лег-
Рис. 3-2- 17А. Яркостная температура Т е истинная ко испаряется с накаленной поверхности
температура и цветовая температура тс* накален- (вольфрам заметно «дымит» на воздухе уже
ной вольфрамовой ленты температуры в 1Л. 122]. Все “К. при 1 ЗО(Г С) и конденсируется на ближайших холодных деталях. Молекулярный азот с твер-
* Температура черного тела с субъективно одина-
ковой цветностью.
дым вольфрамом не реагирует и в нем не
растворяется; напротив, в лампах накалива-
ности излучающего тела. Коэффициент моно-
хроматического лучеиспускания мелкокристал-
лического вольфрама между 1500—2 300° К
(измеренный при 6 500 А) может изменяться
при обработке поверхности от 0,43 (полиров-
ка) до 0,67 (очень грубая поверхность), что
следует учитывать при измерении температур
раскаленных анодов.
О 'пирометрическом определении истинных
температур см. § 9-2,IV и рис. 9-5-40.
Зависимость спектральной излучательной
способности блестящих вольфрамовых леит
с полностью определенными характеристика-
ми приведена на рис. 3-2-17В (см. вклейку
в конце книги).
Данные .графы 5 табл. 3-2-5 имеют осо-
бенно важное значение для определения мзлу-
ния, наполненных азотом, примерно при
2 300° С начинается реакция паров вольфрама,
с азотом с образованием нитрида вольфрама
(WN2, см. также [Л. 81]).
Для раскаленных вольфрамовых проволок,
особенно опасны пары воды, которые диссо-
циируют с .образованием вольфрамового*
ангидрида. Последний после конденсации на
стенках колбы восстанавливается освободив-
шимся водородом, вновь образуя вольфрам и
пары воды. В плохо откачанных лампах на-
каливания этот процесс может за короткое-
время привести к почернению стеклянного-
баллона и разрушению нити («цикл Лэнг-
мюра»).
При отсутствии паров воды этот эффект-
может возникнуть при взаимодействии окис-
лов вольфрама, образовавшихся, например, И£1
§ 3-2]
Вольфрам
35
Рис. 3-2-18. Зависимость удельного электрического сопротивления р (при О® С) и его” температурного коэффи-
циента а (при 0—100° С) чистой вольфрамовой проволоки от температуры предварительного отжига Гу, а также
зависимость этих же свойств вольфрамовой проволоки, свободной от внутренних напряжений, но ие рекристал-
лизованной (т. е. с волокнистой структурой) от рабочей температуры Тд . Для сравнения приведены данные
для молибденовой проволоки [Л. 104].
.1
вольфрамовых 'деталях при впаивании их
в стекло, с чистым водородом.
В присутствии тазов, содержащих углерод
(окись углерода, углекислый газ, .метан, пары
нафталина, водородно-бензольные смеси
и т. п.), и при соприкосновении с твердым
углем при температурах выше 1Р100°С воль-
Рис. 3-2-1 9. Зависимость удельного электрического со-
противления р вольфрамовой проволоки от ее
диаметра.
1—минимальные значения для иеотожженной проволоки;
2—минимальные значения для кратковременно отожжен-
ной проволоки (1 700® С, 5 мин в водороде).
фрам образует карбид вольфрама (W2C или
WC [Л. 9, '10]). Карбиды устойчивы до
2 160° С 29 и вызывают, даже в незначительных
количествах, сильную хрупкость материала.
Одновременно с этим происходит значитель-
ное изменение электропроводности, так как
образованный вначале W2C обладает толь-
ко 7%, а образующийся при более высоких
температурах WC -только 40% проводимости
чистого .вольфрама '(рис. 3-2-21). Процессы кар-
бидирования играют существенную роль при
активировании торированных вольфрамовых
29 Полное удаление углерода достигается только
после восьмичасового отжига ори Й43О°С [Л. 10].
проволок для термоэлектронных катодов.
О применении WC для металлорежущих ин-
струментов см. § 9-1.
Окислы алюминия, магния [Л. 402] и
циркония при соприкосновении с нагретым
выше 2 000° С вольфрамом восстанавливают-
ся, что необходимо учитывать при изготовле-
нии катодов косвенного накала с изоляцион-
ными трубками из этих материалов. Равным
образом при температуре выше 2 400° С окись
тория, содержащаяся в вольфраме, восстанав-
ливается до металлического тория. Пары йода
практически не действуют на вольфрам
(в отличие от никеля) и (поэтому вольфрамо-
вые штабики используются в качестве вводов
в вакуумных камерах, служащих для получе-
ния редких .металлов (цирконий, гафний, ти-
тан) методом термической диссоциации паров
йодидов '(см. [Л. 22] и § 7-2). Реакцию нака-
ленного вольфрама с остатками неблагород-
ных газов часто Используют для .поглощения
газов.
Кислоты и щелочи (H2SO4, НС1, HNO3,
водный раствор NaOH и водный раствор
КОН), которые обычно используют для трав-
ления, на вольфрам или вообще не действуют
или действуют очень слабо. Напротив, воль-
фрам легко растворяется в смеси HF+HNO3
или HF+HC1 и особенно в азотистокислом
натрии (NaNO2), нагретом до 300° С (точка
плавления 284°С). Заострение вольфрамовых
проволок (рис. 3-2-.22), необходимое для их
введения в волоки, легко производится погру-
жением конца проволоки в расплавленный
NaNO2 (иногда с добавкой NaNO3) или же
включением проволоки в качестве анода
в электролитическую ванну с водным раство-
ром азотистокислого натрия (NaNOz) (см.
также [Л. 112]).
Во многих случаях было установлено, что
гибкость тонких вольфрамовых проволок (на-
пример, для изготовления спиралей ламп на-
каливания) удается улучшить стравливанием
поверхности проволоки на несколько процен-
3*
36
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Рис. 3-2-20. Зависимость относительного удлинения М/l вольфрама от рабочей
темпервтуры Т А в сравнении с другими металлами [Л. 37).
тов от .номинального диаметра. Протравлива-
ние необходимо также для вольфрамовых
проволок, используемых в качестве керна
прямоиакальных оксидных катодов. При этом
проволоку пропускают по стеклянным .роликам
через .18% раствор NaOH, причем юна должна
быть присоединена в качестве анода к источ-
нику постоянного напряжения величиной не-
сколько вольт (катод никелевый). После тако-
го электрического анодного травления прово-
локу протягивают через ванну для промывки.
Слой графита, который при протяжке
очень прочно закрепляется на поверхности
проволоки, также можно удалить анодным
травлением. Особенно толстые слои графита
удаляют анодным травлением в 110%-ном вод-
ном кипящем растворе соды (NajCOs - 10Н2О).
При этом, однако, невозможно воспрепят-
ствовать значительным потерям вольфрама и
одновременному .уменьшению его диаметра.
Более подробные рецепты по удалению гра-
фита с вольфрамовых проволок дает Менар
[Л. 95] (см. также (Л. 74]). Рекомендуется
предварительно окислять поверхность прово-
локи нагреванием на воздухе до 300—4WC и
потом очищать ее в горячем растворе NaOH
(66°Ве'). По другому методу проволоку сна-
чала подвергают анодному травлению в на-
сыщенном растворе сернокислого .натрия и за-
тем удаляют возникающий при этом коричне-
%
80
60
VD
го
о
Рис. 3-2-21. Зависимость относительной проводимости
Аге/ вольфрама от содержания углерода mg (Л. 9. 10).
вый налет в кипящем концентрированном рас-
творе углекислого калия. Для вольфрамовых
пружин (например, для катодов) достаточно
двухчасовой очистки в химически чистом
10%-ном едком .натре на кипящей водяной
банГ с последующим тщательным промыва-
нием в проточной воде, дистиллированной во-
де, метаноле и эфире. Поверхность вольфра-
мовых штабико-в и проволок, предназначенных
для изготовления впаев в стекло, рекомендует-
ся очищать в растворе 50 слг3 HNO3+
+30 сл3 H2SO4+2O см3 Н2О с дополнительной
обработкой хромовой кислотой и промыванием
в воде. Легкое протравливание поверхности
вольфрама производят в кипящем 3%-ном
растворе Н2О2, равномерное травление —
анодной обработкой в растворе 250 а КОН
в 1 л Н2О с присадкой 0,25 г CuSO4 и очень
интенсивное протравливание поверхности по-
гружением в раствор 30,5 г K3Fe(CN)6 и
4,45 г NaOH в 100 см3 Н2О.
Производство вольфрамовых проволок
диаметром от 15 до 8 мк удается только при
помощи попеременного протравливания и во-
лочения (наименьший диаметр канала алмаз-
ной фильеры, которая может быть изготовле-
на, равен 8 jukI); проволоку еще меньшего
Рис. 3-2-22. Заостренные в расплазе азоти-
стокислого натрия вольфрамовые проволо-
ки. Увеличение около 10Х [Л. 1311.
§ 3-2]
Вольфрам
37
Таблица 3-2-5А
Свойства отрезка вольфрамовой проволоки диаметром 1 см
и длиной 1 см в вакууме
Tw — истинная температура; Ts— яркостная температура; R— электросопротивление; Uh—
напряжение накала: /ц—ток накала; Nh— мощность накала; К—температурная постоянная*;
ф — световой поток.
rW' -к “С R. 10«, ом L/ft-103, в 7ft. а Nh, ет к-ю3 Uhfrlh Ф, лм
300 7,2 0,027 3,73 0,0001 0,042
400 10,26 0,253 24,67 0,0062 0,736 —
500 13,45 0,640 47,62 0,0305 .2,321 —.
600 16,85 1,268 75,25 0,0954 5,35 —,
700 20,49 2,218 108,2 0,240 10,57 .—
800 24,19 3,581 148,0 0,530 18,94 —.
900 27,94 5,393 193,1 1,04 31,2 -—.
1 000 693 31,74 7,75 244,1 1,89 48,4 0,0013
1 100 785 35,58 10,71 301,0 3,22 71,8 0,011
1 200 876 39,46 14,34 363,4 5,21 102,3 0,066
1 300 967 43,40 18,70 430,9 8,06 141,3 0,286
1 400 1 057 47,37 23,85 503,5 12,01 189,8 1,08
1 500 1 147 51,40 29,85 580,6 17,33 249,0 3,44
1 600 1 236 55,46 36.73 662,2 24,32 320 9,60
1 700 1 324 59,58 44,52 747 33,28 404 24,1
1 800 1 411 63,74 53,28 836 44,54 502 53,0
1 900 1498 67,94 63,02 927 58,45 615 113
2000 1 584 72,19 73,75 1 022 75,4 743 214
2 100 1 670 76,49 85,57 1 119 95,7 888 391
2 200 1753 80,83 98,4 1 217 119,8 1051 662
2300 1 836 85,22 112,4 1 319 148,2 1232 1 073
2 400 1 919 89,65 127,5 1 422 181,2 1 433 1702
2 500 2 001 94,13 143,6 1 526 219,3 1 654 2 567
2 600 2 083 98,7 161,1 1 632 263,0 1 897 3 770
2 700 2 164 103,2 179,7 1741 312,7 2 162 5 510
2 800 2 243 107,8 199,5 1 849 368,9 2 448 7 575
2 900 2 322 112,5 220,6 1 961 432,4 2 761 10 220
3 000 2 400 117,2 243,0 2 072 503,5 3 097 13 700
3100 2 477 12,9 266,7 . 2 187 583,0 3 461 18 100
3 200 2 554 126,8 291,7 2 301 671 3852 23 300
3 300 2630 131,6 318,3 2418 770 4 273 29900
3 400 2 705 136,5 346,2 2 537 878 4 723 37 900
3 500 2 780 141,4 375,7 2 657 997 5 202 47 000
3 655 2 892 149,1 423,4 2 838 1202 5 994 63 800
1 Эта величина не зависит от диаметра проволоки и является функцией только температуры. Поэтому она
весьма полезна для определения температуры нагреваемой в вакууме вольфрамовой проволоки. Для поддержа-
ния вольфрамовой проволоки с уменьшающимся, например, вследствие испарения диаметром при постоянной тем-
пературе достаточно соблюдать постоянство величины К.
Таблица 3-2-6
Химические свойства вольфрама
Реактив
Соляная кислота
Серная кислота
Азотная кислота
Царская водка (HNO34-HC!)
Плавиковая кислота
Взаимодействие
В холодных кислотах (разбавленных и концентрированных
вольфрам практически устойчив. Теплые, разбавленные и кон-
центрированные действуют незначительно
Холодная, разбавленная и концентрированная: практически
устойчив. Теплая, разбавленная и концентрированная: сильно
действует
Холодная и теплая: устойчив
38
Тугоплавкие металлы и сплавы
[ Гл. 3
Продолжение табл. 3-2-6
Реактив Взаимодействие
Смесь плавиковой и азот- ной кислот (1: 1) Сильно действует (травление следует производить в тече- ние нескольких секунд, после чего детали сразу же промыть)
Щелочи: холодный раствор едкого калия или натрия Практически устойчив
Расплавленные едкие калий или натрий или углекислые со- ли щелочных металлов а) В присутствии воздуха: медленное окисление б) В присутствии таких окислителей как KNO3, KNO2 КС1О3, РЬО2: быстро растворяется
Аммиак Водный раствор практически не действует, в присутствии Н2О2 вольфрам быстро разрушается
Азотистокислый натрий (NaNO2) Расплавленный: при 300° С быстро растворяет; Водный раствор: при анодном травлении быстро растворяет
Углерод (сажа, графит, уголь) и углеводороды Образование карбидов при температуре выше 1 200° С; пол- ное превращение в WC при 1 400—1 600° С
Сера Расплавленная или кипящая: незначительное воздействие
А12О3, ZrO2 Восстанавливаются до металла при контакте с W при тем- пературе выше 2 000° С
MgO Восстанавливается до металла при контакте с W при тем- пературе выше 1 000° С
Окись тория Восстанавление до металла при контакте с W при темпе- ратуре выше 2 400° С
Ртуть и ее пары Практически устойчив
Воздух и кислород При комнатной температуре устойчив, начиная с 400—500°С заметное окисление; при более высоких температурах: быстрое окисление до WO3 и испарение1
Вода Устойчив при любой температуре
Пары воды При красном калении быстрое окисление до WO3
Водород Не взаимодействует вплоть до точки плавления, слабая абсорбция ниже 1 000° С
Азот До 1 500° С не взаимодействует, при 2 300° С образует нитриды
Окись углерода При 800° С начинается науглероживание
Углекислый газ При 1 200° С начинается окисление
Галогены: Фтор Взаимодействует при комнатной температуре
Хлор и бром Взаимодействует при температуре выше 250—300° С
Йод Взаимодействует при яркокрасном калении, до 800° С устойчив
Атомарный йод Устойчив
Газообразный хлористый во- дород До 600° С при отсутствии кислорода устойчив
Окислы азота N2O; NO, NO3: при высоких температурах окисляется до
Сероводород При красном калении: воздействует на поверхность
Окись серы При высоких температурах окисляет
Сероуглерод Взаимодействует при красном калении
1 Степени окисления (см. также (Л. 35]). WO2—шоколадного цвета (у=12Д1 г/cw3), W2O5 до W4On—светло-фи-
олетовый, W03: зелено-желтый (у =7,16 г [см*)', Температура дистилляции около 1 400° С.
§ 3-2]
Вольфрам
39
диаметра можно получить только путем трав-
ления. При этом протравливание произво-
дится либо погружением проволоки на не-
сколько секунд в .ванну с расплавленной при
340° С смесью азотнокислого и азотистокисло-
го натрия (NaN02/NaN03=50/50), либо элек-
тролитически в растворе сернокислого натрия.
Практическое значение имеет также пове-
дение раскаленного вольфрама, находящегося
в контакте с -другими металлами: так, напри-
мер, -поскольку вольфрам и алюминий могут
образовывать сплав30, испарение алюминия
в вакууме с раскаленной вольфрамовой спи-
рали при непосредственном соприкосновении
алюминия с вольфрамом (см. § 10-4) возмож-
но только при использовании толстой вольфра-
мовой проволоки, в противном случае воль-
фрам разрушится вследствие взаимодействия
с алюминием. Аналогично ведут себя никель
•и железо. Поэтому (при монтаже вольфрамо-
вых спиралей нельзя'использовать никелиро-
ванные пинцеты, так как на вольфраме легко
остаются следы никеля, которые после нака-
ливания спирали могут привести к ее излому
вследствие образования сплава.
Использование вольфрама в технике.
Обзор наиболее распространенных марок
вольфрама да-н в табл. 3-2-7, обзор марок
вольфрамовых .проволок, пользующихся спро-
сом на европейском рынке, в табл. 6-2-8. Так
как вольфрам обрабатывается с трудом и
сравнительно (дорог, его применяют в основ-
ном только там, -где необходимы его хорошие
механические и термические свойства.
Поэтому, например, в электронных лампах
он редко используется дли изготовления ано-
дов и, наоборот, очень часто применяется для
накаленных электродов. Содержание газов
в вольфраме (в основном азот и окись угле-
рода) имеет большое значение для вакуумной
техники, так как вольфрам необходимо тща-
тельно обезгаживать при температуре 1 400—
2600° С. Количество газов достигает примерно
0,2—0,5 н-см3 на грамм вольфрама и равно
только 15—20% от того количества газа, ко-
торое обычно содержит молибден. Полное
обезгаживание возможно уже при 2 430''С
]Л. 109, 116].
Наиболее важные случаи использования
вольфрама в технике.
Лампы накаливания [Л. 2, 8, (18,
73, 85, 133, 140]. Большая световая отдача
вольфрама при высокой рабочей температуре;
большой срок службы при низкой скорости
испарения (см. табл. 3-2-5, графа 10). Рабо-
чая температура .при сроке службы около
1 000 ч: 2 050—2 150° С (вакуумная лампа на-
каливании с прямой нитью) или 2 500—2 660° С
(газополная лампа накаливания со спиралью).
Размеры нитей накаливания в зависимости от
тока и напряжения см. табл. 3-2-5А, светотех-
нические данные см. в табл. 3-2-5, графы
12—44 и [Л. (16, 42, 43, 44, 79, 98]. Примеры
расположения тел накала в лампах накалива-
ния см. на рис. 3-2-23. Технически удобнее
характеризовать вольфрамовые проволоки
диаметром меньше 60 мк не их диаметрами,
а их -весом G200 (т. е. весом в миллиграммах
30 3% объема вольфрама растворяется в алю-
минии.
Рис. 3-2-23. Лампы накаливания с вольфрамовой нитью.
А—вакуумная лампа накаливания с прямой нитью.
1—цоколь; 2—штенгель для откачки; 3—перетяжка
для отпайки лампы; 4—цоколёвочная мастика; 5—
ножка; 6—места сварки; 7—впаянная в стекло прово-
лока (платинит); 8—лопатка; 2—вводы нз никеля или
константана; 10—молибденовые держатели; 11—воль-
фрамовая нить; 12—медные подводящие провода; 13 —
место спая ножки и колбы; 14—стеклянный штабик;
15—молибденовые крючки.
В—газополная лампа накаливания со спиралью (так
называемая гголуваттная лампа). 11— молибденовые
крючки для поддержки вольфрамовой спирали; 15—
спираль из вольфрамовой проволоки; остальные обо-
значения те же, что на рис. А.
отрезка проволоки длиной 200 мм).
Табл. 3-2-9 служит для пересчета веса G2oo
в диаметр и, наоборот, для тонких вольфрамо-
вых проволок.
При изготовлении вакуумных ламп нака-
ливания с прямой витью вольфрамовую про-
волоку, содержащую окись тория, навивают
на керн и на нем прокаливают под колпаком
в защитной атмосфере. Благодаря этому одно-
временно очищают поверхность проволоки и
получают форму, необходимую для монтажа
в лампе накаливания. При изготовлении спи-
ралей для так называемых полуваттных ламп
накаливания обычную тянутую проволоку из
непровисающего вольфрама (N.S) навивают
на проволочный керн31, диаметр которого dK
во много раз больше, чем диаметр dw воль-
фрамовой проволоки (см. также табл. 3-2-4).
Выражение fK = dK/rfw называют фактором кер-
на. Чем меньше/к, тем выше требования к гиб-
кости вольфрамовой проволоки. Для обычных
ламп накаливания fK=2—4, а у автомобиль-
ных ламп и подогревателей катодов косвенно-
го накала электронных ламп /к составляет
31 О стробоскопическом ’методе контроля навивки
см. [Л. 126]. О методе контроля способности вольф-
рамовой проволоки к спирал изаци и многократным
скручиванием ее вокруг собственной оси и об измере-
нии возникающих при этом сокращений длины про-
волоки при постоянном натяжении см. [Л. 29].
40
Тугоплавкие металлы и сплавы
( Гл. 3
Таблица 3-2-7
Сортамент вольфрама
Наименование Размеры Состав Основное применение
Порошок восстанов- ленный Размер зерен 2—-10 мк Чистый Для спекания
Порошок „экстра” чер- ный со степенью окис- ления 25—25,5%*) 1—5 мк W±WO2 Для „чернения* ано- дов, в качестве присадок к порошку Zr, для гет- теров
Пористые спеченные шгабики и трубки Диаметр 0,6—-12 мм, длина до 500 мм Чистый (99,99%) Импрегнированные и „Л“ катоды, керны ионных источников
Фасонные изделия, ко- ваные (протравленные, матовые, шлифованные или полированные) Максимальный вес око- ло 1 кг, диски диаметром до 100 мм Чистый (99,99о/о) Зеркала и др. детали антикатодов, вращающие- ся антикатоды, вакуум- ные контакты
Прокатанная жесть (блестящая илн протрав- ленная) Толщина от 0,025 до 1 мм, максимальная шири- на 215 мм (напршмер, 200X500X0,6 мм3) Чистый (99,99о/о) Постоянно несущие высокую нагрузку аноды, накаленные ленты, экра- ны для защиты от излу- чения, детали циклотро- нов, лодочки для испаре- ния
Диски, штампованные из ленты Диаметр 10—50 мм толщина 1—5 мм Особо проч- ный в рекри- сталлизован- ном состоянии материал Антикатоды рентгенов- ских трубок
Ленты нарезанные (примеры) Толщи- на, мм, 0,025 0,1 0,5—3 Ширина мм 2±0,2 5±0,2 20±0,5 Длина макси- мальная, мм, 400 400 250 Чистый (99,99о/о) То же, что и прокатан- ная жесть
Плющенка (лента, по- лученная прокаткой про- волоки) Толшина, мм 0,015 0,1 0,5 2,0 Ширина, мм 0,10—2,0 0,30—5,5 1,50—6,0 3—10 Чистый (99,99%) То же, что и прокатан- ная жесть
Шгабики кованые Диаметр 22 4-3 мм, дли- на—до нескольких м Чистый Кованые: нагреватель- ные элементы; очищен- ные, и отожженные: для держателей электродов; шлифованные или поли- рованные: для впаев в стекло
Прутки тянутые Диаметр 64-1 мм (±24-3%)
Проволока монокри- сталлическая Диаметр 0,2—0,02 мм, длина кристаллов до 30 см С 2о/0 ThO2 Лампы накаливания низковольтные, электро- метрические лампы, спи- ральные пружины
§ 3-2]
Вольфрам
41
Продолжение табл. 3-2-7
Наименование Размеры Состав Основное применение
Тянутая проволока торированная)2) Диаметр 0,5—0,01 мм, длина до 1 000 м с 0,7% ThO2 Вакуумные лампы на- каливания с прямой нитью (см. табл. 3-2-8)
Тянутая проволока (торированная)2) Диаметр 0,5—0,01 мм, длина до 1 000 м С 1,5% ThO2 Катоды прямого нака- ла (см. табл. 3-2-8)
Тянутая проволока (непровисающая)2)' 3> Диаметр 1—0,005 мм Со следами S102 Газополные спираль- ные лампы накаливания, катоды прямого накала, дистилляционные като- ды, подогреватели като- дов косвенного накала, сетки электронных ламп (табл. 3-2-8).
1) Применяется специально неполностью восстановленный порошок вольфрама. Под „степенью окисления’
понимают прирост в весе (%), который определяется путем прокаливания порошка на воздухе прн 800° С до*
постоянного веса. Чистому порошку вольфрама соответствует степень окисления 26,09%, для полностью окислен-
ного порошка эта величина равна 0%.
2) О методах испытания W проволок см. [Л. 12].
8) О методах испытания проволок на провисание см. [Л. 13].
Таблица 3-2-8
Некоторые марки вольфрама, используемые в Европе, их состав и применение
Название Состав Применение
Чистая вольфрамо- вая проволока Очень небольшое содержание ’ загрязне- ний Стержни для деталей электронных ламп, глав- ным образом генераторных (вводы и держатели); для впаев н стекло (шлифованные)
Проволока BSD W следы А12О3 «0,01—0,02%) Очень стабильный материал1, температура ре- кристаллизации более высокая2, а обрабатывае- мость немного хуже, чем у проволоки марки NS. Для катодов прямого накала из чистого воль- фрама; для подогревателей катодов косвенного накала
Проволока NS W следы силика- тов щелочных метал- лов «0,01—0,02%) Для биспиральных ламп накаливания3, для пружин в электронных лампах, и для -тех же целей, что и проволока BSD
Проволока D W присадка SiO2-f-следы А12О3 Проволока, хорошо сохраняющая прямизну; для широкого употребления, например для спи- ралей SC3, для ламп, мощностью ниже 750 em; для миниатюрных, виброустойчивых и сигналь- ных ламп
Проволока DK W-f-0,05% приме- сей Вырабатывается только больших диаметров, твердая, используется для специальных спира- лей СС3, для автомобильных ламп накаливания, для отдельных деталей, для вводов в стекло, для пружин большого диаметра (в прочих слу- чаях применяется проволока NS).
42
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Продолжение табл. 3-2-8
Название Состав Применение
Проволока DKV Вырабатывается из проволоки DK; перед последней операцией протяжки отжигается при высокой темпера- туре Более хрупкая, чем проволока DK. Применяется в особых случаях (хорошо сохраняет прямизну), например для автомобильных ламп накалива- ния (6 в)
Проволока DKO Травленая проволо- ка DK» рекристалли- зованная Плохо изгибается, но виброустойчива; плохо спирализуется. Применяется для автомобильных и мотоциклетных ламп накаливания, в основном напряжением 12 в
Проволока ТТ W присадка ThO2 Сильно провисает; используется для электрон- ных приборов с прямыми телами накала
Проволока ВВ Содержит S1O2; кри- сталлы мельче, чем у проволоки D Хуже сохраняет прямизну, чем проволока D; применяется для изготовления спиралей вакуум- ных ламп VC3
Проволока LC W -f- следы хромо- вокислого лития Для специальных целей
„Смешанная прово- лока" wM W-f-0,35»/o ThO2 Для специальных целей
Проволока 07 W4-0,75’/o ThO2 Для катодов прямого накала с оксидным эми- тирующим слоем на поверхности или без него
Проволока G12 Проволока 015 W + l,2o/o ThO2 W -f- 1,5"/o ThO2; диа- метр ^>0,1 MM | Проволока для катодов прямого накала
Проволока G20 W + 2% ThO2, диа- метр >0,2 мм
) Взаимное переплетение отдельных кристаллов значительно улучшает характеристики проволоки.
!) Для BSD до 1 800° С, а для NS до 1 500 ° С материал не становится хрупким вследствие рекристал -
лизации.
а) VC-Vacuum Coil — спирали для вакуумных ламп,
SC-Single Coil — моноспнраль для газополных ламп,
CC-Coil — Coil — биспираль.
только 1,6, при этом нагрузка проволок полу-
чается очень большой.
В общем случае вольфрамовые проволоки
при одинаковом факторе керна навивать тем
труднее, чем тоньше проволока. Навивка
вольфрамовых спиралей чаще всего бывает
причиной наибольших трудностей при изготов-
лении ламп накаливания и электронных ламп.
^Поэтому, хотя бы кратко, приведем ряд меро-
приятий, которые рекомендуются для устране-
ния или по крайней мере уменьшения этих
трудностей и могут быть использованы или
в отдельности или целиком:
а) уменьшить число оборотов при навивке
на спирализационных машинах (например, до
«=2 000 об/мин);
б) увеличить температуру вольфрамовой
проволоки в месте навивки (но ие перед
ним!);
в) предотвратить неравномерное ускоре-
ние и торможение во время навивки;
г) закрепить катушку с вольфрамовой
проволокой на оси таким образом, чтобы
вольфрамовая проволока сматывалась в на-
правлении огибания сверху, а не снизу;
д) навивающая губка должна быть со-
шлифована на конус (чтобы предотвратить
трение вольфрамовой проволоки в губках).
Таблица 3-2-10 содержит данные о не-
сложных вольфрамовых спиралях некоторых
наиболее употребительных типов ламп нака-
ливания. Проволочный керн с навитой на него
§ 3-2]
Вольфрам
43
Таблица 3-2-9
Вес отрезка вольфрамовой проволоки длиной 200 мм <j800 в зависимости от диаметра
d (d = 18,13836 VG200)
GM0, лг/200 мм d, мк 02М, лг/200 лик d, мк Оюо. мг/200 мм d, мк
0,196—0,200 8,07 0,655—0,668 14,75 2,189—2,233 26,97
0,200—0,204 8,15 0,668—0,681 14,90 2,233—2,278 27,24
‘0,204—0,208 8,23 0,681—0,695 15,05 2,278—2,324 27,51
0,208—0,212 8,31 0,695—0,709 15,20 2,324—2,370 27,79
0,212—0,216 8,39 0,709—0,723 15,35 2,370—2,420 28,07
0,216—0,220 8,47 0,723—0,737 15,50 2,42—2,47 28,35
0,220—0,224 8,55 0 737—0,752 15,65 2,47—2,52 28,65
0,224—0,228 . 8,63 0,752—0.767 15,80 2,52—2,57 28,95
0,228—0,233 8,71 0,767—0,782 15,96 2,57—2,62 29,20
0,233—0,238 8,80 0,782—0,798 16,12 2,62—2,67 29,50
0,238—0,243 8,89 0,798—0,814 16,28 2,67—2,72 29,80
0,243—0,248 8,98 0,814—0,830 16,44 2,72—2,77 30,05
0,248—0,253 9,07 0.830—0,847 16,61 2,77—2,83 30,35
0,253—0,258 9,16 0,847—0,864 16,78 2,83—2,89 30,65
0,258—0,263 9,25 0,864—0,881 16,94 2,89—2,95 31,00
0,263—0,268 9,34 0,881—0,898 17,10 2,95—3,01 31,30
0,268—0,273 9,43 0,898—0,916 17,27 3,01—3,07 31,65
0,273—0,278 9,52 0,916—0,934 17,44 3,07—3,13 31,95
0,278—0,284 9,62 0,934—0,953 17,61 3,13—3,19 32,25
0,284—0,290 9,72 0,953—0,972 17,79 3,19—3,25 32,55
0,290—0,296 9,82 0,972—0,991 17,97 3,25—3,32 32,85
0,296—0,302 9,92 0,991—1,011 18,15 3,32—3,39 33,20
0,302—0,308 10,02 1,011—1,031 18,33 3,39—3,46 33,55
0,308—0,314 10,12 1,031—1,052 18,51 3,46—3,53 33,90
0,314—0,320 10,22 1,052—1,073 18,69 3,53—3,60 34,25
0,320—0,326 10,32 1,073—1,094 18,88 3,60—3,67 34,60
0,326—0,333 10;42 1,094—1,116 19,07 3,67—3,74 34,90
0,333—0,340 10,52 1,116—1,138 19,26 3,74—3,81 35,25
0,340—0,347 10,63 1,138—1,161 19,45 3,81—3,89 35,60
0,347—0,354 10,74 1,161—1,184 19,64 3,89—3,97 35,95
0,354—0,361 10,85 1,184—1,208 19,83 3,97—4,05 36,30
0,361—0,368 10,96 1,208—1,232 20,03 4,05—4,13 36,70
Юч368—0,375 11,07 1,232—1,257 20,23 4,13—4,21 37,05
0,375—0,383 11,18 1,257—1,282 20,43 4,21—4,29 37,40
0,383—0,391 11,29 1,282—1,308 20,64 4,29—4,38 37,75
0,391—0,399 11,40 1,308—1,334 20,85 4,38—4,47 38,15
0,399—0,407 11,51 1,334—1,361 21,06 4,47—4,56 38,53
0,407—0,415 11,62 1,361—1,388 21,27 4,56—4,65 38,90
0,415—0,423 11,74 1,388—1,416 21,48 4,65—4,74 39,30
0,423—0,431 11,86 1,416—1,444 21,69 4,74—4,83 39,70
0,431—0,440 11,98 1,444—1,473 21,90 4,83—4,93 40,05
0,440—0,449 12,10 1,473—1,502 22,12 4,93—5,03 40,45
-0,449—0,458 12,22 1,502—1,532 22,34 5,03—5,13 40,90
0,458—0,467 12,34 1,532—1,563 22,56 5,13—5,23 41,30
0,467—0,476 12,46 1,563—1,594 22,78 5,23—5,33 41,70
0,476—0,486 12 58 1,594—1,626 23,01 5,33—5,44 42,10
0,486—0,496 12,71 1,626—1,659 23,24 5,44—5,55 42,50
0,496—0,506 12,84 1,659—1,692 23,47 5,55—5,66 42,95
0,506—0,516 12,97 1,692—1,726 23,71 5,66—5,77 43,35
0,516—0,526 13,10 1,726—1,761 23,95 5,77—5,89 43,80
0,526—0,537 13,23 1,761—1,796 24,19 5,89—6,01 44,25
0,537—0,548 13,36 1,796—1,832 24,43 6,01—6,13 44,70
0,548—0,559 13,49 1,832—1,869 24,67 6,13—6,25 45,15
0,559—0,570 13,62 1,869—1,906 24,92 6,25—6,38 45,60
0,570—0,581 13,76 1,906—1,944 25,17 6,38—6,51 46,05
0,581—0,593 13,90 1,944—1,983 25,42 6,51—6,64 46,50
0,593—0,605 14,04 1,983—2,023 25,67 6,64—6,77 46,95
0,605—0,617 14,18 2,023—2,063 25,92 6,77—6,91 47,45
0,617—0,629 14,32 2,063—2,104 26,18 6,91—7,05 47,90
0,629—0,642 14,46 2,104—2,140 26,44 7 05—7,19 48,40
0.642—0,655 14,60 2,140—2,189 26,70 7,19-7,33 48,90
44
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Продолжение табл. 3-2-9
GM0, лг/200 мм d, мк 6йо0, -иг/200 мм d, мк GSM, мг/200 мм d, мк
7,33—7,48 49,35 26,1—26,6 93,1 92,4—94,2 175,2
7,48—7,63 49,85 26,6—27,1 94,0 94,2—96,1 176,9
7,63—7,78 50,35 27,1—27,6 94,9 96,1—98,0 178,7
7,78—7,94 50,85 27,6—28,2 95,8 98,0—100,0 180,5
7,94—8,10 51,35 28,2—28,8 96,8 100,0—102,0 182,3
8,10—8,26 51,90 28,8—29,4 97,8 102,0—104,0 184,1
8,26—8,43 52,40 29,4—30,0 98,8 104,0—106,1 185,9
8,43—8,60 52,95 30,0—30,6 99,8 106,1—108,2 187,7
8,60—8,77 53,45 30,6—31,2 100,8 108,2—110,4 189,6
8,77—8,95 54,00 31,2—31,8 101,8 110,4—112,6 191,5
8,95—9,13 54,55 31,8—32,4 102,7 112,6—114,9 193,4
9,13—9,31 55,10 32,4—33,0 103,7 114,9—117,2 195,4
9,31—9,50 55,65 33,0—33,7 104,7 117,2—119,5 197,3
9,50—9,69 56,20 33,7—34,4 105,8 119,5—121,9 199,2
9,69—9,88 56,75 34,4—35,1 106,9 121,9—124,3 201,2
9,88—10,08 57,30 35,1—35,8 108,0 124,3—126,8 203,2
10,08—10,28 57,85 35,8—36,5 109,1 126,8—129,3 205,2
10,28—10,49 58,45 36,5—37,2 110,2 129,3—131,9 207,2
10,49—10,70 59,05 37,2—37,9 111,2 131,9—134,5 209,3
10,70—10,91 59,60 37,9—38,7 112,3 134,5—137,2 211.4
10,91—11,13 60,20 38,7—39,5 113,4 137,2—139,9 213,5
11,13—11,35 60,80 39,5—40,3 114,6 139,9—142,7 215,6
11,35—11,58 61,40 40,3—41,1 115,7 142,7—145,6 217.8
11,58—11,81 62,05 41,1—41,9 116,8 145,6—148,5 220,0
11,81—12,05 62,65 41,9—42,7 118,0 148,5—151,5 222,2
12,05—12,29 63,25 42,7—43,6 119,2 151,5—154,5 224.2
12,29—12,54 63,90 43,6—44,5 120,4 154,5—157,6 226,6
12,54—12,79 64,55 44,5—45,4 121,6 157,6—160,8 228,8
12,79—13,05 65,20 45,4—46,3 122,8 160,8—164,0 231,1
13,05—13,31 65,85 46,3—47,2 124,0 164,0—167,3 233,4
13,31—13,58 66,50 47,2—48,1 125,2 167,3—170,6 235,7
13,58—13,85 67,15 48,1—49,1 126,4 170,6—174,0 238,1
13,85—14,13 67,85 49,1—50,1 127,7 174,0—177,5 240.5
14,13—14,41 68,50 50,1—51,1 129,0 177,5—181,1 242,9
14,41—14,70 69,20 51,1—52,1 130,3 181,1—184,7 245,3
14,70—14,99 69,90 52.1—53,1 131,6 184,7—188,4 247,7
14,99—15,29 70,60 53,1—54,2 132,9 188,4—192,2 250,2
15,29—15,60 71,30 54,2—55,3 134.2 192,2—196,0 252,7
15,60—15,91 72,00 55,3—56,4 135,5 196,0—200 0 255,2
15,91—16,23 72,70 56,4—57,5 136,8 200—204 257,8
16,23—16,55 73,45 57,5—58,7 138,2 204—208 260,3
16,55—16,88 74,15 58,7—59,9 139,6 208—212 262,8
16,88—17,22 74.90 59,9—61,1 141,0 212—216 265,3
17,22—17,56 75,65 61,1—62,3 142,4 216—220 267,8
17,56—17,91 76,40 62,3—63,5 143,9 220—224 270,2
17,91—18,27 77,15 63,5—64,8 145,3 224—228 272,7
18,27—18,64 77,90 64,8—66,1 146,7 228—233 275,4
18,64—19,01 78,70 66,1—67,4 148,2 233—238 278,4
19,01—19,39 79,50 67,4—68,7 149,6 238—243 281,3
19,39—19,78 80,30 68,7—70,1 151,1 243—248 284,2
19,78—20,18 81,10 70,1—71,5 152,6 248—253 287,1
20,18—20,58 81,90 71,5—72,9 154,1 253—258 289,9
20,58—20,99 82,70 72,9—74,4 155,6 258—263 292,7
20,99—21,41 83,50 74,4—75,9 157,2 263—268 295,5
21,41—21,84 84.35 75,9—77,4 158,8 268—273 298,3
21,84—22^28 85,20 77,4—78,9 160,3 273—278 301,1
22,28—22,73 86,05 78,9—80,5 161,9 278—284 304,1
22,73—23,18 86,90 80,5—82,1 163,5 284—290 307,2
23,18—23,64 87,75 82,1—83,7 165,1 290—296 310,4
23,64—24,11 88,65 83,7—85,4 166,7 296—302 313,6
24,11—24,60 89,55 85,4—87,1 168,4 302—308 316,8
24,6—25,1 90,4 87,1—88,8 170,1 308—314 319,9
25,1—25,6 91,3 88,8—90,6 171,8 314—320 322.9
25,6—26,1 92,2 90,6—92,4 173,5 320—326 326,0
§3-2]
Вольфрам
45
Продолжение табл. 3-2-9
Оыо, мг/200 мм. а. мк 6100, мг/200 мм а, мк Gs()0, мг/200 мм d, мк
326—333 329,3 440—449 382,4 593—605 443,9
333—340 332,6 449—458 386,3 605—617 448,3
340—347 336,1 458—467 390,1 617—629 452,8
347—354 339,5. 467—476 393,9 629—642 457,3
354—361 342,9 476—486 397,8 642—655 461,9
361—368 346,3 486—496 401,9 655—668 466,4
368—375 349,7 496—506 406,0 668—681 471,1
375—383 353,2 506—516 410,0 681—695 475,8
383—391 356,8 516—526 414,0 695—709 480,5
391—399 360,4 526—537 418,2 709—723 485,3
399—407 364,0 537—548 422,5 723—737 490,1
407—415 367,6 548—559 426,7 737—752 495,0
415—423 371,2 559—570 431,0 752—767 500,0
423—431 374,8 570—581 435,2
431—440 378,5 581—593 439,5
Таблица 3-2-10
Размеры вольфрамовых спиралей некоторых употребительных типов ламп
накаливания
Лампа накаливания Вольфрамовая проволока Спираль Фактор керна }к Оболочка
Мощность, вт Напряжение, в Вес, .мг/200, мм як ‘р Длина, мм Диаметр керна, мк Шаг, мк Число витков на миллиметру 1 Длина, мм Диаметр, мм Наполнение Давление наполнения, мм pm. cm.
15 но 220 1,60 0,65 23,0 14,6 452 770 65 52,5 32 20 31,3 50 52,1 72,7 2.8 3.6 55 Вакуум —
25 НО 220 3,07 1,26 31,8 20,3 527 897 65,7 69,8 42 26 23,8 38,5 71,7 82,0 2,1 3,4 60 Вакуум —
40* ПО 220 3,97 1,53 36,1 22,4 406 636 135,3 99,6 48 32 20,8 31,2 36,1 52,9 3,7 4,45 60 Ar4-8%N2 650
60 ПО 220 7,05 2,67 48,1 29,7 476 732 222,2 134,0 64 42 15,6 23,8 35,8 59,8 4,6 4,5 60 Ar+80/o N2 650
100 ПО 220 13,58 5,33 66,8 41,9 537 853 281,7 203,0 90 60 11,1 16.7 44,0 66,2 4,2 4,85 75 Ar+8»/o N2 650
200 НО 220 34,4 14,42 106,3 68,8 690 1 106 422,2 321,6 160 94 6,24 10,65 66,2 75,0 4,0 4,7 90 Ar+12»/oN2 550— —580
накаливания 40 вт. 220 в расходуется 1 кг W (130 км вольфра.
* Для изготовления примерно 209 000 ламп
мовой проволоки диаметра 22.4 мк).
спиралью после изготовления разрезается на
отрезки любого размера, после чего керн, для
изготовления которого ® большинстве случаев
используют железо или молибден (Л. 91], уда-
ляют химическим путем за. Чаще всего спираль,
навитую на проколочный керн, дополнительно
к Железные керны растворяют соляной кисло-
той; о кернах из молибдена ом. § 3-3.
отжигают (так называемая препарировка). При
использовании железных кернов отжиг произ-
водят при 800—1000° С (при большем диамет-
ре более высокая температура) во .влажном
формиргазе (H2+N?) в горизонтальных пе-
чах, в то время как при использовании кернов
из -молибденовых проволок отжиг ведут при
1 600° С в сухом формиргазе или в чистом
водороде. Этот отжиг необходим для возник-
46
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. з
Рис. 3-2-24. Биспнраль из вольфрамовой прово-
локи для ламп накаливания.
новения длинных кристаллов, концы которых
переплетались бы на большой поверхности,
что повышает фор.моустойчивость (см.
рис. 3-2-12) ,и для устранения напряжений.
Керны из молибденовых проволок используют
прежде всего при изготовлении биопиральных
тел накала (рис. 3-2-124, 3-2-24А и [Л. 47]), так
как при этом удается добиться большого по-
стоянства формы спирали. Наиболее толстая
вольфрамовая проволока, используемая в са-
мых больших серийных лампах накаливания,
имеет диаметр до 3 мм.
Нагревательные э л е м е н-
т ы. Большой срок службы при высокой тем-
пературе. Применяются в вакуумных и водо-
родных печах [Л. 25, 39, 114, 121] при тем-
пературе до 3 000° С Печь с трубчатым муфе-
лем из вольфрама см. на рис. 3-2-24В. Печь
с обмоткой из вольфрама изображена на
рис. 9-2-10. В первом случае нагревательный
элемент изготавливается из вольфрамовой
ленты соответствующей толщины, либо из
сваренного и прокованного штабика. Нагрев
производится в защитной атмосфере (водород,
аргон) или в вакууме. Токоподводы охлаж-
даются водой. Для изготовления печей второ-
го типа вольфрамовую проволоку или ленту
навивают на керамическую трубку или распо-
П
Рис. 3-2-24В. Печь с вольфрамовым нагревательным
элементом на температуру до 2 500° С (Metallwerk
Plansee, Reutte/Tirol; см. также рнс. 9-2-10).
I— внешний вид; II— разрез аналогичной
вертикальной печи.
1—вольфрамовый муфель; 2—экраны из молибденовой
или танталовой жести; 3 — колпак с водяным охлажде-
нием; 4 —водоохлаждаемые токоподводы; 5 — штуцер
для соединения с вакуумной системой;
6 — смотровое окно.
Рнс. 3-2-24А. Вольфрамовая биспи-
раль для кинопроекционной лам-
пы накаливания (ПО в, 250 «т).
Ток через обе спирали течет в
одном направлении, что уменьша-
ет вдвое напряжение между со-
седними участками спиралей.
Это позволяет резко сократить
расстояние между спиралями
[Л. 92]. (См. также рис 8-5-29).
лагают .внутри нее (рис. 9-2-10). При темпе-
ратурах до 11В00°С применяется керамика из
окиси алюминия, що 2 600° С — из окиси цир-
кония.
В электронных приборах широко приме-
няются вольфрамовые подогреватели для ка-
тодов косвенного накала. Подробнее см.
§ 10-4-V.
§ 3-2]
Вольфрам
47'
В последнее время [Л. '15, 56] благодаря
предохранению от окисления вольфрамовых
спиралей путем изоляции керамикой удалось
изготовить нагревательные элементы, которые
можно использовать на воздухе до 1 500° С
(см. также [Л. 70]).
Катоды прямого накала. Бла-
годаря сравнительно высокой электронной
эмиссии (см. табл. 3-2-5, графы 15 и 16) и
большому сроку службы при высоких темпе-
ратурах используются в электронных генера-
торных выпрямительных и электрометрических
лампах, в газополных выпрямителях, лампах
накаливания и рентгеновских трубках.
При изготовлении вольфрамовых спира-
лей с малым расстоянием между отдельными
витками (для катодов рентгеновских трубок
см. рис. Зн2-.24С) проволока предварительно
покрывается хлопчатобумажной обмоткой, ко-
торая способствует сохранению нужного рас-
стояния между витками. После придания нуж-
ной формы спираль отжигается для снятия на-
пряжений, после чего обуглившаяся хлопчато-
бумажная обмотка вымывается.
Подробности об использовании вольфрама
для накаленных катодов и об эмиссионных ха-
рактеристиках чистой и торированной воль-
фрамовой проволоки см. гл. 22 и 23.
Проволочные керны для пле-
ночных катодов прямого н а к а-
л а. Большая электронная эмиссия и хоро-
шая адсорбция пленок бария на вольфрамо-
вом проволочном керне, который у некоторых
типов дистилляционных катодов предваритель-
но покрывается медью гальваническим путем
(см. табл. 6-5-6 и рис. 6-5-11); используются
в небольших электронных лампах. Подробно-
сти смотри в гл. 24.
Пористые заготовки для спе-
ченных катодов см. гл. 24 и 26.
Антикатоды в рентгеновских
трубках [Л. 19, 23, 53, 134, '142]. Благодаря
высокому атомному номеру вольфрам обла-
дает хорошим выходом тормозного рентгенов-
ского излучения. Высокая точка плавления и
сравнительно хорошая теплопроводность воль-
фрама допускают высокую удельную нагрузку
при электронной бомбардировке (табл. 3-2-11),
причем рабочая температура в фокусе элек-
Таблица 3-2-11
Допустимая нагрузка вольфрамовых ан-
тикатодов при длительности включения
1 и 0,1 сек [Л. 19, 136]
Конструкция антикатода Нагрузка, вт/мм2
1 сек ОД сек
Неподвижное зеркало .... 200 300
Вращающийся анод, диаметр анодного пятна 6 см, 2 800 об/мин 750 2 000
Вращающийся анод, диаметр анодного пятна 8 см, 2 800 об /мин 2 500
Вращающийся анод, диаметр анодного пятна 9 см, 5 600 об/мин 1 000 3 600
Рис. 3-2-24С. Изготовление спиральных като-
дов (для рентгеновских трубок) из вольфрамо-
вой проволоки с хлопчатобумажной
оплеткой [Л.135].
Слева — введение в прессформу; справа — спирали
н детали прессформы.
тронного пучка может на короткое время дс к
стигать 3000° С.
Дополнительная обработка и резка воль-
фрамовых заготовок (рис. 3-2-27) должны
производиться с водяным охлаждением инстру-
ментами мз твердых сплавов, таких, как ви-
дна, титанит33 и тизит34, харит35 или тонки-
ми карборундовыми дисками (например, изго-
товление пластинок путем резки штабиков
перпендикулярно их оси). Для .вольфрамовых
дисков и пластин, используемых в качестве
антикатодов, можно применять только наибо-
лее чистый, свободный от газов материал,
кристаллы которого лишь незначительно уве-
личиваются при высоких температурах; мате-
риал не должен растрескиваться при сильной
и очень неравномерной тепловой нагрузке.,
вызванной наличием катодного пятна
(рис. 3-2-25 и [Л. 134]), не должен также на-
рушаться хороший тепловой контакт с мед-
ным держателем. О соединении с медным кор-
пусом посредством заливки в вакууме [Л. 28]
см. § 9-3,VII. Образцы зеркал для антикато-
дов показаны на рис. 3-2-26, 3-2-27, -3-2-27А и
а) б) и)
Рис. 3-2-25. Разрушенные вольфрамовые зеркала
антикатодов.
а — диск проплавлен из-за плохого теплового контакта,
медь выплавилась: б—-прорыв антикатода с линейча-
тым фокусом; медь выплавилась; в—диск перегру-
жен, поверхность вольфрама расплавилась.
3-2-28. Спектр характеристического рентгенов-
ского излучения вольфрама изображен на
рис. 3-2-29 (табл. 3-12-12).
Аноды для вакуумных выссжовольтных
кенотронов с накаленным катодом (см.
рис. 3-3-14А).
Пружины для натягивания
накаленных катодов см. также [Л. 20,
83 Изготовитель: Deutsche Edelstahlwerke, Krefeld.
84 Изготовитель. Metallwerke Plansee, Reutte-
(Tyrol).
85 Изготовитель: VEB Hartmetallwerk Immelborn.
48
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Рис. 3-2-26. Вольфрамовые антикатоды рентгеновских
трубок (изготовитель; Metallwerk Plansee). Вверху:
вольфрамовые диски, впаянные в вакууме в медь (см.
(рнс. 9-3-49); внизу: цельные антикатоды с диаметром
зеркала до 20 мм.
Таблица 3-2-12
Длина волны коротковолновой границы
Лмпп и длина волны А1макс максимума
интенсивности спектра тормозного рент-
геновского излучения вольфрама
при различном напряжении
U, кв ^МНН» о А ^1макс, А и, кв >° = Я *1макс, А
10 1,23 2 100 0,123 0,20
20 0,62 1 200 0,062 0,10
30 0,41 0,6 300 0,041 0,06
50 0,247 0,45 500 0,025 0,045
100 0,123 0,20 1 000 0,012 0,02
21]. Высокая прочность и большой модуль
.сдвига вольфрама при высоких рабочих тем-
пературах; чистый вольфрам можно использо-
вать до 600° С, тарированный вольфрам до
900° С.
Вводы из вольфрамовой про-
волоки или прутков применяются
Рис. 3-2-27. Различные летали из вольфрама, об-
точенные резцами из твердого сплава типа Т1
.zit (диаметр наибольшего диска около 110 мм)
(изготовитель: Metallwerk Plansee).
для ввода тока в баллоны из тугоплавкого
стекла (боросиликатного) вследствие близости
коэффициентов расширения. Поверхность
должна быть хорошо отшлифована (см. также
[Л. 61, 62].
Вводы и контакты из вольфрама
в колбах из тугоплавкого стекла для ртутных
выпрямителей впаиваются непосредственно
в стенку колбы .в виде стержня ити проволо-
ки. Вольфрам в отличие от проволок из CrFe
обладает .малым переходным сопротивлением
в контакте с ртутью и мало распыляется при
зажигании.
Стержни для фокусирования
анодного пятна в выпрямителях с
ртутным катодом делают из вольфрама вслед-
ствие малой скорости его Испарения.
Электроды для ламп с дуго-
вым разрядом, рассчитанные ла рабо-
чую температуру до 2 000° С, изготовляют
в виде массивных (чаще всего шприцованных)
цилиндров диаметром от 1 до 20 лои и приме-
няют в газоразрядных лампах высокого дав-
ления, наполненных парами ртути или инерт-
ными газами (в основном ксеноном), мощ-
ностью от 0,1 до 10 кет.
Дальнейшие подробности и детали кон-
струкции см. гл. 20.
Сетки с большой тепловой
нагрузкой для -электронных
т а м п (минимальный диаметр проволоки 7 мк
рис. 9-3-40D) и ламп накаливания обладают
значительной устойчивостью формы. О золо-
чении см. § 6-5-Х1.
Вакуумные термопары из воль
фрама (в паре с 'молибденом или со сплавом
вольфрама с молибденом) используются
в нейтральной атмосфере до 2 000° С [Л. 108,
115].
В пирометрических лампах3(5
и в эталонных лампах накаливания вольфрам
используют в виде круглой проволоки, наре-
занных полосок или плющенной монокристал-
лической проволоки (рис. 3-2-30 и 9-2-22).
Ленты из тонкой фольги (толщиной 3—5 мк
и шириной <10—150 мк) нарезают с помощью
специальных ножниц.
Стабилизаторы тока с вольфра-
мовой спиралью, наполненные смесью азота и
водорода, рис 3-2-31,7. Пределы изменения
тока при колебаниях величины напряжения
v ламп такой системы не так малы, как у ба-
реттеров с железным сопротивлением, напол-
ненных 'водородом (рис. 3-2-31,// и рис. 5 3-17).
Однако азотоводородная смесь в отличие от
чистого водорода не горюча, а вольфраме
Рис. 3-2-27А. Вольфрамовые зеркала вращающихся ан-
тикатодов рентгеновских трубок (изготовитель;
Metallwerk Plansee).
36 См. [Л. 87, 138].
§ 3-2]
Вольфрам
49
Ряс. 3-2-28. Рентгеновская трубка с вращающимся анти-
катодом из компактного вольфрама.
I — схематичный разрез рентгеновской трубки с вра-
щающимся вольфрамовым антикатодом (изотовитель.
Philips); см. также рис. 4-6 3. 1 — антикатод из вольф-
рама; 2—линейчатый фокус; 3—железный цилиндр для
концентрации силовых линий в роторе; 4—спай стекла
с FeGr цилиндром; 5—медный держатель анода; 6—
накаливаемый катод; 7—-стальной шарикоподшипник;
5—медный ротор; 9— статор (вне лампы); Ю—молиб-
деновый соединительный стержень; II—внешний вид
смонтированного анодного блока. Вольфрамовое зерка-
ло укреплено на молибденовом валу гайкой с контр-
гайкой (фирма padioiogie, Париж); III—внешний вид
рентгеновской трубки с вращающимся анодом (изгото-
витель: Siemens-Reiniger, Erlangen). Блок катода см.
рис. 5-3-14,/I; IV—собранная трубка с защитным ко-
жухом (изготовитель: Machlett Laboratories, США);
см. также рис. 5-2-i7.
вая проволока, особенно если она навита на
опорную изолирующую трубочку, гораздо
устойчивее к ударам и вибрациям, чем же-
лезная.
Лодочки и противни, изготов-
ленные из вольфрамовых 'пластин или штаби-
ков (рис. 3-2-32), применяют для прокалива-
ния при высоких температурах, а также для
испарения летучих веществ в вакууме. Воль-
фрамовая лодочка, наполненная испаряемым
веществом, помещается в соответствующий ва-
Рис. 3-2-29. Эмиссионный рентгеновский спектр вольф-
рамового антикатода в относительных единицах при
рабочем напряжении на трубке 200 кв. На фойе спект-
ра торможения, не зависящего от материала1, видны
линии характеристического К- и £-излучения
вольфрама. 1 * 3
1 Спектр тормозного излучения является исключи-
тельно функцией рабочего напряжения, причем пре-
, О 12 340
дельная длина волны лмин А= —&— , а длина волны
3 °
при максимальной интенсивности ^макс = 5“ ^мии
Для быстрой ориентации служит табл. 3-2-12.
4—2200
50
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
а) б) в)
Рис. 3-2-30. Пирометрические лампы с вольфрамовой
нитью иакала (изготовитель: Siemens и Halske AG).
а — лампа с перекрещивающимися телами иакала: воль-
фрамовая лента и частично расплющенная прокаткой
вольфрамовая проволока; б — обычная лампа, тело на-
кала вольфрамовая лента; в—то же с круглой воль-
фрамовой проволокой. Эталонные лампы для
пирометров, см. рис. 9-2-22.
куумный аппарат и нагревается прямым про-
пусканием тока.
Электроды из чистейшего вольфра-
ма, или .из вольфрама, содержащего '2% оки-
си тория, применяются при гелиево- и аргоно-
дуговой сварке (§ 9-3,IV).
Электроды из тарированного вольфрама
выдерживают более высокие нагрузки, бы-
стрее разогреваются, облегчают зажигание
дуги, обеспечивают большую стабильность ду-
ги, медленнее расходуются и поэтому (осо-
бенно при гелиево- и аргонодуговой сварке,
когда желателен меньший расход защитного
газа) обеспечивают высокую скорость и эко-
номичность процесса [Л. 96].
Электроды для контактной сварки
металлов и сплавов со средней или высокой
теплопроводностью, особенно для импульсной
сварки в обычной или защитной атмосфере.
Поскольку вследствие плохой обрабаты-
ваемости вольфрама из него не удается изго-
П
Рис. 3-2-31. Бареттер с вольфрь
мовым сопротивлением, изготови.
тель: Philips, см. [Л. 30].
1 — схема устройства: 1— воль-
фрамовая спираль; 2—изолирую-
щий штабик; 3—стеклянная кол-
ба, наполненная негорючей сме-
сью водорода и азота; 4— штеп-
сель для откачки; II. Вольт-ам-
периая характеристика. Для срав-
нения пунктиром нанесена харак-
теристика постоянного сопротив-
ления (пример: при изменении на-
пряжения от 30 до 60 в ток ба-
реттера изменяется от 350 до
430 ма, тогда как иа . постоянном
сопротивлении—от
350 до 700 ма).
Рис. 3-2-32. Вольфрамовые лодочки и полочки для про-
каливания (изготовитель Metallwerk Piansee).
товлять сложные электроды и, кроме того, не-
обходимо обеспечить хороший теплоотвод,
применяют комбинированные электроды из
меди и вольфрама. Для этого стержень из
вольфрама закрепляют в медном держателе
так, чтобы он выступал из него лишь на
1—2 мм. Соединение вольфрама с медью осу-
ществляют путем отливки в вакууме или в за-
щитной атмосфере (§ 9-3,VII).
Электроды в виде слоев по-
рошка вольфрама на стекле.
Мелкий порошок вольфрама, взвешенный
в амилацетатном растворе нитроклетчатки, си-
фонным методом наносят в виде тонкого слоя
на внутреннюю поверхность стеклянной труб-
ки. После сушки нитроклетчатку выжитают
в вакууме. Полученный таким способом слой
может служить фотоэлектрическим катодом
в гамма-счетчиках Гейгера-Моллера и обла-
дает хорошим квантовым выходом (подобно
катодам из висмута, применяющимся в этих
же целях. Подробнее см. § 7-8).
§ 3-2]
Вольфрам
51
ЛИТЕРАТУРА
1. A b е g g, Handbuch der anorg. Chemie
4 (1921) Tell 1, 2. Halite «Wolfram» von Jen-
der E-
2. A b о v i 11 e R. De, Rev. Cen. Electr.
37 (1935), 161 (Лампы накаливания с нитью
из вольфрама).
3. AEG (Allg. Electriz.—Ges), DRP 290,
932/13/16 (Газополные лампы накаливания).
4. A g t е С., В е с к е г—R о s е Н. и.
Heyne G., Z. f. angew. Chemie 38 (1925),
1121 (Примеси в вольфраме).
5. A g t е С-, u. Becker К., Physik. Z.
32 (1931), 65 (Модуль упругости вольфрама).
6. Agte С. u. Vacek J., Wolfram a mo-
lybden (tschechisch), Praha, 1954.
7. Alterthum H., Wolfram, Braun-
schweig, 1925
8. A11 e r t h u m H., Elektrotechn. Z. 50
(1929), 1727 (Лампы с вольфрамовым телом
накала).
9. Andrews M., J. Physic. Chem. 27
(1923), 270 (Электросопротивление).
10. Andrews M. u. Dushman S., J.
Physic. Chem. 29 (1925), 462 (Электрическое
сопротивление).
11. Arkel A. E. Van, Reine Metalle,
Berlin 1939, S. 267—282.
12. ASTM (Am. Soc. for Testing Mat.),
В 205—45 T (Испытания вольфрамовой про-
волоки) .
13. ASTM Committee 8 В 4 (10.2.1950)
(Испытания вольфрамовой проволоки на про-
висаемость).
14. Balke С. W., Ind. Engng. Chem. 21
(1929), 1006 (W, Ta, Nb).
15. В апо Е. A., Shaping the Refractory
Metals; Times Rev. Industry (Mai 1949),
S. 25.
16. Barbrow L- E. u. Meyer J. F.,
Bur. Stand. J., Res. 9 (1932), 721 (Расчет
ламп накаливания).
17. Becker К., Z. Physik 42 (1927), 226
(Разупрочнение вольфрама).
18. Beggs E. W., Precision in Manufac-
ture Improves Lamp Quality; El. Journ. 35
(1938), 51—54.
19: Berthold R., Grundlagen der tech-
nischen Rontgendurchstrahlung, Leipzig, 1930.
20- В 1 о d g e 11 К. B. u. Langmuir L,
Rev. Scient. Instr. 5 (1934), 321 (Вольфрамо-
вые спиральные пружины).
21. Blodgett К. В. u. Langmuir I., J.
Opt. Soc. Am. 35 (1945), 108—113 (Вольфра-
мовые пружины для прямонакальных като-
дов).
22. В о е г I. Н. De u. F a s t J. D., Ind.
Chem. 19 (1927), 1256 (Применение вольфра-
ма при получении циркония йодидным ме-
тодом).
23. В о u w е г s A., Z. techn. Phys. 8
(1927), 271 (Мощность вольфрамовых анти-
катодов).
24. Bowen W. L., Swaging (Ковка на
ротационных машинах) Metals Handbook,
Edition 1948, S. 35—36.
25. C i e r i о г г a Н. u. D a w i h 1 W.,
Fortschritta auf dem Gebiet der Wolfram—
Wendelofen ftir hohe Temperaturen; Kera-
mische Rundschau 44 (1936); 171—172, № 15,
4*
Techn. Wiss. Abhandl. a. d. Osram—Konzern
4 (1936), S. 114.
26. С о bl e n t z W. W., Int. Crit. Tables
5 (1929), 238 (Постоянные излучения).
27. С о о 1 i d g e W. D., J. Amer. Inst. El.
Eng. 29 (1910), 961. (Получение компактного
вольфрама методом порошковой металлур-
гии).
28. С о о 1 i d g е W. D., J. Rontgen Soc.
15 (1921), 3787 (Заливка вольфрамовых ан-
тикатодов в вакууме).
29. С г е a s у W. С. u. Wright G., Re-
search 7 (1951), 323—325 (Метод определе-
ния способности вольфрамовой проволоки к
спирализации).
30. D a m L. Р. М. Теп, и. К о 1 k m а п
D., Philips Techn. Rdschau 18 (1956), Heft 1,
21—22 (Бареттеры для люминесцентных
ламп).
31. De Vos J. С., Physica 20 (1954),
690—714 (Спектральная излучательная спо-
собность вольфрама).
32. Dodge Н. L., Physic. Rev. 11 (1918),
311 (Постоянные вольфрама).
33. D г е s 1 е г A., Schmidt R. u. Willen-
berg Н., Techn. Wiss. Abhandl. a. d. Osram-
Konzern 4 (1936), 100—103 (Прибор для ре-
гистрации колебаний сопротивления ' тонких
проволок).
34. D u s с h n i t z В., Elektrotechn. Z. 50
(1929), 1049 (Изготовление вольфрамовой
проволоки для ламп накаливания).
35. Ebert F. u. F 1 a s с h Н., Z. f. anorg.
allg. Chemie 226 (1935), 65—81 (Новые воз-
зрения о природе низших окислов вольфра-
ма).
36. Е s р е W., in С. Agte, Kurs praskove
metalurgie (tschechisch), Lehrgang ftir Pul-
vermetallurgie, Praha, 1951 (Wolfram, S. 160—
173).
37. E s p e W., Hmoty pro elektrotechniku,
Praha, 1950; Werkstoffe der Elektrotechnik,
Berlin, 1954.
38. Fansteel. Met. Corp., Tungsten and
Molybdenum;; Techn. Information, North Chi-
cago, 1950.
39. Fense W., Elektrische Ofen und
Heizkorper aus Wolfram, Braunschweig, 1928.
40. Fonda G. R., Gen. El- Rev. 32
(1929), 206—212 (Прочность вольфрамовой
проволоки при нагревании).
41. Forsythe W. Е. u. Worthing A. G.,
Astrophys. Journal, 61 (1925), 146—185 (При-
менение вольфрама в электровакуумных при-
борах) .
42. Forsythe W. Е. u. Watson E. M.
Journ. Pot. Soc. of Am. 24 (1934), 114—118
(Сопротивление и излучение вольфрама).
43. Forsythe W. E. u. Adams E. Q..
Gen. El. Rev. 39 (1936), 497—500 (Влияние
колебаний напряжения на светоотдачу ламп
накаливания).
44. Forsythe W. Е. u. Adams Е. Q..
Radiation Characteristics of Tungsten and
Tungsten Lamps; Journ. Opt. Soc. Am. 35
(1945), 108—113.
45. G e h 1 h о f f G., Lehrbuch der techn.
Phys., Band III, Leipzig, 1928.
46. Geiss W„ Physica 3 (1923), 232
(Свойства монокристалла вольфрама).
47. Geiss W., Philips Techn. Rundschau
52
Тугоплавкие металлы и сплавы
(Гл. 3
I (1936), 97—101 (Разработка биспиральной
лампы накаливания).
48. G m е 1 i п в, Handbuch der anorgani-
schen Chemie, System № 54, Wolfram, 8-
Aufl., Berlin, 1933.
49. Goetz el C. G., Treatise on Powder
Metallurgy, New York, 1950.
50. Goodwin B. u. G r e e n i d g e С. T.,
Metal Progress, 59 (1951), 812—814, (Дуговая
плавка вольфрама).
51. Goucher F. S., DRP 399, 896/1921
(Изготовление иепровисающего вольфрама).
52. Gross R., Jb. Radiolog. 15 (1918),
270 Метод получения монокристаллов воль-
фрама) .
53. Halberstandt, Techn. Mitt. Rontgenbet-
riebe 1933, № 14, I (Вольфрамовые антика-
тоды).
54. Harrison J. S., Production of Mo-
lybdenum and Tungsten for Radio Valves and
Electric Lamps Metallwork Plansee, Reutte
(Tirol); BIOS Report № 684, London 1945, vgl.
A. CIOS ХХХ-в.
55. H i d n e r t P. u. Sweeney W. T., Sci-
entific Papers of the Bureau of Standards,
№ 515 (1925) (Тепловое расширение воль-
фрама).
56. Horsfall J. C., Ceram. Bull. 29
(1950), 314 (Нагревательные элементы, обли-
цованные керамикой).
57. Hoyt S. L„ Metal and Alloys 6
(1935), 11—18 (Дуктильный вольфрам).
58. Jakobin R. u. Koref F., DRP 371,
623/21/23 (Непровисающий вольфрам).
59. J e f f r i e s, Z., Trans. Am. Inst. Min.
Met. Eng. 60 (1919), 474 (Механические свой-
ства вольфрама в интервале от 0 до 900°С).
60. J е f f г i е s Z., Trans. Am. Inst. Min.
Metallurgy Engr. 60 (1919), 588 (Металлогра-
фия вольфрама; непровисающий вольфрам).
61. Johnson R. P., White A. B., u.Nel-
son R. B., An Engine for Smoothing Small
Tungsten Wires; Rev. Scient. Inst. 9 (1938),
253—255.
62. J о h n s о n R. P., Construction of Fi-
lament Surfaces; Phys. Rev. 54 (1938), 459—
467.
63. Jones, H. A., Chem. Metallurg.
Engng. 22 (1920), 9 (Получение вольфрама;
чистота вольфрамового порошка).
64. Jones Н. A., Phys. Rev. 28 (1926),
202—207 (Сопротивление и излучение воль-
фрама в интервале температур 273—3655° К).
65. J о n е s Н. A. u. Langmuir I., Gen.
El. Rev. 30 (1927), 310—319, 354—361, 408—
412 (Зависимость свойств (вольфрама от
температуры).
66. J о п е s Н. A., Langmuir I. и.
Mackay G. М., Phys. Rev. 30 (1927), 201—
214 (Давление паров вольфрама).
67. Jones W. D., Powder Metallurgy,
London, 1937.
68. Kers ch a gl R., Metall 7 (1953),
373—375 (Получение, свойства и применение
вольфрама).
69. Kieffer R. u. F. Benesovsky, Wol-
fram, seine Metallhirgie, Eigenschaften und Ver-
wendung; Elektr. und Maschinenbau (E+M), 65
<1948), 17—24.
70. К i e f f e r R. u. N a c h t i g a 11 E.,
Festschrift W. C. Heraeus. Hanau, 1951
(Защита поверхности тугоплавких металлов).
71. Kohl, W. H., Materials Technology
for Electron Tubes, New York, 1951 (Коль В.,
Технология материалов для электровакуум-
ных приборов, Госэнергоиздат, М.—Л., 1957).
72. Knepper, Е., Die Fabrikation und
Berechnung der modemen Metalldraht—Gliih-
lampen, Leipzig, 1926.
73. Knepper, E., Die Fabrikation von
Wolframdrahten fur el. Gltihlampen und Ra-
diorohren, Leipzig, 1930.
74. К о p e I m a n B., Sylvania Technolo-
gist 2 (1949), 13—16 (Очистка вольфрамовой
проволоки от аквадага).
75. Ко reeky J. u. Pospisil R., Vzacne
kovy v technice, Praha, 1948.
76. Korecky J., Wolfram a molybden v
elektrotechnice, Elektrotechn, obzor 37 (1948),
224—228.
77. Koref F. u. Moers R., DRP 424,
879/1926 (Изготовление непровисающего
вольфрама).
78. Koref F., Uber den Einfluss der
Kristallstruktur auf die Formbestandigkeit von
W—Leuchtkorpern; Z. S. techn. Phys. 7
(1926), 546—547 (Непровисающий воль-
фрам).
79. Koref F. u. Plaut H. C., Uber die
Lebensdauer der luftleeren und gasgefflllten
Wendellampen und die Ursachen ihres Durch-
brennens, Z. f. techn. Phys. 11 (1930), 515.
80. К u r 1 a n d e r J. H., Radio Panel
Lamps and their Characteristics; Proc. Inst.
Rad. Eng. 24 (1936), 584—590 (Кристалличе-
ская структура непровисающей и провисаю-
щей вольфрамовой проволоки).
81. Langmuir I., Journ. Am. Chem.
Soc., 35 (1913), № 931; Z. f. anorg. allgem.
Chemie 85 (1914), 261 (Образование WN2 при
взаимодействии испаренных атомов вольфра-
ма с молекулами азота).
82. L a n g m u i r, I. u. Taylor J. B.,
Radiation and Absorption of Energy by Tung-
sten Filaments at Low Temperatures; J. Opt.
Soc. Amer. 25 (1935), 321—325.
83. Langmuir, I. u. Taylor J. B., Phys.
Rev. 50 (1936), 68—87 (Теплопроводность
вольфрама).
84. Lax E. u. Pirani M., Wolfram; Lehr-
buch der Techn. Phys., Band 3, Leipzig, 1929.
85. L a x E. u. Pirani M. in Geiger—
Scheel, Handbuch der Physik, 19 (1929), 351
(Светотехника).
86. L a x E. u. Pirani M. in Geiger-
Scheel, Handbuch der Physik, 19 (1929), 440
(Срок службы вольфрамовой проволоки).
87. Lax Е. u. Pirani M. in Geiger-
Scheel, Handbuch der iPhysik, 19 (1928), 400
(Пирометрические лампы).
88. Lee J. A., Chem. Engng. 55 (1948),
110—112 (Краткое описание процесса получе-
ния порошка вольфрама фирмы Fansteel).
89. Levi R., Philips Techn. Rundschau
17 (1956), 305—309 (Обработка резанием по-
ристого вольфрама после пропитки его
медью).
90. Li К. С. u. Wang Ch. Y., Tungsten,
2. Aufl., New York 1947.
91. Liempt J. A. M. u. Geiss H. W.,
DRP 529, 338/24/31 (Применение молибдено-
вых кернов при спирализации вольфрама).
§ 3-2]
Вольфрам
53
92. Manders, Th- J. J. A., Philips
Techn. Rundschau 8 (1946), 72—81 (Кино-
проекционные лампы накаливания).
93. M e i j e г i n g J. L. u. Rieck H. D„
Philips Techn. Rundschau 19 (1957/58), 113—
121 (Механизм рекристаллизации иепровиса-
юшего вольфрама).
94. М е n t J. D е u. Dake Н. С., Rarer
Metals, New York, 1946.
95. M e s n a r d G. u. U z a n R., Le Vide
5 (1950), 896 (Очистка вольфрамовой прово-
локи для электровакуумных приборов).
96. Metallwerk Plansee, Wolfram. Tech-
nische Informationsschrift, Reutte (Tirol),
1954.
97. M i c h e 1 s W. C. u. Cox M., Physics
7 (1936), 153—155 (Теплопроводность воль-
фрама).
98. Millar P. S., The Qualities of In-
candescent Lamps; Engineering 55 (1936),
Kir_____Коо коп
99. Millner T. u. Tury P., Wolfram
gyartas (Получение вольфрама), Memoki
Tovabbkepzo Intezet 26, Heft 42 (1944).
100. Millner T-, Acta Techn. Hung. 17
(1957), 67—112, 289—304 (Изготовление про-
волоки для электровакуумных приборов).
101. Moers К. u. Sichling К., Werk-
stattstechnik und Werksleiter 30 (1936), 21—
23 (Волочение тончайшей вольфрамовой про-
волоки).
102. Moore G. Н., Journ. Chem. Phys.
9 (1941), 427—431 (Восстановление вольфра-
ма в ваиаууме).
103. N а с h t i g а 11 E„ Powder Met. Bull.
6 (1951), 26 (Механические свойства воль-
фрама).
104. N a c h t i g a 11 E., Z. Metallkde 43
(1952), 23—26 (Свойства вольфрама).
105. Nachtigall E-, in Benesov-
sky F„ 2. Plansee—Seminar «Warmfeate und
korrosionsbestandige Sinterwerkstoffe», Reutte
(Tirol), 1956 (Процесс рекристаллизации мо-
либдена и вольфрама).
106. Nat. Bur. of Standards, Mechanical
Properties of Metals and Alloys; Nat. Bur.
Stand—Circular C 447, Washington, 1943.
107. Nelson R. C., Sylvania Technolo-
gist 10 (1957), Ns 3, S. 78—83, «The Utiliza-
tion of Tungsten for High Purity Applications»
(Роль примесей в вольфрамовой проволоке
для ламп накаливания).
108. Northrup Е. F., Met. chem. Eng-
11 (1913) 45 (Термопара W-Mo).
109. Norton F. J. u. Marshall A. L.,
Transact Am. Inst. Min. and Met- Eng. 156
(1944), 351—371 (Обезгаживание .металлов).
110. О г n s t e i n L. S., Tables of the
emissivity of tungsten as a function of wave-
length in the region of temperature 1 600—
3 000°K; Physica 3 (1936), 561—562.
111. Osborn R. H., Thermal Conducti-
vities of Tungsten and Molybdenum at Incan-
descent Temperatures; J. Opt. Soc. Am. 31
(1941), 428—432.
112. Pfanner W. G-, Electropointed
Tungsten Wires; Bell Lab. Record 26 (1948),
205—208.
113. Pintsch-AG, DRP 291, 994/13/16 (По-
лучение монокристаллического вольфрама).
114. Pi rani M., Elektrothermie, Berlin,
1930.
115. Pi rani M. u. Wangenheim G. V.,
Z. techn. Phys. 6 ;(1925), 358 (Термопара
W-WMo).
116. Ptitzyn S. W., J. Techn. Phys,
(russ.), 4 (1936), 1189—1194 (Птицын С. B.,
Журн. техн, физ., 4 (1936), 1189—1194, Газо-
отделение вольфрама при нагревании в ва-
кууме).
117. Reimann A. L., The Evaporation
of Atoms, Ions and Electrons from Tungsten;
Phil. Mag. 25 (1938), 834—848.
118. A. P e й м а н, Термоионная эмиссия, пе-
ревод Б. М. Царева, Гостехиздат, Москва
(1940).
119. Robinson С. S., Rate of Crystal
Growth in Drawn W—Wires as a Function
of Tepmerature; J. Appl. Phys. 13 (1942),
647—651.
120. R о i g R. u. Collet E., Compt
Rend. Acad. Sciences 234 (1952), 1677 (Сере-
брение вольфрамовой проволоки).
121. Romp L, Ingenieur (Den Haag), 68
(1956), Heft 2, S.0.1—0.6 (Печи сопротивле-
ния с вольфрамовыми и молибденовыми на-
гревателями).
122. Rutgers G. A. W., u. De Vos J.С.,
Physica 20 (0954), 715—720 (Соотношение
между истинной и иркостной температурами
вольфрама).
123. Schaller О., Z. f- angewandte
Chemie 30 (1917), 71 (Монокристаллическая
вольфрамовая проволока).
124. Schein S., a. Forbes J. W., The
Fabrication of Tungsten Wire; Wire, Oktober,
1947.
125. Schriever W., Physic. Rev. 23
(1924), 255 (Модуль сдвига вольфрама).
126. Schroter F., Die Glimmiampe und
ihre Schaltungen, 3. Aufl., Leipzig, 1932.
127. Schwarzkopf P., Powder Metal-
lurgy, New York, 1947.
128. S e d 1 a t s c h e k K. u. D. A. Thomas,
Tlanseeberichte fGr Pulvermetallurgie 5 (Ap-
ril, 1957), 27—32 (Улучшение механических
свойств вольфрамовых штабиков путем элек-
тролитической полировки).
129. Ska Пр у F., Metallkeramik, 3. Aufl.,
Berlin 1943, 4, Aufl., Weinheim a. d. B. 1950.
130. Smithell s C. J., Inst. Met. Lon-
don, 27 (1922), 107 (Примеси в вольфраме,
окись тория).
131. Smit hells С. J., Tungsten, A
Treatise on its Metallurgy, Properties and Ap-
plications, London, 1926 a. 1945, 3. Aufl., Lon-
don, 1952. (Колин Д-, Смнтелс., Вольфрам,
пер. с англ., Металлурпиздат, Москва, 1958).
132. Tesen, D. Ё., Report on Tungsten
and Molybdenum Wire; Fiat Report, № 413,
London, 1945.
133. U11 m a n n F., Enzyklopadie der
techn. Chemie, 5. Aufl., Wien, 1930.
134. Ungelenk A., Fortschr. Ront-
genstr, 49 (1934), 166 (Вращающиеся воль-
фрамовые антикатоды).
135. Ungelenk A. u. Wiehr J., Z. VDI
74 (1930), 431 (Производство рентгеновских
трубок).
136. Ungelenk A-, IV. Intemationaler Ra-
54
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
diologen—Kongress, II, Zurich, 1934 (Нагруз-
ка вольфрамовых антикатодов).
137. Vi п с е n t i s Н. De u. Dedrick
J., Sylvania Technologist 4, № 1 (1951), 6
(Рекристаллизация вольфрамовой проволо-
ки).
138. V о о g d J., Tungsten Ribbon Lamps
for Optical Measurements; Philips Tech. Rev. 5
(1940), 82—87.
139. W a h 1 i n H. B. u. L. V. Whitney,
Pfyys. Rev. 50 (1936), 735 (Скорость испарения
вольфрама).
140. Wegener A., Die Herstellung der
Osramlampen, Berlin, 1927.
141. W e i g e 1 R. G. u. К n о 11 О. H„ Das
Licht 13 (1943), 112—118 (Структурные иссле-
дования вольфрамовых тел накала).
142. Wendt Н., Z. VD1, 77 (1933), 853
(Вращающиеся антикатоды).
143. Westinghouse, Ost. Pat. 41, 247/06/10
(Присадка тория к вольфраму).
144. Woods Н. W., Metal Progress 51
(1947), 261.
145. Wretblad Р. Е. in Wulff J.,
Powder Metallurgy, Cleveland 1942, S. 433
(Объяснение механизма образования структу-
ры непровисающего вольфрама. См. также
[Л. 47; т. 2, стр. 21]).
146. Y n t е m a L. F. u. Percy A. L., Rare
Metals Handbook (Стр. 483, «Вольфрам»).
147. Z w i k k e r C., Eigenschaften von W
bei hohen Temperaturen; Dissertation Amster-
dam, 1925: s. a. Kon. Akad. von Wetenschappen
Amsterdam, 28 (1924), 499.
3-3. МОЛИБДЕН
[Л. 2, 3, 18, 22, 23, 26, 34, 36, 37, 43, 45, 54,
70, 77, 81, 86]
Обработка руды. Компактный молибден,
используемый в вакуумной технике, подобно
вольфраму обычно получают из .металлическо-
го порошка. Наиболее важными рудами
являются молибденовый блеск (MoS2) и вуль-
фенит (РЬМо04), крупные месторождения ко-
торых находятся в Колорадо (США)37, Кана-
де и Чили, более мелкие — в Европе (Норве-
гия).
В продажу поступают флотированные
концентраты молибденового блеска, содержа-
щие 50—55% Мо и концентраты вульфенита
с содержанием '15—00% Мо. Сульфидные
руды путем обжига на воздухе переводят
в технически чистый окисел, содержащий,
однако, 10—115% породы. Дальнейшая пере-
работка до более или менее чистой молибде-
новой кислоты производится химическими за-
водами.
Для целей вакуумной техники чистейшую
трехокись 'молибдена получают из спеченных
концентратов и загрязненных окислов (боль-
шей частью с отходами производства молибде-
на) в основном методом сублимации. Окись
молибдена (МоОз) уже при 700° С испаряется
настолько интенсивно, что этим методом мо-
жет быть получен весьма чистый и мелкозер-
нистый продукт. Благодаря тому, что лримеси
при этой температуре почти не улетучиваются.
” Climax Molybdenum Comp, в Клаймаксе, Коло-
радо.
Рис. 3-3-1. Схема устройства для сублимации окиси
молибдена [Л.79]. а—расплавленный концентрат молиб-
дена: b — кварцевая трубка: с — молибденовый спираль-
ный нагреватель: d— изоляция (50% об. порошка дре-
весного угля и 50% об. порошкообразного А12О3): е—
наружный кожух печи; f — устройство для вращения
с приводом: g—отсос: h—вентилятор; I—фильтр: k —
разделитель; I—сборник окиси молибдена;
ш—трубопровод сжатого воздуха.
возможно полное их отделение (SiO2, Ре20з
и т. д.).
Процесс получения чистой МоОз спосо-
бом сублимации, применяемый в настоящее
время на крупных заводах, схематически изо-
бражен да рис. 3-3-1. Загрязненную окись
молибдена или богатый молибденом спечен-
ный концентрат плавят в кварцевых тиглях,
помещенных в наклонную вращающуюся печь
с молибденовыми нагревательными элемента-
ми. При '1 000—! 100° С в тигли вдувают сжа-
тый воздух; появляющиеся желто-зеленые
пары окиси молибдена отсасывают и собирают
в фильтрах. Полученный таким образом весь-
ма мелкий порошок окиси молибдена содер-
жит в зависимости от примененного сырья ма-
ксимально 0,05% примесей в виде кремниевой
кислоты, окиси железа, извести и щелочей
(табл. 3-3-1). Многократным повторением воз-
гонки чистоту окиси молибдена можно еще
повысить.
§ 3-3]
Молибден
55
Таблица 3-3-1
Состав молибденовой кислоты для про-
изводства металлического Мо, исполь-
зуемого в вакуумной технике [Л. 79]
Примесь Очищенный химически Очищенный методом возгонки
FeaO3 0,038 = 0,03
A1SO3 0,024 1
CaO — 1
Щелочи 0,09 ) 0,02
SiO2 He обнаружена I
P 0,005 Не обнаружен
S Отсутствует Следы
As Отсутствует Отсутствует
Получение металла. Восстановление окиси
молибдена38 производится водородом в обо-
греваемых электричеством туннельных печах-
продвижках .при '1000—4 100° С. Чтобы устра-
нить образование слишком крупных кристал-
лов под (действием паров воды, сначала вос-
станавливают молибденовый ангидрид при
€00—700' С до виннокрасного МоОг, а на сле-
дующем этапе до металлического порошка
молибдена. Только точным соблюдением най-
денных оптимальных условий .восстановления
(температура, время, количество и качество
водорода) во всех случаях можно обеспечить
получение материала, который давал бы
после спекания дуктильный молибден. Гото-
вый молибденовый порошок39 просеивают и
обрабатывают дальше, так же как вольфрам
(см. § 3-2), металлокерамическим способом.
Наивысшая температура сварки прессованных
заготовок, которые обычно имеют размер
15X15X500 мм .при давлении прессования 2—
6 т/см2 и которые в отличие от вольфрама не
нуждаются в предварительном спекании, до-
стигает 1 900—(2 0003 С. Сварка производится
прямым пропусканием электрического тока
в атмосфере водорода. Одновременно можно
сваривать до шестнадцати прессованных шта-
биков (рис. 3-3-1А).
В последнее время фирме Вестингауз
удалось получить из молибденового порошка
с зерном 1—2 мк молибденовые болванки ве-
сом до 175 кг путем спекания в обычных пе-
чах с молибденовым ленточным нагревателем
в течение 4,5—3 ч при температуре только
1 500—1 700° С благодаря тому, что во время
спекания вместо сухого водорода использова-
ли насыщенный водяными парами при 20—
40"' С водород40. Таким путем удалось изгото-
38 При одновременном производстве вольфрама
и молибдена необходимо тщательно следить за тем,
чтобы как при изготовлении порошка, так и при
дальнейшей обработке предотвратить малейшее за-
грязнение молибдена юледаимн ‘вольфрама, так как
иначе невозможно избежать (нестандартности изделий
из молибдена.
39 Примерный состав молибденового порошка
хорошего качества (данные в вес. %): W—0,03;
Fe — 0,022; Si — 0,025; остальное Мо [Л. 60].
40 [Л. 56]. См. [Л. 24, 62]. При этом между ме-
таллическим порошком и окружающей средой проис-
ходит химическая реакция, которая повышает подвиж-
ность атомов без повышения температуры и таким
образом обеспечивает опекание и усадку уже при
низких температурах.
Рис. 3-3-1 А. Устройство для одновременной
сварки 16 молибденовых штабиков прямым про-
пусканием тока в чистом водороде; водоохлаж-
даемый колпак поднят (Metaliwerk Plansee).
вить молибденовые штабики (99,9% Мо) диа-
метром до 18 см и длиной до 75 см и пласти-
ны величиной 50X90 см2.
С 1943 г. пластичный молибден вырабаты-
вают в болванках весом до нескольких
сот кг (в последнее время до 1 000 кг) путем
выплавки в вакуумных дуговых печах41 [Л. 25,
28, 55, 56, 57, 67, 88].
Один из полученных таким методом слит-
ков молибдена весом 50 кг показан на
рис. 3-3-1В. Для его получения были исполь-
зованы установки, подобное изображенным на
рис. 3-5-3 и 9-2-6В. На дно медной излож-
ницы помещается пластина толщиной 15 мм.
изготовленная из литого молибдена. Между
этой пластиной и электродом, представляю-
щим собой прессованный, а иногда и слабо
спеченный молибденовый штабик, возбуждает-
ся дуговой разряд в вакууме порядка 10_4мм
рт. ст., для чего электродом слепка касаются
пластины. Плавление электрода происходит
сравнительно быстро. Так, для получения
слитка диаметром 140 мм и длиной 300 мм
(вес около 50 кг) требуется всего 40 мин. На-
пряжение дуги меняется от 30 до 60 в, в за-
висимости от поперечного сечения и материа-
ла электрода, сила тока составляет 1 000—
4 000 а. Поскольку литой молибден в отличие
от полученного методом порошковой метал-
лургии обладает резко выраженной крупно-
кристаллической структурой (рис. 3-3-il'C,l
и II), то уже при малом содержании кислоро-
да (0,002—0.004%) наблюдается образование
пленок на границах зерен |(рис. 3-3-1С,Ш).
Их присутствие 'может вследствие возникнове-
« Первый изготовитель: Climax Molybdenum Comp.
56
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Рис. 3-3-1В. Слиток дуктильного молибдена весом 50 кг. Полученный дуговой
плавкой в вакууме. МасштаЗ в миллиметрах (Metal)werk Plansee).
ния расслоений затруднить или сделать во-
обще невозможной дальнейшую обработку
слитков ковкой и прокаткой. Поэтому при
плавке молибдена для изготовления электро-
дов следует использовать либо порошки
с очень малым содержанием кислорода, либо
добавлять к ним в качестве раскислителя
определенное количество углерода. Возможное
иногда присутствие избытка углерода влияет
не так сильно, как кислород, поскольку угле-
род концентрируется по границам зерен в виде
шаровидных включений карбидов.
Дальнейшая обработка окончательно сва-
ренных штабиков аналогична обработке воль-
фрама, но проводится при более низких тем-
пературах: обработка штабиков при 11 400—
1'100° С, горячая прокатка толстых листов
примерно при 1 070° С и ниже (в зависимости
от толщины), протяжка проволок диаметром
1—0,3 мм при 600—500° С, меньших диамет-
ров — при 500—300° С; проволоки диаметром
0,1—0,03 мм можно протягивать в холодном
виде. В отличие от вольфрама молибденовые
проволоки протягивают обычно на станках
многократного волочения (рис. 3-3-2); в связи
с этим производительность станков больше и
производственные расходы меньше. При диа-
метре проволоки до 0,3 мм используют филье-
ры из твердых сплавов, при меньших диа-
метрах — алмазные фильеры.
Микроструктура сваренного, прокованного
и протянутого молибдена изображена на
рис. 3-3-3; сходство их с соответственными
структурами вольфрама (рис. 3-2-6) несомнен-
но, однако волокнистая структура тянутых
молибденовых проволок (диаметром 0,2 мм)
выражена менее резко, чем у вольфрамовой
проволоки диаметром 0,6 мм. Из молибдена
могут быть изготовлены ленты толщиной до
15 мк с различным качеством поверхности. По
данным VEB Schaltgeratewerk Werder (ГДР),
их твердостью и обрабатываемостью можно
управлять по желанию, меняя условия отжига
после .прокатки. Изменение удельного веса и
прочности молибдена по мере его обработки
показано на рис. 8-З-ЗА и З-'З-ЗВ
Компактный чистый металл имеет сереб-
ристо-белый цвет 'и содержит максимум около
0,005—0,01% Fe, меньше, чем 0,003% С и око-
ло 0,0'15% других нелетучих примесей [Л. 50].
До иастоящего времени в вакуумной тех-
нике еще не возникла необходимость измене-
Рис. 3-3-1 С. Структура литого и металлокерамического
молибдена (ЮХ) [Л.7].
I—Мелкокристаллическая структура металлокерами-
ческого молибдена; //-“Крупнокристаллическая струк-
тура литого молибдена; ///—Литой молибден с пленка-
ми окислов по границам зерен.
§ 3-3]
Молибден
57
Рис. 3 3 2. Станок для многократного* волочения
молибдена.
ния кристаллографических свойств молибдена
с помощью присадок, как это делается с «воль-
фрамом, и не только потому, что молибден
вследствие большей •скорости испарения очень
редко используется выше температуры рекри-
сталлизации, но и оттого, что незначительная
рекристаллизация в отличие от вольфрама не
делает материал более хрупким, а наоборот,
повышает его пластичность (см. следующий
раздел).
Добавление примесей ряда металлов по-
зволяет существенно повысить температуру
рекристаллизации. Так, присадка 0,5% Zr при
длительности отжига 1 ч повышает темпера-
туру рекристаллизации с 850° С (чистый Мо)
до 1220° С (см. рис. 3-3-5А).
Литой молибден обладает иной структу-
рой и обрабатывается иначе, чем спеченный.
Поскольку молибден, полученный дуговой
плавкой, обладает максимальной плотностью
Рис. 3-3-3. Микроструктура молибдена
(200Х). (Metallwerk Plansee).
I—сваренный и необработанный штабик;
II—прокованный и слабо отожженный
штабик; III—неотожженная молибдено-
вая проволока диаметром 0,2 мм.
Г/см3
13
12
11
ю
9
8
7
6
5
3
2
Крупнокристаллический
9.2
9,4
Мелкокристаллический
10.20 10.28
1002 10,03
Ф2мм
10.06
0,5
0,05
6.7
6.3
Сварка
Порошок
Прессова-
ние
Ковка
(порошко-
вый Мо)
Протяжка
(порошковый. Мо)
2.0
Степень деформации
Рис. 3-3-3А.'1 Изменейие^плотности у спеченного (сплошная кривая)
и литого (пунктирная^ кривая) молибдена в процессе обработки
[Л.7].
(рис. З-З-ЗА, пунктирная кривая), его следует
вначале 'подвергнуть механической 'обработке
при температуре от 1 500 до 1 800° С до сте-
пени деформации 40—60%. Это позволяет
затем .путем рекристаллизации превратить его
Рис* З-З-ЗВ. Прочность на разрыв
при комнатной температуре иеотожжен-
ной молибденовой проволоки в зависи-
мости от ее диаметра
(Metallwerk Plansee).
Г
9,7 х
Литой мплиЁйе^
1
О
58
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
«Рис. З-З-ЗС. Микроструктура прокатанной молибденовой
жести при различных режимах отжига [Л.60].
I —950° С, 9 ч: неизменившаяся структура прокатки;
II— 1 200° С, 15 мин: частичная рекристаллизация; III—
1 200° С, 30 мин: полная рекристаллизация; IV—1 200° С,
120 мин: вторичный рост зерен.
Физические свойства и обрабатываемость.
Наиболее важные данные приведены
в табл. 3-3-2 и 3-3-2А и табл. 3-3-3.
Перекристаллизованный молибден по
своим механическим свойствам после обра-
ботки подобен вольфраму, в рекристаллизо-
ванном состоянии его свойства аналогичны
свойствам обычных пластичных (дуктильных)
металлов. Между вольфрамом и молибденом
есть существенное различие, заключающееся
в том, что рекристаллизованный вольфрам
всегда хрупок при комнатной температуре,
в то время как прочность молибдена и его
пластичность можно изменять по желанию пу-
тем умеренной рекристаллизации42. Кратко-
временным отжигом холоднотянутой жесткой
молибденовой проволоки при 1 400° С удается
получить мелкозернистую рекристаллизован-
ную структуру (рис. З-З-ЗС,///), снизить вре-
менное сопротивление разрыву и очень
сильно увеличить относительное удлинение
(рис. 3-3-4). При этом необходимо обращать
внимание на то, чтобы при слишком длитель-
ном или протекающем при слишком высокой
температуре отжиге не образовывались чрез-
мерно крупные зерна (рис. З-З-ЗС,/V7), кото-
рые вызывают ухудшение механических свойств
(рис. 3-3-4) при высоких температурах. Как
видно, температурной обработкой можно ме-
нять временное сопротивление разрыву и отно-
сительное удлинение в широких пределах
(рис. 3-3-5, см. также табл. 3-3-5 и 3-3-5А);
что необходимо, например, при навивании се-
ток из молибденовой проволоки.
Прочность молибденовой проволоки на
разрыв может быть значительно увеличена
путем введения малых присадок других ме-
таллов, особенно 0,5% Zr и 3% Nb
(рис. 3-3-5А).
Рис. 3-3-4. Зависи-
мость временного
сопротивления раз-
рыву azg и отно-
сительного удлине-
ния 3 молибдено-
вой проволоки диа-
метром i мм при
20° С от темпера-
туры Ту предвари-
тельного отжига
в водороде в тече-
ние 10 мин [Л.66].
структуру в мелкокристаллическую, что делает
возможной такую же дальнейшую обработку,
как и молибдена, полученного металлокерами-
чеокм [Л. 7]. Различия в методе получения ис-
ходного материала совершенно не влияют на
свойства сильно деформированных изделий
(штабики, проволока, лента) из литого и спе-
ченного молибдена [Л. 5].
Обработка молибденовых проволок. Спи-
рализация проволоки и прокатка тонкой жести
после необходимого отжига возможны при
комнатной температуре. Для обработки жести
42 Температура перехода сильно деформирован-
ного молибдена от хрупкого состояния к пластичному
лежит в пределах от —200° С до —60° С. Для рекри-
сталлизованного металла эта температура составляет
около 0° С [Л. 69].
§ 3-3]
Молибден
59
Рис. 3-3-5. Взаимосвязь между временным сопротивле-
нием разрыву сг^ и относительным удлинением 5 для
различных сортов проволоки (длина испытуемого образ-
ца 250 мм, диаметр 0,125 мм) см. также f Л-53].
толщиной 0,5—'1 мм (необходима температура
‘90—rl60° С, для жести более толстой ‘рекомен’
дуется нагрев от 480 до 540°С43. (См. также
рис. 3-3-6—3-3-6С).
Прокатанную в двух взаимно-перпенди-
кулярных направлениях молибденовую ленту
Рис. 3-3-5А. Зависимость временного сопротивления
разрыву czp и относительного удлинения 5 молибдено-
вой проволоки, содержащей небольшие примеси других
элементов, от температуры Ту предварительного отжи-
га в водороде в течение 1 Длина образца 100 мм,
диаметр 0,12 мм [Л.69].
удается изгибать на '180° на керне, радиус ко-
торого равен толщине ленты.
Гибка штабиков должна производиться
при температурах от 100 до 500° С (темпера-
тура возрастает при увеличении диаметра)
43 Очень подробный обзор различных способов
обработки молибденовых пластин .и болванок содер-
жится в [Л. 10, 84].
Рис. 3-3-6. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву azg (I) и относительного удлинения 6 (II) молиб-
деновой проволоки1 от температуры Гд (Кривые 1—3
по данным [Л.85], кривая 4—по данным [Л.36], кривые
5—7 по данным [Л. 58], кривые 8—10 по данным [Л.27])
см. также рис. 9-6-1.
/—молибден, полученный методом порошковой ме-
таллургии. I—проволока, тянутая при 1 300 — 1 400° С;
степень деформации 93%, неотожженная (волокнистая
структура); 2—то же, что и /, но отожженная в атмо-
сфере водорода током, сила которого равнялась 65%
тока переплавки, в течение 2 сек; средний диаметр
зерна 5,3 мк; 3—то же, что и 1, но отожженная в ат-
мосфере водорода в течение 5 сек при токе, равном
90% от тока переплавки, средний диаметр зериа 30 мк;
4—проволока диаметром 0,6 мм; 5 — проволока диамет-
ром 0,3 мм, слабо отожженная после вытяжки (относи-
тельное удлинение 5 около 17%); 6—то же, что и 5, но
„полностью" отожженная (вплоть до порога рекристал-
лизации); 7—то же, что и 5, но отожженная до полной
рекристаллизации; II —литой молибден, 8 — горячека-
таный; 5—то же, но отожженный при 1 0^0° С; 10—то
же после рекристаллизационного отжига при 1 200° С.
1 Соответствующие данные для прокованных мо-
либденовых штабиков диаметром 3—12 мм см. [Л.50]«
осторожно и медленно. Рекомендуется упо-
треблять деревянный молоток либо устройство
для гибки, работающее без резких усилий.
Радиусы изгиба должны быть возможно боль-
шими. Они не должны быть меньше диаметра
штабика.
Соблюдение .этих условий необходимо так-
же при выдавливании, штамповке и глубокой
вытяжке молибденовых лент.
Глубокую вытяжку 'мягко отожженной
жести удается производить приблизительно на
20% сечения с отжигом между опдельными
операциями [Л. 84]. При этом на практике
оправдал себя предварительный нагрев
инструмента инфракрасными лучами.
60
Тугоплавкие металлы и сплавы
(Гл. 3
Рис. 3-3-6А. Твердость по Виккерсу (НуО молибденовых
дисков толщиной 2 juju, полученных горячей прокаткой
из квадратного штабика, в зависимости от температу-
ры ТА [Л.58, 59].
1 —прокатаны и отожжены 10 мин при 1 000° С; 2—пол-
ностью рекристаллизованы при 1 400е С, 30 мин.
Для изготовления инструмента желатель-
но использовать алюминиевую бронзу или
другой материал с подходящим коэффициен-
том трения. При работе со стальными инстру-
ментами рекомендуется использовать низко-
вязиие масляные смазки. При глубокой вы-
тяжке -после первой ступени площадь сечения
должна составлять не менее 60% от исходной.
Число операций при вытяжке должно быть
минимальным.
Для устранения напряжений достаточно
З-г-5-минутного межоперационного отжига
(в водороде) при 950—980° С; более длитель-
Рпс. 3-3-6В. Зависимость твердости по
Виккерсу (7/yj) молибденовой жести от
ее толщины d (т. е. от степени деформа-
ции W) по [Л.87].
Рис. 3-3-6С. Зависимость глубины вытяжки по Эриксену
hgr молибденовой жести от ее толщины d.
(Metallwer k Plansee).
I—жесть хорошего качества, допуск ±10%; II—жесть,
специально предназначенная для глубокой вытяжки,
допуск + 10%—0%.
иое нагревание или более высокая температу-
ра отжига пластин или других «изделий из мо-
либдена .вызывает хрупкость. Напротив, при
температуре ниже 1000° С допустим более
длительный отжиг для устранения напряже-
ний, причем температуру можно снизить даже
до 7,30° С.
Для штамповки лент требуется инстру-
мент с острыми кромками. Тупые кромки сми-
нают ленту и могут привести к ее растрески-
ванию. Желателен предварительный подогрев
лент. Температуры при этом зависит от тол-
щины лент и примерно равны тем, которые
применяются при гибке (Ом. выше).
При штамповке также рекомендуется под-
держивать инструмент при повышенных тем-
пературах, напревая его специальными лам-
пами или инфракрасными излучателями. Изде-
лия с толщиной стенок более 1,2 мм следует
штамповать с припусками и затем доводить
до требуемых размеров путем механической
обработки, причем резание в этом случае
должно осуществляться параллельно кромке
изделия, а не перпендикулярно к ней. Детали
при . обработке рекомендуется зажимать
в стальных пластинах. При резке лент сле-
дует учитывать те же положения, что и при
штамповке. Резку прутков целесообразнее все-
го производить вращающимися тонкими кар-
борундовыми дисками с резиновым наполни-
телем. Оптимальная рабочая скорость состав-
ляет 40 м/сек. Штабики больших сечений ре-
комендуется во время резки вращать.
Обработка резанием (сверловка, нареза-
ние резьбы, точение, опиловка и т. д.) воз-
можна как непосредственно после сварки, так
и после ковки и прокатки. В .последнем случае
особенно желателен такой материал, который
обладает мелкой волокнистой структурой. Для
точения употребляют быстрорежущие сгали,
но более пригодны инструменты из твердых
сплавов (сорт Н2) при одновременной обиль-
ной смазке четыреххлористым углеродом
[Л. 20, 21] или смазочными маслами, содержа-
щими серу,' так как в противном случае про-
исходит значительный износ инструментов.
Главный угол резца должен составлять
20—125°, задний угол 6—10°. Скорость резания
§ 3-3]
Молибден
61
Свойства молибдена
Таблица 3-3-2
Атомный вес: 95,95 Атомный номер: 42
Удельный вес г[см* • Порошок: Штабики, спеченные при 2 000° С: Кованые штабики: Тянутая проволока: Литой молибден: з.о 9,2—9,4 9,7—10,0 10,3+0,2 10,2 См. рис. З-З-ЗА
Вес отрезка длиной 200 мм мг 200 мм См. табл. 3-3-6
Температура плавления °C 2 630+50 2622+10
Теплота плавления кал(г 70 По данным [Л. 63]: 50
Максимальная рабочая темпе- ратура °C I 700 В вакууме или в защитном газе
Давление насыщенных паров мм рт. ст. г см2-сек 2 300°С:~Ю-» 4800° С: 760 См. табл. 3-3-3 и рис. 9-5-4
Скорость испарения См. табл. 3-3-3 и рис. 9-5-4
Теплота испарения ккал/моль 160
Температура рекристаллизации °C 900 (мини- мальная), по данным [Л. 33] 6 суток: 900 2 суток: 950 0,5—Зч: 1100 По дан- ным ГЛ. 60] См. рис. 3-2-1 IB
Временное сопротивление раз- рыву и соответствующее уд- линение прн 20° С кг]мм2 % Молибден, noj металлур проволока тян тованная 1,25 мм: проволока тян тованная 0,04 мм: проволока тя женная дна 1,25 мм: проволока тя1 женная диа 0,04 мм Отожженная м лнческая Подробнее см. Молибден лип прокатанный: отожженный при 1 000°С: рекристалли- зованный прн I 230° С гученный ме ши: утая, иагар- диаметром утая, нагар- диаметром яутая, отож- метром яутая, отож- метром онокристал- табл. 3-3-2А Юй: 57 3°/о Пр пр 64 10% Р< ли: 47 46% тодом порошковой 140—182 2—5 180—250 2—5 70—100 10—20 80—120 10—25 35 20—30 и рис. 3-345 □катанный 100 32% и нагрева- нии1) 5кристал- 73 55% юванный1) См. рис. 3-3-6
9 По данным Climax Molybdenum Corp.
62
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
П родолжение табл. 3-3-2
Предел текучести при 20° С кг/мм* Молибден, полученный м металлургии: Неотож- диа- 0,1—0,5 женный мет- лыс. ром Отожжен- диа- 0,1—0,5 иый мет- мм: ром Молибден литой (ос отожженный при 1 000° рекристаллизованный пр етодом 41—61 50—60 ,аУ С: 59 и 1 230° порошковой См. рис. 9-6-1 С: 44(50’)
Прочность и удлинение при высоких температурах См. рис. 3-3-6
Пределы ползучести (0,5%) ч кг]мм? 982° С 11,9 1 204° С 5,6 1 427° С 3,5 1 649° С 1,4 По [Л. 68]
сЛ(1%) ЮО ч кг]мм2 890° С 0,68 960°С 0,63
Длительная прочность кг/мм* См. рис. 6-2-ЗВ
Твердость по Моосу 5,5 (введение С и Si повышает твердость)
Твердость по Бринеллю кг] мм? Спеченный штабик 150—160 18х 18 мм: Кованый штабик: 200—230 ( 8 мм: =229 Пластины толщиной j * 240±250 ( 1 мм: 250—225 Отожженный материал: =147 Переплавленный в атмосфере водо- 160—200 рода:
Глубина вытяжки по Эриксену: ММ См. рис. 3-3-6С
Твердость по Виккерсу (20° С) Отожженный материал: 270 Рекристаллизованный: 155 См. рис. 3-3-6А н 3-3-6В
Твердость по Роквеллу См. табл. 3-3-2А
Модуль упругости к Г]мм? Монокристаллическая про- волока: Нагартованная проволока диаметром 1,0—0,5 мм: Отожженная проволока (25° С) диаметром 1,0—0,5 мм: Отожженная проволока (600° С) диаметром 1,0—0,5 леи: 26 000—28 000 28 500—30 000 31 000—32 000 29 000—29 4001)
Модуль сдвига кГ]ммй Монокристаллическая про- волока: 25° С 17 300—17 400 1 .. 600° С 11000—11200 / 1 13 000—14 000
§ 3-3]
Молибден
63
Продолжение табл. 3-3-2
Удельная теплоемкость кал)г град 100° С 0,062 1 400° С 0,080
Коэффициент термического рас- ширения W-'-l/zpad 25—300°С 53—57 25—700° С 58—62 См. рис. 3-2-20 27— 2127° С 72 Зависит от степени де- формации и чистоты сырья
Теплопроводность 20°' С кал см-сек-град 0° С: 0,32’ 20° С: 0,38 При высоки 1 473° С: 0,26’ х температурах с 2173°С: 0,17’ .м. табл. 3-3-3
Удельное электрическое сопро- тивление3) ом-ммг/м Нагартованная проволока: Отожженная проволока: См. также таб 25° С 0,056 0,048 л. 3-3-3; 1000°С 0,32 0,27 рис. 3 1500°С 0,46 0,43 -2-18, и 2000°С (0,61) 0,60- 3-3-6D
Температурный коэффициент электрического сопротивле- ния 1 град 20—100° С 4,57-10-» 20— 2 620° С 4,79-10-’ Отожжен- ный перекри- сталлизо- ванный 4,Ы0-’ Чистый, ре- кристалли- зованный 4,5.10-3
Мощность излучаемой энергии вт/см* 730° С 0,55 1 330° с 6,3 1 730° С 19,2 См. рис. 9-4-9
Коэффициент монохроматиче- ского лучеиспускания при Х = 6 650А % 30° с 41,9 См. т 730° С 39,0 акже [J 1330°С 36,7 . 89] и [ 1730°С 35,3 Л. 90] Распыленный в во- дороде материал: 88°/о при Х=5480А. (см. [Л. 83])
Соотношение между истинной и яркостной температурой См. табл. 3-3-3
Электронная эмиссия ма/сма 1 000° С 1-Ю-9 1 630° С 8,3-Ю-1 2 230° С 800
Постоянные Ао Ричардсона а/града‘СМа эв 55 4,15 4^37* * Данные по [Л. 29]
Характеристическое рентгенов- ское излучение А Серия К Cej)HH L а1 “2 “з ₽. Границы по- лос погло- щения
0,709 0,714 — 0,632 0,611
5,403 5,410 5,381 5,175 4,37
64
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Продолжение табл. 3-3-2
Магнетизм Парамагнитен. Как и алюминий, практически не магнитен
Растворимость газов Водород см. рис. 9-2-1 Азот см. рис. 9-2-2
Газопроницаемость По отношению к Ц и Ns см. рис. 9-5-8
1 По данным Climax Molybdenum Corp.
* По данным [Л. 72J.
8 Электропроводность Мо равна 35,8% по отношению к меди.
‘ См. [Л. 91} и [Л. 92}.
Таблица 3-3-2А
Временное сопротивление разрыву =zB, относительное удлинение 8 и твердость по
Роквеллу И# молибдена при 20° С (прутки, проволока и жесть) в состоянии:
а) неотожженном, б) отожженном
Форма образца агВ‘ 8, % «Я
а б а б а б
Пруток1 ( 6,25 мм 52,5 5 90В
2,50 мм 70,0 — 5 97В
(диаметр, мм) . 1,25 мм 84 ;о .63 5 15 100В 95В
0,625 мм 91 70 5 15 100В 95В
Проволока1 (диаметр, мм) 0,250 мм , 0,125 мм 119 133 87,5 98 1 1 15 15 24С 100В
0,4 мм 140 — — .
Проволока2 0,2 мм 0,1 мм 146 165 — — — — —
(диаметр, мм) 0,04 мм 200 — — —
1 0,02 мм 250 — — — — —
Жесть1 1,0 мм 84 59,5 1 4 22С 95В
(толщина, < 0,5 мм 115,5 87,5 1 7 26С 95В
мм) 0,25 мм 122,5 91 1 7 27С 95В
1 По данным [Л. 19].
1 По данным [Л. 3].
30—40 м/мин; продольная подача от 0,05 до
1 мм!об\ глубина резания 0,2—4 мм. Необхо-
димо следить за тем, чтобы обрабатываемая
деталь была безукоризненно закреплена
в станке, а инструмент был прочно укреплен.
Рекомендуется использовать только на-
дежные современные станки. Разумеется, не-
обходимо интенсивное охлаждение инструмен-
та. Режимы фрезерования определяются ана-
логичным способом. Дисковые фрезы можно
применять в любых случаях. Лобового фрезе-
рования следует по ' возможности избегать.
Оптимальная глубина резания 1,5 мм.
Нарезание резьбы следует производить
с большой осторожностью инструментом, изго-
товленным из быстрорежущей стали.
Скорость резания составляет 10—
12 м/мин, подача — около 0,1 мм. Желатель-
но интенсивное охлаждение масляной эмуль-
сией и (возможно более частое удаление
стружки. Там, где это возможно, целесо-
образнее нарезать крупные резьбы, так как
мелкие легко разрушаются.
Глубина нарезки при крупных резьбах со-
ставляет только 70—80% обычной глубины
резьбы.
Все эти возможности обработки молибде-
на расширяют его применение по сравнению
с вольфрамом, который обрабатывается зна-
чительно труднее.
Удельное электрическое сопротивление
молибдена, так же, как и вольфрама, не-
сколько зависит от степени деформации (см.
рис. B-3-6D).
Излучательная способность молибденовых
анодов электронных приборов может быть,
§ 3-3]
Молибден
65
Термические свойства молибдена
Таблица 3-3-3
Истинная температура, “К Яркостная температура1 Скорость испарения М, г1см*-сек Давление паров2 р, мм pm. cm. Теплопровод- ность, кал Удельное электриче- ское сопротивление ОМ-ММ^М
"К •С
см-сек-град
1000 958 685 1,4-10-“ 8-Ю*23 0,239
1 100 1 049 776 9,8-Ю-22 6-10-2® — -
1200 1 139 866 2,4-10-*» 1,5-10-*’ 0,259 0,295
1 300 1 228 955 2,5-10-" 1,6-10-*= 0,244 —
1400 1 316 1043 1,3-10-’5 8,5-10-** • 0,230 0,352
1 500 1 403 1 130 3,81-20-** 5-Ю-*2 0,216 —
1600 1 489 1216 7,6-10-*» 5-10-** 0,202 0,411
1700 1 574 1 301 1,1-10-** 8-10-*° 0,188 —
1800 1 658 1 385 1,1-10-*° 8:10-в 0,173 0,470
1900 1 741 1468 7,5-10-*° 6-10-8 0,159 —
2000 1 824 1 551 5,3-Ю-9 4-10-7 — 0,531
2 100 1 905 1 632 2.8-10-8 2-10-8 — —.
2 200 1 986 1 713 1,3-10-’ 1-10- = — 0.592
2 300 2 065 1792 5,0-10-7 4-10-8 — —
2 400 2 143 1870 1,8-10-в 1,5-10-* .—- 0,66
2 500 2 220 1947 5,6-10-8 5-10-* — 0,69
2 600 2 297 2024 1,6-10- = 1,4-10-’ — 0,72
2 700 2 373 2 100 4,2-10-8 5-10-’ — —
2 800 2 448 2 275 1.04-10-* 9,6-10-’ — 0,78
2 900 2 523 2 350 2,4-10-* 2-10-2 —- 0,814
3 000 — — 5,0-10-* 5-10-г — —
Автор [Л. 35], см. также [Л. 89, 90] [Л. 351, с [Л. 15] м. также и § 9-5-4 [Л. 65, 72] [Л. 72, 91, 92]
1 Измерено для 1 = 6 650 А.
* Между давлением паров р [мм рт. ст.] и скоростью испарения М [г/см^сек] справедливо соотношение:
•Р = -•mVt', где
|х — атомный вес (в нашем случае = 95,95) и Т [°К] — температура. Для Мо поэтому справедливо:
р — 1.75 М У Г.
как видно из рис. 9-4-9, значительно повыше-
на путем пескоструйной обработки поверхно-
сти. При этом нельзя использовать окись
кремния, окись алюминия или карбид кремния,
так как частицы этих материалов проникают
в поверхность анода, и их можно удалить
оттуда только с большим трудом. Поэтому
пользуются стальным порошком44 *, который
затем легко удаляется 'промыванием поверхно-
сти соляной кислотой, причем рекомендуется,
чтобы поток порошка был направлен по каса-
тельной, а не перпендикулярно 'Поверхности
анода (подробности см. § 9-4, раздел IV).
Поскольку контактная сварка молибдена
с молибденом связана с известными трудно-
стями, для соединения часто пользуются клеп-
кой (см. рис. 3-3-13). Необходимые для этого
заклепки из молибдена в настоящее время
изготовляются в разнообразном конструктив-
ном оформлений.
Молибден может быть жестко соединен
с молибденом или вольфрамом либо путем то-
чечной сварки (с охлаждаемыми вольфрамо-
Рис. 3-3-6D. Зависимость удельного электрического
сопротивления рю (при 20® С) холоднокатаной молибде-
нозой жести от температуры отжига Ту, длительность
отжига 10 мин, степень деформации 70% [Л.87].
-----однократная прокатка,----------двукратная
прокатка.
44 Зернистость 90; порошок подается в течение
нескольких секунд сжатым воздухом при 1,5—3 атм.
5—2200
66
Тугоплавкие металлы и сплавы
I Гл. 3
выми электродами) с помощью соединитель-
ной фольги толщиной 20—40 мк из никеля,
тантала, циркония или платины4б * *, либо пай-
кой в водороде с помощью эвтектических
сплавов молибдена с платиной или палладием
[Л. 84], чистого никеля или сплавов, содержа-
щих никель, так как никель и молибден легко
образуют сплавы между собой (см. {Л. 16] и
§ 9-3.VI). Поддержки или вводы из молибде-
на, предназначенные для ламп с накаливае-
мыми вольфрамовыми катодами, можно при-
паивать медью в защитной атмосфере водо-
рода и азота к токоподводам из молибдено-
вой жести, как это часто делается в производ-
стве генераторных ламп (Л. 17] при использо-
вании буры в качестве флюса и нагревании
за счет излучения вольфрамовой спирали или
электрической дуги. Более точными и 'механи-
чески надежными, выдерживающими боль-
шую температурную нагрузку и поэтому так-
же лучше обезгаживаемым'и являются такие
спаи молибдена с молибденом, которые осу-
ществляются твердым припоем из сплава меди
и никеля (25—45% никеля), не содержащим
буры, в высоком вакууме или в водороде при
температурах примерно 1 200—1 300° С. В ва-
кууме молибденовые стержни подобно воль-
фрамовым дискам для антикатодов можно
хорошо покрывать медью. При помощи про-
точки двух спиральных канавок в противо-
положных направлениях можно достичь хоро-
шего сохранения формы детали.
Точечная сварка молибдена с молибденом
без прокладки в виде фольги или покрытия
сложна, но она все же возможна с помощью
импульсного сварочного станка при правиль-
ном выборе времени сварки, если поверхно-
сти, которые должны быть сварены, непосред-
ственно перед сваркой обезжирить и очистить
от пленки окислов, а электроды сварочного
станка все время сохранять острыми и чи-
стыми.
Дуговая сварка может производиться
в токе аргона или гелия. В любом случае
шов отличается хрупкостью. Сварка может
вестись как с расходуемым, так 'И с нерасхо-
дуемым электродом. Для того чтобы умень-
шить протяженность хрупкой зоны на свари-
ваемой детали, как можно ближе к месту
сварки помещают массивные охлаждающие
пластины. Весьма важно заботиться о том,
чтобы деталь во время сварки находилась
в защитной атмосфере и была бы полностью
предохранена от окисления. Если место свар-
ки должно деформироваться с целью прида-
ния детали определенной формы, то необхо-
дим нагрев по меньшей мере до 200“ С. При
этой температуре сварной шов может быть
изогнут в направлении его длины. Подробнее
о соединении Мо с Мо и другими металлами
путем сварки и пайки см. § 9-3, табл. 9-3-2,
9-3-9 и 9-3-12.
48 В случае применения тантала сварку произво-
дят под защитным слоем воды. Использование фольги
из Zr и Pt требует проведения сварки в -атмосфере
водорода, причем в этом случае возможно нагревание
места сварки дуговым разрядом (с применением
вольфрамового электрода).
Вместо фольги можно использовать покрытия (на-
пример, гальваническое нанесение никеля или напыле-
ние платины).
Рис. 3-3-7. Микроструктура слоев молибдена, получен*
пых термическим разложением хлористого молибдена
(500х).
7 —после осаждения на никель прн 900° С без дальней-
шей термической обработки; а—молибден; Ь — проме-
жуточный слой; с—никелевая подложка; II—тот же
слой после отжига в течение 11 ч при 1 175° С (увели-
ченный диффузионный слой bl}’, III — на никелирован-
ной стали (1000х); а — молибден; Ъ — диффузионный
слой; с—слой никеля; d—сталь с малым содержанием
углерода.
Представляет интерес мало применявший-
ся в вакуумной технике метод нанесения
прочных пленок молибдена на другие метал
лы [Л. 11].
Молибденовые пленки можно нанести на
раскаленный чистый никель (рис. 3-3-7,/ и //),
никелированное железо (рис. 3-3-7,///) или на
сплав меди с содержанием 5—'10% никеля
путем термического разложения паров хлори-
стого молибдена (МоС15) 46. Этн пары обра-
зуются при 200" С и примешиваются в отно-
шении 1 часть Mods • Ю частям Н2 в поток
водорода, омывающий под пониженным дав-
лением металлическую поверхность, которую
необходимо покрыть молибденом. Покрывае
мая молибденом деталь при этом помещается
в кварцевую трубку и нагревается токами вы-
сокой частоты. При 900° С и давлении смеси
газов 5 мм рт. ст. скорость осаждения молиб-
дена равна 0,5 мм!ч. Наилучшее оцепление
никеля и молибдена достигается при темпе-
ратуре осаждения 950“ С.
Аналогичным образом можно покрывать
молибденом кварцевый песок и частички оки-
си алюминия [Л. ИЗ].
Несмотря на высокую температуру плав-
ления и легкую окисляемость на воздухе при
высоких температурах, молибден можно на-
пылять на сталь с помощью пистолетов-рас-
пылителей. Наилучшим считается применение
ацетилено-кислородных горелок, пламя кото-
рых делается слабо окислительным. Через го-
релку со скоростью 0,5—3,5 м/мин пропу-
скается молибденовая проволока диаметром
от 1 до 3,5 мм. Поверхность детали, на кото-
рую наносится молибден, вначале должна
быть хорошо обезжирена и осушена. Толщи-
на слоя молибдена должна составлять от 0,05
до 0,08 мм (подробнее см. [Л. 52]).
46 Точка плавления 194“ С. точка кипения 268° С;
изготовляется ив порошкового молибдена, сквозь кото-
рый в стеклянной аппаратуре при 300° С без доступа
воздуха прогоняется поток хлора; полученный Mods
возгоняют *и собирают в стеклянной колбе, которую
после заполнения запаивают.
§ 3-3]
Молибден
67
Меднение молибденовых прутков описано
в табл. 6-1-47. О других методах получения
молибденовых покрытий см. [Л. 31, 42] н
табл. 9-4-3.
Химические свойства. Обзор свойств мо-
либдена по отношению к различным реактивам
приведен в табл. 3-3-4. Для вакуумной тех-
ники важно, что молибден не вступает в хими-
ческую реакцию с водородом н очень мало его
поглощает, а также то, что молибден в сухой
атмосфере, содержащей кислород, при ком-
натной температуре устойчив -и начинает зна-
чительно окисляться только с 400”С47.
В атмосфере водяных паров молибден
склонен к образованию тонких поверхностных
пленок О'кислов МоОз и МоОз уже при тем-
пературе около 250° С. Эти окислы можно без
остатка восстановить путем отжига в водоро-
де при 800° С они очень быстро испаряются
также при откачке в высоком вакууме уже
при температурах 500° С. Однако окислы прак-
тически не разлагаются при отжиге в высоком
вакууме даже при высоких температурах; это
подтверждается тем, что после испарения
окислы конденсируются на холодных частях
электронной лампы. Поэтому готовые молиб-
деновые детали необходимо перед монтажом
тщательно восстанавливать при температурах
800—1 000° С в чистом сухом водороде48 .в те-
чение 10—30 мин и то возможности уклады-
вать затем в закрытые стеклянные сосуды.
Абсорбции газа в сухом воздухе при комнат-
ной температуре практически не происходит.
Водород, абсорбированный молибденом в про-
цессе отжига, легко удаляется при низких тем-
пературах путем высокочастотного нагрева
илн электронной бомбардировки в вакууме во
время откачки. С азотом при низких давле-
ниях (около 0,01 мм рт. ст.) молибден до
2 400° С не реагирует [Л. 47]; в противопо-
ложность этому он очень склонен к образо-
ванию карбидов. При нагревании молибдена
в окиси углерода или в метане при 800° С
образуется Мо2С в виде светло-серых кри-
сталлов (точка плавления 2 300° С). Молибден
очень интенсивно поглощает мышьяк.
Жидкая ртуть и ее пары практически не
действуют на молибден; на очень чистых
(блестящих и обезжиренных) поверхностях
молибдена или на поверхностях, которые
были очищены анодной обработкой в ртутном
разряде при нагревании до 1 600—2000° С,
в результате кратковременного воздействия
ионов ртути удается получить амальгаму на
участках поверхности, соприкасающихся
с жидкой ртутью. Это желательно, например,
для плоских электродов, которые служат для
перемещения места возникновения дуги
в жидких ртутных катодах. Другим способом
добиться этого не удается. Поэтому не реко-
мендуется длительно нагревать молибденовые
аноды электронной бомбардировкой при от-
качке ртутными диффузионными насосами без
введения ловушки с жидким воздухом (иони-
47 Степени окисления: см. табл. 3-3-4, примеча-
ние 1.
46 Используемый водород не должен содержать
азота, окиси углерода .и углекислого газа. Защитную
атмосферу из диссоциированного аммиака можно
использовать только тогда, когда есть гарантия того,
что в газе не содержится свободный аммиак или азот.
5*
зация ртути!), так как «следствие амальгами-
рования поверхности затрудняется последую-
щее обезгаживаиие деталей.
Щелочные и щелочноземельные металлы
не действуют на молибден; при 20° С на него
также не действуют HF, НС1 и H2SO4. Напро-
тив, на металл сильно действуют разбавлен-
ная азотная кислота (20° С) и царская водка.
О травлении молибдена в расплавленном
KNO2 см. также табл. 9-4-1. Раскаленный Мо,
находящийся в контакте с А12О3, ВсО, ZrO2
или ThO2, реагирует с ними выше I 800—
1900° С (см. табл. 12ч28).
Для очистки поверхности и травления ока-
зался (пригодным целый ряд (промывочных со-
ставов:
1. Наиболее часто рекомендуется промы-
вание теплой (90° С) хромовой смесью 49 с до-
полнительным тщательным промыванием
в дистиллированной воде [Л. 10]; электролити-
ческое травление с целью получения блестя-
щей поверхности производится в таком же
растворе, но при комнатной температуре.
2. Для удаления толстых слоев окисла
с поверхности молибдена можно использовать
для травления также раствор 10 г NaOH
в 750 см3 дистиллированной воды, который
после нагревания на водяной бане до 40° С
смешивают с 250 см3 (30—35%) H2O2S0 51
[Л. 75]. Окисленные молибденовые детали при
непрерывном движении погружаются на 2—
5 мин в свежеприготовленный теплый рас-
твор. После растворения пленки и образова-
ния блестящей поверхности детали немедленно
вынимают и промывают дистиллированной во-
дой. При выполнении этих указаний практи-
чески растворяется только окись молибдена,
а сам молибден ие растворяется. Раствор при
употреблении окрашивается сначала в винно-
краоный цвет, а впоследствии опять светлеет;
при хранении раствор обедняется перекисью
водорода; поэтому его используют только в
свежем состоянии 5J.
3. Молибден очень легко поддается то-
чечной сварке с молибденом под водой как
защитной жидкостью, с прокладкой тантало-
вой фольги (125 мк), если место сварки пред-
варительно очищается протравливанием. В ка-
честве протравливающей смеси служит {Л. 10]
нагретый до 90° С раствор из 2 л кон-
центрированной H2SO4+37,5 г хромового
ангидрида СгОз+ЮО HF+10 см3 кон-
« Насыщенный раствор хромового ангидрида
СгОз в горячей концентрированной серной кислоте.
Раствор должен быть красным (не зеленым или мут-
ным).
so Для очистки вольфрама указанный состав не
подходит.
51 Приведенный метод основывается на следую-
щих химических свойствах: МоО2 ие растворяется
в (водном растворе NaOH, поэтому прежде всего дей-
ствием перекиси водорода ее переводят в высшие
окислы, которые растворяются в перекиси водорода.
При этом сначала образуется красный раствор, кото-
рый через 'Некоторое время вследствие возник-
новения более высоких (светлых) окислов светлеет.
Необходимо принять во внимание, что при более
длительном выдерживании детали в ванне после рас-
творения пленки окиси очищенная поверхность молиб-
дена может окисляться под действием Н;О2. Эта плен-
ка окисла (Потом практически не растворяется, так
как ваииа быстро обедняется Н2Ог, и возникновение
высших растворимых окислов становится невозмож
ным, поэтому необходимо -использовать свежие рас-
творы млн восстанавливать старые добавлением Н,О,.
68
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл.З
Таблица 3-3-4
Химические свойства молибдена
Реактив Взаимодействие с молибденом
Кислоты соляная и серная Холодные, разбавленные и концентрированные: практически не действуют; горячие, разбавленные и концентрированные: немного корродируют
Азотная кислота, царская водка Холодные концентрированные: медленное взаимодействие; холодные разбавленные: значительно действуют; горячие, раз- бавленные и концентрированные: быстрое н полное растворение
Плавиковая кислота Холодная и горячая: не действует
Смесь плавиковой и азотной кислот Сильно корродирует и быстро растворяет металл уже при 20° С
Щелочи Холодные водные растворы едкого кали или натрия: прак- тически не действуют; расплавленный едкое кали или натрий или углекислые соли щелочных металлов а) в присутствии воздуха: медленное окисление; б) в присутствии таких окислителей, как KNO3, KNO2, КС1О3, РЬО2: бурная реакция, растворение
Азотистокислый н азотнокис- лый калий, Na2O2, КС1О3 В расплавах этих веществ металл бурно растворяется
Аммиак Аммиачная вода: медленно корродирует; газообразный амми- ак: устойчив вплоть до красного каления
Углерод (сажа, графит, уголь) Образование карбидов, начиная с 1 100° С, полное наугле- роживание при 1 300—1 400° С
Сера (сухая) До 440° С никакого воздействия, при более высоких темпе- ратурах образуются сульфиды
Ртуть и ее пары Практически не действуют (в ртути растворяется <2.10-=% Мо)
Фосфор До высоких температур не действует
Бор, кремний Образование боридов и силицидов при очень высоких тем- пературах
ZrO2, MgO, А12О3, магнезит, хромовый магнезит Металл реагирует с чистыми окислами при температуре выше 1 600° С
Воздух, кислород При комнатной температуре: практически устойчив Выше 300° С: начало окисления1) Выше 600° С: быстрое окисление до МоО32) Во влажной атмосфере: становится матовым
Вода (20° С) Незначительная коррозия
Пары воды При красном калении: быстро окисляют
Водород Не действует вплоть до точки плавления
Азот При низких давлениях не действует до 2 400° С3), при более высоких температурах образуются нитриды
Окислы азота Ы2О, NO, NO2: при красном калении окисляют металл до МоО,
§ 3-3]
Молибден
69
Продолжение табл 3-3-4
Реактив Взаимодействие с молибденом
Углекислый газ Окисление выше 1 000—1 200° С
Окись углерода, метан Образование карбидов (Мо2С) выше 800° С
Галогены Фтор: реакция при комнатной температуре Хлор и бром: быстро взаимодействуют при красном калении; начало при 250° С Иод: не взаимодействует даже при 800° С
Сероводород Реакция выше 1 200° С
Сернистый газ При красном калении наступает окисление
Степени окисления: (МоО4-МояОэ)—черный: МоОя: от фиолетового до красного, устойчив от 300 до 700е С;
у=6,74 г/см*', Мо2Ов^-МоаОе: от фиолетового до черного; МоО4: светло-желтый, точка плавления 795° С,
Т=4,95 г1см*
Давление паров МоО8: при 500° С: ~ 10"® мм рт. ст.
при 660® С: ~ 8-10-2 мм рт. ст.
при 730® С: ~ 8-1СГ1 мм рт. ст.
при 800° С: ~ 8 мм рт. ст.
2) См. также [Л. 51]. Дымит при 700° С.
а) По данным [Л. 19] нитриды образуются при 1 500° С. По данным [Л. 31] уже выше I 100° С.
центрированной HNO3, в который молибдено-
вые детали погружают примерно на 10 сек-,
затем их погружают в указанную выше хро-
мовую смесь до исчезновения синего окисла
молибдена, возникающего на поверхности.
После травления необходимо .промыть детали
в дистиллированной воде.
4. Для удаления окисла молибдена МоОз,
содержащегося в металле или на его поверх-
ности, без воздействия на сам молибден де-
таль порружают или в холодную 40% HF или
в 5—8% НО. Иногда применяют электролити-
ческое травление в разбавленной H2SO4 при
плотности тока ОД а!см?.
5. Более толстые пленки окислов молиб-
дена можно удалить электролитическим трав-
лением (7,5 в постоянного тока) в 20%-ном
растворе КОН с применением угольных элек-
тродов. Раствор допускает многократное
использование.
6. Во многих случаях для очистки поверх-
ности достаточно кратковременного (5 мин) по-
гружения в кипящий 20%-ный раствор КОН.
При очистке больших молибденовых нагревате-
лей рекомендуется дополнительное, длящееся
несколько минут травление в теплой концен-
трированной серной кислоте и последующее
промывание в дистиллированной воде.
7. Следующая известная протравливаю-
щая смесь для очистки молибденовых деталей
состоит из 4 л Н2О+320 г KNOg+320 г
NaNOg+50 г NaOH+6 г NagCOg (техн.). Рас-
твор кипятят 2 ч при постоянном восполне-
нии испаряющейся воды.
8. Для растворения молибденовых кер-
нов, которые используются при изготовлении
прецизионных вольфрамовых биспиралей для
ламп накаливания и алундируемых .подогрева-
телей электронных ламп с катодами косвенно-
го накала применяют или смесь 5% НС1
с 50% HNO3 при температуре 60—70° С или
смесь 100 см3 дистиллированной воды+ 100 см3
HNO3 (35°Ве') + 100 см? H2SO« (66°Bez), кото-
рая в зависимости от обстоятельств исполь-
зуется холодной или теплой (80°С). Потом
следует обычное промывание в воде и после
промывания в ванне с метанолом, сушка в
электрическом сушильном шкафу примерно
при 93° С.
9. При металлографическом исследовании
микроструктур (выявление границ зерен) ре-
комендуется' попеременная шлифовка и про-
травливание феррицианидом калия, например,
10 г K3[Fe(CN)e]+'10 г NaOH+lOO см3 Н2О.
Техническое применение. Обзор торговых
сортов молибдена приведен в табл. 3-3-5,
3-3-5А и 8-3-5В.
Для полного обезгаживания молибдена не-
обходима истинная температура 1 760°С (ко-
торая соответствует примерно яркостной тем-
пературе 1 600° С). Время обезгаживания
при этой температуре определяется толщиной
детали (например, жесть 0,5 мм требует
5 мин, в то время как пластины 6,5 мм —
110 мин). Содержание газа достигает в общем
примерно 4,4 н-мм3 на I г Мо ((около 2,6 N2;
1,20 СО; 0,3 СО2 и 0,3 Н2) [Л. 41, 64]. Молиб-
ден пригоден для изготовления электродов,
используемых в электронных приборах при
температуре до 1 000° С, и как нагревательный
элемент в печах с защитной атмосферой до
1700° С. При более высоких температурах
молибден вследствие высокой скорости испа-
рения, шизкой температуры (рекристаллизации
и более низкой точки плавлении является ме-
нее выгодны-м, чем вольфрам.
Наиболее важные примеры применения
молибдена:
Проволочные держатели в виде крючков
и петель для монтажа вольфрамовых нитей
накаливания, (причем особым достоинством мо-
либдена является значительное сцепление со
70
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл.З
Таблица 3-3-5
Сортамент изделий из молибдена
Название Относительное удлинение, % Особые свойства Основное применение
Порошок восстановлен- ный — Чистый Для спекания
Проволока черная, отож- женная — Мягкая Нагревательные эле- менты печей сопротив- ления
Проволока блестящая, нагартованная До 3 Твердая, круглая: овальность до 2% Керны для изготовле- ния вольфрамовых спи- ралей
Проволока отожженная — Мягкая Детали электроваку- умных приборов (тра- версы сеток)
Проволока блестящая Нг тянутая определенной Нг степени твердости Я, я5) 0—3 4—7 8—12 13—17 18—22 Допустимые отклоне- ния от номинального диаметра 1,5% Навивка сеток элек- тронных ламп
Проволока (диаметр бо- лее 0,5 мм) и прутки, рих- тованные и шлифованные — Чистая поверхность; отсутствие рисок и тре- щин Вводы в тугоплавкое стекло
Прутки кованые, про- травленные — Диаметр 1—20 мм Несущие и конструк- тивные детали
Прутки протянутые — 1,0—5 мм Несущие и конструк- тивные детали
Ленты и жесть, блестя- щие, прокатанные или трав- ленные3),*) — Обычно: 0,5—0,025 мм [0,5 мм толщиной до 60X150 щи2] [Л.10, 20] Аноды генераторных ламп, экраны для высо- котемпературных печей, лодочки для отжига в вакуумных или водород- вых печах (см. рис. 3-3-16) *
Бесшовные трубки2) — Диаметр 50 мм, дли- на 1 м, толщина стен- ки 6 мм или до диамет- ра 12 мм, толщина стенки 0,5 мм, длина 2 м
Фольга — Минимальная толщи- на 15 мк Полочки геттеров, впаи в стекло и кварц
Молибден с керамиче- ским или другим защитным покрытием — Допустимая рабочая температура иа воздухе до 1 500° С Нагревательные эле- менты печей (удельная мощность 10—15 emlcM2)
*) Загрязнения^0,02% (щелочи и кремниевая кислота).
s) Изготовитель: Climax, США*
а) См. [Л.8Э].
*) Твердая, полутвердая или пригодная для глубокой вытяжки.
а) См. также табл. 3-3-5А и В-
§ 3-3]
Молибден
71
Таблица 3-3-5А
Сортамент молибденовой проволоки фирмы Metallwerk Plansee (Австрия)1
Диаметр, мм Характеристика поверхности и состояния проволоки2 Отжиг Свойства
Предел проч- ности [кг/мм2] Относительное удли- нение [%] (длина образца 103 мм)
1,0—0,5 Черная, жесткая Блестящая, жесткая Блестящая, мягкая Не отожженная Отожженная Отожженная 100—140 80—120 70—100 Менее 3 Менее 5 5—15
0,5—0,08 Черная, жесткая Блестящая, жесткая Блестящая, мягкая Блестящая, очень мяг- кая Неотожженная Отожжена на 50%> Отожженная Рекристаллизованная 140—220 100—180 80—120 70—110 Менее 3 Меиее 5 10—20 Выше 15; по же- ланию, выше 18
0,08—0,05 Черная, жесткая Блестящая, жесткая Блестящая, мягкая Блестящая, очень мяг- кая Неотожженная Отожжена на 50% Отожженная Рекристаллизованная 180—250 140—180 100—130 80—110 Менее 5 Менее 5 10—20 Выше 15; по же- ланию, выше 18
Менее 0,05 Черная, жесткая Блестящая, жесткая Неотожженная Отожжена на 50% 180—250 140—180 Менее 5 Менее 5
0,04 0,03 0,025 и 0,020 Блестящая, мягкая Блестящая, мягкая Блестящая, мягкая Рекристаллизованная Рекристаллизованная Рекристаллизованная 85—140 85—140 85—140 Выше 12, по же- ланию выше 15 Выше 5, по же- ланию выше 10 Выше 5
1 Молибденовая проволока диаметром менее 0,20 мм и с характеристикой „блестящая" выпускается также
в золоченом виде (толщина слоя золота 0,4=fc0,1 мк} и применяется для изготовления сеток приемно-усилительиых
ламп (см. § 4-5 н 6-5-Х 1).
2 .Черная"—покрыта слоем графитовой смазки, „блестящая" — поверхность очищена от графита.
Таблица 3-3-5В
Допуски на молибденовую проволоку [Л. 55]
Диаметр, мм Обычная прово- лока, допуск по диаметру, Проволока PR Проволока для кернов спиралей PG
Допуск по диа- метру, ±JUJU Допуск по овальности (d-L—d2). мм Допуск по диа- метру, мм Допуск по овальности (dt~-d2), мм
Менее 0,050 0,003 0,003 0,002 +4% (допуск по весу)
До 0,050 0,003 0,003 0,002 0,001 0,001
До 0,100 0,003 0,003 0,0025 0,001 0,0015
До 0,150 0,0035 0,0035 0,003 0,0015 0,002
До 0,200 0,004 0,004 0,003 0,002 0,002
До 0,250 0,0045 0,0045 0,003 0,0025 0,002
До 0,300 0,005 0,005 0,003 0,003 0,002
До 0,400 0,006 0,006 0,004 0,004 0,003
До 0,500 0,007 0,007 0,004 0,005 0,003
До 0,700 0,007 0,007 0,004 0,005 0,003
До 0,800 0,007 0,007 0,005 0,005 0,005
До 1,000 0,007 0,007 0,005 0,005 0,005
До 1,100 0,100 0,010 0,005 0,005 0,005
72
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Рис. 3-3-8. Микрофотография молибденового крючка
газополной лампы накаливания мощностью 1 ОиО вт
после 1 000 ч горения; острие рекристаллизовано, ос-
новная часть осталась мелкокристаллической н поэтому
сохранила упругие свойства (60х) [Л.32].
стеклом тонких пропущенных в раскаленном
состоянии в стекло молибденовых проволок
и то обстоятельство, что хотя молибденовая
проволока в большинстве случаев в местах,
в которых она соприкасается с раскаленной
вольфрамовой проволокой, сильно рекристал-
лизуется, остальная часть детали сохраняет
мелкокристаллическую структуру и пружинные
свойства (рис. 3-3-8). Примеры изготавливае-
мых деталей: крючки и .петельки в лампах
накаливания (не должны содержать железа
во избежание почернения колбы ламп!); вво-
ды для вольфрамовых термокатодов (генера-
торные лампы), спиральные пружины (рабо-
чая температура менее 500°С).
Проволочные сетки с высокой термиче-
ской нагрузкой (см. рис. 3-3-13). Значитель-
ное постоянство формы до 1 000° С (даже для
проволок диаметром 0,1 мм); легкость изго-
товления на намоточных станках даже при
некруглых сечениях сетки. Примеры изготав-
ливаемых деталей: в основном спиральные
сетки из тонких молибденовых проволок, ко-
торые .привариваются к прочным держателям
или запрессовываются в держатели из более
мягкого материала (например, никель см.
рис. 9-2-52 и 9-й-S3). В последнее время при-
меняются свободностоящие сетки, изготавли-
ваемые путем точечной сварки для УКВ элек-
тронных ламп (см., например, рис. 3-3-8А и
5-2-15). Требования к постоянству механиче-
ских свойств таких проволок высоки, поэтому
используют твердую проволоку с минималь-
ным временным сопротивлением разрыву 140—
180 кг/мм2 и относительным удлинением
3—1 % или мягко отожженную проволоку
с временным сопротивлением разрыву 70—•
140 кг/мм2 при относительном удлинении 25—
10%. Допуск по диаметру у тонких проволок
(50—450 мк) равен ±2—4 мк, допустимая
овальность 52 1—<2 мк. Поверхность проволоки
не должна быть покрыта .маслами и графитом,
должна быть гладкой и .блестящей, без тре-
щин, расслоев и заусенцев. О позолоченных и
покрытых платиной молибденовых проволо-
ках см. § 6-5,X и XI.
52 Разница между наибольшим и наименьшим
диаметрами проволоки по данным измерений в не-
скольких местах (см. табл. 3-3-бВ).
Рис. 3-3-8А. Молибденовая проволочная
сетка мощного триода с никелевыми
экранами, изготовленная точечной свар-
кой [Л.71] (см. также рис. 5-2-15 и 8-5-17).
Проволочные керны (проволока PG). Для
изготовления очень точных спиралей из тон-
ких вольфрамовых (проволок они навиваются
на точно калиброванную молибденовую про-
волоку [Л. 49]. Такие молибденовые керны
допускают применение высокой температуры
во время формования спирали, которое осу-
ществляют или ,в печах с защитной атмосфе-
рой в молибденовых лодочках или прямым
накаливанием керна электрическим током
в водороде. Молибденовый проволочный керн
впоследствии легко удаляют растворением его
в кислоте (см. раздел «Химические свойства»)
также и в том случае, когда вольфрамовые
спирали (как это обычно бывает у подогрева-
телей катодов косвенного накала) были пред-
варительно покрыты спеченным слоем алунда.
Для обеспечения полноты растворения молиб-
денового керна необходим более чистый мо-
либден, чем использующийся для держателей;
он может содержать максимально 0,02% при-
месей (щелочей и SiO2) 53. Проволоки должны
быть нагартованными (относительное удлине-
ние 1—3% в холодном состоянии) и очень
58 Особенно вредным является присутствие в мо-
либдене углерода, вольфрама и металлов группы же-
леза, так как при растворении они образуют осадок»,
состоящий из двойных или тройных карбидных фаз.
общего состава [W, Мо]лС^ [Fe, Ni, Со]г= Игольчатые
кристаллы этих соединений остаются в спиралях, вы-
мываются с большим трудом н впоследствии служат
причиной коротких замыканий (Л. 40].
§ 3-3]
Молибден
73
Рис. 3-3-9. Промышленный тип водород-
ной печи на 1 450° С с молибденовым
нагревателем (изготовитель: Metallwerk
Plansee).
I—схематический разрез; 1—молибдено-
вый нагреватель; 2—молибденовый эк-
ран; 3—тепловая изоляция из жароупор-
ного хромистого магнезита; 4—тепловая
изоляция; 5—водяная рубашка; 6—печ-
ные лодочки; 7 — входное отверстие пе-
чи; 8—выходное отверстие; 9— устрой-
ство для перемещения лодочек; 10—
пирометр; // — внешний вид печн (мини-
мальная н максимальная мощность 15—
45 кет; нагревательная камера 70 X 60 X
XI 050 -е- 330 X М5 X 1 620 мм; полная
длина 5—7 м, производительность 6 —
40 кг]ч). Конструкция печи допускает
изменение ее наклона.
точно протянутыми. При определении диамет-
ра обычно указывается, как у вольфрама, вес
(в миллиграммах) отрезка проволоки длиной
200 мм с допуском ±12% по весу и ±1% по
диаметру (см. табл. 3-3-6).
Нагревательные элементы для высокотем-
пературных печей [Л. 44, 73, 74], которые ис-
пользуются в вакуумной технике в основном
для обезгаживания и восстановления в водоро-
де деталей электронных приборов, для формо-
вания в вакууме вольфрамовых спиралей
и т. п. При этом температура печи может до-
стигать 1 700° С при допустимой удельной на-
грузке поверхности нагревателя 10—20 вт/см2
(максимум до 80—100 вт!смг) [Л. 38]. На
рис. ЗнЗ-9 показана такая высокотемператур-
ная электрическая печь с молибденовыми на-
гревательными элементами.
На рис. 3-3-10 показана группа вакуум-
Рис. 3-3-10. Батарея вакуумных печей с молибденовыми
нагревателями (см. рис. 3-3-11). Рабочая температура до
1 400“ С, мощность одной печн 40 кет, вакуум —
10-2 мм рт. cm. (Metallwerk Plansee).
ных печей сопротивления для спекания с на-
гревательными элементами из молибдена. '
Мощность каждой печи равна 40 кет, рабочая
температура 1400° С. Конструкция нагрева-
тельных элементов этих печей изображена на
рис. 3-3-11. Для обезгаживания, пайки и спе-
кания в вакуумной технике нашли широкое
применение электрические печи сопротивления
с инертной атмосферой или вакуумные с на-
гревательными элементами, выполненными
либо в виде массивных молибденовых труб по
типу рис. 3-2424В, либо (чаще) с обмоткой из
молибденовой проволоки или ленты по типу
рис. 9-2-16,7 (подробнее см. § 9-2, 9-3,IV, VII
и 9-4,XIII).
Известно, что в последнее время [Л. 46,
39, 61] путем покрытия молибденовых прово-
лок или стержней слоем керамики удалось
изготовить нагревательные элементы, исполь-
зуемые также в печах с атмосферой, содержа-
щей кислород {Л. 9, 30], но до сих пор такие
нагреватели в продаже не появились.
Весьма .перспективным с этой точки зре-
ния представляется метод покрытия молибде-
на слоем силицида путем прокаливания дета-
лей в .атмосфере четыреххлористого кремния
и водорода при Г 100—4 800° С. При этом про-
исходит реакция:
Мо + 2SiCl4 -ф 4Н2 -» Мо Si2 ф- 8НС1.
Между слоем MoSi2 и металлом лежит
промежуточный слой моносилицида молибде-
на (Л 14].
Полученный таким способом защитный
слой толщиной 25 мк позволяет применять мо-
либденовые нагревательные элементы на воз-
духе. При температуре 1 100°С они имеют
срок службы более 4000 ч, при 1700" С — бо-
лее 30 ч. Обычно толщина слоя силицидов со-
ставлиет от 2,5 до 125 мк. В слоях, толщина
74
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Рнс. 3-3-11. /—трехфазный нагревательный элемент вакуумных печей (см. рнс. 3-310)» изготовленный
из молибденовых прутков и проволоки (изготовитель: Metailwerk Plansee); II— молибденовый нагреватель,
помещенный в корпус вакуумной печн и защищенный семью концентрическими экранами (изготовители:
Degussa и Lelbold); III — разрез высоковакуумной печи с молибденовым нагревателем. 1—нагреватель; 2 —
молибденовые экраны; 3 и 4—корпус и крышка печн,^охлаждаемые водой; 5—штуцер для присоединения
к вакуумной системе; 6—токоподводы: 7—смотровое окно.
которых превышает 250 мк, наблюдается обра-
зование трещин.
Вводы из проволок и стержней для гер-
метичных вакуумных спаев металла с туго-
плавким стеклом (см. рис. '10-2340). Коэффи-
циент расширения молибдена немного ме-
няется в зависимости от степени обработки и
величины зерен исходного порошка молибде-
на (значительная степень обжатия и мелкий
Рис. 3-3-12. I—бесшовные н шовные трубки; II—полуфабрикаты, полученные глубокой вьтжкой (к>лпачкн,
цилиндры и т. п.); III—нарезанные болты: IV—нагревательные спирали различной величины из молибдена (изгото-
витель: Metailwerk Plansee).
порошок дают более низкий коэффициент рас-
ширения). Можно также герметично сплав-
лять с тугоплавким стеклом бесшовные кол-
пачки, кольца, трубки и цилиндры (рис. 3-3-12)
из молибденовой жести (см. [Л. 8]). Для
изготовления впаев в разрядные трубки из
чистого кварца (например, ультрафиолетовые
лампы) используется молибден в виде фольги
(около 25 мк, см. гл. 11).
Аноды генераторных ламп, охлаждаемые
за счет лучеиспускания [Л. 82]. В большинстве
случаев используют молибденовую жесть тол-
§ 3-3]
Молибден
75
Таблица 3-3-6
Вес отрезка молибденовой проволоки длиной 200 мм G200 в зависимости от
диаметра d (d=24,95997 УG200 )
^soj» ММ d, мк 62со, .мг/200 мм d, мк мг/200 мм d, м
0,875—0,390 23,45 2,86—2,92 42,40 9,60—9,80 77,70
0,890—0,910 23,65 2,92—2,98 42,85 9,80—10,00 78,50
0,910—0,930 23,95 2,98—3,04 43,30 10,00—10,20 79,30
0,930—0,950 24,20 3,04—3,10 43,70 10,20—10^41 70,10
0,950—0,970 24,45 3,10—3,16 44,15 10,41—10^62 80,90
0,970—0,990 24,70 3,16—3,22 44,55 10,62—10'84 81'70
0,990—1,010 24,95 3,22—3,28 45,00 10,84—11,06 82,55
1,010—1,030 25,20 3,28—3,34 45,40 11,06—11,29 83,40
.1,030—1,050 25,45 3,34—3,40 45,80 11,29—11,52 84,25
1,050—1,070 25,70 3,40—3,46 46,20 11,52—11,76 85,10
1,070—1,090 25,95 3,46—3,53 46,65 11,76—12,00 86,00
1,090—1,110 26.15 3,53—3,60 47,10 12,00—12,25 86,90
1,110—1,130 26,40 3,60—3,67 47,55 12,25—12,50 87,80
1,130—1,155 26,65 3,67—3,74 48,00 12,50—12,76 88,70
1,155—1,180 26,95 3,74—3,82 48,50 12,76—13,02 89,60
1,180—1,205 27,25 3,82—3,90 49,00 13,02—13,29 90,50
1,205—1,230 27,55 3,90—3.98 49,50 13,29—13^56 91,40
9,230—1,255 27,80 3,98—4.06 50,00 13,56—13,84 92,35
1,255—1,280 28,10 4,06—4,14 50,50 13,84—14J2 93,30
1,280—1,305 28,35 4,14—4,22 51,00 14,12—14,41 94,25
1,305—1,330 28,65 4,22—4,30 51,50 14,41—14,70 95,20
1,330—1,355 28,90 4.30—4,38 52,00 14,70—15,00 96,15
1,355—1,380 29,20 4,38—4,47 52,50 15,00—15,30 97,10
1,380—1,41 29,50 4,47—4,56 53,00 15,30—15,61 98,10
1,41—1,44 29,80 4,56—4,65 53,55 15,93—16^25 100,1
1,44—1 ,47 30,10 4,65—4,74 54,10 16,25—16', 58 101,1
1,47—1,50 30,40 4,74—4,84 54,65 16,58—16,91 102,2
1,50—1,53 30,70 4,84—4.94 55,20 16,91—17,25 103,2
1,53—1,56 31,00 4,94—5,04 55,75 17,25—17,60 104,2
1,56—1,59 31,30 5,04—5,14 56,30 17,60—17,95 105,2
1,59—1,62 31,60 5,14—5,24 56,85 17,95—18,31 106,3
1,62—1,65 31,90 5,24—5,35 57,40 18,31—18,68 107,4
1,65—1,68 32,20 5,35—5,46 58,00 18,68—19,06 108,4
1,68—1,71 32,50 5,46—5,57 58,60 19,06—19,44 109,5
1,71—1 ,74 32,80 5,57—5,68 59,20 19,44—19,83 110,6
1,74—1,77 33,05 5,68—5,80 59,80 19,83—20,23 111,7
1,77—1,80 33,35 5,80—5,92 60,40 20,23—20,63 112,8
1,80—1,84 33,65 5,92—6,04 61,00 20,63—21,04 113,9
1,84—1,88 34,05 6,04—6,16 61,65 21,04—21,46 115,0
1,88—1,92 34,40 6,16—6,29 62,25 21,46—21,89 116,2
1,92—1,96 34,75 6,29—6,42 62,90 21,89—22,33 117,4
1,96—2,00 35,10 6,42—6,55 63,55 22,33—22,78 118,5
2,00—2,04 35,45 6,55—6,68 64,15 22,78—23,24 119,7
2,04—2,08 35,80 6,68—6,82 64,80 23,24—23,70 120,9
2,08—2,12 36,15 6,82—6,96 65,50 23,70—24,17 122,1
2,12—2,16 36,50 6,96—7,10 66,15 24,17—24,64 123,3
2,16—2,20 36,85 7,10—7,24 66,80 24,64—25,12 124,5
2,20—2,24 37,20 7,24—7,39 67,50 25,12—25,61 125,7
2,24—2,28 37,50 7,39—7,54 68,15 25,61—26,11 126,9
2,28—2,32 37,85 7.54—7,69 68,85 26,11—26,62 128,1
2,32—2,36 38,15 7,69—7,85 69,55 26,62—27,14 129,4
2,36—2,40 38,50 7,85—8,01 70,30 27,14—27,67 130,6
2,40—2,45 38,85 8,01—8, 17 71,00 27,67—28,21 131,9
2,45—2,50 39,25 8,17—8,34 71,70 28,21—28,76 133,2
2,50—2,55 39,65 8,34—8,54 72,40 28,76—29,32 134,5
2,55—2,60 40,05 8,54—8,68 73,15 29,32—28,99 135,8
2,60—2,65 40,40 8,68—8,86 73,90 28,89—30,47 137,1
2,65—2,70 40,80 8,86—9,04 74,75 30,47—31,07 138,4
2,70—2,75 41,20 9,04—9,22 75,40 31,07—31,69 139,8
2,75—2,80 41.60 9,22—9,41 76,20 31,69—32,32 141,2
2,80—2,86 42,00 9,41—9,60 76,95 32,32—32,96 142,6
76
Тугоплавкие металлы и сплавы
(Гл. 3
Продолжение табл. 3-3-6
02<К). Л!?/20Э мм d, мк G2CC, мг/200 мм d> мк С200, тиг/200 мм d, мк
32,96—33,62 144,0 71,25—72,70 211,7 154,8—157,9 312,1
33,62—34,29 145,4 72,70—74,15 213,8 157,9—161,1 315,2
34,29—34,97 146,8 74,15—75,65 216,0 161,1—164,3 318,3
34,97—35,67 148,3 75,65—77,20 218,2 164,3—167,6 321,5
35,67—36,38 149,8 77,20—78,75 220,4 167,6—171,0 324,7
36,38—37,10 151,3 77,75—80,35 222,6 171,0—174,4 328,0
37,10—37,84 152,8 80,35—82,00 224,8 174,4—177,9 331,3
37,84—38,60 154,3 82,00—83,65 227.1 177,9—181,5 334,6
38,60—39,37 155,8 83,65—85,35 229,4 181,5—185,1 337,9
39.37—40,16 157,3 85,35—87,05 231 ,7 185,1 — 188,8 341,3
40,16—40,96 158,9 87,05—88,80 234,0 188,8—192,6 344,7
40,96—41,78 160,5 88,80—90,60 236,3 192,6—196,5 348,1
41,78—42,61 162,1 90,60—92,40 238,6 196,5—200,4 351,6
42,61—43,46 163,7 92,40—94,25 241,0 200,4—204,4 355,1
43.46—44,33 165,3 94,25—96,15 243,4 204,4—208,5 358,4
44,33—45,22 167,0 96,15—98,10 245,9 208,5—212,7 362,2
45,22—46,12 168,7 98,10—100,1 248,4 212,7—216,9 365,8
46,12—47,04 170.4 101,1—102,1 250,9 216,9—221,2 369,4
47,04—47,98 172,0 102,1—104,1 253,4 221,2—225,6 373,1
47,98—48,94 173.7 104,1 — 106,2 255,9 225,6—230,1 376,8
48,94—49,92 175,4 106,2—108,3 258,4 230,1—234,7 380,5
49,92—50,92 177,1 108,3—110,5 261,0 234,7—239,4 384,3
50,92—51,93 178,9 110,5—112,7 263,6 239,4—244,2 388,1
51 ,93—52,97 180,7 112,7—115,0 266,2 244,2—249,1 392,0
52,97—54,03 182,5 115,0—117,3 268,9 249,1—254,1 395,9
54,03—55,11 184,3 117,3—119,6 271,6 254,1—259,2 399,9
55,11—56,21 186,1 119,6—122,0 274,3 259,2—264,4 403,9
56,21—57,33 188,0 122,0—124,5 277,0 264,4—269,7 407,9
57,33—58,47 189,9 124,5—127,0 279,8 269,7—275,1 411,0
58,47—59,64 191,8 124,0—129,5 282,6 275.1—280,6 415,1
59,64—60,83 193,7 129,5—132,1 285,4 280,6—286,2 420,2
60,83—62,03 195,6 132,1 — 134,7 288,2 286,-2—291,9 424,2
62,03—63,25 197,5 134,7—137,4 291,1 291,9—297,7 428,6
63,25—64,50 199,4 137,4—140,2 294,0 297,7—303,7 432,8
64,50—65,80 201,4 140,2—143,0 297,0 303,7—309,8 437,1
65,80—67,10 203,4 143,0—145,9 300,0 309,8—316,0 441,5
67,10—68,45 205,4 145,9—148,8 303,0 316,0—322,3 445,9
68,45—69,85 207,5 148,8—151,8 306,0 322,3—328,7 450,3
69,85—71 ,25 209,6 151,8—154,8 309,0
Рис. 3-3-13. Прополочные сетки н анод из мо-
либдена для охлаждаемой излучением гене-
раторной лампы средней мощности.
щиной 150 мк (рис. 3-3-13 и 3-3-13А) с посто-
янной рабочей температурой 500° С (в противо-
положность танталу нет геттерирующего дей-
ствия!). Легкая обрабатываемость, например,
изготовление ребер жесткости выдавливанием
(после сварки!). Соединение швов круглых
жестяных анодов с помощью фальцевания,
клепки или сварки желательно производить
с прокладкой из танталовой фольги. Из-за
плохого излучения тепла полированной поверх-
ностью (нагрузка максимум 6 вт/смг) часто
необходимо делать поверхность шероховатой
(возможность удвоенной нагрузки по сравне-
нию с блестящим металлом, см. рис. 9-4-9) или
покрывать поверхность слоем циркония (см.
§ 7-1). Хорошие результаты дало также по-
крытие танталовым порошком; такие аноды
обладают, кроме повышенной способности
к излучению тепла, отличным геттерирующим
действием б4.
64 Такую жесть для анодов в последнее время
поставляет фирма Eitel Me Cullough (США) под ком-
мерческим названием „Ру го vac*. Молибденовые аноды,
покрытые цирконием, необходимо обезгаживать при
яркостной температуре не менее I 200° С.
§ 3-3] Молибден 77
Рис. 3-3-1 ЗА. Коротко зол ловый лучевой
тетрод с оболочкой нз тугоплавкого
стекла, цирконнрованным молибденовым
анодом н молибденовой сеткой по типу
рнс. 5-2-15. Катод из торнрованного воль-
фрама. Вноды коваровые. Тип RE1090F,
максимальная мощность 1 кет, частота
150 мгц.
Молибденовые электроды ламп тлеющего
разряда, наполняемых инертными газами. Не-
обходимо особенно тщательное обезтаживан-ие
(см. табл. 9-2-3, примечание 9).
Вспомогательные электроды из жести, фо-
кусирующие цилиндры (цилиндры Венельта),
экраны для защиты от излучения (например,
в рентгеновских трубках с накаливаемым ка-
тодом и кенотронах, рис. 3-3-14 и 3-3-'14А) и
охлаждающие ребра-излучатели в генератор-
ных лампах.
Держатели вольфрамовых анодов .в высо-
ковольтных кенотронах (рис. 3-3-14А). Полоч-
ки для газопоглотителей (например, для спе-
ченного порошка циркония), штампованные
Рис. 3-3-14А. Анод высоковольтного (400 кв) вакуумного
вентиля с накаленным катодом. Анодное в-ольфрамовое
зеркало крепится на молибденовом коническом держа-
теле. Справа — накаленный катод с цилиндром Венельта
из молибдена (Siemens—Reiniger Werke, Erlangen).
сетки из жести с повышенной проницаемостью
(см. рис. 3-S-I16).
Цилиндрические экраны для защиты от
излучения в вакуумных печах при температу-
рах до 2 000° С
I
Рас. 3-3-15. Разведенные штампо-
ванные молибденовые сетки (см.
[Л.76]) (изготовитель: Siemens —
Rohren — Werke).
Диски для антикатодов массивные или за-
крепленные (заливкой в вакууме) на охлаж-
даемых водой медных корпусах (по способу,
Рис. 3-3-14. Фокусирующий элек-
трод из молибдена для вольфра-
мовых прямонакальных катодов
рентгеновских трубок.
Рис. 3-3-16. Наиболее распространенные формы молибде-
новых лодочек для прокалки. Размеры в мм (Metall-
werke Plansee).
78
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Рнс. 3-3-17. Зависимость ТЭДС Е термопары Мо—Fe
от температуры Т.
указанному на рис. 3-2-26 (сверху) для спе-
циальных .рентгеновских трубок (в основном
для изучения тонких структур). Длина волны
характеристического излучения К я L для мо-
либдена приведена в конце табл. 3-3-1.
Диски и вставки для вкладышей в ваку-
умных приборах любого типа.
Винты (см. рис. 3-3-12), заклепки и втул-
ки для прочных соединений.
Термопары, (второе плечо — железо). Осо-
бенно хороши для измерений температур в ат-
мосфере .паров ртути (газоразрядные лампы),
так как ни молибден, ни железо со ртутью не
взаимодействуют. Зависимость ТЭДС пары
Мо — Fe от температуры приведена на рис.
3-3-17.
Мо — порошок (200 меш.) применяется
для вжигания в керамику при изготовлении
вакуумноплотных спаев керамики с металлами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Agte С. u. Va сек J.. Wolf ram а.
molybden (tschechisch), Praha 1954.
2. Archer R. S. et al., Molybdenum
(Climax Molybdenum Co.), New York, 1947.
3. Arke 1 A. E. Van, Riene Metalle, Ber-
lin, 1939. ’
4. В ano E. A., Times Rev. Industry, Mai,
1949, S. 25 (Защита молибдена от окисления
путем облицовки керамикой).
5. Bechtold J. Н. u. Scott Н_, Metal
Progress, 61 (1952) 82—88 (Сравнение свойств
литого и металлокерамического молибдена).
6. В е i d 1 е г Е. A. et al., Journ. El. Chem.
Soc., 91 (1951), 21—25 (Покрытия для защиты
молибдена от окисления при высоких темпе-
ратурах).
7. Benesovsky F.. et al., Berg- und
Hiittenmannische Monatschefte, 100 (1955),
219—224 (Дуговая плавка молибдена).
8. Bertel e H. V., Direct Current 1
(1952), 43—45 (Охлажденный ртутвый катод
в молибденовом колпачке, герметично впаян-
ном в оболочку прибора).
9. В u г n s R. М., Protective Coatings for
Metals, New York, 1955.
10. Chelius J., Materials and Methods,
32 (1950), 45—48 (Обработка молибдена).
11. C h i 1 d s W. I. et al., Transact. Am.
Soc. Met., 43 (1951), 105—121. (Нанесение по-
крытий молибдена на никель и его сплавы пу-
тем термической диссоциации МоС15).
12. Climax Molybdenum Comp., Metal Pro-
gress, Aug. 1950, S. 200 В (Механические свой-
ства литого молибдена. См. также (Л. 27]).
13. С1 i п е J. Е. u. W u 1 f f J., Journ. Elec-
trochem. Soc., 98 (1951), 385—387 (Металлиза-
ция порошков кварца и керамики молибде-
ном).
14. D о v е у D. М. u. Randle К. С.,
Metal Treatm., 20 (1953), 341—345 (Использо-
вание покрытий MoSi2 для защиты молибдена
от окисления при нагревании иа воздухе).
15. Е d w а г d s J. W. et al., J. Amer Chem.
Soc., 74 (1952), 1339—1540 (Давление насы-
щенных паров молибдена).
16. Espe W., Slaboproudy obzor 13 (1952),
155—165, Feinwerktechnik, 57 (1953), 309—319
(Припой и пайка в вакуумной технике).
17. Espe W. u. Pokorny V., Slabo-
proudy obzor, 14 (1953), 178—187 (Конструкции
генераторных ламп).
18. Espe W., in Agte C., «Kurspraskove
metalurgie» (tschech.) Lehrgang ftir Pulverme-
tallurgie, Praha, 1951 (Mo: 173—182).
19. Fansteel Met. Corp., Tungsten and Mo-
lybdenum; Techn. Information, North Chicago,
1950.
20. G e 1 о k, J., Materials and Methods, 26
(1947), 86—89 (Спекание блоков молибдена ве-
сом до 125 кг).
21. Gel о k J., Iron Age, 162 (1948),
106—110 (Westinghouse Eng. (September, 1947),
156—159 (Обработка молибдена высокой чи-
стоты).
22. Gmelins Handbuch d. Anorg. Chemie,
System № 53, Molybdan, 8. Aufl., Berlin, 1935.
23. G о e t z e 1 C. G., Treatise on Powder
Metallurgy, New York, 1950-
24. H a 11 R. D. u. J. H. R a m a g e (Wes-
tinghouse), USA, Pat 2, 431, 690/45/47 (Дли-
тельное спекание молибдена во влажном водо-
роде при температуре ° С составляющей 70%
от температуры плавления).
25. Ham I. I., Trans. Am. Soc. Meeh.
Eng., 73 (4'951), 723—732 (Плавка молибдена
в вакуумных дуговых печах).
26. Н а г г i s о п J. S., Production of Mo-
lybdenum and Tungsten for Radio Valves and
Electrec Lamps; Metallwerk Plansee, Reutte
/Tirol, BIOS, Report, № 684 (London, 1945);
vgl. a. CIOS XXX—8.
27. Harwood I. J., Prok. Eng. 21 (1950),
Okt.—Heft 96—102 (Свойства литого молибде-
на. См. также [Л. 12]).
28. Н е г г е s S. A. u. D a v i s S. A., Steel
124 (1949), 82—86 и. 135 (Дуговая плавка
молибдена).
29. Н е г г i п g С. и. N i с h о 1 s М. Н., Rev.
Mod. Phys., 21 (1949), 185—270 (Термоэлек-
тронная эмиссия молибдена).
30. Н е г z i g A. J., Metal Progress, 68
(1955), № 4, 109—114 (Защита молибдена от
окисления).
31. Hillier М. u. Bell R. L„ Brit. J.
Appl. Phys., 9 (1958), 94—97 (Изготовление
спаев молибдена со стеклом при нагревании
высокой частотой в аргоне).
32. Jeffries Z., Trans. Am. Inst. Min.
Metallurg., Eng. 60 (1919), 588 (Молибденовые
крючки для поддержки вольфрамовых нитей
накала нормально-осветительных ламп).
§ 3-3]
Молибден
79
33. Jeffries Z. u. Archer R. S., Sci-
ences of Metals, New York, 1929.
34. J о n e s W. D., Powder Metallurgy, Lon-
don, 1937-
35. J о n e s H. A., I. Langmuir u.
Mackay G. M. J., Phys. Rev. 30 (1927),
201—214 (Давление насыщенных паров молиб-
дена).
36. Kieffer R. u. Hotop W., Pulver-
metallurgie und Sinterwerkstoffe; 2. Aufl., Ber-
lin—-Gottingen—Heidelberg, 1948.
37. Kieffer R. u. Benesovsky F.,
Molybdan, seine Metallurgie, Eigenschaften und
Verwendung, Elektrotechn. und Maschinenbau,
65 (1948), 140.
38. Kieffer R. u. Natter B., Radex-
Rundsch. 1948, Heft 3/4, 40—56 (Высокотемпе-
ратурные печи сопротивления с молибденовы-
ми нагревателями).
39. К i е f f е г' R., u. N а с h t i g a 11 E.,
Festschrift W. C. Heraeus, Hanau, 1951 (Защи-
та поверхности тугоплавких металлов).
40. Kieffer R. (Частное сообщение
1958 г.).
41. Kobayaski М. и. На га shim а О.,
Electr. Journ. Tokyo, 4 (1940), 224—227 (Со-
держание газов в молибдене).
42. К о г b е 1 a k A., Plating on Molybde-
num, Plating, 40 (1953), Oktober, 1126—1133.
Auszug aus dieser Arbeit in «The Nickel Bulle-
tin», 26 (1953), Dez.—Heft № 12, 205—206.
43. Ko reck у J. u. Pospisil R.,
Vzacne kovy v technice, Praha, 1948, 96—107.
44. Kr am er s W. J. u. Dennard F.,
Vacuum 3 (1953), 151—158 (Высокотемпера-
турные вакуумные печи сопротивления для
длительной эксплуатации при 1 800° С).
45. К г u s с h Р., Molybdan, Stuttgart,
1938.
46. К s.y с k i М. J. u. Y n t e m a L. F.,
Journ. Electr. Chem. Soc., 96 (1949). 48—56
(Гальваническое осаждение молибдена из вод-
ных электролитов).
47. L а п g m u i r I., Journ. Amer. Chem.
Soc., 41 (1919), 167 (Взаимодействие молибде-
на с азотом).
48. L е w i п G., Powder Metallurgy Bull.,
6 (1951), 43 (Молибденовые нагревательные
элементы в защитных керамических трубках).
49. L i е m р t J. А. М. Van и.
Geiss Н. W„ DRP 529, 338/24/31 (Молиб-
деновые керны для спирализации вольфрама).
50. Long R. A., Dike К. С. и.
Bear Н. R.,Metal Progress, Sept. 1951, 81—88
(Предел прочности и относительное удлинение
кованых молибденовых штабиков при темпе-
ратурах 20—1 300° С).
51. L u s t m а п В., Metal Progress, 57
(1950), 629—630 и. 674 (Окисление молибдена
на воздухе при температурах о.т 600 до
870° С).
52. М а с h е п s с h а 1 k R., Planseeberichte
fur Pulvermetallurgie, 4 (1956), 80—84 (Нане-
сение молибденовых покрытий пульвериза-
цией) .
53. Marino A. J., Electronics, 6 (1933),
4 (Молибден как материал для электродов и
сеток).
54. М е п t J. D е u. D a k е Н. С., Rarer
Metals, New York, 1946.
55. Metailwerk Plansee, Molybdan, Tech-
nische Informationsschrift, Reutte. Tirol, 1954.
56. M i 11 e r G. L., Met. Ind. London, 75
(1949), 411—413 u. 439—441 (Дуговая плавка
молибдена).
57. Murphy N. W., Wheeler E. S. u.
Linz A., The Conversion Plant at Langeloth
(Climax Molybdenum Co.); Mining and Metal-
lurgy, 27 (1946), 350.
58. N a c h t i g a 11 E., Powder Met. Bull.,
6 (1951), 26 (Механические свойства молиб-
дена) .
59. N a c h t i g a 11 E., Zs. Metallkde. 43
(1952), 23—26 (Свойства молибдена).
60. Nachtigall E. in Benesovsky F., 2,
Plansee—Seminar «Warmfeste und korrosions-
bestandige Sinterwerkstoffe», Reutte, Tirol, 1956
(стр. 313—325, Ход рекристаллизации вольфра-
ма и молибдена).
61. Nat. Bur. of Standards, High-Tempera-
ture Ceramic Coatings for Molybdenum; Nat.
Bur; Stand. Techn. News Bull., 32 (1948),
125—126; Nat. Advisor Comm, for Aeronaut.
(NACA)—Techn. Note, 1626, Washington.
,„62. Newman W. J. (Westinghouse),
USA Pat. 2, 431, 691/44/47 (Спекание круп-
ных молибденовых заготовок во влажном во-
дороде. См. также [Л. 24]).
63. Норткотт Л., Сб. «Молибден», пер.
с англ, под ред. М. А. Маураха, ИЛ, Москва,
1959.
64. N о г t о п F. J. u. М а г s h а 11 A L.,
The Degassing of Metals; Trans. Am Inst Min-
and (Met., 156 (1944), 351—371.
65. Osborn, R. H., J. Opt. Soc. Am., 31
(1941), 428—432 (Теплопроводность молибде-
на).
66. Palme R., Gias- und Hochvakuum-
technik I (1952), 134—139 (Свойства и при-
менение молибдена).
67. Parke R. M. u. Ham J. L., The Mel-
ting of Molybdenum in the Vacuum—Arc; Trans.
Am. Inst. Min. Met. Eng., 171 (1947), 416—430.
68. P a r k e r E. R., Transact. Am. Soc.
Met., 42 (1950), 399—404 (Свойства молибде-
на при высоких температурах).
69. Р i р i t z Е. u. R. Kieffer, Zs. fur Me-
tallkunde, 46 (1955), 187—194 (Повышение
прочности молибдена легированием).
70. Pokorny Е_, Molybdan, Halle, 1927.
71. Pokorny, V., Slab. Obzor, 17 (1956),
687—-690 (Некоторые подробности конструкции
мощного триода СВЧ).
72. Reactor Handbook, Materials General'
Properties, New York, 1955 (S. 191: Mo).
73. Re gel F., Planseeberichte I (1953),
№ 3, S. 97—116 (Печи с молибденовыми на-
гревателями) .
74. Romp I., Ingenier, Den Haag., 68
(1956), Heft 2, S. О. I.—0.6 (Печи сопротив-
ления с вольфрамовыми или молибденовыми
нагревателями).
75. Schneider Р., Slaboproudy obzor, 13
(1952), 286 (Химическая очистка окисленйого-
молибдена в щелочных растворах перекиси во-
дорода).
76. Schottky W. (Siemens u. Halske),
DRP 300, 191/17/21 (Штампованные сетки).
77. Schwarzkopf P., Powder Metaf-
lurgy, New York, 1947.
80
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
78. S с h w а г г ко р f Р., Sublimationspro-
zess zur Herstellung von Molybdan; DRP, 480,
287/1926, DRP. 521, 570/1927, DRP, 556,948/1927.
79. Schwarzkopf P., Частное сооб-
щение.
80. Simpson A. G. u. Berry В. E.,
Sheet Metal Ind. 30 (1953), S. 397—405 (Изго-
товление и применение жести из Mo, W-, Та
и Zr).
81. S kaupy F., Metallkeramik, 4. Aufl.,
Weinheim a. d. В., 1950.
82. S р i t z е г E. E., Anode Materials for
High Vacuum Tubes; Engineering, 54, (1935),
1246—1251.
83. S u m m e г s R. D., Journ. Opt. Soc.
Amer., 24 (1934), 261 (Оптические свойства
распыленного молибдена).
84. S w а г t z С. E., Metal Progress,
August 1950, S. 181—184 (Прокатка, ковка,
давление, глубокая вытяжка, гелиевая дуго-
вая сварка и пайка молибдена).
85. Sykes W. Р., Trans. Amer. Inst. Min.
Met Eng., 64 (1921), 780 (Прочность молиб-
дена на разрыв).
86. Т е s е n D. Е., Report on Tungsten and
Molybdenum Wire; Fiat Report № 413, London,
1945.
87. V a c e k J., Techniche zpravy VUPM,
Praha (1954), № 1, S. 6—7. (Зависимость
свойств молибдена от механической.щ терми-
ческой обработки).
88. W h е е 1 е г Е. S-, Climax Conversion
Practice; Am. Inst. Min. Met. Eng., Technical
Publication, № 1718 (1944).
89. W h i t n e у L. V., Phys. Rev., 48
(1935), 458—461 (Излучательная способность
О
молибдена при 6 670 А).
90. W о г t h i n g A. G., Phys. Rev., 25
(1925), 853 (Излучательная способность мо-
либдена) .
'91 . W о r t h i n g, A. G., Phys. Rev., 28
(1926), 190—201 (Свойства молибдена при вы-
соких температурах).
92. Zwikker С., Physica, 7 (1927),
71—74 (Свойства молибдена при высоких тем-
пературах).
93. Harwood J. J., The Metal Molybde-
num, Cleveland, 1958.
3-4. СПЛАВЫ ВОЛЬФРАМА
С МОЛИБДЕНОМ
[Л. 4, 5, 6, 9]
Вольфрам и молибден могут образовывать
друг с другом сплавы при любом весовом
соотношении. При этом повышается точка
плавления, прочность и удельное сопротивле-
ние молибдена, причем температурный коэф-
фициент электрического сопротивления сни-
жается. С другой стороны, полученные сплавы
более дуктильны и легче обрабатываются, чем
вольфрам.
Обзор используемых к настоящему време-
ни в вакуумной технике сплавов вольфрама и
молибдена приведен в табл. 3-4-1. В табл.
3-4-2 приведены некоторые данные о распро-
страненном сплаве, содержащем 51% Мо
(Мо1у-ВЛОО). На рис. 3-4-<1 дана зависи-
Рис. 3-4-1. Удельный вес у, точка плавления Г^, твер-
дость по Бринеллю Нв, удельное электрическое сопро-
тивление р и его температурный коэффициент ₽ (при
20“ С) сплавов вольфрама н молибдена, в зависимости
от содержания молибдена тщо (н % вес).
Таблица 3-4-1
Основные сплавы вольфрама с молибденом
№ Название Состав, % Примечание
1 WMo50 50W; 50 Мо Изготовитель: Telefunken
2 WMo „L“ 50 W; 50 Мо Следы силикатов щелоч- ных металлов Применение: в виде проволок, на- пример, для кернов оксидных ка- тодов [Л. 7]
3 М2М Неизвестен См. [Л. 3]
4 Мо!у-В-100 49 W; 51 Мо Изготовитель: Metallwerk Plansee кованые и волоченые прутки
5 Проволока для тер- мопар 75W; 25 Мо См. [Л. 8)
§ 3-5]
Тантал
81
Таблица 3-4-2
Свойства сплава WMo (51% Мо)
Удельный вес г/см* 13,1—13,2
Точка плавления °C 2 900
Максимальная рабочая температура °C 2 500
Временное сопротивление разрыву агВ и относительное удлинение 6 кГ/мм? 7» Зависит от состояния и диаметра
°гВ г
110—210 1—20
Предел прочности при высоких темпе- ратурах кГ[мм2 1 000° С 1 200° С 1 400° С 50—55 40—45 25—30
Микротвердость (30 г) кГ/мм2 300—320
Удельное электрическое сопротивление ом-мм21м 0°С; 0,09 1 500° С; 0,54
Температурный коэффициент электри- ческого сопротивления \/град 2,9-10-*
Коэффициент термического расширения \ 10-’’/г рад 25—100° С 55—60 25—700° С 60—64
мость важнейших свойств сплавов вольфрама
и молибдена от содержания молибдена. Дан-
ные о некоторых физических свойствах (сопро-
тивление, расширение, спектральная излуча-
тельная способность) сплавов вольфрама и мо-
либдена с 25, 62 и 87,5% приведены в рабо-
те [Л. 1].
Сплавы WMo используются в вакуумной
технике в виде проволок или лент для пружин,
крючков или петелек, держателей катодов пря-
мого накала и .нитей накала ламп накалива-
ния, а также для подогревателей катодов кос-
венного подогрева (см., например, рис. 4-5-1).
Рабочая температура таких накаливаемых про-
волок обычно не превышает 1 500° С.
К сожалению, недостаточная химическая
стойкость сплава вольфрама с 50% молибде-
на не позволяет изготовлять из него плотные
спирали подогревателей катодов косвенного
накала путем навивки тонкой проволоки на
молибденовый керн, так как производящееся
после формовки спирали вытравливание керна
кислотами сопровождается и травлением спи-
рали.
О сплавах железа, никеля и молибдена
см. § 6-4, I и II. Механические свойства раз-
личных сплавов молибдена см. рнс. 3-3-5А.
ЛИТЕРАТУРА
1. Boss art Р. N., Journ. Арр. Physics,
7 (1936), 50—54 (Спектральная излучательная
способность, электрическое сопротивление и
термическое расширение сплавов W—Мо, со-
держащих 25; 62,5 и 87,5% W).
2. F а 1 е s Н. A. u. Y a go d а Н., J. Amer.
Chem. Soc., 58 (1936), 1394—1501 (Разделение
и определение вольфрама и молибдена).
6—2200
3. G е 1 о с k J., Materials and Methods, 26
(1947), 86—89 (Металлокерамические сплавы
W—Мо).
4. Kieffer R. u. Н о t о р W., Pulverme-'
tallurgie und Sinterwerkstoffe; 2. Aufl., Berlin—
Gottingen—Heidelberg, 1948.
5. Ki e 1 ef f er D. H. a. L i n z A., Molyb-
denum Compounds, their Chemistry and Tech-
nology, New York, 1952.
6- Nonth American Philips Co., Inc., EJmet
Molybdenum, Tungsten and Alloys, New York,
1939.
7. P a t a i E. u. F r a n k G., Z. f. techn.
Physik, 16 (1935), 254 (Применение сплавов
W—Mo для кернов оксидных катодов).
8. Р i г a n i М. u. W a n g е n h е i m G. V.,
Zs. techn. Phys. 6 (4925), 358 (Термопара
W—WMo).
9. Schwarzkopf P., Powder Metallur-
gy, New York, 1947, S. 184.
3-5. ТАНТАЛ
[Л. 2, 9, 18, 22, 27, 28, 30, 38, 42, 48,
49. 74, 81]
Тантал является идеальным материалом
для вакуумной техники, так как он может в
значительной степени абсорбировать остаточ-
ные газы (в том числе и водород), выделяю-
щиеся при эксплуатации электронного .прибора
[Л. 23, 63]. Но именно благодаря этим свой-
ствам |получениетантала, которое® большинстве
случаев осуществляется .металлокерамическими
методами, является очень трудным и дорого-
стоящим, так как и сварка, и все отжиги при
обработке должны проводиться не в печах
с защитной атмосферой, а исключительно в вы-
82
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
соком вакууме. Вследствие сложности процес-
са и необходимости накопления определенных,
приобретаемых на опыте навыков получение
этого металла (так же как и ниобия, который
при производстве тантала является побочным
продуктом) еще в недавнем прошлом было моно-
полией нескольких изготовителей (Siemens und
Halske на европейском континенте, Murex
в Англии и Fansteel в США) 55.
Получение порошка, прессование и спека-
ние. Металлический танталовый порошок полу-
чают из руд, содержащих тантал (подробно-
сти см. [Л. 5, 6, 39, 46, 49, 50, 79]), а в боль-
шинстве случаев и ниобий, месторождения ко-
торых находятся главным образом в Брази-
лии, в Бельгийском Конго и в Австралии. Ме-
таллический тантал добывают из этих руд сле-
дующим образом [Л. 72]: мелко раздроблен-
ную руду сплавляют с бисульфатом калия и
полученный сплав выщелачивают водой, при-
чем окись тантала и окись ниобия остаются
в осадке; затем окислы растворяют в плавико-
вой кислоте и действием фтористого калия пе-
реводят в соответствующие фторотанталат ка-
лия KzTaF? и оксифторониобат калия
KsNbOFsIIsO. Фторотанталат калия благодаря
его плохой растворимости можно отделить от
сопутствующего ему фторониобата калия, ко-
торый в 12 раз лучше растворяется в воде,
путем многократной перекристаллизации. Даль-
нейшая обработка фторотанталата калия и
превращение его в чистый металлический тан-
тал может производиться различными метода-
ми. Технически испытаны следующие способы:
а) Метод фирмы «Сименс» [Л. 10]: фторо-
танталат калия восстанавливают натрием, не
содержащим углерода, во взрывобезопасном
сосуде при 1 000° С до металлического танта-
ла (см. § 7-3). Восстановление должно произ-
водиться очень тщательно (пригодным к упот-
реблению является только абсолютно свобод-
ный от кислорода кристаллический светло-се-
рый порошок, содержащий 99,9% тантала, а
не темный «аморфный» материал). Затем по-
лученную в результате реакции смесь высыпа-
ют в холодную воду; после осаждения смесь
размалывают и путем многократной деканта-
ции холодной водой освобождаются от боль-
шей части содержащихся в ней солей. Остатки
солей удаляют многократным кипячением
в слабо подкисленной азотной кислотой воде.
Остающийся чистый металл затем отсасывает-
ся и очищается от кислоты в кипящей воде.
б) Метод фирмы «Фэнстил» [Л. 7, 30, 46,
50, 58]. Этот способ, которому в настоящее
время отдают предпочтение в США, основан
на электролизе расплавленного фторотантала-
та калия, в графитовых или железных тиглях,
включенных в качестве катодов, и с графито-
выми анодами.
В последнее время для промышленного
изготовления было предложено восстанавли-
вать пятихлористый тантал обрезками магния
(Л. 35, 38, 80].
Танталовый порошок, полученный одним
из описанных методов, (прессуют под давлени-
55 Правительство США во время второй мировой
войны организовало большое производство тантала
в Чикаго. Австралийское правительство вместе с Тап-
taiit Ltd также 'поддерживало строительство заводов
для добычи руды и ее обработки.
Рис. 3-5-1. Высоковакуумная печь для спекания тан-
тала (Murex Ltd, Rainham, Англия) [Л. 50].
ем от 8 до 12 т на 1 с№ в штабики прямо-
угольного сечения, которые потом тщательно
спекаются в вакууме 10-3—10~4 мм рт. ст.
при высокой температуре в печах с нагрева-
тельными элементами из вольфрама (рис.
3-5-1). Спекание лучше производить по ста-
диям при разных температурах (1 150—2 000—
2 600° С) с промежуточными остановками, во
время которых удаляются окислы. Линейная
усадка во время спекания составляет 4—5%
(см. также [Л. 56]). Иногда после первого спе-
кания в высоком вакууме при 2 700° С (до
удельного веса 12—13 г/см-') штабик подвер-
гают холодной проковке на ротационных ма-
шинах на воздухе, причем его диаметр умень-
шается на 5—20%; затем прямым пропуска-
нием электрического тока производят повтор-
ную сварку в вакуумных сварочных аппаратах
(рис. 3-5-1А) до удельного веса около
46,6 г/см-' при температуре, близкой к точке
плавления для того, чтобы с уверенностью
получить наиболее чистый пластичный тантал,
абсолютно свободный от газов.
Тантал, так же как впоследствии и молиб-
ден, удалось получить дуговой плавкой в ат-
мосфере инертного газа или в вакууме в виде
очень пластичного материала, но получавшие-
ся до сих пор слитки были очень малы (не-
сколько кубических сантиметров). На рис.
3-5-2 показано устройство, сконструированное
еще в 1904) г. [Л. 64, 73], которое вплоть до
1945 г. находилось в эксплуатации. В это!,:
устройстве можно переплавить 100 г предва-
рительно спрессованного танталового порошка
в дуге постоянного тока. В качестве 'противо-
положного электрода при этом использовался
штабик из спрессованного крупного тантало-
вого порошка, пропущенный в вакуумный ап-
парат сквозь резиновую пробку; поверхность
штабика предварительно оплавлялась дугой.
Перемещением верхнего электрода электриче-
скую дугу в течение нескольких минут водят
над поверхностью металла, который благода-
ря этому нагревается выше 3 000° С и при этом-
полностью выделяет содержащиеся в нем га-
зы (Hs, Os, Ns). Полученный таким методом
тантал очень пластичен и для специальных це-
лей ему отдается предпочтение перед спечен-
§ 3-5]
Тантал
83
II
Рис. 3-5-1 А. Высоковакуумная печь для спекания тан-
таловых штабиков весом до 0,5 кг,
I—общий вид с откачной системой; М —печь с удален-
ной крышкой и укрепленным в зажимах штабиком
(изготовитель вакуумной системы: Gezateanstalt Balzers.
Liechtenstein; изготовитель печи: Metailwerk Plansee).
ним материалом. Он особенно пригоден для
производства растягиваемых пружин для като-
дов и жести, которая подвергается отбортов-
ке56. Представляет интерес то, что в последнее
время снова с большим успехом используется
та же старая методика плавки. На рис. 3-5-3
схематически и на фотографии показана новая
вакуумная дуговая плавильная печь, в которой
в охлаждаемых изложницах производится
плавка автоматически подаваемых спрессован-
ных из порошкообразного тантала штабиков.
56 Спеченный тантал при отбортовке легко раз-
рывается в -направлении прокатки.
6*
Рис. 3-5-2. Дуговая печь постоянного тока для выплавки
тантала в вакууме (Сименс); сила тока около 500 а;
давление в печи около 10“1 мм pm. cm. (см. [Л. 64]).
1—оболочка из тугоплавкого стекла; 2 —резиновая
пробка; 3 — отрицательный танталовый электрод; 4—
расплавляемый материал; 5 — танталовая подложка;
6 — стальное основание; 7 — гибкое соединение; 8 — ас-
бестовый фильтр для улавливания пыли; 9—присоеди-
нение к масляному насосу.
Получающиеся слитки можно без труда обра-
батывать [Л. 8].
При использовании отходов порошка, по-
лученных измельчением гидрированного танта-
ла, для изготовления расходуемых электродов
необходимо процесс плавления производить
дважды и располагать достаточно мощной си-
стемой откачки, которая позволила бы быстро
и полно удалять значительные количества вы-
деляющихся газов.
Тантал можно получать также осажде-
нием металла из находящегося в газообраз-
ном состоянии хлористого тантала на раска-
ленную танталовую или вольфрамовую прово-
локу [Л. 11, 52, 66].
Механическая обработка. Для дальней-
шей обработки танталовых заготовок решаю-
щим является то обстоятельство, что тантал
при обработке упрочняется незначительно (см.
рис. 3-5-4). Штабики куют на ротационных ма-
шинах до 40—60% от первоначального диаме-
тра и потом отжигают в вакууме 1—2 ч при
2 000° С. Необходимо учитывать, что при каж-
дом отжиге тантала механические свойства
отожженного материала очень сильно зависят
от степени вакуума в печи, в которой произ-
водится отжиг. Так, например, Гринвуд (Л. 31],
который, вероятно, производил отжиг в ваку-
уме 10-2—10 3 мм рт. ст., указывает, что
твердость тантала при отжиге меняется сле-
дующим образом: материал, обработанный
в холодном состоянии и имеющий твер-
дость по Виккерсу около 120 становится
после отжига при 1 100° С немного мягче; в про-
тивоположность этому при отжиге до 1 800° С
он становится тверже (до 375 по Виккерсу),
84
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Рис. 3-5-3. Вакуумная дуговая печь для получения
дуктильного тантала! путем плавки в вакууме (Metall-
werk Plansee).
I—схема высоковакуумной дуговой печи; 1— изложни-
ца; 2—корпус; 3 — масляный диффузионный насос; 4 —
штуцер для присоединения насоса предварительного
разрежения; 5—камера электрода; 6—расходуемый
электрод; 7 — механизм подачи электрода; 8—контакты;
9— ввод вала; 10— привод;//—токоподводы; 12—трубо-
проводы водяного охлаждения; II —внешний вид печи.
II
ное масло. Несколько сложнее протяжка про-
волоки из прокованных до диаметра 1,5 мм
спеченных штабиков. До диаметра 0,2 мм она
производится без промежуточных отжигов
в волоках из твердых сплавов. Уменьшение по-
перечного сечения за один переход составляет
11,5%. Затем (до диаметра 0,15 мм и менее)
для волочения используют алмазные фильеры
(уменьшение диаметра за переход—6%).
Ввиду того, что тантал сильно налипает на
стенки фильер, а смазка плохо удерживается
1 Эта же установка используется для получения
дуктильного молибдена с незначительной присадкой
углерода в качестве раскислителя (см. также
рис. 9-2-6А).
а после отжига при еще более высоких темпе-
ратурах (до 2 400° С) с последующим быстрым
охлаждением постепенно, но значительно те-
ряет твердость (вплоть до 100 по Виккерсу).
По новым данным [Л. 67], эти явления не на-
блюдаются .при отжиге в вакууме ниже, чем
10-4 мм рт. ст., что показано на рис. 3-5-5.
Снижение твердости наступает после отжига
в течение 30 мин при температуре 600° С и
практически полностью заканчивается при
1 300° С.
В хорошем согласии с этими данными на-
ходятся результаты (Л. 76], полученные при
изучении диаграммы рекристаллизации танта-
ла (рис. 3-5-5А).
Не представляет особых трудностей холод-
ная прокатка листов из отожженных и плоско
прокованных штабиков, а также изготовление
узких лент из проволоки без промежуточных
отжигов со степенью деформации до 30%. При
обработке листового материала в качестве
смазки следует использовать легкое машинное
масло; при прокатке тонких лент, а также на
выходной ступени прокатки применяют суреп-
Рис. 3-5-4. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву azB> относительного удлинения 8 и твердости Н
танталовой проволоки диаметром 2,5 мм, отожженной
при 2 400° С в вакууме 10 мм рт. ст. от степени де-
формации R (Л. 57). DPN—твердостопределяемая
алмазной пирамидой. Состав тантала: NI < 0,01%; Fe<
< 0,02%; W. Си, Са, Si обнаруживаются в виде следов
при спектральном анализе; Nb, Pb, Sn, С.- спектрально
не обнаруживаются.
§ 3-5]
Тантал
85
в результате отжига;
алмазной пирамидой) тантала с различ-
отжига в течение ЗО’/ши
200
[DPN]
180
КО
WO
120
100
80
Рис. 3 5-5. Снижение твердости нагартованного тантала
зависимость твердости Н (измеренной
ной степенью деформации R от температуры Ту
в высоком вакууме [Л. 57].
на его блестящей поверхности применяют пред-
варительное окисление проволоки. Для этого
ее можно подвергнуть быстрому анодному
окислению в 1%-ной серной кислоте [Л. 74],
причем образуется тонкая серо-фиолетовая
пленка окислов.
Для смазки фильер можно применять
эмульсию из талька и мыла. Вследствие не-
значительности упрочнения тантала при меха-
нической обработке фильеры могут распола-
гаться на малых расстояниях друг от друга.
В вакуумной технике в основном 'исполь-
зуется материал с временным сопротивлением
разрыву от 70 до 100 кг/мм2 и относительным
Рис. 3-5-54. Диаграмма рекристаллизации чистого тан-
тала (Л. 76]. Зависимость времени, необходимого для
полной рекристаллизации tg, от температуры отжига z
удлинением 2—3%, .причем
наибольшие допустимые за-
грязнения: 0,03%, С и 0,01 %
Fe.
Физические свойства и
обработка. Важнейшие свой-
ства тантала приведены в
табл. 3-5-1, которая допол-
нена данными табл. 3-5-2
для высоких температур, и
рисунками, на которые сде-
ланы ссылки в таблицах.
Подробное описание свойств
тантала приведено в [Л. 3,
4, 24, 33, 40. 43, 47, 69, 70,
71, 77].
Металлический тантал
серого цвета (беловато-голу-
бой) по внешнему виду по-
хож на платину. Чистый
тантал даже при комнатной
температуре является од-
ним из самых пластичных
металлов, но, несмотря па
это, он не может быть на-
зван дуктильным, так как
при обработке его сопро-
тивление разрыву увеличивается только
незначительно. Такое малое упрочнение объ-
ясняет отчасти, почему при холодной про-
катке крупные заготовки можно превра-
щать .в тончайшую фольгу (10 мк) без про-
межуточного отжига. Это значительно об-
легчает процесс производства, поскольку, как
уже указывалось, отжиг тантала из-за боль-
шой чувствительности металла к водороду не-
обходимо производить не в водородных печах,
а в возможно более высоком вакууме. С дру-
гой стороны, недостаточное упрочнение суще-
ственно затрудняет всякую вытяжку (глубо-
кую вытяжку, протяжку проволоки, выдавли-
вание ребер жесткости в цилиндрических ано-
дах), так как тантал очень легко рвется. Это
является также причиной, по которой тантал
удается вытянуть в проволоку большой длины
только до диаметра не менее 80 мк.
Из-за чувствительности тантала к кисло-
роду и азоту обработка резанием или давле-
нием может производиться только в холодном
состоянии (в отличие от вольфрама). Обра-
ботка тантала резанием так же несложна, как
и железа, если в качестве смазки используется
четыреххлористый углерод [Л. 55].
Давление насыщенных паров тантала (см.
табл. 9-5-4), по крайней мере, в 100 раз мень-
ше, чем давление паров молибдена и только
в 10 раз больше, чем давление паров вольфра-
ма67; поэтому танталовые детали при обезга-
живании и прежде всего при длительной экс-
я Поэтому, если при нагревании танталовых де-
талей в вакууме иа холодных .стенках баллона обра-
зуются какие-либо налеты, то в основном они состоят
из окислов тантала, которые из-за наличия источников
кислорода образуются до или во время откачки или
же во время эксплуатации электронных приборов и
легко испаряются вследствие значительно большего
давления насыщенных паров. Это же справедливо и
для нитридов, хотя при несколько более высоких тем-
пературах. В .противоположность этому возникающие
на поверхности тантала карбиды при температурах
ниже точки плавления тантала не испаряются, но мо-
гут быть превращены в тантал и окись углерода путем
реакции с присутствующим кислородом.
86
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Таблица 3-5-1
Свойства тантала (99,9%)
Атомный вес 180,88 Атомный номер: 73
Удельный вес г/см3 16,6—17,0
Температура плавле- ния °C Истинная температура: 2 996+50° С; яркостная темпера- тура: 2 580 (е? = 38%)
Максимальная рабо- чая температура в вакууме °C 2 200
Давление насыщен- ных паров мм pm. cm. 2 407° С 10-» 2599°С 10-* 2 820° С 10-3 2 996° С 5.10-’ (4 100° С) 760 См. [Л. 25] рис. 9-5-4, табл. 3-5-2
Скорость испарения г/см2-сек 1,6-10-’ 1,5-10-« 1.4.10-6 6,8.10-5 — Табл. 3-5-2
Временное сопротив- ление разрыву кГ/мм2 Пластины твердые Жесть 0,25 мм Проволока диа- метр 0,05 мм См. рис. 3-5-41)
100 Отож- женная Нагарто- ванная Отож- женная Нагарто- ванная
35 77 70 126’)
Относительное удли- нение % 18 40 1 11 1.5 Рис. 3-5-4
Твердость по Рок- веллу Е — 60 95 — —
в 103 — — —
Твердость склероско- пическая — — 10 — — —
Твердость по Вик- керсу — — 65—70 120 — — Рис. 3-5-5
Твердость по Бри- неллю кГ /мм2 45—350 (зависит от температуры, продолжительности и скорости повышения температуры при спекании) Отожженный: 45—125 Нагартованный: 125—350 После насыщения газами: до 600
Температура рекри- сталлизации (в ва- кууме) °C При отжиге в течение 30 мин; 1 300° С См. рис. 3-5-5А
Модуль упругости кГ/мм2 Проволока диаметром 0,08 мм: 19 000
Удельная теплоем- кость кал /г -град 100° С 0,034 1 000° С 0,038 1 970° С 0,044
Коэффициент терми- ческого расшире- ния 10-’-1 /град 0—100° С 65 0—500° С 66 20—1 500° С 88 См. [Л. 15], табл. 3-5-2 и рис. 3-2-20
Теплопроводность кал 20° С 0,130 1 430° С 0,174 1 630° С 0,186 1 830° С 0,198
см-сек-град
Ч По данным [Л. 22]; см. также [Л. 57J.
§ 3-5]
Тантал
87
Продолжение табл. 3-5-1
Удельное электриче- ское сопротивле- ние* ом-мм21м 18° С: 0,124 [Л. 22]
20° С: 0,155 [Л. 50]
1130° С 0,61 1 430° С 0,71 1 730° С 0,80 [Л. 39]
0,5.9 0,69 0,79 См. [Л. 47] табл. 3-5-2
Температурный коэф- фициент электриче- ского сопротивле- ния 1/град (0—100° С): 3,82-10-»
Мощность излучае- мой энергии (бле- стящая поверх- ность) вт/см2 730° С 0,8 930° С 1.9 1 230° С 5,5 Табл. 3-5-2; см. рис. 9-4-9
Коэффициент моно- хроматического лу- чеиспускания при 71=6 650 А % 20° С 49,3 930° С 46,9 1 230° С 44,9 Табл. 3-5-2
Соотношение между истинной и яркост- ной температурами См. табл. 3-5-2
Электронная эмис- сия а/см2 2 585° К: 3; см. табл. 3-5-6 и 9-6-1
Постоянные Ричард- сона л0 а/см2-град2 37,2 По данным [Л. 32] см. также [Л. 12, 54, 67]
?О эе 4,10
Магнитная проницае- мость ед. CGS 0,93-Ю-6
Работа выхода поло- жительных ионов эе 10,0
Растворимость водо- рода См. рис. 9-2-1
*) Электропроводность Та по отношению к меди составляет 13,9%.
плуатации .могут выдерживать более высокие
температуры, чем детали из молибдена.
Полная мощность излучения чистого тан-
тала при температурах выше I 600° С лежит
в пределах между мощностями излучения мо-
либдена и вольфрама в8, но может быть значи-
тельно (примерно в 2,5 раза) увеличена, если
с помощью пескоструйки увеличить шерохова-
тость поверхности (см. рис. 9-4-9). При этом
к процессу обработки можно отнести то, что
уже говорилось о молибдене (юм. § 3-3): для
пескосгруйки используется чистый обезжирен-
ный с острыми гранями (ювежий) стальной
порошок с зернистостью 60—90, а не кварце-
вый нли карборундовый песок. Обычно обработ-
ку поверхности пескоструйной производят сра-
зу после формования или сварки танталового
68 Полное излучение W при 2 000° К равно 19,
Та — 21 и Мо — 24 вт[см2 при блестящих поверхно-
стях металла.
электрода. Остатки железа после пескоструй-
ной обработки необходимо тщательно устра-
нить соляной кислотой (потом промыть в ди-
стиллированной воде). Повышение излучатель-
ной способности танталовых анодов с помощью
«чернения» поверхности окислами или углеро-
дам не удается, с одной стороны, по причинам,
указанным ® предыдущем разделе, с дру-
гой стороны, потому, что этим подавлялось
бы наиболее важное свойство тантала, т. е.
его высокая способность поглощать остаточ-
ные газы. Кроме того, слой углерода легко
осыпается.
Танталовую ленту, однако, удается «чер-
нить» и делаТь шероховатой путем особой
электрохимической обработки. Для этого ленту
в качестве анода помещают в электролитиче-
скую Ранну с 20%-ным раствором NaOH
(рис. 3-5-5В). Через несколько секунд при
плотности тока 0,2—0,1 ма!см2 на поверхности
88
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Таблица 3-5-1А
Химический состав танталового порошка
различных сортов [Л. 74]
Содержание. % вес.
Примесь Сорт I1) Сорт II Сорт III
Nb 2,84 1,08 0,62
Mg - - 0,011 0,003
Са 0,007 0,004
Си 0,005 0,008 0,004
Т1 0,11 0,042 0,0065
Si 0,008 0,009 0,056
Fe 0,009 0,018 0,0095
Al 0,0104 0,008
Pb — — 0,001
К 0,0027 2) 2)
S 0,169 2) 2)
С 0,22 0,16 0,12
o2 0,317 0,25 0,37
n2 0,41 0,055 0,030
H2 0,175 0,15 0,10
) Насыпной объем 37 см3/100 г; объем утряски
20,5 сл=/100 г.
2) Не определялось.
образуется окрашенный изолирующий слой.
При повышении напряжения на электролити-
ческой ванне наблюдается появление неболь-
ших искр в результате пробоя этого слоя Это
сопровождается ростом общего тока до 0,3—
1 а. Величина тока не зависит от поверхности.
В течение нескольких минут искрение распро-
страняется по всей поверхности и примерно че-
рез 3 мин вместо исходной блестящей поверх-
ности тантала получают однородную матовую
серо-фиолетовую поверхность.
Тантал можно сваривать с танталом (на-
пример, швы трубчатых анодов) в воде как
защитной жидкости с помощью аппаратов то-
чечной пли роликовой сварки (рис. 3-5-6) Для
Дистиллированная бодан
20%NaOH(7n) 17-30 °C
Рис. 3-5-5В. Схема установки 'для элек-
тролитического матирования поверхности
танталовой жести (Л. 14].
Рис. 3-5-6. Шовиая (роликовая) сварка танталовых ци-
линдров под слоем воды, защищающим металл от окис-
ления. Дальнейшую обработку цилиндров можно про-
изводить непосредственно без промежуточного отжига
[Л. 20. 21].
жести толщиной 0,1—0,15 мм рекомендуется,
например, время сварки, равное 3—10 перио-
дам переменного тока, при плотности тока
сварки на поверхности соприкосновения элек-
тродов 135 а/мм2 (регулятор сварки!) (Л. 20].
Часто используются медно-вольфрамовые элек-
троды для точечной сварки. При этом давле-
ние сварки в 2 раза больше по сравнению
с обычным при стальных электродах. Очень
чистый и по возможности недавно изготовлен-
ный тантал хорошо сваривается. С никелем и
платиной тантал удается сваривать непосред-
ственно (см. § 9-3). Тантал можно свари-
вать непосредственно с танталом дугой посто-
янного тока в четыреххлористом углероде
[Л. 29], а также в аргоне м гелии .при атмо-
сферном давлении [Л. 13]. О дальнейших под-
робностях, касающихся сварки, см. [Л. 44].
О пайке тантала к вольфрамовым прово-
локам ниобием см. § 3-7. Пайка тантала воз-
можна также в вакууме с помощью меди, хо-
тя медь и тантал (по данным (Л. 41]) ни при
какой температуре не образуют сплавов (в от-
личие от никеля).
О методе нанесения танталовых покрытий
на другие металлы путем восстановления пен-
тахлорида тантала водородом см. [Л. 65].
Химические свойства. Обзор химических
свойств тантала приведен в табл. 3-5-3. Как
видно, при комнатной температуре химическая
устойчивость тантала по отношению к кисло-
там и агрессивным раствсрам подобна устой-
чивости стекла.
Особенно важно взаимодействие с водоро-
дом, который тантал поглощает уже при жел-
том калении в 700-кратном количестве по срав-
нению с собственным объемом (с повышением
веса тантала на 3% -и боиее! см. рис. 9-2-1).
При этом металл делается настолько хруп-
ким 6в, что использованный тантал и тантало-
вые отходы после нагревания в водородной
печи рассыпаются в порошок, который после
59 Достаточно уже 0,1% об. водорода (при
760 .«.и рт. ст. 0’ С), чтобы появилась заметная хруп-
кость танталовых нитей накаливания ]Л. 61].
§ 3-5]
Тантал
89
Термические свойства тантала [Л. 43, 47]5)
Таблица 3-5-2
Истин- ная тем- пература Яркостная температура Коэффициент монохромати- ческого луче- испускания X = 6 650 А Мощность излучае- мой энергии Удельное электриче- ское сопро- тивление Линейное расширение ^Т ^373 ^273 Скорость испарения Давление насыщенных паров р3)
°к •к °C % вт/см* г/см*-се к мм рт. ст.
1 000 967 694 48,1 0,793 44,1-Ю-2 4,7-Ю-3
1 100 1060 787 47,6 1,23 47,3-Ю-2 5,5-Ю-3
1 200 1 152 879 46,9 1,84 51,0-Ю-2 6,3-Ю-3
1 300 1 242 969 46,2 2,73 54,8-Ю-2 7,1-Ю-3
1 400 1 332 1 059 45,6 3,95 59,0-Ю-2 7,9-Ю-3
1500 1 421 1 148 44,9 5,47 62,4-10-2 8,7-ю-3
1 600 1508 I 235 44,2 7,36 65,8-Ю-2 9,5-Ю-3
1 700 I 596 1323 43,7 10,10 69,3-Ю-2 10,3-Ю-3
1 800 I 682 I 409 43,2 13,28 72,5-Ю-2 11,1-Ю-3
1 900 1 767 I 494 42,6 17,12 75,8-Ю-2 11,9-Ю-3
2 000 1 852 1 579 42,1 21,63 78,9-Ю-2 12,7-Ю-3 1,63-ю-12 1-ю-1"
2 100 1 933 1 660 41,7 27,11 82,0 - Ю-2 13,5-Ю-3 — —
2 200 2018 I 745 41 3 34.18 85,2 10-2 14.4-10-3 9,78-10-11 6-ю-8
2 300 2 099 I 826 40,9 42,23 88,3-Ю-2 15,2-Ю-3 — —
2 400 2 181 1 908 40,5 51 .27 91,3 10-2 16,1-Ю-3 3,04.10-“ 2-10-’
2 500 2 261 1 988 40,2 62,38 94,4- Ю-2 17,0-Ю-3 — —
2 600 2341 2 068 40,0 75.37 97,4-10-2 17,9- Ю-3 5,54-10 -8 4-Ю-6
2 700 2 421 2 148 39,7 89,89 100,2-Ю-2 18,8-Ю-3 . —
2 800 2 499 2 226 39,4 105.5 102,9-Ю-2 19,7- I0-3 6,61-10-’ 5-Ю-5
2 900 2 575 2 302 39.1 123,0 105,6-10-2 20.6-10-3 — —
3 000 2 652 2 379 38.8 144.4 108,7-10-2 21,6-Ю-3 5,79-10 -6 4-10-4
3 100 2 727 2 454 38,6 167,4 111,4-Ю-2 22,5-10 3 — —
3 200 2 803 2 530 38,4 194,2 113,9-10-2 23,5-10 3 3,82-10-3 3-ю-3
3 269*) 2 855 2 582 38,34) 214,5 115,5 10-2 24,2-Ю"3 6,80-10 5 5-Ю-3
Точка плавления Та по данным [Л- 47].
2) По данным [Л. 43]: lg m = 7,86 — 39 310/Г.
э) Вычислено из уравнения: р = (р в мм
' Р-
4) Спрессованный из порошка штабнк в процессе
ь) См. также табл. 9-6-1.
ptn. cm., Т в °К. m в г/ см*-сек, р. — атомный вес = 180,88).
сварки: 55,6% [Л. 74].
промывания в кислоте и обезгаживания (на-
греванием до 1 000° С в вакууме) можно
прибавлять в ограниченном количестве к све-
жему танталовому порошку при обычном
производстве металла спеканием. Благодаря
этому без каких-либо специальных мер можно
снова получить спеканием пластичный плотный
тантал [Л. 72].
На рис. 3-5-7 приведены микрофотографии
пластичной чистой танталовой проволоки, пре-
вращенной путем отжига в водороде в хруп-
кую. Хрупкость появляется вследствие образо-
вания гидрида тантала на границах отдель-
ных зерен. Из-за поглощения водорода одно-
временно повышается удельное сопротивление
(максимум в 2,5 раза), между тем как темпе-
ратурный коэффициент электрического сопро-
тивления падает на 1 • 10-3 (1/°С). В то вре-
мя как при нагревании в вакууме примерно до
1 200° С тантал снова полностью выделяет во-
дород и благодаря этому приобретает первона-
чальные механические свойства, электрическое
сопротивление при комнатной температуре, по-
вышенное вследствие абсорбции водорода, при
Рис. 3-5-7. Микроструктура шлифов (125х) дуктильного
и ставшего хрупким вследствие поглощения водороча
тантала; диаметр проволоки 0.18 1Л. 36].
1~холоднотянутая; I!—отожженная в высоком вакууме
5 мин при 1 600° С; III — отожженная 1 мин в водороде
при 1 600° С.
90
Тугоплавкие металлы и сплавы
[ Гл. 3
Таблица 3-5-3
Химические свойства тантала
Реактив Характер взаимодейст- вия
Плавиковая кислота, концентрированная и разбавленная Сильная коррозия, растворение (погло- щение Н2)
Раствор HF + NH4F Протравливание шли- фов при металло- графическом ана- лизе
Растворы фторидов Быстро растворяется
HNO3 + HF Быстро растворяется
H2SO4, дымящая Корродирует
H2SO4 + 15»/о свобод- ного SO3 20° С: 0,032 г/дм2 сутки1) 70° С: 1,06 г/дм2 сутки1) 130° С: 45,6 г/дм2 сутки1)
H2SO4, концентриро- ванная и разбавлен- ная, не содержащая SO3 и F До 170° С: не дейст- вует До 300° С: 4 г/дм2 сутки1)
НС1 концентрирован- ная и разбавленная До 110° С: не дейст- вует
HNO3 концентрирован- ная и разбавленная 20—86° С: устойчив
Царская водка, кипя- щая Очень слабая корро- зия
Хромовая смесь 25° С — устойчив 96° С: 0,00004 г/дм2 сутки1)
Щавелевая кислота Растворяется
Фосфорная кислота (85%) До 145° С: устойчив
Аммиак Практически устойчив
Растворы щелочей (концентрированные, теплые) Расплавленные щело- чи (например, КОН) Сильное взаимодейст- вие
Щелочи разбавленные Щелочи концентриро- ванные, горячие Заметно корродирует Сильно корродирует
1) Убыль в весе отрезка жести размером 0,15x1 IX
Х150 мм, предварительно очищенного хромовой сме-
сью.
Продолжение табл. 3-5-3
Реактив Характер взаимодейст- вия
Углерод, графит, са- жа 1 200° С: образова- ние карбидов 1 400° С: полное науглероживание
Органические соли, газы, спирты, кето- ны, альдегиды, эфи- ры Устойчив в отсутст- вии F, свободного SO3 или едких ще- лочей
Вода чистая и под- кисленная Устойчив до 100° С
Вода (с щелочной ре- акцией рн<^8) Устойчив до 100° С
Кислород1), воздух2), водяные пары До 100° С: устойчив ^>260° С: начинается окисление и появ- ляется хрупкость 7, 450° С: окисляется до Та2О3 3>7ОО° С: быстрое окисление до Та2О3
Азот До 150° С: не дейст- вует >200° С: абсорбция и возрастающая хруп- кость >800° С: образование нитридов
Водород (1 ат) Уже при температуре 100° С металл ста- новится хрупким вследствие образо- вания гидрида тан- тала на границах зерен3), выше 750° С в вакууме: полное выделение Н2
Инертные газы Незначительная аб- сорбция, отсутствие влияния на физиче- ские свойства вплоть до точки плавления
Углекислый газ Выше 1 200° С начи- нается образование ТаС
») Теплота сгорания; 1 379 кал)г.
2) При нагревании на воздухе при 400е С иа по-
верхности металла образуется голубая пленка, при
600° С серая пленка (ТааО4), при более высоких темпе-
ратурах — белая пятнокись тантала Та2О5 (j =
= 8,74 г}см3), которая разлагается прн 1 470° С-
8) См. рис. 3-5-7 и [Л. 63].
)
§ 3-5]
Тантал
91
Реактив
Окись углерода
У глеводороды
Продолжение табл. 3-5-3
Cl, Br, J, сухие или
влажные, жидкие
или газообразные
Ртутные пары
Не действуют вплоть
до точки плавления
SO2, сухой или влаж-
ный
До 300° С не дейст-
вует
охлаждении уменьшается только на 75%.. Не
исключено, что после дальнейшего нагревания
до I 800—2 000° С .можно достигнуть первона
чального удельного электрического сопротив-
ления (см. «Применение тантала»).
Тантал 'поглощает и некоторые неблаго-
родные газы и пары, в особенности кислород
и азот, а также водяные пары. Вследствие
этого происходит ухудшение механических
свойств, аналогичное вызываемому водородом.
В присутствии кислорода (например, при раз
рушении оболочек электронных ламп с танта-
ловыми электродами во время эксплуатации !)
поверхность металла становится при 400*’ С си
ней, при 600° С сереет и при более высоких
температурах покрывается беловатым налетом
пятиокиси тантала (Та2О5). Абсорбция инерт-
ных газов незначительна и влияет на свойства
тантала очень мало.
С углеводородами чли парами и газами,
содержащими углерод, "например СО2, тантал
вступает в реакцию с образованием карбида
тантала (ТаС). Реакция начинается уже при
1 200“ С и используется в технике (при
1 400° С) для изготовления проволок и жести
с карбидированной поверхностью.
Важнейшие физические и химические свой-
ства карбида тантала описаны в табл. 3-5-460
Малая термоэлектронная эмиссия карбида
тантала часто используется для подавления
термоэлектронной эмиссии танталовых сеток
генераторных ламп; для этого поверхность го-
товых сеток карбидируют путем кратковремен-
ного нагрева в СО2 (см. также § 9-4, X).
®° Карбид тантала обладает более высокой тем-
пературой плавления, .меньшей скоростью испарения
и большей излучательной. способностью, Чем вольф-
рам. К сожалению, весьма малая прочность карбида
тантала не позволяет использовать его вместо вольф-
рама для изготовления тел лакала .мощных освети-
тельных ламп. Однако в последнее время он нашел
применение в точечных .источниках света. В таких
лампах карбид тантала, расположенный в наполнен-
ной аргоном колбе и служащий излучателем, нагре-
вается до очень высокой температуры токами высокой
частоты с -помощью концентратора, также располо-
женного -внутри лампы, м внешнего индуктора. Внеш-
ний вид и схема такой, ла-мпы, которая -применяется
для освещения- кино- и телестудий, Ифпведена ма
рис. 3-5-7А.
См. углерод
Не действуют до
150 ' С
Характер взаимодейст-
вия
Абсорбция при крас-
ном калении, выде-
ление выше 1 500° С
и
Рис. 3-5-7А. Внешний вид (/) и схема (II) точечной лам-
пы с нагреваемым высокой частотой телом накала из
карбида тантала [Л. 60].
I—источник излучения, диаметр 7 — 8 мм; 2—концент-
ратор; 3—система водяного охлаждения концентратора;
4—стеклянная оболочка, наполненная аргоном (давле-
ние 2 ат); 5-—плоское стеклянное окошко; 6—внешний
индуктор; 7—генератор высокой частоты (Sylvania
Electric Products, Inc, изготовитель TaC: Norton Comp.,
Worcester, Mass, США).
Кислоты и щелочи обычно на чистый тан-
тал не действуют (НС1, H2SO4) или действуют
незначительно (концентрированная HNO3, ам-
миак, царская водка). Исключение составляют
плавиковая кислота и концентрированные ще-
лочи или их расплавы (например, КОН).
К ртути тантал нечувствителен.
Для использования хорошей абсорбционной
способности тантала по отношению к газам
безусловно необходимо перед монтированием и
обезгаживанием готовых т-анталовых деталей
дополнительно очистить химическим путем их
поверхность, чтобы удалить -металлические и
органические загрязнения, которых нельзя из-
бежать при механической обработке. Практи-
чески очистка выполняется погружением в теп-
лую (110° С) хромовую смесь61 или в царскую
водку и дополнительным промыванием в про-
61 Порошок бихромата калия несколько дней вы-
держивают в серкой -кислоте. Раствор можно исполь-
зовать только до тех пор, пока он красно-коричневый
(не -мутный и зеленоватый). Иногда [Л. 34] рекомен-
дуют использование трехо-киси хрома вместо бихро-
мата калия, так как при промывании в хромовой
смеси, не содержащей щелочи, в неровностях и щелях
танталовых электродов не остается следов щелочных
солей.
92
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Таблица 3-5-4 Свойства карбида тантала [Л. 75] I. Физические свойства ТаС
Удельный вес г/см* 13,05—14,5
Температура плавления °C 3 877+140
Давление насыщенных паров мм рт. ст. 3100° с 10-4 5 500°С 760
Скорость испарения г/см1 • сек Примерно на 30% меньше скорости испарения вольфрама (см. табл. 3-2-5)
Предел прочности на растяже- ние кГ/мм2 Около 2
Коэффициент линейного тер- мического расширения \/град 20—2 650° С 82+8
Удельное электрическое со- противление ом)мм2-м 0° С 1 000° с 1 1,2 1500° С 2 230° С 1.3 1,5
Излучательная способность (Х=6 650А) % 200—3000° к 55
Мощность излучаемой энергии При равных истинных температурах на 30% больше, чем у вольфрама (см. табл. 3-2-5)
Термоэлектронная эмиссия при 2030°С В 2,8 раза меньше, чем у тантала (см. табл. 3-5-6)
Внешний вид: литой материал проволока Серебристо-белого цвета, иногда с золотым оттенком Золотисто-желтая; прн плохой обработке коричневая
II. Химические свойства ТаС
Реактив Характер взаимодействия
Воздух 1 Выше Кислород | ото г Пары воды j С Окисление, декарбидизация
Водород при высоких темпе- ратурах Удаляет углерод из ТаС
Хлор при нагревании Образование ТаС18
Азот, чистый, сухой Не влияет до температуры плавления
Инертные газы, вакуум Не разлагается до температуры плавления
точной дистиллированной воде. Обработку кис-
лотой необходимо продолжать до тех пор,
пока с поверхности не будут полностью удале-
ны все загрязнения (например, масляные пятиа
нли отпечатки пальцев).
Для ’Получения поверхности с хорошим
блеском используется электролитическое поли-
рование в электролите, состоящем из дистил-
лированной воды, 2—7% HF и 75—98% H0SO4
или НС! при плотности тока 40—160 ма/ся?
[Л. 26]. После промывания необходимо тща-
тельно высушить все танталовые детали в теп-
лом очищенном от пыли воздухе (но не филь-
тровальной бумагой или тканью) и уложить
их в герметичные стеклянные сосуды.
При высоких температурах тантал обра-
зует с никелем хрупкие сплавы с большим
удельным электрическим сопротивлением и низ-
кой точкой плавления; на это необходимо об-
ратить внимание, например, при конструиро-
вании узлов, в которых танталовые полосы
используют как прокладки между накаляемы-
ми вольфрамовыми проволоками и никелевыми
§ 3-5]
Тантал
93
вводами [Л. 41]. Если не удается достаточно
снизить температуру в месте контакта, исполь-
зуют вместо никелевых вводов молибденовые.
С медью, как уже указывалось, тантал спла-
вов не образует.
Применение тантала в вакуумной технике
]Л. 6, 34, 51, 59, 68, 69, 78]. Наиболее ценным
для производства электронных ламп свойством
тантала, которым ов обладает в обезгаженном
состоянии и при высокой температуре (700—
1 200° С), является его способность к погло-
щению неблагородных газов (О2, N2, СО2; во-
дород даже при 600° С). Из этих соображений
танталовые детали (например, аноды генера-
торных ламп) делают таких размеров, чтобы
их рабочая температура составляла около
700° С. По последним измерениям [Л. 57] аб-
сорбция газов танталом достигает максимума
при 1 800° С и наивыгоднейший диапазон тем-
ператур для газопоглощения должен быть
1 700—1 900° С. Абсорбированные газы могут
опять выделяться ‘без остатка при температу-
рах выше 2 200° С в вакууме.
При обезгаживании электронных ламп
с танталовыми электродами, в особенности
с танталовыми, анодами, во время откачкн до
си-х пор удовлетворялись высокочастотным
нагревом до 4 200—1 500° С, учитывая, что
тантал в процессе сварки штабиков в тече-
ние нескольких часов подвергается нагре-
ванию в вакууме при 2 800° С и в результате
этого полностью освобождается от газов, окис-
лов и других вредных примесей. Вследствие
того, однако, что поставляемый тантал не
бывает всегда достаточно равномерно обезга-
женным, при дальнейшей обработке, в особен-
ности при точечной сварке, нельзя воспрепят-
ствовать возникновению окислов и нитридов.
Поскольку эти примеси начинают разлагаться
только при температурах выше 1500° С, то
при обезгаживании или в процессе эксплуата-
ции обычных, не испытывающих больших на-
грузок электронных ламп с танталовыми дета-
лями, если рабочая температура танталового
электрода не превышает 1 000° С, выделение
газов, приводящее к отравлению катодов, не
происходит. Этим тантал отличается от молиб-
дена, который, наоборот, обладает склонностью
медленно и неравномерно выделять связанные
им газы при температурах выше 600° С.
Несмотря на эти достоинства, сравнитель-
но высокая стоимость тантала в настоящее
время позволяет использовать его только для
изготовления деталей, обладающих небольшой
поверхностью и испытывающих высокие на-
грузки по напряжению, температуре и мощно-
сти, т. е. в импульсных и ультракоротковолно-
вых генераторных лампах, а также специально
для целей газопоглощения (см. также гл. 28).
Если в этих крайних случаях, когда не может
быть использован другой металл, желательно
полностью использовать преимущества дорого-
го тантала <с точки зрения «вакуумной техники,
необходимо в соответствии с новейшими иссле-
дованиями {Л. 34] учитывать при откачке сле-
дующие факторы: при медленном повышении
температуры танталовых деталей растворен-
ные или поглощенные поверхностью газы бы-
стро удаляются при температуре 1 100° С; при
дальнейшем нагревании до 1 600° С практиче-
ски удаление газов не происходит. Только
в диапазоне температур от 1 600 до 1 800° С
начинается постепенное разложение следов
окислов и нитридов; полного обезгаживания
при этих температурах в промышленном про-
изводстве не удается достигнуть, так как со-
ответствующие соединения после их разложе-
ния имеют склонность вновь образовываться
иа наиболее холодных частях раскаленной
танталовой детали, т. е. «мигрируют» по ее по-
верхности. Только если максимальная темпера-
тура составляет 2 000° Сив любом месте- де-
тали поддерживается температура не ниже
1 800° С, испарение и разложение окислов и
нитридов не сопровождается новым образова-
нием соединений; в этом случае можно достиг-
нуть безукоризненного обезгаживания. Пред-
полагается, что при этом продолжительность
процесса с учетом скорости откачки (ограни-
ченной обычно диаметром штенгеля) достаточ-
но велика, и деталь охлаждается только тог-
да,- когда освободившиеся из тантала газы
полностью удалены из баллона прибора. Ина-
че тантал ^новь поглощает эти газы при
охлаждении так быстро, что создается впечат-
ление, как будто они удаляются откачной си-
стемой. Из этих соображений часто использую-
щийся на практике метод обезгаживания, при
котором детали Первоначально нагревают
с помошью высокой частоты до 1 500—1 600° С,
а' потом периодически накаляют до 2 000° С
электронной бомбардировкой, при обезгажива-
нии тантала излишен и опасен. Тантал практи-
чески обезгажнвается только за сравнительно
короткое время, в течение которого он оказы-
вается при максимальной температуре 2 000° С,
и поэтому остальное использованное время и
вся потраченная при этом на нагревание энер-
гия являются' излишними. Только если придер-
живаться указанных правил обезгаживания,
можно достигнуть полного обезгаживания тан-
таловых деталей; благодаря этому электрон-
ные приборы после отпайки, несмотря на не-
обычайную нагрузку во время изготовления и
эксплуатации, обладают таким малым остаточ-
ным давлением, Kojopoe до сих пор было не-
достижимо.
Высокая абсорбционная способность тан-
тала делает его, однако, непригодным для из-
готовления деталей вакуумных приборов, ко-
торые из-за большого количества газов, осво-
бождающихся из обезгаживаемых материалов,
должны работать при непрерывной откачке
(например, для отражающих экранов вакуум-
ных .высокотемпературных печей). В этомслу
чае горячая поверхность тантала .поглощает
выделяющиеся в вакуумной печи газы быстрее,
чем их успевает откачивать вакуумный насос.
Поэтому тантал постепенно становится хруп-
ким и коробится, что приводит к короткому
замыканию между .витками расположенного
вблизи вольфрамового нагревателя. Поэтому
в этих случаях используют вместо танталовой
жести молибденовую.
Более широкому использованию тантала
в вакуумной технике, к сожалению, препятст-
вует его сравнительно высокая стоимость, по-
этому танталовые детали вышедших из строя
генераторных ламп часто после (нового отжи-
га используются бее дополнительной обра-
ботки, так как тантал даже после длительного
отжига (рекристаллизация) в хорошем ваку-
94
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
уме не становится хрупким, в отличие от
вольфрама и молибдена62. Поэтому тантал ис-
пользуют преимущественно для генераторных
ламп, в производстве которых затраты на от-
качку и изготовление по сравнению с ценой
материала составляют основной процент рас-
ходов, а также для изготовления приборов,
к качеству вакуума которых |(например, при
импульсной нагрузке) необходимо предъявлять
очень высокие требования.
Сортамент тантала приведен в табл. 3-5-5.
Таблица 3-5-5
Сортамент тантала’ [Л. 21]
Вид Размеры
Пластины
Жесть отожженная
или неотожженная
с обычной или по-
лированной поверх-
ностью
Фольга
Штабики кованые,
отожженные или не-
отожженные
Проволока отожжен-
ная
Плющенка прокатан-
ная, отожженная
Бесшовные трубки
Трубки со сварным
швом
Колпачки (тянутые),
готовые аноды
Порошок обычный
Порошок мельчайший
Брикеты из порошка
Толщина до 12 мм
Толщина 0,025—
0,5 мм
6,12 и 18 мк (75Х
XI00 мм)
Диаметр от 2,8 до
25,0 мм
Диаметр от 0,028 до
2,5 мм
50—375 мк (ширина
0,25—15 мм)
Диаметр от 0,5 до
50 мм*
Размеры по соглаше-
нию
См. рис. 3-5-8
80 чеш
400 меш
Изготовляются из чи-
стого порошка или
с присадкой других
металлов
Более 99.9% Та (Fe < 0,03%, С < 0,03%).
Ниже приводятся некоторые примеры при-
менения тантала.
Аноды из сварных жестяных цилиндров
или полуцилиндров, колпачки в стеклянных
охлаждаемых излучением генераторных лам-
пах с вольфрамовыми или W-Th катодами,
в особенности для приборов СВЧ [Л. 40].
“ Насыщенный газом и ставший очень хрупким
тантал можно, как уже упоминалось, вновь исполь-
зовать без «мокрой» химической обработки для полу-
чения пластичного тантала. Иногда такие танталовые
электроды после демонтажа из старых приборов и
обезгаж'йван'и.я с помощью высокой частоты под ва-
куумным колпаком из кварцевого стекла можно
немедленно использовать в новой лампе.
Рис. 3-5-8. Различные танталовые аноды для генератор-
ных ламп большой мощности и ламп СВЧ (изготови-
тель: Fansteel Metallurgical Corp.).
Обычные конструкции таких анодов пока
заны на рис. 3-5-8 и 3-5-8А [см. также Л. 21].
Нормальная рабочая температура танталовых
анодов составляет примерно 700°С. Высокая
абсорбционная способность компактного танта-
ла при этой температуре делает излишним
использование распыляющихся газопоглотите-
лей (например, Ва), что очень важно, в осо-
бенности для высоковольтных электронных
приборов.
Для электронных приборов с оксидными
катодами из технических соображений приме-
нение танталовых анодов нельзя рекомендо-
вать, так как необходимое для использования
Рис. 3-5-8А. Коротковолновые генераторные лампы с
оболочками из легкоплавкого стекла и с танталовыми
анодами.
I— мощность 500 ет, общая высота 410 мм. II—мощ-
ность 250 виг, общая высота 320 мм (изготовитель; Sie-
mens тип „GRI" и .GR 505", применение —диатермия).
§ 3-5]
Тантал
95
геттерирующнх свойств материала высокотем-
пературное обезгаживание танталового анода,
расположенного вблизи катода, могло бы при-
вести к разрушению никелевого или платино-
вого керна оксидного катода. При производ-
стве точных электронных приборов танталовые
аноды следует укреплять в системе только
одной стороной; при двухстороннем закрепле-
нии из-за изгибающего действия сил, которые
возникают при ббезгаживании, не удалось бы
выдержать точные допуски на диаметр аяода
и тем самым и постоянство свойств электрон-
ного прибора.
Излучательная способность чистого танта-
ла может быть значительно повышена обра-
боткой поверхности с помощью пескоструйки
стальным песком (очищенным кислотой!) или
нанесением покрытия из вольфрамового по-
рошка. Напеканием порошка циркония на
поверхность тантала удается сочетать высокие
газопоглотительные свойства циркония и тан-
тала и одновременно повысить излучательную
способность анода в 3—4 раза, благодаря че-
му выделяемая на аноде мощность (при не-
изменном сроке службы электронной лампы)
значительно повышается.
Проволочные управляющие сетки в гене-
раторных лампах (см. также [Л. 34]). Для по-
давления вторичной электронной эмиссии по-
верхность сетки или карбидируется |(слой ТаС
на поверхности, см. выше) или покрывается
цирконием.
Для электронных ламп СВЧ с очень кру-
той характеристикой, т. е. с незначительным
расстоянием между сеткой и катодом, в осо-
бенности в комбинации с катодами, сплетен-
ными из торированной проволоки, рекомен-
дуются сетки, изготовленные нз полотна, об-
разованного большим числом навитых вправо
и влево танталовых проволочных спиралей
(рис. 3-5-9), которые пересекаются под уг-
лом 45°, и свариваются в точках пересечения
(большая механическая стабильность, несмот-
ря на отсутствие пцддерживающих траверс).
Катоды прямого накала. Тантал обладает
меньшей работой выхода электронов, чем
вольфрам [Л. 12, 67], но при той же темпера-
туре, большей скоростью испарения. Основ-
ные для накаливаемых катодов величины,
т. е. необходимая для получения достаточной
эмиссии температура и скорость испарения
при этой температуре (долговечность!), при-
ведены в табл. 3-5-6, где они сравниваются
со свойствами катодов из других чистых ме-
таллов [Л. 37]. Как видно, скорость испаре-
ния тантала (отнесенная к температуре, при
которой токи эмиссии равны!) не превышает
скорости испарения вольфрама. При этом тан-
тал обладает по сравнению с вольфрамом
преимуществом несравненно более легкой ме-
ханической обработки (изготовление трубок)
и недостатком из-за больших трудностей при
изготовлении проволоки (не говоря уже о зна-
чительно меньшем временном сопротивлении
разрыву). Из этих соображений тантал не-
пригоден для раскаленных катодов в виде
натянутых проволок, но используется для ци-
линдрических катодов. Например, он приме-
няется при изготовлении генераторных ламп
с так называемыми катодами полупрямого
накала из танталовых бесшовных трубок.
Рис. 3-5-9. Сетки из ткани, сплетенной нз танталовой
проволоки (Л. 53].
I — сетка из сваренных спиралей с правой и левой на-
вивкой; II— сетка с колпачком и опорным цилиндром;
III — блок сетки с экранирующим цоколем (изготови-
тель: Siemens). См. также рис. 9-З-ЗВ.
Такой катод частично .нагревается косвен-
ным путем вольфрамовой спиралью, распо-
ложенной внутри него в виде теплоизлучателя
и электрически соединенной последовательно
с внешней танталовой трубкой, дополнительно
нагревающейся за счет прямого пропускания
тока. С помощью такого устройства, несмотря
на большую силу переменного тока накала
(например, около 2 000 а при напряжении
накала 45—20 в для генераторных ламп мощ-
ностью 300 кет), можно преодолеть нежела-
тельное влияние магнитного поля.
Таблица 3-5-6
Скорость испарения танталовых катодов
по сравнению с катодами из других
чистых металлов (по данным [Л. 37])
Катод Температура катода при удельной эмис- сии 3 а{см2 1°К] Скорость испаре- ния при данной температуре катода [г{см? сек]
Мо Nb Та Г' W 2 580 2 560 2 585 2 780 14-Ю-6 0,42-10-“ 0,043-10-“ 0,043-10-“
Мощные катоды для газоразрядных прибо-
ров с углеводородным наполнением. Поскольку
карбид тантала, образующийся при темпера-
турах выше 1200°С, обладает более высокой
точкой плавления (3 877° С), чем чистый тан-
тал (2996°С), то его возникновение не при-
водит к снижению температуры плавления
тантала 63.
Держатели газопоглотителей. В США
в цельнометаллических электронных лампах
65 В отличие от вольфрама, карбид которого
плавится при 2 730° С, т. е. заметно ниже, чем чис-
тый W (3 380° С).
96
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
.^-Вольфрамовый
аперзкень
Рис.3-5-10. Конструкция анода высоковольтного вен-
тиля"с накаленным катодом (см. также рис. 3-3-I3A).
танталовая фольга, нагреваемая путем пря-
мого накала, используется как восстанавли-
вающая подложка баталового газопоглотите-
ли (см. [Л. 45] и гл. 27), так как металличе-
ская оболочка электронной лампы препятст-
вует применению нагрева токами высокой
частоты для распыления газопоглотителя.
Газопоглотители. Высокая абсорбционная
способность тантала используется путем на-
несения танталового порошка на поверхность
анодов. Вследствие высокой температуры, не-
обходимой для обезгаживании тантала, в ка-
честве основного материала анодов практиче-
ски можно использовать только вольфрам или
молибден {Л. 16]. Это справедливо также дли
оболочек газопоглотителей из ленточного тан-
тала или таблеток из танталового порошка.
Траверсы сеток и держатели анодов гене-
раторных ламп, пружины для вольфрамовых
катодов прямого накала генераторных ламп
(см. также § 3-6). Тигли для плавки в высо-
котемпературных вакуумных печах см.
рис. 12-78.
ЛИТЕРАТУРА
1. A n d г е w s М. R.: Reaction of Gases
with Incandescent Ta; Journ. Amer. Chem. Soc.
54 (1932) 1845—1854.
2. Arkel A. E. Van: Reine Metalie, Ber-
lin 1939, S. 235—246.
3. В a 1 k e C. W.: Chem. Metallurg. Eng.
27 (1922) 1271 (Получение и свойства тан-
тала).
4. Balke, С. W.: Tungsten, Tantalum and
Columbium; Ind. Eng. Chem. 21 ' (1929) 1006.
5. Balke, C. W.: Ind. Eng. Chem. 27
(1935) 1166 (Получение тантала).
6. Balke, C. W.: Ind. Eng. Chem. 30
(1938) 251—254; Meital Ind. 52 (1938) 425—427
(Металлургия и применение тантала).
7. Balke, С. W.: Iron Age 147, Nr. 16
(1941) 23 (Получение тантала электролизом
расплава KzTaF?).
8. Benesovsky, F.: Planseeberichte fur
Pulvermetallurgie I (1953) 145—158 (Получение
дуктильного тантала дуговой плавкой в ва-
кууме) .
9. Berry, В. Е., et al.: Production of Tan-
talum in Germany; BIOS Final Report No. 803,
London 1946.
10. Bolton, W. V.: Z. Elektrochem. 11
(1905), S. 45, 503 u. 722 (Tantal).
11. Burgers, W. G., u. I. С. M. Basart:
Z. anorg. Chemie 216 (1934) 233—227 (Полу-
чение тантала осаждением из газовой фазы).
12. С а г d w е 11, А. В.: Phys. Rev. 47
(1935) 628 (Электронная эмиссия тантала).
13. D a a n е, А. Н.: Rev. Sci. Instr. 23
(1952) 245—246 (Дуговая сварка танталовой
ленты в Аг или Не угольным электродом на
постоянном токе).
14. Dwyer, R.I.: USA—Pat.2720488/1953/
1955 (Электрохимическое матирование поверх-
ности танталовой жести).
15. Edwards, J. W., et al.: Journ. Appl.
Phys. 22 (1951) 424—428 (Термическое рас-
ширение Ta, Nb, Mo и Pt).
16. Espe, W., M. Knoll u. M. P. Wilder:
Gettermaterials for Electron Tubes; Electronics
23 (Okt. 1950) 80—86 (Ta als Getter) (Приме-
нение тантала в качестве газопоглотителя).
17. Е s р е, W.: Specialni kovy vakuove
techniky, vyrobene cestam praskove metalurgie,
in dem Buch «Kurs praskove metalurgie», Praha
1951.
18. E sp e, W.: Slaboproudy obzor 14 (1953)
213—233 (Получение, свойства и применение
тантала).
19. Espe, W.: Homoty pro elektrotechniku,
Praha 1950, Werkstoffe der Elektrotechnik, Ber-
lin 1954.
20. Fansteel Prod. Co.: El World,
N. Y., 104 (1934) 1184 (Сварка тантала под
слоем жидкости).
21. Fansteel Metallurg, Corp.: Tantalum—
Components for High Vacuum Tubes; Technical
Information Bull. Ta 2.500, North Chicago 1947
(Сортамент и очистка поверхности танталовых
анодов).
22. Fansteel Metallurg. Corp.: The Metal
Tantalum, 2. Aufl., North Chicago 1948.
23. Fas t, J. D.: Philips Techn. Rundschau
7 (1942) 73—81 (Растворимость водорода
в тантале).
24. F е t k е n h е u е г, В., ji. Е. Cremer: Sie-
mens Z. 12 (1932) 168 (свойства тантала).
25. Fiske, M. D.: Phys. Rev. 61 (1942)
513 (Давление насыщенных паров тантала).
26. Gal 1, J. F., u. H. C. Miller: Anodisches
Blankbeizen (electropolishing) von Ta; USA —
Pat. 2 466 095/1944/1949.
27. 1 Ganswindt, S.: Tantal, in: Werk-
stoffhandbuch Nichteisenmetalle (Blatt 04) Ber-
lin 1928.
28. G a n s w i n d t, S., u. K. Matthies:
Chem. Fabr. 6 (1933) 521.
29. G a n s w i n d t, O., u. W. Kieffer in
BIOS Report No. 1844, London 1946, 36—39
(Сварка и пайка тантала).
30. G о е t z i е 1, C. G.: Treatise on Powder
Metallurgy, Now York 1950.
31. Greenwood, J. N., u. R. N. Myers:
Nature 160 (1947) 675 (Жестчение тантала при
термической обработке в вакууме).
§ 3-5]
Тантал
97
32. Herring, С., u. М. Н. Nichols: Ther-
mionic Emission; Rev. Mod. Phys. 21 (1949)
185—270 (u. a. auch Ta).
33. Holman, I. H.: Mining Mag. 74
(1946) 77—82 (Свойства тантала).
34. Hunter, F. L.: Processing of Ta Ano-
des and Grids for Transmitting Tubes; Fansteel
Metallurgical Corp., Techn. Bulletin Ta 3902,
North Chicago, Illinios (USA) 1950.
35. I s a z a, I. P., et al.: Trans. Am. Inst.
Min. Met. Eng. 175 (1948) 784 (Получение тан-
тала восстановлением TaClg магнием).
36. J e f f r i e s, Z.: Trans. Am. Inst. Min.
Met. Eng. 60 (1919) 588 (Металлография тан-
тала)
37. J ep sen, R. L.: Coaxial Tantalum Cy-
linder Cathode for Continous Magnetron, RCA—
Rev. 8 (1947) 301—311.
38. Johansen, H. A., u. S. L. May: Ind.
Eng. Chem. 46 (1954) 2499—2500 (Получение
тантала восстановлением TaCls магнием).
39. Kieffer, R., u. W. Hotor: Pulverme-
tallurgie und Sinterwerkstoffe 2. Aufl., Berlin
1948.
40. К о b a у s к i, M., u. O. Harashima:
Electr, Journ. Tokyo 4 (1940) 224—227 (Свой-
ства тантала и его применение в лампах СВЧ).
41. Коль В. К., Технологии материалов
для электровакуумных приборов перев. с англ.,
Госэнергоиздат, М.—Л., 1957.
42. К о г е с к у J., u. R. Pospisil: Vzacne
kovy v technice, Praha 1948 S. 88—95.
43. L a n g m и i r, D. B., u. L. Malter:
Phys- Rev. 55 (1939) 784—749 (Давление на-
сыщенных паров тантала).
44. La Que, F. L.: Can. Chem. Process
Ind. 23 (9) (1939) 31 (Механическая обработ-
ка и сварка тантала).
45. Lederer, Е. A., u. С. Н. Wamsley:
RCA—Rev. (1937) 117; (1940) 310 (Баталовый
газопоглотитель).
46. Lee, J. A.: Chem. Eng. 55 (1948)
НО—112, 152—155 (Краткое описание процес-
са производства порошка тантала фирмы
«Fansteel Metallurgical Corp».
47. Malter, L., u. D. B. Langmuir: Phys.
Rev. 55 (1939) 743—747 (Свойства тантала).
48. Mellor, J. W.: Inorganic and Theor.
Chemistry, Vol. IX: Tantal, S. 883—925, Lon-
don 1939.
49. Men t, J. De, u. H. C. Dake: Rarer Me-
tals, New York 1946.
50. Mi Iler, G. L.: Murex Rev. 1 (1949)
1—10, 94; Ind. Chemist 29 (1953) 482—488
(Получение и свойства тантала).
51. Miller, G. L,: South Afric. Min. Eng.
Jorn. 61 (1950) 163—165 (Применение тан-
тала).
52. Moers, К.: Metallwirtschaft 13 (1934)
646 (Осаждение из газовой фазы).
53. Muller, W.: FTZ 5 (1952) Heft 11,
528 (Танталовые сетки).
54. M u n i c k, R. J., et al.: Phys. Rev. 80
(1950) 887 (Термоэлектронная эмиссия тан-
тала)
55. Myers, R. H.: Metallurgia 39 (1948)
7—10 (Механическая обработка тантала).
56. Myers, R. Н.: Metallurgia 39 (1948)
307—310 (Спекание танталового порошка).
57. Myers, R. Н.: Metallurgia 41 (1950)
301—304 (Свойства тантала).
7—2200
58. Myer s, R. Н.: Proc. Austr. Inst. Min.
and Met., NS 144 (1946) 15 (Получение тан-
талового порошка методом электролиза).
59. N. N.: La Technique Moderne 43
(1951) Nr. I, S. 18—21 (Применение тантала
и ниобия).
60. N. N.: Radio and Telev. News 55
(1956) Nr- 4, S. 87 (Точечная лампа с излу-
чателем из ТаС).
61. Oesterhel d, G.: Elektrochem. 19
(1931) 585 (Взаимодействие тантала с водо-
родом).
62. Percy, A. L.: Chem. Eng. 59 (1952)
259—260, 262—264 (Химические свойства тан-
тала).
63. Pirani, М.: Z. f. Elektrochem. 2
(1905) 555—558 (Поглощение танталом водо-
рода).
64. 'Pirani, М.: Vacuum 2 (1952) 159—
160 (Vakuumschrnelzen von Та) (Вакуумнаи
плавка тантала).
65. Р la се k, Ch., u. D. F. Taylor: Ind. Eng.
Chem. 48 (1956) 686—695 (Нанесение покры-
тий тантала восстановлением TaClg водоро-
дом.
66. Р о w е 11, С. F., I. Е. Campbell и.
В. W. Gonser:' ‘ Jorn. Electrochem. Soc. 93
(1948) 258—265 (Получение танталовых по-
крытий на Ni, Fe, Си и др. металлах путем
восстановления TaClg водородом).
67. R е у п о 1 d s, N. В.: Phys. Rev. 35
(1930) 158 (Электронная эмиссия тантала).
68. Rose, К.: Tantalum as Engineering
Material; Mat. and Methods 20 (1947) 94—97.
69. R о w 1 e d g e, H. P.: The Properties and
Uses of Tantalum and Columbium; Mineral Re-
sources of W-Australia Bulletin 3 (1945)
67—70.
70. Sanderson L.: Can. Mining Journ.
61 (1940) 803—804 (Свойства тантала).
71. S c h n e i d e r, A., u. U. Esch: Z. Elek-
trochem. 49 (1943) 72—89 (Свойства тантала).
72. S chw a rzkopf, P.: (Частное сооб-
щение 1936 г.).
73. S i e m e n s u. Halske: DRP 152
848/03/04; 152 870/03/04; 155 548/03/04 153
826/03/04 (Плавка тантала в вакуумной дуго-
вой печи).
74. V а с е k, J.: Neue Hiitte 2 (1957)
692—702 (Изготовление танталовых полуфаб-
рикатов и их свойства).
76. Волощук, Н. Н., Гельфгот А. Л.,
Светотехника, 1937 г., Na 1 стр. 87—92. (Ис-
следование возможности применения карбида
тантала в лампах накаливания).
76. W е n s с h, G. Н., et al.: Journ. Met. 4
(No. 6) (1952) 596 (Рекристаллизация тан-
тала).
77. W о r t h i n g, A. G.: Phys. Rev. 28
(1926) 174—201 (Свойства тантала при высо-
ких температурах).
78. Yn tern a, L. F., u. R. W. Yancey:
Trans. Electrochem. Soc. 91 (1947) 485 (При-
менение тантала в производстве электрова-
куумных приборов).
79. Y n t е m a, L. F., u. F. Н. Driggs: Fan-
steel Metallurgical Corp., Techn. Rep. Aug. 1944
(Получение тантала из оловянных шлаков).
80. Zeppelin, Н. v.: Metall und Erz 40
(1943) 253 (Получение тантала восстановле-
нием Та Cig магнием в присутствии КС1).
98 Тугоплавкие металлы и сплавы [ Гл. 3
3-6. СПЛАВЫ ТАНТАЛА С ВОЛЬФРАМОМ
Кроме чистого тантала, в последнее вре-
мя при производстве мощных миниатюрных
генераторных ламп используются также спла-
вы тантала с вольфрамом. Они также выра-
батываются методами порошковой металлур-
гии путем спекания в вакууме. Выпускается
в основном сплав тантала и вольфрама
с 92,5% Та и 7,5% W.' Он обладает по сущест-
ву теми же свойствами, что и чистый тантал,
но сохраняет упругость при более высокой
температуре. Поэтому его применяют как кон-
структивный материал для пружин. Такие пру-
жины можно изготовлять как из отожженных,
так и из неотожженных сплавов, дополни-
тельно термически обрабатывая их [Л. 1].
Основными видами изделий являются:
жесть: толщина 0,05 мм и более;
проволока: диаметром от 0,075 мм и выше,
стержни: диаметром до 12 мм.
ЛИТЕРАТУРА
1. Fanstel Met. Corp., The Metal Tan-
talum, 2 Aufl., North Chicago, 1948.
3-7. НИОБИЙ
[JI. I, 2, 4, 6, 7, 11, 15, 19, 21, 22, 23, 33]
Получение ниобия. Так как ниобий всегда
встречается как спутник тантала, его полу-
чают при обработке танталовых руд64 как по-
бочный продукт в виде оксифторониобата ка-
лия Kj>NbOFs-H2O (см. §3-5). Очистка окси-
фторониобата калия значительно труднее, чем
очистка соответствующего соединения тантала
из-за растворения примесей, которые извле-
каются одновременно с ниобием и состоит
главным образам из фторидов олова, вольфра-
ма и титана (подробности см. [Л. 3, 5, 15,
23, 24]).
Получение металла из оксифторониобата
калия производится по существу так же, как
и тантала [Л. 3, 5]. В большинстве случаев
фторониобат расплавляют в никелевом тигле,
а потом электролизом расплава выделяют нио-
бий в виде зернистого осадка [Л. 15, 18]. После
раздробления порошок промывают разбавлен-
ной кислотой. При электролизе используют гра-
фитовый анод, катодом служит тигель.
По другому способу определенное коли-
чество окиси ниобии сначала карбидируют до
NbC путем введения сажи и спекания смеси
в атмосфере инертных газов. Карбид ниобия
затем перемешивают с Nb20s и нагревают
смесь в вакууме, причем в соответствии с ре-
акцией
Nb2Os + 5NbC = 7Nb + 5СО
образуется металлический ниобий, в котором
СО не растворяется.
Порошок ниобия прессуют в штабики при
более низком давлении, чем порошок тантала.
« Наиболее богатая руда — колумбит
(Fe, Мп) - (Nb, Та)2Ов содержит 26—70% Nb2Ot и
1—77% Та5Ов. Наибольшее количество руд, богатых
ниобием, встречается в Нигерии к на Кольском полу-
острове. Крупные месторождения встречаются также
в Кайзерштуле.
Эти штабики предварительно спекают в вы-
соком вакууме прямым пропусканием тока,
причем температура спекания вследствие зна-
чительно более низкой точки плавления ниобия
должна быть значительно ниже, чем у тан-
тала. Поэтому обезгаживаиие и очистка вслед-
ствие испарения примесей ие так эффективны,
как у тантала. После холодной ковки штаби-
ков, необходимой дли закрытия пор, возни-
кающих при спекании, проводят повторное спе-
кание при температуре, близкой к точке плав-
лении. Полученный таким образом металли-
ческий ниобий обладает зеленовато-стальным
блеском и несколько более светлой окраской,
чем тантал. Допустимо следующее максималь-
ное количество примесей в ниобии: 0,20% Та,
0,002% Ti, 0,03% Si, 0,01% Fe, 0,02% С.
Массивные слитки ниобия так же, как и
тантала (см. рис. § 3-5, рис. 3-5-2 и 3-5-3),
можно получить методом дуговой плавки в вы-
соком вакууме.
Механическая обработка и физические
свойства. После отжига ниобий обрабатывает-
ся лучше, чем тантал, и так же легко прока-
тывается. Его можно резать и протягивать
перпендикулярно направлению прокатки, не
вызывая расслаивания. Несмотря на то, что
при кратковременном нагревании на воздухе
ниобий не становится таким хрупким, как
тантал, все же его отжиг необходимо произ-
водить в вакууме.
Физические свойства ниобия указаны
в табл. 3-7-1, дополненной табл. 3-7-2 и 3-7-2А,
в которых приведены свойства ниобия при по-
вышенных температурах. Точка плавления нио-
бия значительно ниже, а коэффициент тем-
пературного расширения несколько выше, чем
у тантала. Работа выхода электронов наи-
меньшая по сравнению со всеми чистыми туго-
плавкими металлами; однако более высокое
давление паров делает невозможным нагрев до
температур, которые обеспечили бы такую же
удельную электронную эмиссию, как у тан-
тала (см. табл. 3-5-6). Свойства ниобия сильно'
зависят от содержания кислорода в образце
(см. табл. 3-7-2В).
Химические свойства. Химическое взаимо-
действие ниобия с различными реактивами
описано в табл. 3-7-3. Прежде всего важно то,
что ниобий, как и тантал, очень жадно погло-
щает водород и становится вследствие этого
хрупким. Соединяется он также и с азотом.
На воздухе, начиная от 200° С, образуется
прочно прилегающая к металлу пленка окиси?
При красном калении ниобий очень бурно
окисляется до окиси ниобии NbjOs; соляная
кислота на ниобий не действует, также, как
и ртуть и пары К, Na или Mg. Плавиковая
кислота реагирует с Nb (травление поверхно-
сти деталей из ниобия, например, при кипи-
чении). Наконец, устойчивость ниобия против
коррозии по отношению к большинству хими-
ческих реактивов вообще несколько ниже, чем
устойчивость тантала.
Применение (см. [Л. 26, 27]). Ниобий
в объемном отношении примерно иа 50% до-
роже, чем также очень дорогой тантал, но об-
ладает при этом вдвое меньшим весом. По-
этому его применение ограничивается только
ценными и крупными приборами (генераторные
лампы, высоковольтные кенотроны, рентгенов-
§ 3-7]
Ниобий
Таблица 3-7-1
Свойства чистого ниобия
Атомный вес: 92, 91 Атомный номер: 41
Удельный вес г/см1 8,58
Температура плавления . °C 2 550а) 2 500+403) 2 415е) 2 468»)
Давление насыщенных паров мм рт. ст. 2 194° С ю-® См. табл 2 355° С 10-4 3-7-2 и 9-5- 2539°С 10-» 4 5 000 °C 760
Скорость испарения г]смг-сек 2194° С 1,2-10-’ 2355°С 1,1-10-® 2 539° С 1,1-10-®
Максимальная рабочая темпе- ратура в вакууме °C -х,2 100
Температура отжига °C > 1 050° С н вакууме
Твердость по Бринеллю кГ)мма Предельные величины: 20 . . . 450 Нагартованный: 200—250е) Отожженный; 75е)
Микротвердость (60 г) кГ/мм? 2501)
Твердость склероскопическая — Отожженный: 10
Временное сопротивление раз- рыву кГ/мм? Штабики сварен- ные и кова- ные 60
Штабики отож- женные 30 •
Жесть 0,25 мм; Проволока: диаметр 0,125 л.« Тянутая: 70 (67—91®)) См. табл. 3-7-2А
отожжен- ная 35 (34—416)) прока- танная 70
Относительное удлинение °/о 30 1 1
Предел пропорциональности кГ/мм* 17
Модуль упругости кГ/ммг 8 720
Удельная теплоемкость кал/г-град >0,064
Теплота испарения кал/г 1840
Температурный коэффициент линейного расширения’),6) 1/град 20—100° С 20—300° С 20—1 500° С 72-10-’ 75-10"’ -чЛОО-Ю-’
Теплопроводность кал/см-сек-град 100° С: 0,130 См. табл. 3-7-2А
Излучательная способность (Y = 6 500 А) «/. 1730° С: 37
Соотношение между истинной н яркостной температурами °К См. табл. 3-7-2 и 3-7-2А . .
7*
аоо
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
П родолжение табл. 3-7-1
Мощность излучаемой энергии вт]смг См. табл. 3-7-2 2 330° С 66 2 530° С 93
Удельное электрическое сопро- тивление (25° С) ом-ммг1м 0,13 — 0.23 См. табл. 3-7-2 и 3-7-2А
Температурный коэффициент электрического сопротивле- ния 1/град 0—100° С: (2,3-3)-10-*!) 20° С: 3,97-10-’5)
Постоянные уравнения Ричард- Ао сона — ¥о а/см1-град эв 57*) 37^) 3,96*) 4,013)
Удельная электронная эмиссия а 1см2 См. табл. 3-7-2, табл. 3-5-6 и гл. 21
Растворимость водорода См. рис. 9-2-1
") По данным
*) По данным
’) По данным
*) По данным
Л. 1].
Л. 8].
Л. 25].
Л. 31], см. также [Л. 17].
“’) По данным Eur. of Stand. (США).
'•) По данным [Л. 15, 20].
’) По данным (Л. 16].
*) См. ]Л. 28].
•) См. табл. 3-7-2А.
Таблица 3-7-2
Термические свойства ниобия [Л. 25]
Истинная темпера- тура, °К Яркостная темпера- тура Мощность излучения £, вт}см? Удельное электрическое сопротивле- ние р, ОМ‘ММ2/М Скорость испарения т, г !см?’сек Давление насыщенных паров р, мм рт. ст. Удельная электронная эмиссия is, а/см2
°к “С
1400 (1 325) (1052) 3,4 53,3-10-! 6,3-10-2® 4,2-IO-1® 3-ю-’
1 600 1500 1227 6,4 58-Ю-8 2-10-16 1,4-Ю-з* 2,5-10-2
1 800 1 660 1 387 11,5 63-Ю-з 1-Ю-»» 7,5-10-32 7,0-10-*
2 000 1830 1557 19 69-Ю-2 1,9-10-” 1.5-10-» 1,1-Ю-з
2 200 2 000 1 141 30 74-Ю-2 1,3.10-в 1,0-10-’ 1,1-10-3
2 400 2 170 1897 46 79,5-Ю-з 4,0-10-з 3.5-10-® 8-Ю-1
2 500 2 240 1 967 ’ 55 82,5-Ю-з 2,0-10-’ 1,8.10-5 1,8
2 560 — — — — — — [3]’)
*) !) 3) 4) s) ’)
») См. [Л. 32].
S) 1g Е= 4,796 1g Т —14,554 (Т в °К; Е в вт/с.и=).
«) 1g р = 0,7354 1g Г—6,586 (7* в “К. р в ож-сж).
*) 1g т = 9,125 —39 636/7* (7* в °К; m в г/сл<г-сек).
17,1 -т
a) Ps ‘ (7в"К, тв г!см*.се1С-, ц = 92,91).
•) lg is= 2 lg 7*—20 226/7* + 1.571 (7* в °К. is в а/ся!); см. также [Л. 30, 31].
”.) По данным [Л. 17]; см. табл. 3-5-6.
§ 3-7]
Ниобий
101
Таблица 3-7-2А.
Некоторые свойства ниобия при температурах до 1000° С [Л. 29]
Темпера- тура Т ГС] Предел Пропор- циональ- ности, к Г} мм? Предел проч- ности на ра- стяжение, кГ!мм* Относи- тельное удлине- ние, % Модуль уп- ругости, кг {мм2 Средний тем- пературный коэффициент термического расширения (18—7 ° С) io-т «с Теплопровод- ность, кал Удельное электриче- ское сопро- тивление, ом/мм?*м
см-сек-град
0 0,125 15,22-10-*
20 17 27,7 49 8 720 — (16,25.10-’)
100 —— — -— -—- -— 0,130 19,18-10-’
200 10,2 23,6 48 7 660 — 0,135 29,13-10-’
300 9,9 24,4 38 5 630 73,1 0,140 27,09-10-2
400 10,2 23,2 28 5 270 73,9 0,145 31,04-Ю-*
500 10,7 23,0 35 4 500 74,6 0,151 35,00-10-’
550 7,4 22,6 24 3 300 — 0,156 38,96-10-’
600 — — — 75,6 ——
700 — — — 76,4 -— —
800 — — .— —— 77,2 — ——
900 — .— — 78,0 — ——
1000 — — — — 78,8 — -*)
*) При 1 127° С: 0,533; 1 527’ С; 0,630; I 927’ С: 0,740; 2 227 ’С: 0,825 ом-мм^м.
Таблица 3-7-2В
Влияние кислорода на некоторые свойства ниобия при комнатной
температуре [Л. 29]
Содержание кислорода, % вес. Предел пропор- циональности, кГ^мм* Предел прочно- сти на растяже- ние, кГ[мм? Относительное удлинение, % Твердость по Виккерсу Удельное электри- ческое сопротив- ление, ом-ммй/м
0,03 19,8 28,9 29,3 87 16,25-10-’
0,161 43,0 53,6 16,9 194 18,79-10-’
0,208 48,7 64,0 17,7 208 22,11-10-’
0,279 54,5 69,8 20,7 248 24,12-10-*
0,315 68,6 95,9 20,5 278 25,67-10-’
0,371 75,0 96,1 10,4 ,314 26,18-10-’
0,410 75,6 92,3 9,8 331 26,59,10-»
0,565 — — '— 390 30,60-10-»
ские трубки) с высокой долей заработной пла-
ты в общей стоимости прибора (расходы на
откачку!). В табл. 3-7-4 приведен перечень
изделий из ниобия, применяющихся в вакуум-
ной технике. В частности, необходимо отме-
тить следующие области применения:
Нераспыляемый газопоглотитель [Л. 7, 8,
9, ‘10, 12]. .Использование ниобия в виде жести
для анодов, экранов и излучателей, приварен-
ных к молибденовым анодам, а также для
геттеров в виде накаляемых нитей и, в по-
следнее время, в виде таблеток оправдывает-
ся его высокой способностью к газопоглоще-
нию при рабочих температурах между 400 и
900° С (макаимальная при 500°С). Поэтому
применение ниобия позволяет сократить про-
должительность откачки и обеспечивает на-
дежность в эксплуатации приборов при высо-
ких напряжениях и температурах без опас-
ности внезапного выделения газов. Однако
ниобий необходимо обезгаживать в вакууме
путем нагревания, продолжающегося примерно
5 мин при температуре 1 650° С, и полностью
освобождать от окиси ниобия. Такая высокая
температура обезгаживания требует примене-
Рис. 3-7-1. Соединение вольфрамовых нитей катодов
прямого накала с танталовыми токоподводамн путем
пайки ниобием в вакууме [Л. 14].
А—ниобиевый вкладыш, расплавленный в токоподводе
из тантала /; В—ниобиевый припой в виде проволоки,
помещен между танталовой деталью / и танталовым
вкладышем 2.
102
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
Таблица 3-7-3
Химические свойства ниобия
Реактив Характер взаимо действия
Азотная кислота Не действует
Царская водка Не действует
Соляная кис'лота, раз- бавленная и концент- рированная, 20° С Соляная кислота, кон- центрированная, 100° С Практически не действует Металл приобре- тает хрупкость
’Серная кислота, разбав- ленная, 20° С Концентрированная, 20° С Концентрированная, 100° С Умеренная корро- зия Образование гид- рата окиси Растворение
Плавиковая кислота и NH4F Сильная коррозия* 1)
•Смесь плавиковой и азот- ной кислот Растворение
Серная кислота (конц.)-]- +CrOs, 100° С Металл становится хрупким, наблю- дается травление поверхности
NHjOH, 20° С Не действует
Едкий иатр, 5%-ный раствор Едкий кали, 5%-ный раствор Травление поверх- ности металла
Сода (Na2CO3), 20уо-ный раствор Металл становится хрупким
Расплавленные щелочи Сильная коррозия
Дистиллированная вода, морская вода Не действует
Воздух, кислород Заметная коррозия выше 200° С“), при температу- ре красного ка- ления быстрое образование NbsOs
Водород Металл жадно по- глощает Н2 и становится хруп- ким
Продолжение табл. 3-7-3
Реактив Характер взаимо- действия
Азот Реакция при высо- ких температу- рах
Хлор Сильная коррозия при температуре красного каленшГ
Пары калия, натрия и магния Не взаимодейству- ют
Ж идкая ртуть и ее пары Не взаимодейству- ют
*) Используется для матирования поверхности нио-
биевых деталей (кипящая).
2) Пленка окисла прочно удерживается на металле
и защищает его от дальнейшего окисления. В отличие
от тантала ниобий не становится хрупким после
кратковременного нагревания на воздухе.
имя молибденовых (а не никелевых!) держа-
телей для ниобиевых таблеток.
Накаливаемые катоды (Л. 17, 30, 31]. От-
носительно высокая удельная электронная
эмиссия и легкость изготовления бесшовных
трубок привела к использованию ниобиевых
трубчатых катодов полукосвенного накала при
температурах выше 1900° С в мощных гене-
раторных лампах (Л. 13].
Интересно использование ниобия в качест-
ве припоя для соединения вольфрамовых на-
гревательных элементов с танталовыми токо-
подводами при производстве излучательных
вакуумных печей для температур до 2 350° С.
Такими деталями, два примера конструкции
которых приведены на рис. 3-7-1, можно поль-
зоваться даже до температуры 1 600° С.
Нагреваемые пружины. В последнее время
сплавы тантала и ниобия начали применять
для изготовления пружин, непосредственно под-
держивающих нити прямонакальных катодов,
так как при высоких температурах эти спла-
вы превосходит по своим свойствам использо-
вавшийся ранее торированный вольфрам.
ЛИТЕРАТУРА
1 А г k е 1 А. Е. V а п, Reine Metalle, Ber-
lin, 1939, S. 228—235.
2. Balke C. W., Tungsten, Tantalum and
Columbium; Ind. Eng. Chem., 21 (1929), 1006.
3. Balke C. W., Ind. Eng. Chem., 27
(1935), 1166 (Получение порошка и компакт-
ного ниобия).
4. В а 1 k е С. W., Recent Developments in
Та and Nb; Ind. Eng. Chem., 30 (1938), 251—
254 (Металлургия и применение тантала и
ниобия).
' 5. Balke С. W., Trans. Am. Electrochem.
Soc. 85 (1944), 89—95 (Получение ниобия).
§ 3-7]
Ниобий
103
Таблица 3-7-4
Сортамент и применение ниобия1
Вид Размеры Основное применение Ссылки .
Прутки Диаметр 8—12 мм Держатели —
Проволока Диаметр 0,025—6 мм Нераспыляемые проволочные газопоглотители —
Жесть Толщина 0,025—0,5 мм Аноды, экраны —
Ленты Толщина 0,025—0,5 мм Оболочки газопоглотителей —
Бесшовные трубки Диаметр 1,5—2,5 мм Полуподогревные катоды См. [Л. 13]
Блоки — Материал для припоев См. [Л. 14]
Брикеты из порошка — Таблетки газопоглотителей См. [Л. 8, 9, 10, 12]
1 См. также [Л. 4. 12, 15, 26, 27].
6. В о 11 о n W. V., Z. Electrochem., 13
(1907), S. 145 (Ниобий).
7. Е s р е W. in A g t е С., «Kurs praskove
metalurgie» (tschech.) Lehrgang fur Pulverme-
tallurgie, Praha, 1951.
8. Espe W„ Knoll M. u. Wil-
der M. P., Getter Materials for Electron Tu-
bes; Electronics, 23 Okt. 1950, S. 80—86 (Нио-
биевый газопоглотитель).
9. Espe W., New Getter for the High Va-
cuum Technique; Powder Metallurgy Bulletin,
3 (1948), S. 100—111.
«IO. Espe W., Nove hmoty getru v technice
vysokeho vakua; Elektrotechnik (Praha), 5
(1950), 244.
11. Fansteel Metallurgical Corp., Columbi-
um; Technical Information, Chicago, 1946.
12. Fansteel Metallurgical Corp., Informa-
tion for Use of Columbium Getter Pellets, Chi-
cago, 1946.
13. Ganswindt S. u. Matthies K.,
Z. techn. Phys., 15 (1934), 26 und DRP, 563,
148 (1930/32) (Ниобиевые катоды).
14. G a n s w i n d t, S. u. Kieffer W.,
BIOS, Report № 1844, S. 36—39, London, 1946
(Применение ниобия в качестве припои для
лайки .вольфрама с танталом)
15. G о е t z е 1 С. G., Treatise on Powder
Metallurgy, New York, 1950 (S. 52—57, Nb).
16. Hidnert P. u. Krider H. S., Nat.
Bur. of Stand. Journ. Res. 11 (1933), S. 279
(Тепловое расширение ниобия. Состав ниобия
фирмы «Fansteel»).
17. Jepsen R. L., RCA, Rev. 8, (1947),
301—311 (Термоэлектронная эмиссия ниобия).
18. Kieffer R. u. Hotop W., Pulver-
metallurgie und Sinterwerkstoffe, 2. Aufl., Ber-
lin, 1948.
19. К о г e с k у J. u. P о s p i s i 1 R.,
Vzacne kovy v technice, Praha, 1948, S. 88—
95, Nb.
20. Lomas J-, Canad. Min. Journ., 71
(1950), 54—55, Heft № 8 (Свойства ниобия).
21. Mellor J. W., Treatise Inorg. Chem.,
9 (1929), 837 (Niob)-
22. M i 11 о r J. W., Inorganic and Theor.
Chemistry, vol. IX, London, 1939; S. 837—882,
Nb.
23. Ment J. De u. Dake H. C., Rarer
Metals, New York, 1946.
24. N. N., Reducing Columbium Oxide; the
Iron Age, 153, № 15 (1944), 70.
25. R e i m a n n A. L. u. G r a n t K., Phil.
Mag., 22 (1936), 34—48 (Свойства ниобия при
высоких температурах).
26. Rowledge Н. Р., The Properties and
Uses of Tantalum and Columbium; Mineral Re-
sources of W-Australia Bulletin, 3 (1945),
61—70 (Свойства и применение ниобия).
27. Sanderson L., Chem. Age London,
34 (1936), 497—498 (Применение ниобия).
28. Schofield T. H., Journ. Inst, of
Metis, 85 (April, 1957), S. 372—374 (Темпера-
тура плавления ниобия).
29. Tottle R. C., Journ. Inst, of Metals,
85 (April, 1957), 375—383 (Физические свой-
ства ниобия).
30. W a h 1 i n H. R. u. S о r d a h 1 L. O.,
Phys. Rev., 44 (1933), 1030 А (Электронная
эмиссия ниобия).
31. Wahlin H. В. u. Sordahl L. О.,
Phys. Rev. 45 (1934), 886—889 (Ионная и
электронная эмиссия ниобия).
32. W h i t n e у L. V., Phys. Rev., 48
(1935), 458—461 (Соотношения между истин-
ной и яркостной температурами ниобия).
33. Y n t е m a L. F., Columbium; Metals
Handbook, 1948, Edition, S. 1137.
34. С о n s e r B. W., Sherwood E. M.,
Technology of Columbium. New York 1958.
35. T о 111 e C. R., Nuclear Engineering,
3 (1958), 212—216 (Ниобий и его сплавы).
104
Тугоплавкие металлы и сплавы
[Гл. 3
3-8. РЕНИИ
Основные месторождения рениевых руд
находятся в Манофельде (VEB Mansfelder
Huttenkombinat, Harz), в СССР и в США.
В основном это сульфидные руды, содержа-
щие молибденит и медь. Из руд путем целого
ряда химических операций вначале получают
весьма чистый перренат аммония (NH^ReO?),
который после измельчения восстанавливают
водородом. В результате образуется порошок
металлического рения с размером зерен от 1
до 25 мк. Порошок прессуют н штабики сече-
нием до 12X12 см под давлением 4,5 т]см2
подобно тому, как это делается в производстве
вольфрама (см. § 3-2). Сначала прессованные
штабики спекают в течение 2 ч в печи косвен-
ного нагрева при температуре 1 200° С. Сварка
штабиков производится так же, как вольфра-
ма и молибдена, прямым пропусканием через
них электрического тока (см. рис. 3-2-1А и
далее). Истинная температура сварки 2700°С.
Плотность спеченных и сваренных штабиков
составляет 90% от теоретической. В дальней-
шем их уплотняют путем ковки или прокатки
в холодном состоянии65 66.
Вследствие значительной тенденции рения
к упрочнению при холодной обработке
(рис. 3-8-1) за начальным обжатием на 1—
керсу Hyt рения от степени деформации
£ при холодной обработке [Л. Б].
3% от величины исходного сечения должен
следовать промежуточный отжиг в водороде
при температуре 1700—>1800° С в течение
’/г—2 ч (до твердости по Виккерсу <300).
Если достигнута степень деформации, рав-
ная 10%, то дальнейшая обработка до 20%
деформации может производиться без проме-
жуточных отжигов. Рений сравнительно легко
прокатывается, и из него можно изготовить
ленты толщиной до 75 мк. В противополож-
ность этому протяжка связана с известными
трудностями. Введение 0,5—4% ThOj, если это
не противопоказано с точки зрения применения
изделий, существенно облегчает обработку за
счет измельчения зерен и повышения темпера-
туры рекристаллизации. При этом прочность,
65 Рений нельзя прокаливать на воздухе, так как
он образует смкмзсь (ReaO?), которая плавится при
297° С и испаряется прн 363° С (при атмосферном дав-
лении). Поэтому обрабатывать его можно только
в холодном состоянии.
пластичность и температура плавления практи-
чески не изменяются.
Рениевую фольгу и тонкостенные трубки
можно получить электролитическим осаждени-
ем рения на никелевую ленту или трубки
[Л. 3]. Никель затем вытравливают соляной
кислотой, которая с рением не взаимодейст-
вует. При этом можно использовать следую-
щий электролит [Л. 2): В 1 л дистиллирован-
ной иоды растворяют 11 г KReO4 н добавле-
нием концентрированной H2SO4 (уд. вес
1,84 г/см3) доводят pH раствора до 0,9. Тем-
пература электролита должна лежать в пре-
делах 25—45° С, сила тока 10—44 а[дм2. После
нанесения каждого слоя толщиной 2,5—5 мк
должен производиться отжиг в водороде при
1 000° С, так как более толстые покрытия от-
слаиваются. Таким методом рениевые покры-
тия толщиной до 25 мк можно получить не
только на никеле, но и на вольфраме. Покры-
тая рением вольфрамовая пронолока исполь-
зуется для изготовления сеток, которые по
условиям монтажа должны находиться вблизи
катода '(см. рис. 4-5-2 и 9-3-40), эта проволока
нашла также применение в лампах СВЧ и
в приборах с оксидными катодами.
Значения основных констант рения приве-
дены в табл. 3-8-1, а также в рис. 3-8-4, 2 и 3.
Среди чистых металлов по температуре плав-
ления (3 180° С) рений уступает только воль-
фраму (3 382° С). Рений обладает высоким мо-
дулем упругости и имеет в отожженном со-
стоянии высокую прочность на разрыв при
комнатной температуре. Вместе с тем он от-
личается высокой дуктильностью. При высоких
температурах в отличне от других тугоплав-
ких металлов его удлинение сокращается до
1—2%, однако он не делается хрупким. Соот-
ношение между яркостной (измеренной опти-
ческим пирометром) и истинной температура-
ми рении лежит между соответствующими дан-
Рис. 3-8-2. Временное сопротивление раз-
рыву рениевой проволоки диаметром
1,2—1,8 мм в зависимости от рабочей
температуры Гд,
1—отожженная проволока; 2—холодно-
тянутая проволока (степень деформации
9%); 5—то же, что 2, но степень дефор-
мации 15%.
§ 3-8]
Рений
105
Таблица 3-8-1
Свойства рения
Атомный вес: 186,31 Атомный номер: 75
Удельный вес г! см* 20,53—21,0
Температура плавления °C 3176,6 (3172)
Температура кипения °C -4,5 900
Давление насыщенных паров мм рт. ст. При 2 200° С: 1-10-6 См. рис. 9-5-4
Предел прочности на растяжение к Г/мм2 Отожженный Нагартованный См. рис. 3-8-2
50—120 210—245
Относительное удлинение % 25 2—1
Предел текучести кг/мм2 Около 35
Модуль упругости к Г/мм2 47 000!
Твердость по Виккерсу 250 800 (!) См. рис. 3-8-1
Твердость по Бринеллю кГ/мм2 -4,200
Температура отжига (длитель- ность 1 ч) °C 1 500—1 700
Температурный коэффициент тер- мического расширения 1 /град 20—500° С: 66,6-10-’ 20—1 000° С: 68-10-’
Удельное электрическое сопро- тивление1 ом-мм2 м 20° С 500° С 1 000° С 1 500° С 2 000° С 0,21 0,28 0,56 <4,0,7 1,1
Температурный коэффициент электрического сопротивления 1/град При 20° С: 1,73-10-’
Постоянные уравнения Ричардсона А а/см2-град2 [Л. 5]’ 52 4,8 [Л. 1] 200 5,1 [Л. 3] 720 4,74
f эв
Излучательная способность при Х = 6550А % 1 200° С 43 2000° С 40 2 800° С 36,6 См. рис. 3-8-3
1 По данным [Л. 1]; напротив, по данным [Л. 6] при 20° С: 0,19 ом>мм3/м. Электропроводность рения состав-
ляет 9,25% по отношению к стандартной меди.
ними для вольфрама и молибдена. Удельная
электронная эмиссия (по [Л. 3]) при равной
мощности накала ниже, чем у вольфрама (на-
пример, при 100 вт/см? эмиссия рения равна
30 ма/см2, а вольфрама — 600 ма/см2).
Химические свойства рения приведены
в табл. 3-8-2.
Рений только начинает применяться в ва-
куумной технике. Вследствие его меньшей по
сравнению с вольфрамом склонности к испа-
рению в атмосфере паров воды (Цикл Лэнг-
мюра» см. § 3-2) он находит применение для
изготовления катодов водородных газоразряд-
ных ламп, в состав наполнения которых вхо-
дят пары воды. Большая прочность при вы-
соких температурах позволяет применять ре-
ний вместо вольфрама в авиационных радио-
локационных приборах, а также в железно-
дорожных лампах и в фотографических про-
екционных лампах. Как материал для элек-
трических контактов с индукционной нагруз-
кой он превосходит вольфрам и сплавы пла-
тины с рутением.
В 11957 г. объем производства рения в США
должен был составить около 5 т [Л. 5]. Ожи-
дается, что после того, как производство будет
развернуто, рений окажется несколько дешев-
ле платины.
106
Металлы группы платины, золото и серебро
[Гл. 4
Рис. 3-8-3. Зависимость между истинной температурой
Тф и яркостной температурой Т$ (измеренной опти-
ческим пирометром с фильтром 6 550 А) спеченных шта-
биков реиия [Л. 6).
Таблица 3-8-2
Химические свойства рения
Реактив Характер взаимодействия
Ог, воздух n2 нг Пары воды Выше 600° С окисление до Re2O, (дымит) Нитриды не образуются Химическое взаимодей- ствие я сорбция отсут- ствуют Заметно более устойчив, чем вольфрам
Углерод и углево- дороды Карбиды не образуются даже при высоких тем- пературах
HF НС1 H2SO4, горячая HNO3, горячая Не взаимодействует Не взаимодействует Взаимодействует Взаимодействует
Ртуть и ее пары Устойчив
ЛИТЕРАТУРА
1. Agte С. et al., Z. anorg. allg. Chem.,
196 (1931), 129—150 (Физические и химические
свойства рения).
2. Fink С. G. u. D е г е n Р., Trans. Am.
Electrochem., Soc. 66 (1934), 471 (Получение
рения электролизом KReCU).
3. L е v i R. u. Espersen G. A., Phys.
Rev., 78 (1950), 231—234 (Гальваническое на-
несение рении на вольфрам и молибден. Элек-
тронная эмиссия рения).
4. М е 1 a v е n A. D., Rhenium. In Ham-
pel С. A., Rare Metals Handbook, New York,
1954, S. 347—364.
5. Sims Ch. T., Mat. a. Methods, 41
(1955), Marzheft, 109—111 (Получение и при-
менение рения).
6. Sims, Ch. T. et al., J. Metals, 6
(1955), 168—179 (Физические и химические
свойства рения).
7. Hall L. D., Rev. Sci. Instr., 28 (1957),
653—654, (Рениевые катоды для ионизацион-
ных манометров).
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
МЕТАЛЛЫ ГРУППЫ ПЛАТИНЫ, ЗОЛОТО И СЕРЕБРО
Наиболее важными металлами группы пла-
тины являются платина и палладий. Платина
и ее сплавы используются в вакуумной тех-
нике главным образом в тех случаях, когда
важна химическая устойчивость против кис-
лорода и соединений, содержащих его, при
высоких температурах. Платина благодаря
своему коэффициенту расширения, благо-
приятному для впаивания в стекло, и палла-
дий благодаря значительной проницаемости
для водорода имеют вполне определенные об-
ласти применения. Остальные .металлы плати-
новой группы i(Rh, Os, Jr, Ru) имеют для ва-
куумной техники только небольшое значение.
Осмий, который раньше использовали вслед-
ствие его сравнительно высокой температуры
плавления (2 700° С) для нитей в лампах нака-
ливания, в настоящее время уже вытеснен
вольфрамом. Иридий тверже, чем платина, и
имеет более высокую точку плавления
(2340°С), но из-за своей дороговизны практи-
чески используется только в сплавах с пла-
тиной. Родий находит применение в отдельных
случаях благодаря высокой отражательной
способности и коррозионной устойчивости.
Благородные металлы — серебро (Ag)
и золото (Au) — в компактном состоянии
используются в вакуумной технике только в не-
которых случаях. Чаще они применяются как
тонкие поверхностные пленки на некоторых
деталях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Arkel А. Е. Van, Reine Metalle,
Berlin, 1939.
2. G e 1 b e 1 W. in. A r k e I A. E. V a n,
Reine Metalle, Berlin, 1939, S. 374—388 (Ме-
таллы группы платины).
3. Korecky J. u. Р о s р i s i 1 R., Vzac-
ne kovy v technice, Praha, 1948 (Техническое
применение благородных металлов).
§ 4-1]
Платина и ее сплавы
107
4. Laatsch W., Die Edelmetalle, Ber-
lin, 1925.
5. Raub E._, Die Edelmetalle und ihre
Legierungen, Berlin, 1940.
6. Smith E. A., The Platinum Metals,
London, 1924.
7. Sterne r—R e i n e r L., Die Edelme-
tall-Legierungen in Industrie und Gewerbe,
Leipzig, 1930.
8. V i n e s R. F. u. W i s e E. M., Plati-
num Metals and their Alloys, Int. Nikel Co.,
New York, 1941. д
9. W i s e E. M., Metals Handbook Edi-
tion, 1948, S. 1110—1132, Precious Metals,
Cleveland, 1948.
10. Wise E. M., Journ. Electrochem. Soc.
97, № 3 (1950), 57C—64C (Свойства и при-
менение металлов группы платина).
PI 4-1. ПЛАТИНА И ЕЕ СПЛАВЫ
[Л. 8, 16, 17, 19, 40]
Получение и обработка. Металлы плати-
новой группы добываются главным образом
из платиновых руд СССР. Британской Ко-
лумбии и Аляски, которые содержат 75—
85% платины и 2—5% остальных металлов
платиновой группы66. Чистую платину полу-
чают в результате применения сложных мето-
дов выделения (см. (Л. 17, 34]).
Сырая платина растворяется в царской
водке и из полученного раствора, содержаще-
го хлорид платины, прибавлением хлористого
аммония осаждают хлороплатинат аммония
(NH^sPtCU. Затем он прокаливается в квар-
цевых тиглях при 700—800°С н превращается
при этом в мелкий порошок, так называемую
губчатую платину. В зависимости от необходи-
мой степени чистоты этот процесс повторяется
один или несколько раз.
Губчатую платину химическим путем очи-
щают от примесей н после добавления необхо-
димых компонентов сплава (Jr, Ni, Rh в виде
порошка), спрессовывают и плавят в высо-
кочастотных тигельных печах. Тигли изготов-
ляют из окиси кальция, так как она ча-
стично связывает примеси, содержащиеся в
платине. При этом окись кальция частично вос-
станавливается водородом, выделяющимся из
платины; поэтому расплав поглощает от
0,1% Са и небольшое количество окиси крем-
ния и кремния. Когда требования к чистоте
металла очень высоки, платину получают ие
плавкой, а спеканием. В последнее время в ка-
честве материала для тиглей, использующих-
ся при высокочастотной плавке в вакууме или
в водороде, рекомендуется также применять
окись циркония. Расплавленную платину от-
ливают в формах из графита или графитиро-
ванного железа в слитки, которые после очи-
стки поверхности (например, обточкой), кипя-
тят в кислоте и для устранения внутренних
напряжений отжигают примерно при 900° С.
Затем слитки в холодном состоянии проковы-
вают до меньших диаметров, причем материал
66 Концентраты уральской руды содержат обыч-
но 70—80% платины, 0,3% палладия, 2,8^4% щр’идия,
0,6—1% осмия, 0,4—0,5% родия и О,!1—0,2% рутения.
один или несколько раз подвергают отжигу
(при 1 200°С около 5 мин). Сплавы, в особен-
ности те, которые содержат компоненты с бо-
лее высокой точкой плавления, отжигают в те-
чение еще нескольких часов (при 950° С) для
гомогенизации.
Дальнейшая обработка, вплоть до диа-
метра 2 мм, производится путем холодной
прокатки и ковки с межоперационным отжи-
гом в водороде (приблизительно при 850—
900° С в течение 1 мин). Проволоку меньших
диаметров (до 0,01-5 мм) 67 получают протяж-
кой через алмазные фильеры. Тонкие ленты
изготовляют из платиновой проволоки путем
прокатки между полированными стальными
валками; тонкую жесть и фольгу можно про-
катать до толщины 0,0025 мм. Для получения
материала самой высокой степени чистоты (ка-
тодные керны) все отжиги необходимо произ-
водить в электрических печах в вакууме или
атмосфере водорода и после каждой прокатки
обрабатывать материал горячей соляной кис-
лотой, чтобы удалить следы железа.
Физические свойства. Обзор свойств пла-
тины приведен в табл. 4-1-1 и 4-1-2. Платина
обладает благоприятными для обработки меха-
ническими свойствами и является одним из
наиболее пластичных металлов. Платина хо-
рошо прокатывается, протягивается и штам-
пуется. Твердость, временное сопротивление
разрыву и относительное удлинение очень силь-
но зависят от степени обработки и незначи-
тельных загрязнений (Si). Платина, упрочнен-
ная в результате обработки, как и неблаго-
родные металлы, при нагревании выше тем-
пературы рекристаллизации (550—650° С) сно-
ва делается мягче и легко обрабатывается при
комнатной температуре. Температура отжига
составляет обычно 800—900° С.
Платину можно паять чистым золотом,
а примерно при 980° С сваривать давлением.
Легко выполнимы точечная и роликоная свар-
ка; платину с платиной можно также свари-
вать ацетиленовой горелкой.
Временное сопротивление разрыву и твер-
дость чистой платины сравнительно невелики
(см. табл. 4-1-|1), их можно значительно по-
высить добавлением других .металлов платино-
вой группы (в особенности иридия), с кото-
рыми платина почти без исключения образует
непрерывный рид смешанных кристаллов. Наи-
более важные свойства сплавов платины с ири-
дием приведены в табл. 4-1-3, 4-1-6А и на
рис. 4-1-1 и 4-1-2. Повышение временного со-
противления разрыву особенно важно для
проволочных кернов оксидных катодов, кото-
рые обычно натягиваются пружинами. Присад-
ка иридия значительно повышает также
порог рекристаллизации при 'незначительном
повышении точки плавления. Сплавы с при-
садкой иридия свыше 30% применяются редко
из-за их большой твердости и плохой обраба-
67 Проволоку еще меньших диаметров (до
0,001 мм — 1 мк} получают методом Волластона, по
. которому тонкую платиновую проволоку помещают
в более толстую серебряную или медную трубку;
ватем весь пакет вытягивают в тонкую проволоку,
а оболочку .растворяют азотной кислотой {Л. 1, 6].
Подобным же способом можно изготовлять и плати-
новые ленты толщиной до 0,001 мм.
108
Металлы группы платины, золото и серебро
[Гл. 4
Свойства чистой платины
Таблица 4-1-1
Атомный вес 195,23 Атомный номер: 78
Удельный вес г/см1 Очень чистая: 21,45. Технически чистая (99,5%); 21,4
Твердость по Моосу — 4 — 5 (подобно меди)
Температура плавления °C 1 773; температура разливки: 1 820° С
Температура отжига °C При степени деформации прокат- кой 50% минимум: 650 При степени деформации прокат- кой 75% минимум: 550 Обычно 800—1 200
Давление насыщенных па- ров мм рт. ст. 1606° С: 10-5 Более подробные данные см. в табл. 4-1-2 и рис. 9-5-4
Скорость испарения г/см?-сек 1606° С: 1,9-10-’
Временное сопротивление разрыву и соответствую- щее относительное удли- нение (%) кг/мм1 Технич. чистая, отожженная (1 000° С): 24 35%
Физич. чистая, отожженная (1 100° С): Физич. чистая, деформированная на 30%: Фнзнч. чистая, деформированная на 50%: 18—20 35 37 45% 4% 3%
Очень чистая, отожженная (1 100° С): Очень чистая, деформированная на 50%: 14 23,3 2м. таб. и рис. 30% 2,5% и. 4-1-3 5-1-2
Предел текучести кг)мм? Отожженная 1,4—3,8 Нагартоваиная 19
Прочность при высоких температурах кГ)мм2 20° С 14,5 400° С 9,1 800° С 5,6 1 000° С 2,8 См. рис. 4-1-3
Твердость по Бринеллю кГ{мм? Технич. чистая, отож- женная (1 100° С): 55 Физич. чистая, отож- женная (1 100° С): 50 Физич. чистая степень деформации 30%: 80 Физич. чистая, степень деформации 50%: 90 Очень чистая, отож- женная (1 100° С): 40—45 Очень чистая, нагар- тованная: 97—103 См. рис. 5-1-1
§ 4-1 ]
Платина и ее сплавы
109
Продолжение табл. 4-1-1
Твердость по Виккерсу 99,5%, отожженная: 50 Очень чистая, отожжен- ная: 38—40 Очень чистая, степень деформации 20%: 73 40%: 85 60%: 97 80%: 113 90%: около 128
Глубина вытяжки по Эрик- сену (жесть 0,5 мм) мм Физич. чистая, отожженная (1 100° С): 10,4 Физич. чистая, степень де- формации 30%: 5,1 Физич. чистая, степень де- формации 50%: 4,5
Модуль упругости кГ)мм2 10 000—17 500 (15400) См. рис. 5-2-3
Модуль сдвига кГ/мм2 6 000—7 000; при 100° С: снижение на 2%
Удельная теплоемкость кал1г-град 17ч-Ю0° С 0,0326 900° С Около 0,039
Температурный коэффици- ент расширения град 25—100° С 0—500° С 90,7 95 См. [Л. 2] и 0—800° С 0—1 000° С 99 101,9 рис. 3-2-20
Теплопроводиост ь кал 20° С 0,167 413° С 0,186 1020° С 0,216 См. [Л. 23]
см-сек-град
Удельное электрическое сопротивление ом-мм2/м Очень чистая 0°С 0,098 25° С 0,108 См. табл. 4-1-2 и рис. 4-1-5
99,5% — 0,114
Температурный коэффици- ент электрического со- противления 1/град а0= + 3,981.10"» р„ = — 0,585.10-» ЯГ = ЯО(1 + V + РоИ. уравнение справедливо от — 80° С до + 1 000° С
Мощность излучаемой энер- гии вт[см2 970° С: 2,0 См. табл. 4-1-2 и рис. 5-2-8
Коэффициент монохромати- ческого лучеиспускания при Х = 6500А % 930° С 29,5 1 600°С Около 31 Соотношение между истинной и яркостной тем- пературами см, в табл. 4-1-2
Отражательная способ- ность % 4 500А 55 5 500А 60—65 7 500А 71
Отражательная способность нанесенного испарением на стекло слоя платины’ — 3 700А 40 3 850А 45 4 200А 52 5 600А 50 6 000А 64 8 000А 70
Работа выхода электронов эв 4,97-4-5,3 См. [Л. 10]
1 Измерено в направлении, перпендикулярном поверхности.
110
Металлы группы платины, золото и серебро
[Гл. 4
Продолжение табл. 4-1-1
Коэффициент вторичной эмиссии (макс.) (^макс) 1,78 (при 700 в) По данным [Л. 43]
Проницаемость для водо- рода н-см3-мм 400° С 500° С 600° С 700° С 800° С 0,13 0,74 2,9 8,5 20 См. [Л. 14] и рис. 5-2-8А и 9-5-8
дм‘-ч-атм
Растворимость водорода См. рис. 9-2-1
Таблица 4-1-2
Зависимость некоторых свойств чистой платины от температуры
Соотношение между истинной и яркостной температурой для поли- рованной платины Удельное электри- ческое сопротив- ление Мощность излучае- мой энергии Давление насыщенных паров и скорость испарения
Истинная темпера- тура, °К Яркостная температура Темпе- ратура, °C р» OAf-AfAf2 М Темпе- ратура, вС Е, вт/см1 Темпе- ратура, •с р. мм рт. ст. т, г/см*-сек
•к °C
1000 955 677 00 0,099 650 0,5 1 500 ю-6 2-10-»
1 100 1037 764 25 0,108 800 1,0 1 606 10-5 1,9-10-’
1200 1 124 851 100 0,138 890 1,5 1 744 10-4 1,8-10-»
1 300 1 211 938 800 0,375 970 2,0 1 904 10-3 1,8-10-»
1400 1296 1023 1 000 0,435 1 060 3,0 2 090 10-2 1,7-10-*
1 500 1381 1 108 1 200 0,488 1 150 4,0 2313 10-1 1,6-10-*
1 600 1 466 1 193 1 220 5,0 2 582 1 1,5-10-2
1700 1551 1278
1 800 1634 1361
1 900 1 747 1 474
2 000 1800 1 527
См. также [Л. 42] • См. Л. [33] См. Л. [24]
тываемости. Вместо иридия для повышения
твердости можно использовать также присад-
ки берилия, причем 0,26% Be делают сплав
таким же твердым как 25% Jr (примерно
240 НВ', см. (Л. .1'5], где приведены и способы
изготовления сплавов).
В вакуумной технике, кроме сплавов пла-
/ тины и иридия, определенное значение имеют
рис 4-1-1. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву огВ сплавов Pt Jr от содержания иридия mjr
(в % вес.). /—в нагартованном состоянии; //—отожжен-
ный сплав [Л. 39].
—также сплавы с 5—10% Ni, применяемые для
проволочных кернов катодов >([Л. 5, 21, 29],
см. гл. 24). Наиболее важные известные в на-
стоящее время свойства сплавов платины с ни-
келем приведены в табл. 4-11-4 и на рис. 4-1-3,
4-1-4, 4'1-5.
Из остальных сплавов платины с Rh, Ru
и W, наиболее важные свойства которых при-
ведены в табл. 4-1-5, для вакуумной техники
особое значение имеют только сплав ппатины
с 4% W, проволока из которого используется
для изготовления сеток (см. раздел «Исполь-
зование в технике»), и платины с 40% Rh,
применяемый для изготовления термопар в па-
ре с чистой платиной. В табл. 4-11-6 приведены
данные о термоэлектродвижущей силе таких
термопар при различных температурах. При
измерении электрического сопротивления пла-
тины и ее сплавов необходимо учитывать, что
удельное электрическое сопротивление воз-
растает с повышением содержания примесей
и количества присадок в сплавах ,(иридий,
никель, см., например, рис. 4-1-4). Кроме того,
оно несколько зависит от степени деформации,
например, величина электросопротивления
при 20° С сильно деформированного спла-
ва PtNi (5% iNi) уменьшается после отжига
с 0,232 до 0J221 ом мм?/м, для Ptlr (5% Ir)
§ 4-1 ]
Платина и ее сплавы
111
Рис. 4-1-2. Зависимость временного сопро
тнвления разрыву холоднокатаных
лент и проволок из сплава Pt Jr от тем-
пературы Тд [Л. 12].
1—Pt Jr (95/5)—лента 0,25x0,05 мм;
Pt Jr (80/20)—проволока диаметром
0,05 мм; 5—пределы разброса данных для
Pt Jr ленты (95/5) при 900° С (пять изме-
рение).
соответственно с 0,196 до 0,189. -Поэтому, если
измерение сопротивления используют для опре-
деления чистоты материала, то следует пред-
варительно отжигать платиновую проволоку.
Химические свойства. Большинство газон
на платину не действует; кислород при темпе-
ратурах от 300 до 500° С образует на поверх-
ности окислы, которые выше 500° С снова рас-
падаются. .Накаленная платина (примерно
от 700° С) проницаема для водорода (в мень-
шей степени, чем палладий) (рис. 5-2-8А), но
непроницаема для О2, N2, СО, СО2, СН4,
Н2О, Аг, Не. Ртуть практически на платину не
действует, но большинство легкоплавких ме-
таллов (а также металлы с высокой точкой
плавления при температуре, близкой к их точ-
ке плавления) образует с платиной сплавы
Рис. 4-1-3. Зависимость временного сопротигления раз-
рыву агд сплава Pt Ni с содержанием 5% Ni (по срав-
нению с чистой Pt) от температуры Тд [Л. 39].
Рис. 4-1-4. Зависимость удельного электрического со-
противления р9В при 25° С и соответствующего темпера-
турного коэффициента а (от 25 до 100е С) cnaaeoBjPtNi
От содержания никеля mjQj,
/—по данным [Л. 261; 2—по данным [Л. 12].
с более низкой температурой плавления68; по-
этому при выплавке в платиновых тиглях они
соединяются с материалом тигля. Это отно-
сится прежде всего к As, Sb, Fe, Bi, Zn,
Cd, Sn и Pb, а при более высоких темпера-
турах также и к Си, Аи и Ag. Таким же
образом действуют окислы и соли этих эле*
ментов в присутствии восстановителей.
Рис. 4-1-5. Зависимость удельного элек-
трического сопротивления р различных
сплавов PtNi от температуры Т д.
При использовании термопар Pt—PtRh в ат-
мосфере водорода следует всячески избегать
присутствия силикатов. Не следует, например,
применять защитные чехлы из кварца или из
керамических масс, содержащих окись крем-
ния [Л. 31]. Возникающие при высоких темпе-
ратурах пары SiO реагируют с платиной с об-
разованием силицида (’PtsSi2), который с ме-
“ Вследствие этого в лабораториях никогда ие
следует прмкасатия к раскаленным платановым тяг-
лям захватами или пинцетами из железа, никеля или
латуни. Следует пользоваться захватами с платино-
BbiiMM наконечниками. В качестве подставок необхо-
димо применять иЪлЬко платиновые или фарфоровые,
треугольники.
Таблица 4-1-3
Свойства сплавов платины с иридием
Содержание ирндня % вес. 5 10 20 25 30 Примечания
Удельный вес г/см1 21,49 21,53 21,5 21,66 21,8 —
Температура плавления °C — 1 780 1815 1 845 1885 —
Временное сопротивление разрыву (после от- жига при 1 000° С) кГ/мм2 30 48 (39)=) 80 (87,5)=) 116 См. рис. 4-1-1
Относительное удлинение % 15 13 (25)=) И (20)=) 10 —
Временное сопротивление разрыву (нагарто- ванные образцы) кГ[мм2 49 63 — 119 — См. рис. 4-1-1
Прочность при 900° С кГ[мм2 13—19 — 21 — — См. рис. 4-1-2
Твердость по Бринеллю: нагартованные отожженные при 1 000° С отожженные при 1 200° С кГ/мм2 140 100 85 185 140 120 230 190 310 240’) 350 280 *—
Твердость по Виккерсу (отожженные) — 120 200 240 285 —
Удельное электрическое сопротивление при 20° С, неотожженные ' при 0° С, отожженные ом-мм2/м 0,19 0,178 0,25 0,231 0,31 0,295 0,33 0,35 0,329 См. рис. 4-1-4
Температурный коэффициент электрического сопротивления (0—100° С) 1 град 1,88-10-« 1,26-10-= 0,81-10-’ 0,65-10-' *) 0,58-10-' —
Теплопроводность при 20° С кал см-сек-грао — 0,074 0,042 — — —
Температурный коэффициент термического расширения при 0° С 10-7 град — 89,7 *) 83 — — —
Излучательная способность (Л=6 500А) при 900’ С % 30 — —• —
') По данным [Л. 8].
’) По данным [Л. 41].
з) В области температур от 0° С до 1 000" С для сплава Pt—Jr (90/10) справедливо следующее соотношение:
Zj-eZo-lO"' (14-8,841 Т +0,0013 Г’), (Г—температура в °C; 10 и длина в мм при 0° С и Г" С).
Металлы группы платины, золото и серебро I Гл.
§4-1]
Платина и ее сплавы
113
Свойства сплавов платины с никелем
Таблица 4-1-4
Содержание никеля % вес. 1 2 5 6 10 Примеча- ния
Удельный вес г/с№ 21,1 20,8 20,0 — —
Временное сопротивле- ние разрыву (отожжен- ные): Нагартованные образцы (степень деформации 50 о/о) кГ/мм2 21,0 28,7 45 73 50—60 ' 115—131 —
Относительное удлине- ние (отожженные) % — — — 10 —
Прочность при нагрева- нии кГ/мм1 — — См. рис. 4-1-3 — —
Твердость по Виккерсу (отожженные) 60—65 80—90 130—140 — —
Удельное электрическое сопротивление ом-мм^/м 0,13 0,15—0,16 0,22—0,33 0,24—0,25 'Ч.О.ЗО См. рис. 4-1-4, 4-1-5
Температурный коэффи- циент электрического сопротивления 1 град — — — *) -—’ Рис. 4-1-4
Излучательная способ- ность при 900° С (А= =6 500 А) % -—’ — — 33 —
*) Ду=Дв (14-2,08-10-3Г—4.6-Ю-7/'’) (Г—температура в °C; Rj- н Ra—сопротивление при Т° С и при 0° С).
таллической платиной образует эвтектику,
плавящуюся при бЗСРС. Это приводит
к хрупкости термопар69. Поэтому для защит-
ных чехлов платиновых термопар, работаю-
щих в восстановительной атмосфере, следует
применять керамику, не содержащую сили-
катов.
При высоких температурах на платину
очень сильно действуют расплавленные угле-
кислые соли щелочных металлов, сульфиды и
„щелочи. Небезопасны также вещества, которые
могут отдать платине галогены, В, S или Р.
Особенно сильно платина реагирует с фосфо-
ром, который снижает ее точку плавления и
{делает ее хрупкой. Поэтому избегают приме-
нения фосфорных геттеров (см. § 27) в при-
сутствии платины. Кремний с платиной обра-
зует сплавы, углерод и его соединения (масла
и жиры) действуют на накаленную платину
только в присутствии примесей i(Si, Р, S,
As, Se), Окись магния также образует сплавы
с платиной при высоких температурах. Поэто-
му избегают производить плавку платины
69 В присутствии окиси кремния платиновая губ-
ка вследствие снижения температуры плавления пол-
ностью сплавляется уже после 100 ч работы
при 1.350° С, что следует учитывать при конструиро-
вании аппаратов для очистки газов '(см. гл. 20).
8—2200
в тиглях из MgO, так как окись магния вос-
станавливается, а магний (до 3%) поглощает-
ся платиной, «следствие чего она становится
твердой и хрупкой. В расплавленном состоя-
нии платина поглощает также кислород, по-
этому особо чистые сплавы (особенно с окис-
ляющимися компонентами) необходимо про-
изводить всегда в вакууме или в водороде
(в тиглях из СаО или ZrO2).
По отношению к • большинству кислот
(H2SO4, НС1, HNO3, HF), за исключением го-
рячей царской водки, платина очень устойчи-
ва. С увеличением содержания иридия хими-
ческая устойчивость, в особенности по отноше-
нию к царской водке, значительно возрастает.
В качестве нагревательных элементов для по-
лучения высоких температур на воздухе сплав
платины и иридия с содержанием более 1% 1г,
непригоден, так как количество иридия в спла-
ве быстро уменьшается вследствие окисления
и испарения. В противоположность этому ро-
дий испаряется при нагревании его сплавов
с платиной неизбирательно, в отличие от дру-
гих благодородных металлов, добавляемых для
повышения твердости платины. Коррозионная
устойчивость таких сплавов выше, чем чистой
платины (за исключением работы в атмосфе-
ре, содержащей серу). Поэтому сплавы пла-
114
Металлы группы платины, золото и серебро
[Гл. 4
Таблица 4-1-5'
Свойства сплавов Pt—Rh, Pt—Ru н Pt—W
Сплав % вес. 10% Rh 20% Rh 5% Ru 10% Ru 4% W
Удельный вес г/смг 19,97 18,74 20,67 19,94 21,3
Температура плавления °C — — — 1 780 1 825/1 800; (ликв./сол.)
Временное сопротивление раз- рыву в отожженном состоя- нии кГ/м1лг 31 49 56 60 49—52
Временное сопротивление раз- рыву (нагартованные об- разцы) кГ/мм2 —. — 80 105 70—742) 91’)
Относительное удлинение (в отожженном состоянии) % 35 40 34 31 25
Относительное удлинение (в нагартованном состоянии) °/о — —- 2 2 3—4а) 1—2’)
Твердость по Бринеллю (в отожженном состоянии) кГ/ммг 90 120 130 190 —
Твердость по Бринеллю (в нагартованном состоянии) кГ /мм2 — — 210 280 —
Твердость по Роквеллу, в оттожженном состоянии — — — В70 В 86 —
Твердость по Роквеллу (в нагартованном состоянии) — — — В94 — —
Твердость по Виккерсу — — — — 200 140—150'); 220—230а); 2603)
Удельное электрическое со- противление при 20° С ом-мм2/м 0,192 0,208 0,315 0,430 0,365
Температурный коэффициент электрического сопротивле- ния (20—100° С) 1 10-3 град 1,7 1,4 0,9 0,8 —
*) Отожженный.
2) Степень деформации 50%.
a) Степень деформации 9Э%.
Таблица 4-1-6
Завис имость электродвижущей силы U
термопар Pt—PtRh (90/10) от температуры
Т (холодный спай находится при
постоянной температуре 0° С)
по данным [Л. 22]
т О т и т и т и
°C мв °C мв °C мв °C мв
0 0,00 500 4,22 1 000 9,57 1 500 15,50
100 0,04 600 5,22 1 100 10,74 1 600 16,67
200 1,44 700 6,26 1 200 11,92
300 2,32 800 7,33 I 300 13,12 „
400 3,25 900 8,43 1 400 14,31 — —
тины и родия наиболее пригодны для изго-
товления инструментов, предназначенных для
работы с расплавленным стеклом.
Возможно электролитическое травление
платиновых металлов на переменном токе
[Л. 28].
Техническое применение. С точки зрения
применения платины очень большое значение
имеет степень ее чистоты70. ,В Европе платину
делят на пять групп, различающихся по сте-
пени чистоты: в англосаксонских странах так-
же пользуются подобной классификацией
(табл. 4-1-7)
Платина первой группы для вакуумной
техники неприменима. Для изготовления ок-
70 Сравнительно просто проверку степени чистоты
платины можно производить с помощью спектрального
анализа (см. [Л. 18]).
§ 4 1]
Платина и ее сплавы
115
Таблица 4-1-6А
Коррозионная стойкость металлов платиновой группы и некоторых сплавов платины
[Л. 35]
Среда Pt Pd Rh ir Os Ru PtRh 90/10 ptir 90/10 AuPt 70/30 AuPt 90/10 AuPt 70/30
НС1, холодная 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1
HCI, горячая (110° С) 1 2 1 1 1 1 1 1 1- 1 1
H2SO4, холодная 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1
H,SO4, горячая 2 3 2 1 2 I 2 2 2 1 1
(250° С) HNO3, холодная 1 3—4 1 1 3 1 1 1 1 1 1
HNO3, горячая 1 4 1 1 4 1 1 1 1 1 1
(120° С) HF 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Царская водка, хо- 3—4 4 1 1 1 1 3 2 1 4 4
лодная Царская водка, кипя- 4 4 1—2 1 3 2 4 3 1 4 4
щая NaOH, КОН водные 1 1 I 1 1 1 1 I 1 1 1
растворы NaOH, КОН расплавы 2 2 2 2 3 3 2 2 2 2 2
Na2CO3, расплав 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Обозначения: 1—не взаимодействуют; 2—очень малая коррозия, 3—незначительная коррозия, 4—силь-
ная коррозия.
сидных катодов требуется платина по крайней
мере 3-й степени чистоты.
Для контроля степени чистоты платины и
ее сплавов наряду с химическими (см. [Л. 27])
широко применяют физические методы [Л. 20].
Наиболее важным является измерение элек
трического сопротивления (всегда завышенно-
го примесями) по сравнению с сопротивлени-
ем очень чистой, проверенной спектроскопиче-
ски платины, и определение термоэлектродви-
жущей силы по отношению к какому-либо
постоянному эталону. Этот метод служит глав-
ным образом для проверки однородности боль-
ших слитков сплавов (образцы отбирают от
различных мест слитка) Благодаря нечувстви
тельности к активным газам платина особен-
но пригодна для проведения точных исследо-
ваний в вакууме, при которых требуются
очень чистые условия опыта. Использованию
платины в электронных приборах препятствует
высокая стоимость и сравнительно низкая по
сравнению с тугоплавкими металлами точка
плавления.
Обычные виды платины и ее сплавов,
а также основные примеры их использования
приведены в табл. 4-1-8.
Платина применяется в вакуумной техни-
ке также в следующих случаях:
1) Спаи платины с легкоплавким стеклом.
Подобные спаи могут легко выполнить и не-
опытные работники, так как коэффициенты рас-
ширения этих материалов очень близки (см
гл. 30) и, кроме того, чрезмерное окисление н
пережигание вводов при пайке невозможно.
Наиболее широко при производстве ламп на-
каливания платиновые проволоки для впаев
использовались в 1911 г., но затем платину
вытеснил дешевый биметалл — платинит.
В настоящее время платиновые спаи приме-
8*
няют только в лабораториях или для спе-
циальных целей, например для вакуумных тер-
моэлементов (рис. 4-1-6) Платиновые кольце-
вые или цилиндрические спаи используются
также при изготовлении дорогих генераторных
или рентгеновских ламп из легкоплавкого стек-
ла, но и здесь платину из-за ее высокой стои-
мости постепенно заменяют более дешевыми
металлами, причем в электронных лампах из
легкоплавкого стекла — в большинстве случаев
кольцевыми спаями с использованием медных
или ферритных CrFe переходов, в лампах из
тугоплавкого стекла — коваром.
2) Металлизация стекла или керамики,
Производится вжиганием суспензии хлоропла-
Рис. 4-1-6. Вакуумный термоэле-
мент с держателями и вводами из
Pt. Термопара: константан н ни-
хром, нагреватель; нихром [Л.251
(изготовитель: Siemens-Halske).
116
Металлы группы платины, золото и серебро
[ Гл. 4
Таблица 4-1-7
Классификация торговых сортов платины по чистоте
Степень чистоты Европейское название Американское название Содержа- ние Pt, % Примеси
1 Платина для ювелир- ных изделий Тип Е >95 <5»/0 (металлы груп- пы платины и неблаго- родные металлы, осо- бенно Fe и металлоиды)
2а Технически чистая Тип D (Commercial Pt) >99 <1 % (в том числе 0,5 % платиновых ме- таллов)
2в Pt для приборов Тип С (Crucible Grade) >99,5 <0,5% (в том числе 1г<0,3%; прочих ме- таллов <0,1 %)
3 Химически чистая Тип В >99,9 <0,1%
4 Физически чистая Тип А >99,99 <0,01 %
5 Спектрально чистая — >99,999 <0,001 %(1г)
тината при 600° С (см. § 10-4,11). .Подобные
платиновые покрытия можно герметически
спаивать с металлическими деталями, но толь-
ко мягким припоем, что значительно ограничи-
вает их использование в вакуумной технике
приборами, постоянно откачиваемыми вакуум-
ными насосами (например, мощные ртутные
выпрямители) и требует принятия мер защиты
от влияния ртути на мягкий припой (см., на-
пример, рис. 9-3-30).
3) Керны из проволок и узких лент для
оксидных катодов с большим сроком службы
в специальных усилительных лампах со сро-
ком службы 50000 ч; раньше обычно приме-
нялись с присадкой Й0% 1г, сейчас с 5% Ni.
Более подробно см. гл. 24. Так как оксидные
катоды с такими проволочными кернами после
пребывания на воздухе можно регенерировать,
их используют также в некоторых типах ио-
низационных манометров.
4) Сетки из платиновой проволоки или
платинированные. Платина обладает высокой
работой выхода и растворяет торий, поэтому
она не «активируется» в результате напыле-
ния тория на ее поверхность подобно другим
металлам (Мо). Поэтому платину в последнее
время используют как материал для сеток,
расположенных вблизи катодов из тарирован-
ного вольфрама в мощных генераторных лам-
пах, для подавления нежелательной термо-
электронной эмиссии сеток [Л. 3, 30]. Для элек-
тронных ламп меньшей мощности (например,
локационных с катодами из тарированного
вольфрама) ограничиваются покрытием исполь-
зуемой для изготовления сеток молибденовой
проволоки слоем платины толщиной примерно
2,5 лк7', что для молибденовой проволоки диа-
метром примерно 40 мк соответствует увели- 71
71 Об электролитическом платинировании метал-
лов см., например, [Л. 7, 9]; подробное описание про-
цесса приведено в табл. 4-1-9. О покрытии путем
катодного распыления см. § 10-4-IV.
чению веса приблизительно на 40% вес., или
30% содержания платины по отношению
к весу всей платинированной проволоки.
В крупных электронных приборах в качестве
проволоки для сеток используется платина,
к которой (для повышения механической проч-
ности добавляется около 4% вольфрама
[Л. 40]; эти проволоки обрабатывают в отож-
женном состоянии (данные о прочности см.
в табл. 4-1-5).
5) Нити накала в манометрах Пирани
(например, по типу рис. 5-2-116), в особенно-
сти в атмосфере агрессивных газов и паров.
Для получения необходимого высокого темпе-
ратурного коэффициента электрического сопро-
тивления пользуются чистой платиной.
6) Приемники излучения в виде тонкой за-
черненной платиновой фольги для «ардомет-
ров» (рис. 4-1-7).
7) Нагревательные элементы в виде про-
волоки или лент для электрических печей до
1 600° С с воздушной или кислородной атмо-
сферой, например для окончательного спекания
керамических деталей; платина обычно содер-
жит 10—20% родия.
8) Электроды в электролизерах для полу-
чения газов (см., например, гл. 20).
9) Платиновая пленка на поверхности
стеклянных оболочек как катод счетчиков Гей-
гера— Мюллера для измерения интенсивности
у- и рентгеновского излучения '(рис. 4-1-8);
кроме того, платиновые проволоки используют
как аноды и выводы для впаивания в стекло
этих приборов, если они наполнены аргоном
с агрессивными примесями галогенов '(напри-
мер, бромистый этилен).
10) Платиновые термометры сопротивления
в герметичных защитных чехлах, наполнен-
ных гелием, в особенности для измерения низ-
ких температур '(рис. 4-1-9).
11) Измерительные зонды в виде двух па-
раллельных платиновых пластинок (10X40 леи2)
на расстоянии 10 мм друг от друга для опре-
§ 4-1]
Платина и ее сплавы
117
Таблица 4-1-8
Сортамент платины и ее сплавов
Вид Размеры Сте- пень чисто- ты Присадка Примечание
Проволока Диаметр 1—0,015 мм; любой длины 2 — Впаи в стекло (см. гл. 30)
3 — Изготовление сеток элек- трометрических и генера- торных ламп с WTh като- дами
3 5—20 % 1г 5—10 % Ni Керны оксидных като- дов электронных ламп (см. гл. 24)
4 20 °/о 1г Вакуумные термоэлемен- ты (см. рис. 4-1-6), термо- метры сопротивления, ма- нометры Пирани
4 0—10 о/о 1г
Волластоновы нити Диаметр керна 0,015—0,001 льи; любой длины 2 — Вакуумные предохрани- тели для слабых токов (>10 ма)
Ленты катаные Толщина 1 — 0,0025 мм, ширина до нескольких сантимет- ров 2 До 30 °/о 1г Нагревательные элемен- ты печей для обезгажива- ния и спекания до 1 500° С
Ленты прокатанные из тянутой проволо- ки (плющенка) Толщина: 0,03— 0,06 мм; ширина 0,10—0,40 л/ди; длина любая 3 и 4 5—20 % 1г 5—10 о/о Ni Керны оксидных катодов электронных ламп (ваку- умные выпрямители, уси- лительные лампы для про- водной связи)
2 До 20% 1г Печи для регенерации, работающие в атмосфере активных газов
Фольга, жесть Толщина 1— 0,0025 мм; ширина до 10 см 2 и 4 Чистая или с 1г Керны мощных оксидных катодов; аиоды опытных электронных ламп; электро- ды при электролитическом выделении газов, поглоти- тели излучения в ардомет- рах, зонды (см. рис. 4-1-7)
Детали фасонные — 2 Крепежные детали силь- но нагруженных электро- дов, дисковые и колпачко- ные впаи в баллоны высо- кочастотных генераторных и рентгеновских ламп
Порошковая паста или отрезки прово- локи — 3 —- Термически устойчивый и не взаимодействующий со ртутью твердый припой для соединения W с Мо (см. § 9-3 VI)
Платинированный асбест — — —“ При красном калении для очистки водорода от следов кислорода (см. гл. 20).
118
Металлы группы платины, золото и серебро
[Гл. 4
Таблица 4-1-9
Методика электролитического
платинирования металлов
1. Состав электролита:
1 000 см3 дистиллированной воды;
20 г фосфорнокислого аммония (NH4)2HPO4;
100 г фосфорнокислого натрия
Na2HPO4 12Н2О;
4 2 хлороплатиноводородной кислоты
H2(PtCl)6-6H2O.
Раствор кипятят до тех пор, пока он не при-
обретет желтую окраску.
2. Материал анода: платина (не расходуется).
3. Температура ванны:
поддерживается во время электролиза-
близкой к точке кипения
4. Напряжение ванны: 3—4 е.
5. Плотность тока: около 1 я/сРи* 1 2 3.
6. Длительность осаждения.
для получения блестящего покрытия
30—-120 сек, с увеличением продолжи-
тельности осаждения покрытие при-
обретает сероватый оттенок.
деления чистоты органических растворителей
или суспензий (например, при производстве
оксидных катодов с помощью катафореза) пу
тем измерения удельного электрического сопро-
тивления (см. рис. 12-73).
12. Тигли для выплавки стекла н инстру-
менты для его формования. Для плавки опыт-
ных партий стекол и эмалей в вакуумной тех-
нике особенно пригодны тигли из платины.
При этом необходима осторожность при плав
ке шихты, содержащей свинец и мышьяк, осо-
бенно когда смесь не содержит сильных окис-
лителей.
В контакте с расплавленным стеклом наи-
более устойчивы сплавы платины и родня.
Из этих соображений в качестве облицовки
инструментов для прессования изделий из
Рис. 4-1-7. Вакуумный термоэле-
мент для измерения полного излу-
чения с приемными дисками из
черненой платиновой фольги „Ар-
дометр" (изготовитель: Siemens-
Ha'ske).
Рис. 4-1-8. Счетчик Гейгера —Мюллера для рентгенов-
ского н -у-излучения, наполненный аргоном с примесью
галогенов (например, бромистого этилена).
/—анод нз чистой платиновой проволоки; 2-катод
в виде тонкого слоя платины, напыленной на внутрен-
нюю поаерхность стеклянной оболочки с вольфрамовой
спирали, обвитой платиновой проволокой; 3—платино-
вые вводы, впаянные в стекло; 4—пружина из PtJr
проволоки; 5-—оболочка из стекла, не содержащего
калия; 6—вогнутое входное окошко для излучения со
значительно уменьшенной толщиной стеклянной стенки.
стекла и для аналогичных целей (особенно для
тугоплавкого стекла) используется сплав
с 10% Rh-
13) Тугоплавкий припой для пайки в ва
кууме деталей из вольфрама и молибдена
(см. § 9-3, VI).
14) Платину применяют для изготовления
накаленных эмитирующих ионы анодов гало-
генных диодных теченскателей (рис. 4-1-10).
В качестве контрольного газа обычно исполь-
зуют фреон. Из платины изготовляют также
спираль, служащую
для нагревания ано-
да, и цилиндрический
катод, который в этих
диодах окружает анод
на некотором расстоя-
нии от него. Подроб-
нее о галогенных те-
чеискателях см. [Л. 1,
II, 13, 36, 38].
Рис. 4-1-9. Устройство пла-
тинового термометра со-
противления для измере-
ния низких температур
(до —260° С); см. [Л. 4].
1 — герметичная платино-
вая трубка (диаметр
2,5 лш, толщина стенки
0,12 мн), наполненная ге-
лием п запаянная свинцо-
вым стеклом; 2—платино-
вые токоподводы н вводы
в стекло, диаметр 0,2 мм;
3 — стеатитовое кольцо;
4— платиновые соедини-
тельные проволоки, диа-
метр 0,1 мм; 5 — цемент;
6~ двухкапальиая керами-
ческая трубка, диаметр
1 мм; 7 —элемент сопро-
тивления из платиновой
проволоки дли 11ой 120 см
и диаметром 0,075 мм (при-
мерно 22,7 ом). Размеры
на рисунке даны в милли-
метрах.
Платина и ее сплавы
119
Рис. 4-1-Ц). Схема датчика диодного галогенного тече-
искателя с накаленным анодом, служащим источником
ионол.
J—платиновая нить накала, напитая па керамический
цилиндр: 2—платинозый анод, косвенно нагреваемый
до 800— 950° С. Иногда анод активируют, покрывая его
слое Vi щелочного металла (Л. 36 j; холодный платиновый
цилиндрический катод, находящийся от анода на рас-
стоянии 0,9 мц; 4—керамическая опорная пластинка;
5—канал для прохода контрольного газа (обычно
фреона); 6—слюдяной изолятор; 7 — выводы платино-
вого нагревателя; 8— вывод катода.
ЛИТЕРАТУРА
1. An ger е г Е. V., Technische Kunst-
griffe bei physikalischen Untersuchungen, 9,
Aufl., Braunschweig, 1954.
2. Austin 1. B, Physics, 3 (1932), 252
(Термическое расширение платины).
3. Ayer R. В., Proc. 1. R. E. 40 (1952),
591—594 (Платинированная молибденовая
проволока для сеток).
4. В а г b е г С. R., Journ. Sci. Instr. 32
(1955), 416—417 (Платиновые термометры со-
противления для низких температур).
5. Bell Telephone Man. Со., DRP, 458,
806/21/28 (Pt—Ni—керн для оксидных като-
дов).
6. Benedicks С., Phys, Z. 17 (1916),
320 (Волластонова проволока).
7. Blum u. Hogabloom, Principles o[ Elec-
troplating, New York, 1930 (Электролитиче-
ское платинирование).
8. Carter F. E. u. Stauss H. E, in
Metals Handbook Edit, 1939, S. 1691 — 1695,
Cleveland, 1939; ferner, Edit. 1948, S. 1123—
1125, Cleveland, 1948 (Свойства платины и
ее сплавов).
9. D’A ns J. u. Lax E, Taschenbuch fur
Chemiker und Physiker, Berlin 1943, S. 1599
(Электролитическое платинирование).
10. Du Bridge L. A, Phys. Rev, 32
(1928), 961 (Электронная эмиссия платины).
11. Дэшман С, Научные основы ва-
куумной техники, перев. с англ. ИЛ. М, 1950
(диодный течеискатель).
12. Espe W. (По данным измерений,
проведенных автором).
13. Espe W, Slab. Obzor. 12 (1951),
43—45 (Диодный течеискатель с нагреваемым
платиновым анодом, служащим источником
ионов).
14. Fast J. D, Philips Techn. Rundschau,
7 (1942), 73—81 (Диффузия и растворимость
водорода в платине).
15. Frohlich (Degussa Werk Hanau) in
Moos A. R. u. Brooker H. R, BIOS Report
№ 1944 (London, 1946), S. 61—62 (Сплавы
платины с бериллием).
16. Deibel W. u. Houben H. in M a-
s i n g G, Werkstoff—Handbuch Nichteisen-
metalle, Berlin, 1928, Absatz № 6 (Platin).
17. Ge ib el W. in Arkel A. E. Van,
Reine Metalle, Berlin, 1939, S. 364—374 (По-
лучение и свойства платины).
18. G е г 1 а с h W. u. Riedel Е, Phys.
Z. 34 (1933), 516 (Спектральный анализ пла-
тины).
19. Gmelin’s Handbuch der anorg. Chemie,
System № 68, Platin—Metalle und Legierun-
gen, 8. Aufl, Teil A Weinheim 1951, Teil В
1953, Teil S. 1953.
20. Г p и г о p ь e в A. T, Z. anorg. Che-
mie, 178 (1929), 213 (Постоянные платины).
21. Harris I. E, US—Pat. 1, 542,
385/1925 (Применение сплавов платины с ни-
келем для кернов долговечных оксидных ка-
тодов) .
22. Henning F, Warmetechnische
Richtwerte, Berlin, 1938 (Платиновые термо-
пары и термометры сопротивления).
23. Н о 1 m R. u. S t б г m е г R, Wiss.
Veroff. Siemens—Konzern, 9 (2), (1930), S.
312 (Теплопроводность платины).
24. Jones H. A, Langmuir I. u.
Mackay G. M, Phys. Rev, 30 (1927), 201,
Упругость насыщенных паров платины.
25. Keinath G, Die Technik elektri-
scher Messgerate, Berlin, 1928, Z. anorg. Che-
mie, 210 (1933), 19.
26. Курнаков H. С, He м ил о в В. A,
Z. anorg. Chemie 210 (1933) 19. (Электриче-
ское сопротивление сплавов Pt—Ni).
27 M у 1 i u s F. u. M a z z u с c h e 11 i A,
Z. anorg. Chem, 89 (1914), S. 1 (Химический
анализ платины).-
28 Raub E. u. Buss G, Z. Elektro-
chem, 46 (1940), 195—202 (Электролитиче-
ское травление переменным током металлов
группы платины).
29. Reeve Н. Т, US—Pat 1565200/1926
(Сплавы Pt—Ni в качестве материала для
кернов оксидных катодов).
30. Rusterholz F, ETZ, 71 (1950),
453 (Платиновая проволока для сеток прибо-
ров с катодами из тарированного вольфра-
Ма) 31. Schulze D„ Chem. Techn. 8 (1956),
341—346 (Чувствительность платины к моно-
окиси кремния SiO). кт ,
32. St unson FL F, J. Res. Nat. Bur. of
Stand, 42 (1949), 209 (Платиновые термомет-
ры сопротивления).
120
Металлы группы платины, золото и серебро
[Гл. 4
33. S u 11 у А. Н. et al., Journ. Appl.
Phys., 3 (1952), 97 (Полная излучательная
способность платины).
34. U 11 m a n n F., Enzyklopadie der tech-
nischen Chemie, 5. Aufl., Wien, 1930.
35. Volejnik V„ Techn. zpravy Vyzk. ust.
prask. metalurgie (tschech.) 1956, № 1—2, S.
3—19 (Благородные металлы).
36. W e b e г A., Gia s- u. Hochvakuum-
technik, 2 (1953), 259—262 (Галоидный тече-
искатель с накаленным платиновым анодом).
37. W е г п е г F. D. u. F г a z е г А. С.,
Rev. Sci. Instr., 23 (1952), 163—169 (Плати-
новые термометры сопротивления).
38. White W- С. u. Hickey J. S., Elec-
tronics, 21 (1948), 100 (Диодный течеиска-
тель).
39. W i s е Е. М. u. Eash J. Т., Metals
Techn. 1, № 8 (1934) (Механические свойства
платины).
40. Wise Е. М., Platinum and Platinum
Alloys; in Metals Handbook, 1948 Edit., S.
1121 bis 1126.
41. Wise E. M., Journ. Electrochem. Soc.
97, № 3 (1950), S. 57C—64C (Свойства н
применение металлов группы платины).
42. W о г t h i n g A. G., Phys. Rev. 28
(1926), 174 (Излучательная способность пла-
тины).
43. W r i g h t D. A., Journ. Brit. I. R. E.,
11 (1951), 391 (Редкие металлы, их свойства
и применение в вакуумной технике).
4-2. ПАЛЛАДИИ И ЕГО СПЛАВЫ
[Л. 7, 30]
Палладий — белый блестящий металл, ко-
торый обрабатывается немного труднее пла-
тины. Самый дешевый из всех металлов пла-
тиновой группы. Получается главным образом
из анодных осадков при очистке никеля. Из
палладия путем прокатки или протяжки легко
получить жесть н проволоку; Наиболее чистые
сорта палладия, выпускаемые обычно в прода-
жу, содержат 99,94% Pd, но поставляются и
еще более чистые материалы. Физические свой-
ства палладия представлены в табл. 4-2-1,
которую дополняют рис. 4-2-,! и 4-2-2. Паяется
в пламени ацетиленовой горелки платиновым
Рис. 4-2-1. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву агр [кг/мМ2], относительн го удлинения й (%] и
твердости по Виккерсу Ну[ чистого литого палладия
от степени обработки (уменьшение толщины материала
при холодной прокатке в % от исходной (Л 30]).
Рис. 4-2-2. Зависимость от температуры отжига Ту
(5 мин) временного сопротивления разрыву агд )кг/ммЦ
предела пропорциональности ~р \кг/мм2), относитель-
ного удлинения 8 (%] и твердости по Бринеллю при
20° С холоднотянутого палладия при степени деформа-
ции 50% [Л. 29].
припоем. Сварка методом сопротивления не
представляет трудностей. Для высокочастот-
ной плавки в азоте или в вакууме рекомен-
дуются |(так же, как и для платины) тигли
из окиси циркония.
При 500—-600° С на воздухе на поверхно-
сти палладия образуются окрашенные пленки
окислов (PdO), которые можно удалить крат-
ковременным отжигом при более высоких тем-
пературах (более 860°С), во время которого
окисел разлагается. Отжиг для снятия внут-
ренних напряжений рекомендуется произво-
дить в атмосфере азота; материал обычной чи-
стоты (99,9% Pd) отжигают в течение 5 мин
при 800° С. Не следует отжигать палладий в
водороде, так как он растворяет значительное
количество Из и становится из-за этого не-
много хрупким (рис. 4-2-3).
Палладий легко растворяется в холодной
и теплой технической азотной кислоте и на не-
го сильно действуют влажные галогены (осо-
бенно хлор), тогда как холодная плавиковая,
фосфорная и уксусная кислоты на него не
действуют. Соляная и серная кислоты действу-
ют на него лишь незначительно.
Использование палладия в вакуумной тех-
нике. Чистый палладий, выпускающийся в ви-
де жести, фольги, проволоки и трубок, очень
важен -для вакуумной техники вследствие сво-
ей большой проницаемости для водорода, ко-
торый уже при 100—300° С и 100—700 мм. рт. ст.
избыточного давления диффундирует сквозь
палладий в значительных количествах
(рис. 9-5-8). Это явление было подробно ис-
следовано (см., например, (Л. .1, 3, 4, 5, 8, 9,
10, 13, 20, 25]).
Согласно новым данным [Л. 24] диффузия
водорода сквозь палладий связана с присут-
ствием в последнем следов родия и калия,
так как проницаемость тщательно очищенного
от этих примесе’й палладия для водорода рез-
ко сокращалась после длительной работы в
условиях высокого вакуума. С другой стороны
[Л. 114], причиной этого можно считать рост
кристаллов, наблюдающийся при температуре
выше 400° С.
§ 4-2]
Палладий и его сплавы
121
Продиффундировавший водород хими-
чески чист, так как палладий при нагрева-
нии до сравнительно невысокой температуры
(от 400 до 600° С) проницаем только для во-
дорода. При этом необходимо учитывать,
что парциальное давление водорода при
этом должно достигать максимально 10—
30 мм рт. ст., так как иначе в палладии быст-
ро возникают микроскопические трещины
[Л. 5].
Не исключена возможность того, что это
явление связано с возникновением хрупкой и
сравнительно малопроницаемой дли водорода
P-фазы палладия, которая появляется вместо
обычной a-фазы при давлении водорода 1 ат
и при температуре около 160° С [Л. 44]72 73.
Палладий в качестве фильтра для водо-
рода используют при температуре 300—400° С.
При этом следует избегать как не-
равномерного нагрева палладиевой тру-
бочки (образование холодных участков
с температурой ниже 160°С), так и слиш-
ком частого перехода температуры a-f-npe-
вращения в присутствии водорода. Поэтому
перед охлаждением палладиевого фильтра во-
дород следует удалить откачкой. При работе
в вакууме с ртутными диффузионными насо-
сами необходимо также принимать во внима-
ние, что проницаемость палладия для водорода
значительно снижается ртутными парами и уг-
леводородами 7S, например, парами смазки кра-
нов. (Предварительное включение ловушки
с жидким воздухом для конденсации ртути!).
«Отравленный» палладий можно регене-
рировать путем отжига на воздухе при 500° С
и после охлаждения восстановлением при
300°С в водороде74 *.
Трубка из палладия может нагреваться
или навитой вокруг нее спиралью (например,
из платинированного молибдена) или непо-
средственным пропусканием тока, причем ввод
тока выполняют в виде платиновых полос, при-
паянных золотом [Л. 26]. Для соединения пал-
ладиевой трубки с обычным мягким стеклом
можно также жестко припаять к палладию
платиновую трубку необходимого диаметра
(с использованием золотого припоя).
Для изготовления вакуумноплотных спаев
палладия с коваром в качестве припоя можно
пользоваться как золотом, так и серебром.
В последнем случае пайку проводят в вакууме,
применяя нагрев токами высокой частоты
[Л. 14].
72 Эта фаза может быть удалена только в ре-
зультате многодневного прокаливания палладия при
300^400° с.
73 Налет углерода, окраска! При этом рекомен-
дуется отжигать трубку в кмслор'оде три давлении
несколько миллиметров ртутного столба, причем сна-
чала она остается темной, но после откачки кисло-
рода и СО2, образующегося во время отжига, поверх-
ность снова становится чистой и блестящей, в особен-
ности, если имеется ловушка с жидким (воздухом.
Для удаления поверхностных пленок можно использо-
вать также промывание трихлорэтиленом и в раз-
бавленной азотной кислоте.
74 Так как никель свободен от описанных недо-
статков, его применяют в последнее время вместо
палладия для диффузионного напуска водорода, хотя
при равной температуре проницаемость никели по
отношению к водороду меньше, чем палладия (см.
рис. 5-2-8А и 0-6-3, а также § 5-2).
Рис. 4-2-3. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву предела упругости «о. 02 и модуля упругости
В от содержания водорода (в об. частях) в палладии
[Л. 15].
Об устройствах для наполнения газом
с помощью нагреваемых трубок из палладия,
см., например, [Л. 18] и гл. 20.
Об обогреваемом (800° С) палладиевом
отростке для специальных ионизационных ма-
Рис. 4-2-4. Течеискатель1, состоящий из ионизацион-
ного манометра 1 с распыленным геттером и простран-
ства 2, соединенного с негерметичным баллоном, в ко-
торое входит нагреваемый спиралью 5 палладиевый
отросток 4, герметично впаянный в манометр 1 [Л- 16].
1 Испытываемый иа наличие течей прибор присое-
диняют к теченскателю через трубку 5 и после откач-
ки обдувают его тонкой струей водорода. Проникший
В объем через негерметичный участок водород прохо-
дит сквозь палладиевую трубку в ионизационный мано-
метр, что тотчас отмечается электроизмерительным,
прибором.
нометров, с помощью которых путем обдува-
ния поверхности откачанных сосудов водоро-
дом можно уверенно определить наличие в них
течей от 10-4 лкд/сек75, см. [Л. 16, 19] и
рис. 4-2-4, 4-2-5 и 4-2-5А. Селективную про-
ницаемость накаляемого палладия для водо-
рода можно также использовать для опреде-
, 1 л газа 20° С-10’3 мм рт. ст. '
751 мклсек =. -—-——————— ————— X
сек
10‘® и. л „ и. см* газа
X --------- = IO’3 --------.
сек сек
1 к. CAf3—объем газа, величиной 1 см?, взятый
при нормальных условиях.
122
Металлы группы плагины, золото и серебро
[ Гл. 4
Таблица 4-2-1
Свойства палладия
Атомный вес: 106,7 Атомный номер: 46 Примеча- ния
Удельный вес г!см3 11,9—12,02
Температура плав- ления °C 1554,5s) Температура при раз- ливке : 1 650
Давление насы- щенных паров мм pm. cm. 1 156° С ю-5 1 271° С 10-4 1 405° С 10-3 1 566° С ю-2 1 759° С 10-’ 2 000° С 1 См рис. 9-5-4
Скорость испаре- ния г/см2-сек 1.510-» 1.5-10”» 1,4-10-* 1,3-10-3 1.3-10"8
Временное сопро- тивление разры- ву кГ/мм2 Отожжен- ный при 1 400° С 30 мин Отожен- ный г) Холоднооб- работанный 2) Сильно на- гартован- ный См рис. 4-2-1, рис. 4-2-2, рис. 4-2-3
16 14—21 33 49—54
Относительное уд- линение % 13,5 24—40 1—5 1,6 См рис. 4-2-1, 4-2-2
Предел текучести кГ/мм2 — 3,5 21 — Рис. 4-2-2 и 4-2-3
Твердость по Бри- неллю кГ/мм2 51 46 109 88 См. рис. 4-2-2
Твердость по Вик- керсу — 37—39 38 — До НО См. рис. 4-2-1
Модуль упругости кГ/мм2 12 000: Предельные значения 11 000—13 0001) См. рис. 4-2-3
Прочность при на- гревании кГ/мм2 Торговый сорт Pd, отожженный при 1 100° С См. [Л. 17]
20° С 19,6 400° С 12,7 800° С 5,8 1 000° С 3,7
Температура от- жига °C 800 (5 мин)
Температурный коэффициент термического расширения 1 ю-’ S- град 0—100° С 119 0—500° С 128 0—800° С 134 0—1 000° С 139 См. рис. 3-2-20
Теплопроводность кал 18° С 0,168 100° С 0,182 — —
см-сек град
Удельное электри- ческое сопро- тивление ом мм2/м 0° С 0,100 20° С 0,108 600° с 0,314 1 200° С 0,465 См рис. 4-2-6
Температурный коэффициент электрического сопротивления 1 град 0—100° с 3,8 10-3 0—350° С 3,1 - 10-3
О Снижается при увеличении содержания водорода (см. рис. 4-2-3).
2) По данным [Л. 31].
3) См. также [Л. 21].
'§ 4-2]
Палладий и его сплавы
123
Продолжегше табл. 4-2-1
Излучательная способность при 6 500 А °/о 35
Отражательная способность % 4 500 А 5 500 А 7 500 А 54 60—63 66
Растворимость во- дорода До 850 объемов; растворимость в губчатом пал- ладии еше выше Рис. 9-2-1
Проницаемость для водорода1) ") См. [Л. 22]. Н • CMZ мм дм2-ч-атм 400° С 18 000 500° С 27 000 600° С 37 000 700° С 47 000 800° С 58 000 Рис. 5-2-8А и 9-5-8
Рис. 4-2-5. Течеискатель, состоящий из ионизационного
манометра Пенппнга (слева) и нагреваемый прямым
пропусканием тока закрытой с одной стороны палла-
диевой трубочки (справа), см. также рис. 4-2-4 и при-
мечание к нему.
выделяется. Это свойство используется для
наполнения электронных ламп небольшим ко-
личеством очень чистого водорода.
В этих целях лучше всего применять так
называемую «палладиевую губку» или «палла-
диевую чернь». Самый простой способ их при-
готовления заключается в следующем [Л. 32]:
палладий растворяют в царской водке, рас-
твор иагревают и нейтрализуют кислоту содой,
вновь нагревают раствор, добавляют уксусную
кислоту, после чего вливают теплый концен-
трированный раствор формиата натрия
(HCOONa). Палладий выпадает в виде губ-
ки. которую затем промывают и высушивают.
При нагревании иа воздухе палладиевая губ-
ка окисляется до Р<Ю; она растворима в азот-
ной кислоте.
.пенни количества водорода в смеси газов (см.
§ 9-2). О подобном устройстве в сочетании
г манометром Пирани см.
[Л. 26].
Растворимость водорода
в палладии очень велика
[Л. 5, 23], что видно из
рис. 9-21. Твердый металл
может поглотить более чем
850-кратный по отношению
к своему собственному
объем водорода (губча-
тый палладий еще боль-
ше), что сопровождает-
ся повышением его
электрического сопротив-
ления (рис. 4-2-6). При
нагревании до 300—
500° С IB вакууме погло-
щенный водород снова
Рис. 4-2-6, Рост электрического сопротивления палла-
дия с увеличением содержания водорода изме-
ренного в н-см? Н2 на см* Pd; /?0—сопротивление пал-
ладия, не содержащего водорода; /?— с водородом,
см. pi. о].
Рис. 4-2-5А. Палладиевый те-
чеискатель [Л. 11J.
1 —палладиевая трубка,закры-
тая с одного конца; 2— пере-
ход из сплава Fe — Ni (52/48),
спаянный со стеклянным дер-
жателем 3; 4— токоподвод к
палладиевой трубке, служа-
щей одновременно анодом;
5 — вольфрамовая спираль,
играющая роль катода трио-
да п одновременно нагрева-
теля палладиевой трубки; 6 —
коллектор.
Осажденный на асбесте палладий служит
для удаления кислорода из водорода, так как
уже при температурах около 140" С76 остатки
кислорода при каталитическом воздействии
палладия соединяются с водородом, образуя
воду, которую можно в дальнейшем удалить
обычными влагопоглотителями (см. гл. 20).
Необходимо также указать на использо-
вание палладия в вакуумной технике для внут-
ренней металлизации фарфоровых трубок для
бетатронов (см. [Л. 12]).
76 В отличие от платины на асбесте, у которой
это явление возникает только при красном калении.
124
Металлы группы платины, золото и серебро
[Гл. 4
Таблица 4-2-2
Свойства некоторых сплавов палладия в отожженном состоянии [Л. 2, 27]
Сплав 4.5% Ru 95,5%Pd 40% Ап 60% Pd 40% Си 60% Pd
Удельный вес г 1см3 12,0 11,3 10,6
Температура .плавления °C (1 580) 1390 1 195/1 225 солидус/ликвидус
Временное сопротивление разрыву после отжига кг /мм2 35 36(66») 53(1354)
Относительное удлинение % 25 47(4,51) —
Твердость по Виккерсу после отжига — 80—90 (150—160») 95—100 145
Удельное электрическое сопро- тивление при 20° С ОМ-ММ21м 0,235 0,420 0.3502 0,0353
Температурный коэффициент элек- трического сопротивления при 20—100° С 1 10-3- 3 град 1,3 0,02! 0,322 2,243
Отражательная способность % 4 000 А: 57 6 000 А: 64 8 000 А: 70 9 000 А: 73
1 Значения для материала со степенью деформации 50%.
2 Отожженный и закаленный.
8 Холоднообработаииый материал, нормализованный при 300° С.
4 Протянутый без иагревання.
Сплавы палладия до сих пор находили
лишь незначительное использование в высоко-
частотной технике. Свойства наиболее важных
сплавов приведены в табл. 4-2-2. Сплавы пал-
ладия с рутением характеризуются способ-
ностью хорошо отражать длинноволновое из-
лучение. Сплавы палладия с серебром или
медью используются для электрических кон-
тактов (при малых силах тока).
ЛИТЕРАТУРА
1. Albert М., Eichner Ch. u. Lo-
bard V., Comptes rendues, 202 (1936),
1777—1779 (Диффузия водорода сквозь пал-
ладий).
2. A t k i n s о п R. H., in Metals Hand-
book, Edit, 1948, S. ИЗО (Сплавы Pd—Ru).
3. В a r r e r R. M., Diffusion in and
through Solids, Cambridge, 1940.
4. Borelius G. u. Lindblom S.,
Ann. Phys., 82 (1927), 201 (Диффузия водо-
рода в металлах).
5. F a s t J. D., Philips Techn. Rundschau
(desgl. Philips Techn. Rev.), 7 (1942), 73—
81 (Диффузия и растворимость водорода в
палладии).
6. Fischer F., Ann. Phys., 20 (1906),
503 (Зависимость электрического сопротивле-
ния палладия от количества растворенного в
металле водорода).
7. G е i b е 1 W., in А г k е 1 А. Е. V а п,
Reine Metalle, Berlin, 1939, S. 374 (Получение
и свойства палладия).
8. Н a m W. R. u. Sauter I. D., Phys.
Rev., 47 (1935), 337 A, Xs 4 (Диффузия во-
дорода сквозь палладий).
9. Ham W. R., Phys. Rev., 47 (1935),
644 А (Расчетные формулы, описывающие
диффузию газов в металлах).
10. Heath Н. R., Journ. Appl. Phys., 3
(1952), 13—18 (Диффузия образовавшегося
в процессе электролиза водорода сквозь же-
лезо и палладий).
И. Hix Р., Slaboproudy obzor, 17 (1956),
734 (Конструкция палладиевого течеискате-
ля).
12. Hurs h R. К., J. Am. Ceram. Soc., 32
(1949), 75—80 (Металлизация внутренних де-
талей бетатрона палладием).
13. J о s t W. u. Widmann A., Z. phys.
Chem. Abt., В 29 (1935), 252 (Диффузия во-
дорода сквозь палладий).
14. Juenker D. W. et al., Rev. Sci.
Instr., 26 (1955), 888 (а-р-превращение пал-
ладия и его связь с проницаемостью метал-
ла для водорода).
15. Кг tiger F. u. Jungnitz Н., Z.
techn. Phys., 17 (1936), 302 (Модуль упруго-
сти палладия, насыщенного водородом).
16. N е 1 s о п Н„ Rev. Sci. Instr., 16
(1945), 273 (Накаливаемая палладиевая
трубка для течеискателя с ионизационным
манометром).
§ 4-3]
Родий
125
17. Owen Е. A. u. Jones J. I., Proc. Roy.
Soc. (London), 49 (1937), 587 (Прочность
палладия при высоких’температурах).
18. Patent—Treuhand—Ges, DRP, 486,
515/28/29 (Палладиевый вентиль для напуска
водорода).
19. Р е n n i n g F. М. u. Nienhus К., Phi-
lips Techn. Rundschau, 11, № 4 (1949), 116—
123 (Течеискатель с палладиевой трубкой и
манометром Пеннинга).
20. S a u t е г I. D. u. Ham W. R., Phys.
Rev., 47 (1935), 645 А (Диффузия водорода
сквозь тщательно обезгаженный палладий).
21. Schofield F. Н., Proc. Roy. Soc.
(London), 155 (1936), 301—308 (Температура
плавления палладия).
22. S е i t h W., Diffision in Metallen,
Platzwechselreaktionen, Berlin, 1955.
23. S i e v e r t s A., Z. phys. Chem., 60
(1907), 129; 74 (1910), 277; 77 (1911), 591;
ferner Z. f. Metallkde, 21 (1929), 37 (Раство-
римость водорода в металлах).
24. S i 1 b е г g P. A. u. Bachmann
С. H., Vacuum Symposium, 1954, Asbury
Park USA; Referat, Vakuum—Technik, 3
(1954), 65 (Диффузия водорода в палладии).
25. Smithells С. J. u. Ransley С. E., Proc.
Roy. Soc. (London), 150 (1935), 172 (Диф-
фузия газов в металлах).
26. Т u г n b u 11 A. H., H a r r i s s о n
M. F. A., J. Sci. Instr., 30 (1953), 266—268
(Метод определения содержания водорода в
смесях газов).
27. V i n е s R. F. u. Reeve Н. Т. in Me-
tals Handbook, Edit., 1948, S. 1128 (Сплавы
PdAg и PdCu).
28. Waldschmidt E., Metall, 8 (1954),
749—758 (Газопроницаемость металлов).
29. W i s e E. M. u. Eash J. T., Trans.
AIME, 117 (1935), 313 (Прочность обработан-
ного палладия).
30. Wise E. M., Palladium, in Metals
Handbook, Edit., 1948, S. 1126—1127.
31. Wise E. M., Journ. Electrochem. Soc.,
97 (1950), S. 57C—64C (Свойства металлов
группы платины).
34. Ярвуд, Дж., Техника высокого ва-
куума, пер. с англ., Госэнергоиздат, М.—Л.,
1960 (Получение губчатого палладия).
4-3. РОДИИ
Родий является Спутником платины в ее
месторождениях. Его химическое отделение от
иридия связано с известными трудностями
[Л. 1]. Металл обрабатывается с трудом, и его
способность к обработке сильно зависит от
степени чистоты. Маленькие слитки родия тол-
щиной примерно 1'5—20 мм сначала проковы-
вают при 1 ilOO°C приблизительно до 2,5 мм,
потом их можно прокатывать в холодном со-
стоянии, причем после деформации на 30—
40% от начальной толщины родий необходимо
отжигать при 700—800° С. Однако температура
отжига не должна быть слишком высока, так
как материал может стать хрупким из-за
сильной рекристаллизации (Л. 9]. Из проко-
ванных слитков можно при 1 ‘100° С вытяги-
вать также и проволоку, причем температуру
протяжки можно снижать пропорционально
уменьшению диаметра проволоки; при диамет-
ре ОД мм она равна только 700° С. Тонкие
проволоки можно протягивать и в холодном
состоянии, причем после каждого уменьшения
диаметра примерно на '50% проволоку отжи-
гают.
Родий приобрел особое значение для элек-
тролитического нанесения покрытий на метал-
лические поверхности, для чего ранее исполь-
зовали комплексные фосфаты родия {Л- 6]. Эти
покрытия были слишком тонкими (тонь-
ше 4 мк) и не всегда плотными, так что, не-
смотря на присутствие защитного слоя родия,
не была исключена возможность коррозии ос-
новного металла. Применение электролитиче-
ских родиевых покрытий, прежде всего при
изготовлении радиолокационных и других
электронных приборов, чрезвычайно расшири-
лось благодаря тому, что после открытия воз-
можности применения сульфатных электроли-
тов удалось получать родиевые покрытия тол-'
шиной более 25 мк {Л. 11] и таким образом
использовать особые свойства родия. На бла-
городные металлы (серебро, золото), а также
на никель можно наносить родий электролити-
чески непосредственно. Другие металлы (сталь,
медь, латунь и т. д.) требуют тщательного
предварительного никелирования (иногда се-
ребрения или золочения), чтобы предупредить
разрушение этих металлов в родиевом элек-
тролите. Во время осаждения родия электро-
лит следует постоянно перемешивать. В ка-
честве анода рекомендуется применять плати-
новую жесть. Обычно при использовании суль-
фатных ванн аноды работают при температуре
около 40—50° С и плотности тока 0,5— '
10 а/дм?. При использовании в обычной атмо-
сфере необходима толщина покрытия 50—
75 мк, для многих других целей вполне до-
статочна толщина покрытия 0,15—0,25 мк.
Физические и химические свойства родия.
Основные физические свойства приведены
в табл. 4-3-1, химические свойства видны нз
данных табл. 4-3-2. Родий является одним из
наиболее устойчивых металлов. На него не
действует даже кипящая царская водка, а его
устойчивость против коррозии выше, чем зо-
лота и платины. Эти свойства наряду с высо-
кой отражательной способностью металличе-
ских и стеклянных поверхностей, покрытых
слоем родия (рис. 4-3-1), очень важны для
производства высококачественных зеркал,
а также для производства электроконтактов.
Использование в технике (см. также
[Л. 5]).
а) Компактный родий. Контакты из ро-
дия не имеют выпрямляющего действия (от-
сутствие окисленных поверхностей) и поэто-
му пригодны для использования в сверхвысо-
кочастотных схемах на воздухе. Твердый при-
пой для пайки вольфрама с вольфрамом или
с молибденом или молибдена с молибденом
при температурах выше 1980°С (см.
табл. 9-3-12). Составная часть сплавов с пла-
тиной, например, для тиглей, нагревательных
элементов воздушных печей, форм для прессо-
вания стекла, термопар.
б) Гальванические покрытия на металлах.
Зеркала с высокой и постоянной отражатель-
ной способностью получаются уже при сравни-
126
Металлы группы платины, золото и серебро
[Гл. 4
Таблица 4-3-1
Свойства родия
Атомный вес: 102,91 Атомный номер: 45
Удельный вес г/ см* 12,44
Температура плавления °C 1 966±3; температура при разливке: 2 020° С
Давление паров3) мм pm. cm. 1 681° С 10-5 1 815° С Ю-4 1 971° С 10-’ 2 149° С 10-2 2 358° С 10-’ 2 607° С. 1
Скорость испарения г/ см* -сек 1,3-10-’ 1,3-10-’ 1,3-10-’ 1,2-10-* 1,2-10-’ 1,1-10- =
Температура горячей обработки °C 1 040—1 100
Временное сопротивле- ние разрыву кг/мм* Отожжен- ный Нагартован- иый Отожжен- ный (30 мин при 1 400°С) Иагартованный
51 •) 210') 33,7’) 43, 2а)
Относительное удлине- ние */• — — 7,2») 7,22)
Твердость по Бринеллю 55—156 26—390 143=) —
Твердость по Виккерсу 120 4) — —
Модуль упругости — 30 0001) 28 0002) —
Температурный коэффи- циент термического расширения Х/град (20—100° С): 83-10-’
Теплопроводность кал (17° С): 0,21
см-сек-град
Теплоемкость кал/г-град (0° С) :0,059
Удельное электриче- ское сопротивление ом-мм* 1м (20° С): 0,045
Температурный коэффи- циент электрического сопротивления \/град (20—100° С): 4,2.10-’ (4,36-10-’)
Излучательная способ- ность при 6 500 А °/« Твердый 0,24 Расплавленный 0,30
Отражательная способ- ность % 4 500А 78 5 500А 79 7 500А 80 См. рис. 4-3-1
Магнитная проницае- мость ед. CGS 18°С: 1,14-10-’
Ч По данным [Л.9].
!) По данным [Л. 1 ].
’) См. рис. 9-5-4.
4) Электролитически осажденный; 800(Л. 5].
§ 4-3]
Родий
127
Рис. 4-3-1. I—отражательная способность R блестящего
родия в зависимости от длины волны
/ — по данным [Л. 2); 2—по данным [Л. 3], см. также
[Л. 12].
// —сравнение отражательной способности R родня (3)
с другими металлами [Л. 10].
тельно тонких родиевых покрытиях. Толстые
покрытия родием полностью гарантируют за-
Таблица 4-3-2
Химические свойства родия
Реактив Характер взаимо- действия
HNO3, НС1, царская водка (даже кипящая), HF Не действуют
Холодная H2SO4 Не действует*
Горячая H2SO4 Действует
Фосфорная кислота (Н3РО4) Не действует
FeCl3, A12(SO4)3, CuSO4 и другие кислые солевые растворы Не действуют
Гипохлорит натрия (NaClO) Действует
Сухой йод Не действует
Влажный йод Действует
С1, Вг Не действуют
H2S Не действуют
Морская атмосфера, про- мышленная атмосфера Не действует
*1 Травление шлифов при металлографических испы-
таниях производится переменным током в U2SO4.
щиту от окисления ценных металлических де-
талей аппаратуры, работающей в нормальной
атмосфере (например, радиолокационные уст-
ройства), и внешних частей генераторных ламп,
в особенности СВЧ радиоламп с металлическим
баллоном. На свободные от окислов твердые
и устойчивые против истирания поверхности
электрических контактов особенно- целесооб-
разно предварительно наносить гальванически
более толстую подложку палладия.
В табл. 4-3-3 приводится несколько ука-
заний по нанесению родиевых покрытий.
Таблица 4-3-3-
Метод нанесения гальванических
родиевых покрытий (см. также [Л. 7, 13]),
А
1. Состав электролита:
4 г сернокислого родия Rh2(SO4)3- 12Н2О;
20 см3 серной кислоты H2SO4;
1 л дистиллированной воды.
2. Температура ванны: 45° С
3' Анод: свинцовый.
4. Плотность тока: 1,1—1,6 а/дм2.
В
1. Состав электролита:
смесь 1 об. части 2°/с-ного раствора серно-
кислого родия Rh2(SO4)3-12 Н2Ои 1 об. части-
2%-ной борной кислоты Н3ВО3. После хо-
рошего перемешивания добавляется 1°/о об..
H2SO4.
2. Температура ваниы: 30—-50° С.
3. Аиод: Pt (или электрографит).
4. Плотность тока: 0,1 а[дм2 при напряже-
нии 1—3 в.
5. Выход: слой родия толщиной 0,4—0,5 мк
образуется за 30 мин.
в) Нанесение сублимацией родиевых
покрытий производят в высоком вакууме
(р<10~5 мм рт. ст.) при 1 450° С (см. [Л. 4]).
Их применяют в большинстве случаев на
стекле (см. § 10-4, V) для хорошо отражаю-
щих оптических зеркал, устойчивых против
коррозии, и очень тонких полупрозрачных пле-
нок (светофильтры), или на металлических
электродах, например, на дисках из молибде-
на, чтобы защитить их от окисления пюи впаи-
вании в стекло.
ЛИТЕРАТУРА
1. Arkel А. Е. Van, Reine Metalle,
Berlin, 1939 (S. 380—383, Rhodium).
2. Auwarter M., J. Appl. Phys., 10
(1939), 705 (Отражательная способность ро-
дия).
3. С о b 1 e n t z W. W. u. S t a i г R., J.
Res. Nat. Bur. Stand., 22 (1939), 93 (Отража-
тельная способность родия).
4. G г e e п 1 a n d К. M. et al., German
Methods of Rhodiumizing, Aluminizing, Anti—
Reflection Surface Coating and Allied Subjects,
BIOS Report, 1215, London, 1946 (Примене-
ние родия).
5. Hunt L. B., Metal Industry (London),
71 (1947), 338—342 (Свойства и применение-
родия).
128
Металлы группы платины, золото и серебро
[ Гл 4
6. S chumpelt К., Platinum and Rho-
dium Plating; Metals Handbook, Cleveland,
1948, S. 1108.
7. S h i e 1 d s T. P., US—Pat, 1949,
131/1934 (Электролитические осаждение ро-
дия).
8. Sivil C. S., The Working og of Plati-
num Metals; Metals Handbook, Cleveland,
1948, S. 1101 bis 1102 (Механическая обра-
ботка компактного родия).
9. Sivil С. S., in Metals Handbook, Cle-
veland, 1948, S. 1132 (Основные свойства ро-
дия).
10. Stabe H., Feinwerktechnik, 57
(1953), 199 (Рис. 2. Отражательная способ-
ность различных металлов).
11. Weisberg А. М., Mat. a. Methods,
37 (Marz, 1953), S. 85—87 (Получение и свой-
ства толстых электролитических родиевых
покрытий).
12. W h i t n e у L. V. Phys. Rev., 48
(1935), 458—461 (Отражательная способность
родия).
13. Zi mme rm a n n F. u. Zschieg-
ner H. E„ US—Pat. 1, 981, 820/1934 (Галь-
ваническое осаждение родия).
4-4. ПРОЧИЕ МЕТАЛЛЫ
ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ
(Ir, Os и Ru)
Их применение в вакуумной технике не-
значительно. Физические свойства приведены
в табл. 4-4-11.
Об их химических свойствах и использо-
вании необходимо указать следующее.
Иридий содержится обычно в сырой пла-
тине и в соединениях осмия. Его удается пла-
вить токами высокой частоты в тиглях из оки-
си тория в защитной атмосфере. Поддается
горячей прокатке. Иридий можно проковы-
вать при температуре 1200—1500° С. При на-
греве на воздухе незначительно окисляется
и образует при температурах выше 700° С ле-
тучий окисел. С точки зрения устойчивости
против коррозии лучше платины. Обычные кис-
лоты при 100° С на иридий не действуют (см.
табл. 4-1-6А), царская водка действует только
при более высоких температурах и давлениях.
Ртутью не смачивается. Поставляется в виде
жести, проволоки и прутков.
Применение. Волоки для тугоплавких сте-
кол, контакты; присадка для увеличения твер-
дости платины (см. табл. 4-1-3).
Применяется также для кернов прямона-
кальных катодов, покрытых окисью тория ме-
тодом катафореза, например для ионизацион-
ных манометров [Л. 1], так как в таких при-
борах не только керн, ио и оксидный слой
может подвергаться внезапному действию
воздушной атмосферы.
Осмий — металл, подобно иридию сопро-
вождающий платину в ее рудах; из металлов
платиновой группы является наиболее твердым
и обладает наивысшей точкой плавления. Очень
хрупок и получается в виде порошка или
оплавленных гранул. При нагревании иа воз-
духе сильно окисляется и при высоких тем-
пературах образует очень летучий окисел OsO«.
.Литой металл устойчив против HF, H2SO4
и НО при 20° С, неустойчив против царской
водки. Азотная кислота действует на спечен-
ный осмий. Подробнее о химических свойст-
вах см. табл. 4-1 6А.
Применение. Литые или спеченные детали,
например контакты. Обрабатывать можно
только шлифованием, так как металл не пла-
стичен. Важнейший из осмиевых сплавов —
встречающийся в природе, сплав .осмий—ири-
дий, который в виде твердого раствора полу-
чают из концентратов золота в Южной Аф-
рике, где его годовая добыча достигает при-
мерно 450—200 кг.
Рутений — наиболее редкий из металлов
платиновой группы, почти всегда сопровож-
дающий сырую платину в месторождениях
СССР, Британской Колумбии и Аляски. Ру-
тений настолько хрупок, что его можно раз-
дробить в порошок. Поставляется в виде по-
рошка или переплавленных бусинок. Окис-
ляется при нагревании на воздухе, поэтому
плавят его в защитной атмосфере, в вакууме
или же нейтральным ацетилено-кислородным
пламенем в тиглях, из СаО .цри обязательном
удалении ядовитых газов RuO4 (точ-
ка кипения RuO4 1130° С). Поддается
горячей обработке при температурах меж-
ду 1500 и 2 400” С. Устойчив по отноше;
иию к кислотам (даже к царской водке) до-
1000 С, к серной кислоте до 300° С >(см.
табл. 4-1-6А). На него действуют растворы
гипохлоритов щелочных металлов (например,
NaClO).
Применение. Присадка для увеличения
твердости платины и палладия (см. § 4-1
и 4-2). Припой для соединения вольфрама
с молибденом (см. табл. 9-3-12).
ЛИТЕРАТУРА
1. Peters I. ,L. Vakuum-Technik (1956)
65—69 (Иридиевая проволока для кернов ок-
сидных ториевых катодов).
4-5. ЗОЛОТО
Получение [Л. 17]. Золото встречается в
природе как «горное» золото в первичных ме-
сторождениях или как «промывное» золото во
вторичных месторождениях. В последнем слу-
чае оно имеет вид порошка, зерен, листочков
или орешков. Важнейшие месторождения на-
ходятся в Южной Африке, СССР, Северной и
Южной Америке, а также в Индии. В по-
следнее время значительные количества зо-|
лота стали получать при рафинировании меди.'
О химическом обогащении мелкого распылен-
ного рудного золота см. (Л. 8]. Дальнейшая
очистка обычно производится электролитиче-
ским рафинированием электродов из сырого зо-
лота в сильно кислых растворах хлорида
золота, в которых золото при использовании
асимметричного переменного тока растворяется
в виде АиС14Н. Так можно получить золото
с содержанием от 99,90 до 99,98% Au77.
В виде примесей обычно остаются серебро и
медь, а также следы Pb, Zn, Fe, Pt. Вредными
77 Количество золота *в сплавах с его ергсоким
содержанием обычно выражают в каратах или про-
миллях (см. табл. 4-5-3).
§ 4-4]
Прочие металлы платиновой группы
129
Свойства иридия, осмия и рутения
Таблица 4-4-1
Металл 1г Os Ru
Атомный вес 193,1 190,2 101,7
Удельный вес (20° С) г/см3 22,5 22,6 12,2
Температура плавления °C 2 454 2 700+200 2 500+100
Температура при лнвке раз- °C 2 540 ~2 760 2 600
Температура горячей об- работки °C 1 200—1 480 Нельзя подвергать горячей прокатке 1 480—2 370
Температура кипения °C Si 5 300 S5 500 Si 4 900
Давление насыщенных паров1 мм pm. cm. W W 7 1 1 1 ООО «-Н «“"И иио ООО со о §>00 00 сч 2 101оС:10_® 2 451° СзЮ-» 2 920° С: 10-* 1913°С:10-6 2 230°С:10-» 2 666°C:10-*
Скорость испарения г) смг-сек 1 993е С: 1,7-10-’ 2 340° С: 1,6-10-в 2 811° С: 1,5-10-» 2 101-С: 1,7-10-’ 2451° С: 1,5.10-® 2920е С: 1,4.10-» 1 913° С:1,3-10-’ 2 230° С:1,2-10“* 2 666е С:1,Ы0-» Z
Твердость по Виккерсу (после отжига) 170 400 (350—438) 390 (литой 220)
Твердость по Бринеллю
отожженный 170 — —
холоднообработанный кг/мм2 350 — —
литой 163 350 220
Модуль упругости кг/мм? 52 000—54 600 57 000 42000 ] 1
Температурный коэффи- циент термического расширения при 20° С Ю^Л/град 68 -=55 91 I 7
Теплопроводност! кал 0,14
см-сек-град
Удельное электрическое сопротивление при 20° С ом-мм3/м 0,053 0,095 0,083
Температурный коэффи- циент электрического сопротивления (0—100° С) 10-»-1/грдд 4 4,2 4,6
Отражательная 4 500А °/о 64 — —
способность 5 500А «/о 70 — Около 63
7 600А °/о 78 — —
Излучательная способ- °/е 1 750° С; 30 — —
ность при 6 500 А
* См. § 9-5-4.
9—2200
130
Металлы группы платины, золото и серебро
[Гл. 4
Свойства золота
(там, где это не оговорено: 99,99% Au)
Таблица 4-5-1
Атомный вес: 197,2 Атомный номер: 79
Удельный вес г/сл3 19,32
Температура плавления °C 1063 Температура прн разливке: 1 100—1 300° С
Давление насыщенных паров6) (см. § 9-5-4) мм рт. ст. 1 083е С 10-5 1 190° С 10-* 1316° С 10-’ 1 465° С ю-2 1 646° С 10-1 1 867° С 1
Скорость испарения г/ см2 -сек 2,2-10-’ 2,1 - 10-е 2,1-Ю-6 2-10-* 1,9-10-’ 1.8-10-2
Температура отжига °C 5)
Временное сопротивление разрыву кг/мм2 Литое Отожженное после обработ- ки Холодноката- ное, степень деформации 60% Протянутое
10—13 12—13,5 22,4 20—30
Предел текучести (0,2) кг/мм2 Около 3 Практически отсутствует6 21 14
Относительное удлине- ние % 30 45 (—73) 4 —
Модуль упругости кг/мм2 7 560 8 100 8050 8100
Твердость по Бринеллю кг/мм2 33 25 58 75
Твердость по Виккерсу — 20 *) — —
Твердость по Моосу 2,5
Удельная теплоемкость прн 20° С кал)г-град 0,031
Температурный коэффи- циент термического расширения 10-П/град Тянутая проволока: 0—100° С:142 0—900° С: 165,4 •)
Теплопроводность кал 0,71 (99,98% Au)
см-сек-град
Удельное электрическое сопротивление1) ом-мм21м 20° С 0,0235 =) 400° С 0,0633 800° С 0,113 900° С 0,141 См. рис. 5-4-8
Температурный коэффи- циент электрического сопротивления 1/град 0—100° С : 4-10-»
Полное излучение % 41 (по отношению к черному телу)
Излучательная способ- ность при 6 500А % 1 000° С (твердое) 14,5—15,4 1 065° С (расплавленное) 21,9
§ 4-5]
Золото
131
Продолжение табл. 4-5-1
Отражательная способ- ность °/о 4 500А 37 5 500А 65 7 500А 94 См. рис. 4-3-1
Светопроницаемость на- несенного на стекло слоя толщиной 5° Ю~ 6 см °/о 4 000А 4,5 5000А 10 6000А 4 7 000А 2
9 Электрическая проводимость (20° С) = 73,4% проводимости меди.
2) 99,999% Au; р (20° С) = 0,0225 ом-мм.21м. Особо чистое: р (29° С)=Э,О218 ом-мм*1м,
s) lT = l0 (1+(141,03 Т +0,01628 П+1.145-10 -5-П)Х10 -’].
4) Au+30% Ag: твердость по Виккерсу (после отжига) 32!
5) Температура ковки: 20° С; отжиг не требуется.
•) См. также [Л. 10].
примесями являются Ni, <Bi, Se н Те. Мно-
гократным электролизом можно получить хи-
мически чистое золото с содержанием основ-
ного металла выше 99,98% (примеси Ag, Си,
Fe). Дальнейшая очистка может производить-
ся растворением и осаждением в сернистой
кислоте. Для отливки золота можно исполь-
зовать тигли, выложенные чистой окисью
кальция. Сам процесс лучше всего произво-
дить в атмосфере водорода. Рекомендуется
также плавка в графитовых тиглях в атмосфе-
ре водорода. Чтобы предупредить загрязнение
металла материалом тигля, необходимо после
отливки очистить поверхность слитка кипяче-
нием в разбавленной соляной или азотной ки-
слоте.
Физические свойства [Л. 7, 9, 14, 16, 20].
Физические свойства золота представлены
в табл. 4-5-1. Золото необычайно пластично,
поэтому его можно легко протягивать при
комнатной температуре, прокатывать и проко-
вывать в пластинки толщиной около 0,1 мк
(так называемое «сусальное» золото). Золотые
электроды можно сваривать в холодном состо-
янии, т. е. можно соединять друг с другом без
применения нагревания путем давления или
ковки. Золото можно паять с золотом при по-
мощи твердого серебряного припоя, например,
эвтектическим припоем AgCu (см. § 9-3, VI)
в пламени н без флюса. Снарка методом со-
противления и сварка в ацетиленовом пламе-
ни не представляют трудностей.
Незначительные присадки Ag, Си, Ni78, Pt,
Pd повышают прочность золота, не снижая
его пластичности. В противоположность это-
му золото становится очень хрупким уже при
незначительном содержании Sn, Bi, Sb, Al, Те
и особенно Pb (уже прн 0,05%, так как воз-
никает Au2Pb).
Химические свойства. Ртуть и ее пары лег-
ко образуют амальгамы или растворяют золо-
то в холодном состоянии; остальные химиче-
ские свойства показаны в табл. 4-5-2. Как вид-
но из таблицы, золото, химически необычайно
™ Сплавы золота с 5% N1 оказались пригодны-
ми, иапример, для контактов реле — переключателей
низкого напряжения высокой частоты.
9*
устойчивый металл. Азот в золоте не раство-
ряется, водород растворяется только в незна-
чительных количествах. Кислород растворяет-
ся в золоте значительно меньше, чем в се-
ребре.
Таблица 4-5-2
Химические свойства золота* 1
Реактив
Кислоты соляная,
серная, азотная
Царская водка
Раствор цианисто-
го калия
Хлорная вода,
бромная вода
Щелочи
Сера
Хлор, йод
Вода
Сероводород
Воздух
Ртуть и ее пары
Характер взаимодействия
Полностью устойчиво
Растворяется
В присутствии кислорода
растворяется
Растворяется
Устойчиво
Не действует
Не действуют
Полностью устойчиво
Полностью устойчиво
Не действует даже при
высоких температурах;
образуется очень тон-
кая пленка окисла
Амальгама образуется
уже при комнатной
температуре
1 Свойства сплавов Au—Pt. содержащих 10—30% Pt,
см. табл. 4-1-6А.
Слой золота толщиной всего в несколько
микрон, нанесенный электролитически на по-
верхность легко окисляющихся металлов и за-
тем спеченный в водороде, становится практи-
чески непроницаемым для кислорода при вы-
соких температурах. Поэтому в отличие от
аналогичных слоев серебра золотые покрытия
могут применяться для защиты деталей от воз-
действия кислорода.
Техническое применение. Золото поставля-
ется в виде жести, фольги, прутков, проволоки
132
Металлы группы платины, золото и серебро
[Гл. 4
Таблица 4-5-3
Классификация торговых сортов золота
по„степени чистоты
Карат Торговое название Весовое содер- жание Au, %1
8 334/000 33,4
14 583/000 58,3
16 667/000 66,7
18 750/000 75,0
20 22 833/000 917/000 83,3 91,7
(22, 38) 24 995/000 1 000 (чистое) 99,5 >99,9
Рафинированное Химически чистое Особо чистое .proof gold” 99,95 >99,98 99,99
* Остаток Си или Cu-j-Ag.
и порошка различной степени чистоты (см.
табл. 4-5-3).
В вакуумной технике золото начали при-
менять только в самое последнее время, глав-
ным образом при производстве электронных
Рис. 4-5-1. Магнетрон, Ггерметнчпо спаянный методом
диффузионной пайки золотом при 450° С [Л. 19, 20].
Медный корпус / и боковые медные диски 2 гер-
метично соединяют методом диффузионной пайки
с применением золотых прокладок 5 только после
полного монтажа прибора, включая установку оксид-
ных катодов 3 и изготовление стеклянных впаев 4;
6—вольфрамовые вводы катода, впаянные в изоля-
ционные трубки Z из тугоплавкого стекла; 8—петля
для отбора мощности с вводом 9’, 10—катодные тор-
цовые пластины; //—медные трубки, припаянные эвтек-
тическим * припоем AgCu к корпусу 1 (см. также
рис. 5-4-12 и 9-3-29^В).
приборов СВЧ, прежде всего в следующих
целях.
Герметичная пайка деталей (в особенно-
сти электронных ламп СВЧ).
Известные так называемые «золотые спаи»,
(см. [Л. 6, 19]). Герметичное соединение цилин-
дрического медного блока и боковых медных
дисков магнетронов (рис. 4-5-1). Пайка произ-
водится с помощью колец из золотой прово-
локи, зажимаемых между дисками и блоком,
при откачке внутреннего пространства блока
и одновременном нагревании для обезгажива-
ния до 450—500° С. При этом золото диффун-
дирует в поверхность меди и образует (без
пайки в расплавленном состоянии) прочное и
герметичное соединение между обеими медны-
ми поверхностями. Путем диффузии золота
«в холодном состоянии» можно также соеди-
нять и другие материалы, если спаиваемые
места предварительно электролитически по-
крыть слоем меди толщиной около 35 мк и по-
лученную медную пленку после электролиза
плотно спекать с подложкой в вакуумной печи
или в защитном газе (водород или азот) в те-
чение 20 мин примерно при 1 030° С (см. так-
же § 6-5, X и § 9-3, VI, табл. 9-3-8).
Пайку золотом применяют также в произ-
водстве очень тонких плоских проволочных
сеток (см. {Л. 12]): высеченную из молибде-
новой жести и позолоченную катодным рас-
пылением рамку обвивают чистой вольфрамо-
вой проволокой толщиной 8 мк (400 витков на
сантиметр!) и затем кратковременно нагрева-
ют в вакуумной или водородной печи до тем-
пературы плавления золота.
Золочение сеток для подавления термо-
электронной и вторичной эмиссии. Поверхность
сеток из тонких молибденовых, вольфрамовых
или никелевых проволок, использующихся
в последнее время и миниатюрных и субми-
ниатюрных лампах, покрывают золотом. Одно-
временно этим достигают значительного сни-
жения электрического сопротивления проволо-
ки токам высокой частоты; кроме того, можно
использовать покрытие для припаивания про-
волок сетки. На рис. 4-5-2 как интересный
пример такого применения показана выполнен-
ная из тонких проволок сетка миниатюрной
широкополосной высокочастотной электронной
лампы, удаленная от катода только на 60 мк
[Л. 18]. На прочной, изготовленной из молиб-
деновой жести сварной рамке при очень боль-
шом натяжении ,(370 кг]мм2) навита вольфра-
мовая проволока диаметром 7,5 мк >(160 вит-
ков на сантиметр). Затем на два диаметраль-
но противоположных конца рамки, как пока-
зано на рис. 4-5-2, навивается несколько вит-
ков золотой проволоки диаметром 75 мк и вся
сетка нагревается в водородной печи до точ-
ки плавления золота. Золото при этом не
только стекает по молибденовой рамке и та-
ким образом прочно соединяет вольфрамовую
проволоку с молибденовой рамкой, но и расте-
кается по всей поверхности тонкой вольфра-
мовой проволоки, которая благодаря этому
очень равномерно покрывается золотом.
Вольфрамовая «напряженная» сетка, по-
крытая золотом в процессе пайки в водородной
печи, показана на рис. 4-5-3 в сравнении
с классической «свободнонесущей» сеткой из
§ 4-5]
Золото
133
Рис. 4-5-2. Управляющая сетка, навитая из тончайшей
вольфрамовой проволоки, приготовленная к пайке
и золочению в водородной печи.
1—молибденовая рамка, состоящая из двух частей;
2— сетка, навитая из вольфрамовой проволоки диамет-
ром 7,5 мк с плотностью 160 витков иа 1 см; 5—спираль
из золотой проволоки; 4—место соединения готовой
сетки. Расстояние между сеткой и поверхностью катода
составляет 40—60 мк, расстояние сетка—анод равно
примерно 175 мк. Величина промежутка между отдель-
ными витками 55 мк.
молибденовой проволоки, изготовленной по схе-
мам рис. 9-3-10 или 9-3-&2.
При изготовлении плоских сеток, образо-
ванных перекрещивающимися под прямым уг-
лом вольфрамовыми проволоками, которые пу-
тем пайки в напряженном состоянии 79 закреп-
ляются над отверстием в плоском диске (см.
Рис. 4-5-4. Плоская сетка из напряжен-
ной, предварительно позолоченной воль-
фрамовой проволоки. Концы проволок
соединяют с несущим метвллическим ди-
ском пайкой золотом. Отдельные прово-
локи в местах перекрещивания также
спаивают друг с другом, используя для
этого нанесенный иа проволоку слой
золота.
Рис. 4-5-3. Напряженная сетка из воль-
фрамовой проволоки, соединенной с мо-
либденовыми траверсами путем пайкн
золотом (О. в сравнении с обычной сво-
боднонесущей молибденовой сеткой на
медненых никелевых траверсах (И).
рис. 9-3-40D), золото используют для соеди-
нения между собой вольфрамовых проволок
в точках их пересечения (рис. 4-5-4). Мини-
мальная толщина пленки золота составляет
около 1 мк (по [Л. 1]), максимальная темпе-
ратура золоченых проволок сеток нормальных
приемно-усилительных ламп с точки зрения на-
дежности подавления сеточной эмиссии и обес-
печения достаточно большого срока службы
76 Напряженность вольфрамовых проволок .в сет-
ке равна почти половине их прочности на разрыв.
равна 'примерно 600° С8°. Рекомендуется все же
не повышать температуру позолоченной сетки
более, чем до 500—550s С, так как иначе нель-
зя гарантировать, что золото в процессе экс-
плуатации не испарится на катод н тем са-
мым не снизит его эмиссионную способность
[Л. 1, 1Б].
Для навивки сеток, подобных изображен-
ным на рис. 4-5-2 и 4-5-3, можно использовать
и предварительно позолоченную молибденовую
проволоку81. Молибденовую проволоку можно
позолотить различными способами: гальвани-
чески, для чего очищенную молибденовую про-
волоку, которую сматывают с катушки через
контактные ролики, пропускают через гальва
ническую ванну, где происходит золочение,
а затем через водородную трубчатую печь,
в которой пленка золота спекается, н, наконец,
навивают на приемную катушку. По дру-
гому методу молибденовую проволоку диамет-
ром 40 мк, очищенную отжигом в водороде,
протягивают в атмосфере очень чистого водо-
рода сквозь капельку расплавленного золота,
находящегося в графитовом тигле. Можно так-
же нанести пленку золота на молибден путем
сублимации. При этом молибденовую провело
ку протягивают в водороде между витками
раскаленной вольфрамовой спирали, внутрь ко-
торой был предварительно вложен отрезок зо-
лотой проволоки. Другим способом позолоты
проволок из молибдена или марганцовистого
никеля является обычное покрытие проволоки
60 В противоположность этому сетки из марган-
цовистого никеля могут обнаруживать недопустимую
сеточную эмиссию уже при температурах выше 310е С,
сетки из молибденовой проволоки — при температурах
выше 325° С.
а1 См. примечание 1 к табл. 3-3-5А.
134
Металлы группы платины, золото и серебро
[Гл. 4
резинатом золота с последующим прокалива-
нием на воздухе при 500° С [Л. 1].
Золочение цилиндрических металлических
вводов для впаев в стекло, главным образом
вводов из ковара для ламп СВЧ, может быть
осуществлено описанными выше методами.
Обычно небольшой отрезок золота точечной
сваркой прикрепляют к какому-либо месту очи-
щенной н обезгаженной детали, после чего ее
нагревают в водородной печи до температуры
плавления золота. При этом образуется рав-
номерный плотный и прочный слой золота на
поверхности детали. Например, для получения
слоя золота толщиной 0,6—1 мк на цилиндре
диаметром 25 мм и высотой 12 мм достаточно
отрезка золота диаметром 1 мм и длиной 1,5—•
2,5 мм, весящего всего 20—40 мг. В общем
случае, если после впаивания ввода в стекло
на его поверхности должен оставаться доста-
точно толстый слой золота, начальная тол-
щина слоя должна составлять не менее 30-мк,
так как иначе золото может полностью исчез-
нуть вследствие диффузии внутрь ковара '(см.
§ 4-6).
Золочение штырьков цоколя: например,
впаянных в стекло коваровых вводов [Л. 11]
(см. § 6-1, IV), которые непосредственно ис-
пользуются в качестве контактов. Кроме того,
внешние металлические детали керамических
электронных ламп СВЧ, особенно контактные
поверхности и клеммы, сначала серебрят, а по-
том золотят, чтобы гарантировать малые пе-
реходные сопротивления контактов [Л. 13].
Для получения более прочного слоя золо-
та, который электролитически наносят во вра-
щающемся барабане на вводы в виде прутков
из железоникелевых или феррохромовых спла-
вов, рекомендуется предварительное электро-
литическое нанесение слоя кобальта ]Л. 4].
Проверенные на практике рекомендации по
гальваническому золочению приведены в табл.
4-5-4, а также в табл. 9-4-3 и 9-4-4.
Таблица 4-5-4
Рецептура гальван ическо!
Состав электролита:
1,54 г хлорного золота*
(АиС13); 2 г цианистого ка-
лия (KCN); 10 г серинсто-
кислого натрия (Na2SO3);
60 г фосфорнокислого нат-
рия (Na3PO4); 1 л дистил-
лированной воды.
2. Температура ванны: 70—75°
3. Напряжение на ванне: 1,5—1,8 в при рас-
стоянии между электродами около 15 см.
4. Плотность тока: 0,12 а/дм* 2 3 *.
5. Выход по току2: 60°/>.
золочения1
! р/7= 10—11
( с=10°Ве'
> Содержит около 1 г чистого золота.
2 Т. е. отношение действительно полученного при
осаждении металла по отношению к количеству, рас-
считанному по закону Фарадея (а %).
3 См. табл. 9-4-3 и 9-1-4.
Поглотители ртути. Из-за большой склон-
ности золота образовывать с парами ртути
амальгамы в отдельных случаях применяют
листовое золото для связывания ртутных па-
ров в электронных лампах и вакуумных трубо-
проводах, в особенности, если нельзя исполь-
зовать ловушки с жидким воздухом.
Специальные припои, содержащие золото,
с точно устанавливаемой точкой плавления,
например, AuCu 80/20 (880s С) и AuCu 30/70
(1010° С) для пайки деталей из Fe, Си и ко-
вара, так же, как и AuNi 82/18 )(950°С), для
пайки деталей из W и Мо <(подробнее см.
§ 9-3, VI и [Л. 5].
Антикатоды для рентгеновских трубок, на-
пример, в виде тонкого слоя, нанесенного на
бериллиевое окошко ([Л. 3], см. также рис.
5-6-12).
Полупрозрачные пленки в селеновых фо-
тоэлементах получают методом катодного рас-
пыления (см. § 10-4, IV и § 7-11). Аналогич-
ным образом можно получать на стекле све-
тофильтры с избирательным пропусканием в зе-
леной области (см. табл. 4-5-1).
Золочение внутренней поверхности сте-
клянных оболочек производится испарением
в вакууме (см. § 10-4, V); образующиеся срав-
нительно тонкие слои служат катодами в счет-
чиках а-, р- и рентгеновского излучения
с энергией меньше 1 Мэв.
ЛИТЕРАТУРА
1. Baker В. О., Journ. Appl- Phys., 4
(1953), 311—315 (Применение золотых по-
крытий для подавления сеточной эмиссии в
лампах с оксидными катодами).
2. Barton F„ Brit. Pat. 350938/1930/1931
(Нанесение слоя золота на сетки ламп с ок-
сидными катодами для подавления термо-
эмиссии).
3. В о t d е n Р. I. М. et al., Philips Techn.
Rundschau, 14 (1952), 95—104 (Миниатюрные
рентгеновские трубки с антикатодами в виде
тонкого слоя золота).
4. Duran J. С. u. Bakker А. М.,
DRP—Anm. № 8128, VIII c/21g/1953/56 (Зо-
лочение вводов с промежуточным слоем ко-
бальта) .
5. Espe W., Slaboproudy obzor, 13
(1952), 155—165; Feinwerktechnik, 57 (1953),
309—319 (Припои AuCu и AuNi; диффузион-
ная пайка золотом).
6. F i s k J. В. et al., Bell System Techn.
Journ., 25 (1946), 271 (Применение золота
для пайки систем магнетронов).
7. Gmelins Handbuch der anorg. Chemie,
System № 62, Gold, 8. Auflage, Weinheim,
1954.
8. G г u b e G. u. Nowack L., Gold, in
Werkstoff—Handbuch Nichteisenmetalle, Ber-
lin, 1928.
9. Guertler—Burkhardt, Metallographie,
Bd. 11/2/10/1, Berlin, 1935 (Механические
свойства золота).
10. Harteck P., Z. phys. Chem. Abt. A
134 (1928) (Давление насыщенных паров зо-
лота).
11. Machlett Labor Inc., Rev. Sci. Instr.,
19 (1948), 125 (Золочение коваровых штырь-
ков цоколей).
12. N. N., Electronics, 22 (1949), 171—177
(Пайка золотом плоских вольфрамовых се-
ток).
§ 4-6]
Серебро
135
13. N. N., Radio and Television News, 45
{1951), 120 (Серебрение и золочение внешних
контактных поверхностей металлокерамиче-
ских ламп СВЧ).
14. R о е s е г W. F., Gold; Metals Hand-
book, Cleveland, 1948, 1116.
15. Rothstein J., Poisoning of Oxide
Cathodes by Gold; Phys. Rev., 68 (1946), 693.
16. Spanner, J., Silber und Gold, in
A. E. Van Arkel, Reine Metalle, Berlin, 1939.
17. T a f e 1 V., Lehrbuch der Metallhiit-
tenkunde, Bd. I, Leipzig, 1927 (Рафинирова-
ние золота).
18. Walsh E. J., Bell Labor Record, Ap-
ril, 1950, 165—167 (Золочение и пайка мель-
чайших вольфрамовых сеток).
19. Willshaw W. Е. u. Rushforth
L., J. Inst. El. Eng. ЗА (1946), 180 (Приме-
нение диффузионной пайки золотом в произ-
водстве магнетронов).
20. Wright D. A., Journ. Brit. IRE, 11
(1951), 391 (Редкие металлы, их свойства и
применение в вакуумной технике).
4-6. СЕРЕБРО
]Л. I, 10, 11, 17, 20, 23, 25]
Получение. Серебро получают из руды,
например из свинцового блеска, содержащего
серебро, химическими методами (металлурги-
ческое серебро) илн электролизом (электроли-
тическое серебро); см. (Л. В, 'Ll, 20]. Метал-
лургическое серебро содержит 0,1—0,3%,элек-
тролитическое серебро—ОЛ—0,02% примесей.
Это главным образом Си, Pb, Fe и Au, иногда
следы Sb, As, S, Pt, Pb, iBi, Se и Те. Присут-
ствие трех последние элементов даже в незна-
чительных количествах ухудшает ряд свойств
металла. Вследствие удачной величины потен-
циала выделения серебра в принципе путем
многократного электролиза нетрудно получить
еще более чистый материал («дважды очищен-
ное» нли химически чистое серебро, содержа-
щее примерно 99,99% Ag). Однако при даль-
нейшей обработке трудно избежать введения
в металл новых • загрязнений. При плавке се-
ребро в значительном количестве поглощает
кислород, который при кристаллизации бурно
выделяется. Поэтому разливка серебра на воз-
духе связана с рядом затруднений: лучше все-
го .вести процесс плавления и отливки в ат-
мосфере водорода (растворение водорода не-
значительно!) в тиглях, футерованных чистой
окисью кальция. Плавление можно произво-
дить также в графитовых тиглях, причем рас-
плав при этом покрывают слоем древесного
угля.
После отливки и в процессе дальнейшей
механической обработки рекомендуется под-
вергать слитки и прокатанные заготовки не
только механической очистке, ио и кипячению
в разбавленной соляной или азотной кислоте.
Естественно, что при отжиге между операция-
ми необходимо тщательно оберегать серебро
от действия кислорода.
Физические свойства. Приведены в табл.
4-6-1. Зависимость временного сопротивления
разрыву и относительного удлинения от тем-
пературы отжига и степени деформации пока-
зана на рис. 4-6-1 и 4-6-2.
Рис. 4-6-1. Зависимость временного сопротивления раз*
рыву gzq (-------——) и относительного удлинения Ь
(— — —) холоднотянутого серебра при 20° С от темпера*
туры отжига Гу.
/ — по данным [Л. 151; 2—по данным [Л. 5J.
Значительная растворимость (см. рнс.
9-2-2) и сильная диффузия кислорода в се-
ребре делают понятными причины разру-
шения компактного чистого металла после на-
гревания в окислительной атмосфере н затем
в водороде 82 {Л. 3]. С другой стороны, значи-
тельная диффузия кислорода в серебре делает
возможным наполнение электронных приборов
чистым кислородом путем пропускания газа
через нагреваемые электрическим током ниже
точки плавления {Л. 22] трубочки из серебра,
аналогично тому, как с помощью трубок из
' палладия лампы наполняют водородом (см.
Рис. 4-6-2. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву относительного удлинения 6 и‘твердости по
Бринеллю f/jg чистого серебра (99,9 —99,99% Ag) от
степени деформации V.
§ 4-2). Серебряная трубка с толщиной стенки
0,2 мм при избыточном давлении кислорода
760 мм н температуре 625° С пропускает в час
3,6 10~2 н. см3/см2 кислорода {Л. 7, 9]. Про-
диффундировавший кислород является спек-
трально чистым. Серебро можно легко свари-
вать методом сварки сопротивлением (напри-
мер, точечной игнитронной сваркой).
Сварка давлением производится обычно
при повышенных температурах и требует вы-
сокой чистоты материала, однако возможна и
при комнатной температуре («холодная свар-
ка» см. § 9-3, II).
82 Это аналогично известной «водородной болез-
ни» меди; см. § 5-4.
136
Металлы группы платины, золото и серебро
[ Гл. 4
Таблица 4-6-1
Свойства серебра
Атомный вес: 107,880 Атомный номер: 47
Удельный вес г/см* 10,55
Температура плавления °C Ag, не содержащее О2 (в вакууме): 960,8е); Ag, насы- щенное О8, на 22,6° С ниже;
Температура разливки °C 1 100 Температура отжига для) снятия нагартовки (мини-) 100—115° С мальная) J
Давление насыщенных паров (см. § 9-5-4) мм pm. cm 767° С 10-5 848° С 10-4 936° С 10-3 1047° С 10-2 1184° С 10-’ 1353° С 1
Скорость испарения г/см2-сек 1,9.10-’ 1,8-10-' 1,7-Ю-5 1,7-Ю-4 1,6-Ю-з 1,5-10-а
Временное сопротивле- ние разрыву6) кг]мм2 Нага рто- ванное Отож- женное Проволока диамет- ром 5 мм, отожжен- ная при 600° С Литое
29—40, (38’)) 13—16 12,7 10,5
Относительное удлине- ние6) % 2,5—3 40—68 48 60
Предел теку- (0,2) чести (0,01) кг!мм2 31 5,6 0,8 — 3,5
Прочность на сжатие Модуль упругости кг 1мм2 29 — • —
кг/мм.2 8 050 6 000— —8 000 См. рис. 5-2-3
Модуль сдвига кг/мм2 2 600
Твердость по Бринеллю кг/мм2 Отожженное: 15—36; тянутое: 75—90; литое: 42; см. рис. 4-6-1, 4-6-2 и 5-1-1
Твердость по Виккерсу — После отжига при 650° С в водороде—25, на возду- хе—27.
Глубина вытяжки по Эриксену мм Жесть 0,1 мм, нагартованная: 2,5; отожженная: 10; см. рис. 5-1-6. Нагартованное ~80.
Температура отжига °C После холодной обработки при степени деформации 50]4>: 300; обычно: 400—600
Температура ковки °C 200—320
Удельная теплоемкость кал/г-град 200° С: 0,057 600° С: 0,066
Теплота плавления кал/моль 2 855
Теплота испарения кал/моль 70000
Те мпературный коэффи- циент линейного рас- ширения 1/град 0—100° С 196,8-10-’ 0—500° С 206-10-’ 0—800° С 220-10-’ См. рис. 3-2-20
§ 4-6]
Серебро
137
Продолжение табл. 4-6-1
Теплопроводность кал 20е с 1,01 100° С 0,99 450° С 0,85
см-сек-град
Удельное электрическое сопротивление (18° С) ом-мм2/м 99,98% Ag: 0,0163е). Особо чистое Ag: 0,01585s)
0° С 0,0147 100° С 0,0207 300° С 0,0333 800° С 0,0680 По данным Reactor Handbook См. рис. 5-4-8
Температурный коэффи- циент электрического сопротивления4) 1 /град 4,1-10-’
Излучательная способ- ность при 6 500 А % Блестящая 1 940° С Расплавленное:98^0 поверхность ( 4—о 7,2
Отражательная способ- ность % 4 500 А 5 500 А 90 95 7 500 А 97 См. рис. 4-3-1
Проницаемость для кис- лорода H-CMSMM 400° С 0,015 600° с 0,72 800° С 8,1 См. рис. 9-5-8
дмг-ч-ат
Растворимость газов — Н2—см. рис. 9-2-1; О2—см. рис. 9-2-2
Работа выхода электро- нов *) После обработки со сте !) Электропроводность—61 •) Переплавленное и отожх блюдается повышение на 5%. 4) Ят/йо отношение сопроэ Т (°C) эв пенью деформа! 4 М/ОМ-ММ1. кеиное в вакууг ивлеиия при те 100 200 ;ии 50%. №. В результате холод! мпературе Т° С к сопрс 300 400 500 3, 1ОЙ обрг тивлени 600 56—4,33 ботки (степень деформац ю при 0° С [Л. 4]; 700 800 ИИ 90%) на-
КТ/^0 1.41 1,83 2,26 2,71 3,17 3.43 3,97 4.57
’) По новой температурной шкале. Принятая ранее величина составляла 960.5° С.
•» См. рис. 4-6-1 и 4-6-2.
Для пайки целесообразно использовать
эвтектический припой AgCu (72/28) с точкой
плавления 779° С, а также сплав AuCu (80/20)
с точкой плавления 883° С. Для сварки массив-
ных серебряных деталей пользуются пламе-
нем кислородно-водородной сварочной горелки
с избытком водорода (Л. 14].
Химические свойства серебра описаны
в табл. 4-6-2. В присутствии ионов кислорода
(тлеющий разряд) поверхность серебра окис-
ляется (цвета побежалости: коричневый, крас-
ный, фиолетовый), что используется при изго-
товлении фотокатодов со щелочной пленкой
на окисленной металлической подложке83 (см.
гл. 25). 'Появление на серебре цветов побежа-
лости при хранении на воздухе вызывается не
окислением, а действием сероводорода, содер-
жащегося в атмосфере (образование сульфи-
да). 84
83 Если отри снижении давления кислорода тлею-
щий разряд уже «не обнаруживается, то даже в чис-
том кислороде дальнейшее окисление серебра не про-
исходит [Л. 46].
84 Так называемое оагавдированисе серебро
(«тульское серебро») на деле покрыто соединением
серы, которое очень легко образуется, если серебро
находится в контакте с сульфидами.
Ртуть и ее пары, особенно при нагревании,
легко образуют с серебром амальгамы. Серебро
растворяется в концентрированных азотной и
серной кислотах; в противоположность этому,
царская водка действует только на поверх-
ность металла.
Применение в вакуумной технике. Серебро
обычно поставляется в виде слитков '(наимень-
ший вес 1 кг), гранул '(так называемое «зерни-
стое» серебро), проволоки .(вплоть до диамет-
ра 20 мк), жести н фольги (до толщины
почти 0,2 лис), лент и трубок. Аналогично зо-
лоту, степень чистоты серебра выражают
обычно не в весовых процентах, а в тысячных
долях '(см. табл. 4-5-3). Поэтому, например,
электролитическое серебро с содержанием Ag
99,9% называют серебром с чистотой 999/000.
В вакуумной технике серебро применяют
только в отдельных случаях, наиболее важны-
ми из которых являются следующие:
Покрытие вводов, подвергающихся дейст-
вию атмосферы, например, штырьков цоколей,
главным образом электронных ламп СВЧ, для
повышения их электропроводности (скннэф-
фект!)
О серебрении стальных контактов см.
табл. 6-1-18 и 6-1-19.
138
Металлы группы платины, золото и серебро
[ Гл. 4
Химические Таблица 4-6-2 свойства серебра
Реактив Характер взаимодействия
Плавиковая кисло- та Не действует
Соляная кислота Разбавленная: слабо дей- ствует, концентриро- ванная: действует
Азотная кислота Сильно действует, рас- творяет
Серная кислота Концентрированная хо- лодная: растворяет, разбавленная, горячая: сильно действует
Царская водка Действует только на по- верхность
.Хромовая кислота Действует
Фосфорная кислота Совершенно не действуют
Органические кис- лоты Совершенно не действуют при отсутствии серы
Цианистые соли щелочных метал- лов на воздухе Растворение
Щелочи (расплав- ленные или в рас- творе) Не действуют
Ртуть Образует амальгаму, осо- бенно быстро при на- гревании
Сера Быстро действует, повы- шается контактное со- противление
Озон При комнатной темпе- ратуре наблюдается по- чернение поверхности
Азот Отсутствие взаимодейст- вия даже при высоких температурах, в Ag не растворяется
Водорэд Отсутствие взаимодейст- вия; при температуре плавления растворяет- ся: 0,1—0,5 н. cjh’/100 г Ag
Окись углерода При высоких температу- рах: действует
Продолжение табл. 4-6-2
Реактив Характер взаимодействия
Сероводород Окрашивание поверхно- сти уже при незначи- тельной концентрации H2S в воздухе
Бром, хлор, йод Действуют
Вода чистая Не действует
Пары воды, чистые Не действуют
Смесь паров воды и кислорода Плохая коррозионная ус- тойчивость выше 260° С
Воздух, кислород (влажные и су- хие) Воздух, кислород (сухие) Воздух, кислород (влажные) Воздух, кислород Отсутствие окисления при комнатной темпе- ратуре Выше 500° С постепен- ное взаимодействие Выше 200° С заметное взаимодействие При высоких температу- рах и в расплавленном состоянии металл рас- творяет большие ко- личества кислорода
Серебрение медных электродов, которым
угрожает опасность недопустимого окисления
на участках, близких к месту впая в стекло.
Обычно серебрение меди производится
в простых гальванических ваннах (см. табл.
9-4-3 и 9-4-4), возможно также серебрение
простым погружением в ванну без пропуска-
ния электрического тока ,(табл. 4-6-3).
При значительной тепловой нагрузке се-
ребряных покрытий на воздухе, например, при
серебрении металлических поверхностей, кото-
рые должны быть впаяны в стекло, необходи-
мо учитывать, что слой серебра при высоких
температурах пропускает кислород и поэто-
му не защищает основной металл от окисле-
ния. Однако гальванические серебряные покры-
тия можно сделать непроницаемыми для ки-
слорода путем дополнительного, также гальва-
нического, нанесения. слоя индия толщиной
0,2—0,5 мк (см. табл. 6-1-1А)85. Таким спо-
собом получают впаи металла в стекло, обла-
дающие малым сопротивлением токам СВЧ.
Нанесение особенно толстых слоев серебра
на охлаждаемые воздухом внешние стальные
аноды миниатюрных СВЧ-триодов {Л. 118] при-
меняют для снижения сопротивления высокой
частоте и одновременно для защиты от окис-
ления.
Твердый припой из чистого серебра или
его сплавов (главным образом для пайки в ва-
кууме (более подробно см. [Л. 6] и § 9-3,
85 В этих целях можно применять также покры-
тия золотом толщиной около 5 мк.
§ 4-6]
Серебро
139
Таблица 4-6-3
Химическое серебрение медных
и латунных деталей
а) Состав исходных
растворов:
Раствор А1):
100 г цианистого
калия
1 л дистиллиро-
ванной воды
Раствор Б:
25 г AgNO3
1,125 л дистилли-
рованной воды
Для серебрения смешивают 1 л раствора
А и 1 л раствора Б.
45) Медные детали предварительно подвергают
травлению (см. табл. 5-4-6) и для удаления
следов кислоты тщательно промывают ди-
стиллированной водой.
®) Детали погружают на 0,5—1 мин в ванну
для серебрения2).
г) Посеребренные детали тщательно промы-
вают в большом количестве воды.
') Очень ядовит (работать в резиновых перчатках).
г) Работать в вытяжном шкафу! При истощении
раствора добавить 1—3 г цианистого калия и нагреть
раствор до 30—50‘ С.
VI). Применяется для фиксации проволок пле-
теных сеток [Л. 18], при этом проволоку перед
обработкой серебрят, а после изготовления
плетеной сетки нагревают в водороде, при-
чем серебро плавится и проволоки прочно при-
паиваются друг к другу. Используются также
для припаивании деталей керамики друг к дру-
гу или к металлическим деталям, причем ме-
ста пайки на керамике предварительно покры-
вают вжигаемой пленкой молибдена, а затем
слоем Ni (подробнее см. гл. 32 и [Л. 6]).
Антифрикционное покрытие стальных ша-
рикоподшипников рентгеновских трубок с вра-
щающимся антикатодом [Л. 2, 12, 13, 19]. На
рис. 4-6-3 показан наглядный пример конст-
рукции подобного шарикоподшипника, в кото-
ром треиие скольжения шариков об обойму
подшипника и друг о друга было заменено
трением качения. На каждый стальной шарик
-тщательно наносится равномерный плотно при-
легающий слой серебра. Это позволяет избе-
жать холодной сварки или спекания деталей,
что очень легко происходит в высоком ваку-
уме между соприкасающимися и тщательно
юбезгаженными (несмазанными!) металлически-
ми деталями с большим взаимным сродством.
Из всех исследованных металлов серебро обла-
дает наименьшей склонностью к сварке со
сталью, даже если рабочая температура под-
шипника сравнительно высока. Пленка сереб-
ра наносится на стальные шарики следующим
•образом: стальные шарики размещают между
неподвижным внутренним и вращающимся на-
ружным цилиндрами, подобно тому, как это
делается в шарикоподшипниках. Обе стороны
цилиндра, соприкасающиеся с шариками, по-
крывают серебром. Все приспособление монти-
руют в откачиваемую трубку из тугоплавкого
или кварцевого стекла и обезгаживают высо-
кой частотой примерно при 540° С. После ох-
лаждения и отпайки откачанного стеклянного
баллона все устройство вращают в течение не-
которого времени внешним вращающимся маг-
Рис. 4-6-3. Шарикоподшипник с посеребренными сталь-
ными шариками для вращающегося анола рентгенов-
ской трубки (Л. 2, 12, 13].
/—вращающееся вольфрамовое зеркало: 2—опорная
ось нз молибдена; 3—ротор; 4—охлаждаемый сталь-
ной вал; 5 — корпус подшипника (из меди), охлаждае-
мый снизу воздухом; 6—нижняя стальная обойма под-
шипника; 7—винт, крепящий нижнюю обойму под-
шипника (6) в корпусе подшипника (5); 8—верхняя
аксиально подвижная стальная обойма подшипника;
9— спиральная распорная пружина нз жаростойкого
материала для поддержки верхней обоймы; 10—посе-
ребренные стальные шарики; 11—коваровый переход:
12- трубка из тугоплавкого стекла.
нитным полем в вакууме, причем обезгажен-
ные стальные шарики покрываются прочно
удерживающейся тонкой пленкой серебра. По-
том шарики извлекают из вспомогательного
приспособления и вкладывают в обойму под-
шипника рентгеновской трубки.
Металлизация поверхности стекла [Л. 21,
26] катодным распылением или сублимацией
с помощью вольфрамовых спиралей, накаляе-
мых в вакууме до 700—900° С, или химиче-
ским путем (см. §20-4, III, 10-4, IV и 10,4, V).
Подложка для фотоэлектрических катодов
в виде жести или (чаще) в виде тонкой плен-
ки, осажденной на стекле или слюде (растро-
вые катоды, см. гл. 25).
Закрытая с одной стороны, а с другой сто-
роны герметично приваренная или припаянная
к вакуумному прибору или электронной лампе
трубка для напуска спектрально чистого ки-
слорода, который хорошо диффундирует сквозь
серебро при высоких температурах (см. табл.
4-6-1 и 9-5-8) аналогично диффузии водорода
сквозь накаляемую палладиевую трубку
(см. § 4-2).
Материал для термопар (в паре с констан-
таном), особенно для измерения температур
ниже 600° С.
Электрические контакты (см. § 4-7)
ЛИТЕРАТУРА
1. Addicks L., Silver in Industry, New
York, 1940.
2. A gale G. I., US—Pat. 2, 648, 025/1950
(Шарикоподшипники для рентгеновских тру-
бок).
140
Металлы группы платины, золото и серебро
[Гл. 4
3. С h a s t о n I. С.» Journ. Inst. Metals,
71 (1945), 23 (Водородная «болезнь» сере-
бра).
4. С о 11 а с о 11 R. A., Electrical Times,
Jan. 1944, S. 42—44 (Применение серебра в
электротехнике).
5. Espe W., Hmoty pro elektrotechniku,
Praha, 1950; dto, Werkstoffe der Elektrotech-
nik, Berlin, 1954 (Разд. 1-6. Относительное
удлинение серебра).
6. Espe W., Slaboproudy obzor, 13
(1952), 155—165; Feinwerktechnik, 57 (1953),
309—319 (Припои и пайка в вакуумной тех-
нике) .
7. Fast J. D., Philips Techn. Rundschau,
7 (1942), 73—81 (Проницаемость серебра для
кислорода).
8. F г а е n k е 1 W. u. Proske О. in
Werkstoffhandbuch Nichteisenmetalle (Absatz
№ 1), Berlin, 1928.
9. J о h n s о n I., Journ- Am. Chem. Soc.,
49 (1927), 312 (Диффузия кислорода сквозь
серебро).
10. Krais Р., Werkstoffe, Leipzig, 1921.
11. Laatsch W., Die Edelmetalle, Berlin,
1925.
12. M a c h I e 11 R. R. u. Rogers T. H.,
Cathode Press, 7, № 2 (1950), S. 2—4. (Сереб-
рение стальных шариков для подшипников ан-
тикатодов рентгеновских трубок).
13. Maehlett R. R., US—Pat. 2, 354,
763/1940 (Versilbern von Kugeln fur Rontgen-
rohrenkugellager) (См. [Л. 12]).
14. M о о s A. R. u. Brooker H- R.,
BIOS Report № 1844, London, 1946, 33—36
(Сварка серебра кислородно-водородным пла-
менем) .
15. Proske О. u. Fraenkel W., Silber
und Silberlegierungen in Werkstoffhandbuch
Nichteisenmetalle, 2. Aufl., Berlin, 1928, Abs.
№ 1 und 3.
16. Reichelt W., Gias- und Hochvaku-
umtechnik, 1 (1952), 154 (Окисление серебра
при тлеющем разряде в кислороде).
17. Rogers В- A. et al., Silver its Pro-
perties and Industrial Uses; Nat. Bur. of Stand.
Circular C 412, Washington, 1936; Journ. Frankl.
Inst., 223 (1937), 104, № 1.
18. Rose G. H., RCA—Review, 1949, 321
(Серебрение деталей ламп СВЧ).
19. Skehan I. W. u. Agule G. I., US—
Pat., 2, 315, 280/1939/1943 (Применение сереб-
рения для «смазки» эксплуатирующихся в ва-
кууме шарикоподшипников).
20. S р a n п е г J., Silber und Gold, in
A r k e 1 A. E. V a n., Reine Metalle, Berlin,
1939.
21. Стронг Д., Техника физического
эксперимента, пер. с англ., Лениздат, 1948
(Серебрение стекла).
22. Т а у 1 о г I. В;, Rev. Sci. - Instr., 6
(1935), 243 (Получение чистейшего кислорода
путем пропускании его сквозь накаленную се-
ребряную трубку).
23. Т h о m a s I. М., a. A d d i с k s L., Sil-
ver in Industry, New York, 1940 (Диаграммы
состояния многих сплавов серебра).
24. U. S. Atomic Energy Commission, Re-
actor Handbook, Materials, General Properties,
New York, 1955 (Ag. S. 505-531)-
25. W i s e E. M., Silver, in Metals Hand-
book, Cleveland, 1948.
26. Я p в у д Д ж., Техника высокого ва-
куума, пер. с англ., Госэнергоиздат, М.—Л.„
1960 (серебрение стекла).
4-7. СПЛАВЫ СЕРЕБРА
Чистое серебро обладает сравнительно ма-
лой прочностью (см. табл. 4-6-1). Кроме того,,
нагартованное при холодной обработке сереб-
ро начинает разупрочняться уже в результате
длительного нагревания при 100—200° С
(см. рис. 4-6-1). Поэтому для увеличения
прочности и твердости серебра, особенно при
изготовлении контактов, часто применяют ле-
гирующие присадки. Следует учитывать, что-
их введение вызывает возрастание электриче-
Рис. 4-7-1. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву агд, относительного удлинения 3 и твердости по
Бринеллю Нц серебра для контактов (96,7% Ag »
3,3% Си) от степени деформации V [Л. 3].
ского сопротивлении (см. табл. 4-7-1). Наи-
большее значение имеют следующие сплавы
серебра: AgCu (95/5), температура плавления
которого составляет 920° С. Обладает высокой
теплопроводностью и вследствие хорошей об-
рабатываемости применяется в виде прокатан-
ной ленты для изготовления герметичных мем-
бран, а также отдельных деталей металличе-
ских оболочек ламп СВЧ, предназначенных для
изменения резонансной частоты колебательных
контуров, целиком находящихся внутри ламп.
Сплав, применяющийся для изготовления
контактов, содержит обычно 9,5% вес. меди.
В отожженном состоянии этот сплав значи-
тельно тверже чистого серебра -(рис. 4-7-1 и
Таблица 4-7-1
Влияние примесей на
электрическое сопротивление
серебра
При- месь Увеличение электросопротив- ления 110'e OM‘CMj°/o-am\
Си 0,068
Аи 0,038
Pd 0,436
Pt 1,59
In 1,78
Sn 4,32
S 4-7]
Сплавы серебра
141
Таблица 4-7-2
Свойства сплавов серебра для контактов [Л. 3]
.Контактное серебро"4) 96,52% Ag+ 4-3.5% Си AgPt 70/30 AgPd 70/30 AgPdCu 65/30/5
Удельный вес г [см* 10,50 12,8 10,9 10,8
Температура солидуса °C 920 1000 1 155 1 НО
Температура отжига °C 600 — — —
Предел прочности: отожженные нагартованные кг[мм2 23’) 404. I) 45 70—80’) 35 55—65’) 40 75’)
Относительное удлинение: отожженные нагартованные °/<> 40—50’) 2—3’) — — —
Твердость по Бринеллю: отожженные нагартованные кг /мм2 40’) 90—130’). ’) 90 150—180=> 70 130—160’) 90 150—180’)
Удельное электрическое сопротив- ление ом-мм2/м 0,0192—0,020 0,300 0,157 0,159
Температурный коэффициент электрического сопротивления 1]град 3,5-10-’ 0,3-10-’ 3-10-’ 0,3-10-’
Электропроводность м/ом-мм2 50—52 3,5 6,5 6,3
’) Термическая обработка при 200’ С, не влияющая на прочность.
’) Ориентировочные величины. .
”) См. рис. 4-7-1.
•) Данные о свойствах сплавов с более высоким содержанием меди см. [Л. 4].
Таблица 4-7-3
Некоторые свойства сплавов AgCu [Л. 2]
Ag Си Свойство Прокатанные Отожженные
% %
80 20 Предел прочности кг!мм2 55 32
80 20 Относительное удлинение % 5 36
80 20 Твердость по Бринеллю кг /мм2 140 75
77 23 Температурный коэффициент линейно- го термического расширения 1 }град 25—800° С 180.10-’
0—100 100—0 Температура плавления °C См. рис. 9-3*33
табл. 4-7-2). Кроме того, он способен без за-
метного снижения прочности выдерживать дли-
тельное воздействие сравнительно высоких тем-
ператур. Твердость отожженных или малоде-
формированных изделий из этого сплава при
температурах от 300 до 500°С даже возраста-
ет, что является следствием изменения раство-
римости меди в серебре при изменении темпе-
ратуры. Присадка меди устраняет разбрызги-
вание контактов, которое часто наблюдается
в случае применения чистого серебра, и умень-
шает склонность контактов к слипанию. Одна-
ко неизбежное снижение проводимости и свя-
занное с этим повышение переходного сопро-
тивления требуют при этом увеличения дав-
ления на контактах.
142
Черные и цветные металлы
[ Гл. 5
В значительной степени это относится и
к сплавам серебра с другими металлами
(табл. 4-7-1), из которых для целей вакуум-
ной техники представляют интерес сплавы
с платиной и палладием. Важнейшие свой-
ства трех таких сплавов приведены в
табл. 4-7-2.
Наряду с чистым серебром для пайки ис-
пользуют также богатые серебром сплавы
с медью (см. § 9-3, VI), особенно эвтектиче-
ский сплав AgCu (72/38) с точкой плавления
при 779° С. .Некоторые свойства этих сплавов
приведены в табл. 4-7-3.
ЛИТЕРАТУРА
1. Linde I. G., Annal. Phys., 14 (1932),
352; 15 (1932), 215—248 (Зависимость электри-
ческого сопротивления серебра от присутствия
примесей).
2. L ii d е г Е., Handbuch der Lottechnik.
Berlin, 1952.
3- Rienacker W. et aL, Elektropost, 8-
(1955), Helt 10, S. 157—160 (Сплавы серебра
для контактов).
4. W i s е E. M., Metals Handbook, Edition,
1948 (Стр. 1112. Сплавы Ag—Си).
ГЛАВА ПЯТАЯ
ЧЕРНЫЕ И ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ
5-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Из неблагородных металлов в вакуумной
технике используют главным образом Ni, Fe и
Си, а также их сплавы, и в меньшей степени
Al, Be, Zn, Ti и Th. В отличие от тугоплавких
металлов неблагородные металлы Ni, Fe и Си
вследствие их низкой точки плавления обычно
получают путем плавки на воздухе. Поэтому
они содержат значительно большие количества
газов и неметаллических примесей, осо-
бенно окислов, чем тугоплавкие или хими-
чески более устойчивые благородные метал-
лы. Это приводит к пористости литья, а ино-
гда и затрудняет дальнейшую обработку
из-за выделения примесей на границах кри-
сталлов.
Газообразные и неметаллические примеси
удаляют путем введения малых количеств так
называемых «раскислителей», реагирующих
с примесями и связывающих их или в газооб-
разные продукты или в жидкие шлаки, которые
можно удалить в процессе отливки или позже
механическим путем. Присутствие таких при-
садок часто сильно влияет на срок служ-
бы электронных приборов, причем иногда
причину вызванных ими изменений определить
невозможно. В большинстве случаев при-
меси обладают большей скоростью испаре-
ния 8в, чем основной металл (отравление нака-
ленного катода, ухудшение изоляции, измене-
ние контактного потенциала, вторичная эмис-
сия, обратное зажигание). Поэтому для метал-
лов, используемых в вакуумной технике, допу-
стимы (в случае если без них вообще нельзя
обойтись) только такие раскислители, которые
не могут ухудшить параметры прибора при
рабочих температурах соответствующих дета-
лей. В соответствии с приведенными сооб-
ражениями в вакуумной технике отдают пред-
почтение тем методам получения металлов, при
которых можно отказаться от применения
раскислителей. Наиболее важными из этих ме-
тодов являются плавление в вакууме или спе-
кание в нейтральной атмосфере полученных
химическим путем чистых порошков металлов,
а также электролитические способы получения,
“ Кривые давления насыщенных паров наиболее
часто используемых присадок или металлических при-
месей Мп, Mg, Be, Si, Cr, Pb, Sn, Zn cm. § 9-5-4.
особенно электролиз расплавов, часто с до-
полнительной переплавкой металла в вакууме.
Все указанные неблагородные металлы
упрочняются при холодной обработке, которой
в вакуумной технике отдают предпочтение из-
за опасности окисления. С ростом деформации
(т. е. при прокатке или протяжке) их твер-
дость по Бринеллю .(рис. 5-1-1) и временное
сопротивление разрыву (рис. 5-1-2) возрастают,
а относительное удлинение падает |(рис. 5-1-2,.
пунктирные кривые). Отжигом, например, при
обезгаживании деталей путем нагревания выше
порога рекристаллизации их можно снова сде-
лать мягкими, при этом их относительное удли-
нение значительно возрастает, а временное со-
противление разрыву падает. Это явление ти-
пично для неблагородных металлов'(рис. 5-1-3).
Отжиг из-за опасности окисления необходимо
производить в нейтральной атмосфере (на-
пример, в водороде) или в высоком ва-
кууме.
Рис. 5-1-1. Зависимость твердости по Бриннелю
важнейших неблагородных металлов от степени де-
формации V [Л. 1]: Ms 63: латунь, содержащая
63% Си, остаток Zn; Ms 85 содержит 85% Си, оста-
ток Zn.
§ 5-1]
Общие сведения
143
Рис. 5-1-2. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву q2B (---------) и относительного удлинения j
(----— —) важнейших неблагородных металлов от
степени деформации V [Л. 1].
Рис. 5-1-4. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву ( ), относительного удлинения &.(--)
и предела упругости ар некоторых металлов и сплавов
от температуры Гд.
AI—отожженный; Си—электролитическая, результаты
получены при малой скорости изменения нагрузки;
CrNiFeMo (5/60/16/7), так называемый сплав В7М, ото-
жженный; константан (CuNi 57/43) отожженный; NiFeMo
(58/22/20), так называемый сплав А, отожженный; Ni —
чистый отожженный (см. также рис. 5-2-1); W—тянутая
проволока, неотожженная.
Так как неблагородные металлы содержат
особенно большое количество газов, то, как
правило, перед монтажом в электронный при-
бор необходимо предварительное специальное
обезгаживание i(cm. § 9-2, III и IV), причем
одновременно удаляются поверхностные за-
грязнения .(«блестящий отжиг»). При обработ-
ке следует по возможности избегать примене-
ния смазки. Если это невозможно, необходимо
перед обезгаживанием удалить смазку промы-
ванием деталей в соответствующих жидкостях
(см. § 9-4).
Термическая нагрузка неблагородных ме-
таллов ограничена не только высокой ско-
ростью их испарения, но и тем, что с повыше-
нием температуры временное сопротивление
разрыву, предел упругости и формоустойчи-
вость значительно ухудшаются. Присадкой
других металлов (сплавы), особенно металлов:
с более высокой точкой плавления, как Мо,
можно улучшить механические свойства небла-
городных металлов при высоких температурах
без заметного снижения их обрабатываемости
и пластичности. На рис. 5-1-4 и 5-1-5 изобра-
жены зависимости наиболее важных механи-
Рис. 5-1-3. Зависимость временного
сопротивления разрыву ------------
и относительного удлинения S (---)
при комнатной температуре от темпе-
ратуры отжига Ту [Л. 7\ А!: 99.5%,
тянутый; Си: холоднотянутая, сте-
пень деформации 38%; Fe: 0,08% С!
0,39% Мп, 0.06% Р, 0,06% S холодно-
обработанное; константан с содер-
жанием 40—45% Ni, холоднообрабо-
танный; Ni—99,4%, холод необрабо-
танный (см. также рис. 5-2-1 А).
144
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
противления разрыву игд некоторых
отожженных металлов и сплавов от
рабочей температуры Тд [Л. 3].
-ческих свойств металлов и сплавов, исполь-
зуемых в вакуумной технике, от температуры.
Подробнее кривые, приведенные на рис. с 5-1-1
по 5-1-5, рассматриваются в разделах, посвя-
щенных соответствующим металлам.
Рис. 5-1-5. Зависимость предела ползучести од важ-
нейших неблагородных металлов от температуры Тд.
Al, Fe и Ni — отожженные; Си — прессованная.
Хотя неблагородные металлы по своим
термическим свойствам уступают тугоплавким,
им отдается предпочтение из-за значительно
более низкой стоимости и простоты обработки
при массовом производстве электронных при-
боров с низкими рабочими температурами. На
рис. 5-1-5 изображены результаты испытаний
на вытяжку по Эриксену87 жести разной тол-
щины из наиболее распространенных .металлов.
Эти данные являются критерием пригодности
жести для глубокой вытяжки. Для вакуумных
конструкций этот метод испытаний особенно
важен, так как большинство деталей электрон-
ных приборов штампуется или вытягивается.
87 См. например, DIN я DVM А101 и А102, а так-
же [Л. 5].
толщины жести d [Л. 1].
1 — AI нагартованный; 2—Ag нагартованное; 3—AI не-
полностью отожженный; 4— AI отожженный; 5 — Fe
лента; 6—Си нагартованная; 7—Ni отожженный; 8—Fe
карбонильное; 9—Си отожженная; 10—Ag отожжен-
ное; 11—латунная жесть.
ЛИТЕРАТУРА
1. Espe W., Hrrroty pro elektrotechniku,
Praha, 1950; Werkstoffe der Elektrotechnik in
Tabellen und Diagrammen, Berlin, 1954.
2. E ver h a rt I. L. et al., Mechanical
Properties of Metals and Alloys; Bur. of Stand.
Circular № C 447, Washington, 1943-
3. L i n t n e r K., u. Schmid E., E u.
M 72 (1954), Heft 15/16, S. 334—344 (Кон-
струкционные материалы атомных реакторов).
4. М a s i n g G., et al., Werkstoffhandbuch
Nichteisenmetalle, Berlin, 1940.
5. Metals Handbook, Edition 1948, Cleve-
land, 1948.
6. Q u a d r a t O., Kovy a slitiny, Praha,
1955.
7. Schwarz O., Die technischen Werk-
stoffe, Leipzig, 1932.
5-2. НИКЕЛЬ
[Л. 2, 11, 18, 19, 50, 54, 71, 90, 93, 95]
Обогащение руды и получение металла.
Методы обогащения руды различаются в за-
висимости от месторождения или состава ру-
ды. Наиболее важными никелевыми рудами
являются магнитный колчедан (Канада —2—
3,5% никеля, 35% железа, 23% серы, 0,8% ме-
ди, 40%. пустой породы) и гарниерит (Но-
вая Каледония—8% никеля, 18% Fe2Oe, 48%
SiO, 6% AI2O3, 20% MgO). Руды (после вы-
деления меди химическим путем) смешиваются
с присадками, содержащими серу, брикетиру-
ются и переплавляются в шахтных печах. По-
лученный никелевый штейн (35—40% никеля,
§ 5-2]
Никель
145
40—45% железа) для окисления содержаще-
гося в нем железа снова прокаливают с при-
садками, содержащими силикаты, и переплав-
ляют в шахтной печи; путем продувания
в конверторах его переводят в никелевый
штейн, почти не содержащий железа (77—78%
Ni, 0,1% Fe). Затем штейн измельчают и
дважды прокаливают для уменьшения содер-
жания серы. Получается закись никеля
примерно следующего состава: 78%< Ni, 0,25%
Fe, 0,1% SiO, 0,1% Си, остальное Os. Закись
обычно спрессовывают с помощью связующе-
го вещества в диски (диаметром 40 мм, тол-
щиной 20 мм) или кубики (примерно 12Х
Х12 мм2), смешивают их с древесным углем
и восстанавливают в течение 6 ч в накаляе-
мых ретортах до металлического никеля («сы-
рой никель»).
Для получения жести и проволоки никель
снова плавят в присутствии Ог для уменьше-
ния количества примесей, которые затрудня-
ют дальнейшую обработку. При этом образу-
ются окислы никеля, которые также должны
быть удалены. Для этой цели к плавке перед
разливкой добавляют в качестве раскислите-
лей металлический марганец (0,2—1,5%) или
магний (0,5%)88. Поэтому наиболее чистый
обычный торговый никель содержит часто од-
ну или обе эти присадки. Незначительная при-
садка магния при использовании в вакуумной
технике часто является даже желательной
(см. ниже). В противоположность этому со-
держание более 0,1% марганца в сильно на-
груженных никелевых электродах может зна-
чительно снизить эмиссию, а следовательно,
и срок службы оксидных катодов. Путем элек-
тролиза или переплавки никеля в высокоча-
стотной печи в водороде или в вакууме мож-
но получить никель очень высокой степени
чистоты (см. табл. 5-2-2, № 15—18).
По другому способу (метод Монда) при
температуре 50—60° С над мелко раздроблен-
ным восстановленным Ni, который необходимо
очистить, (пропускают СО. Образуется газо-
образный тетракарбонил никеля Ni (СО)«, ко-
торый в специальных башнях снова разлагают
при температуре 200° С на СО и металличе-
ский никель. Никель осаждается на никеле-
вых шариках, которые находятся в башне
в непрерывном движении и извлекаются отту-
да после того, как их диаметр достигнет 0,5—
1 мм. Чистота полученного таким методом ни-
келя очень высока (см. табл. 5-2-2, № 19).
По усовершенствованному способу [Л. 48, 49]
никелевый штейн подвергают воздействию СО
при давлении примерно 200 атм и температу-
ре 200—250° С без предварительного прокали-
вания и восстановления. Образующийся при
этом охлаждаемый под давлением и сжижае-
мый карбонил никеля (точка кипения около
43° С) тщательно очищается простым спосо-
бом фракционной дистилляции и потом в на-
греваемом извие сосуде (разлагается на поро-
шок металлического никеля и СО, которую
88 Присадка Mg в присутствии S вследствие
образования крупинок сульфида магния препятствует
возникновению пленок сульфида никеля на зернах
металла [Л. 48, 63], которые делают никель весьма
хрупким. Обычно содержание S не должно превышать
0,005%. Кроме тога, Mg облегчает обезгаживание
плавки Ni.
J0—2200
возвращают компрессорами в печь высокого
давления для проведения нового цикла. Полу-
ченный таким путем порошкообразный ни-
кель полностью свободен от Си, Si, As, Р и со-
держит примерно 0,02% Fe, около 0,05% Со и
только 0,0002% S. В связи с этим его можно
плавить без присадки магния. Высокая чисто-
та и мелкозернистость (0,5—5 мк) этого по-
рошка делают его особенно пригодным для
дальнейшей обработки методами порошковой
металлургии. Штампованную заготовку из по-
рошка тетракарбонила никеля спекают 2 «
в водороде при 1 200° С. Спеченный блок
в дальнейшем очень хорошо обрабатывается
[Л. 42].
Никель, используемый для вакуумной тех-
ники, не должен содержать такие легко испа-
ряющиеся присадки, как Ag, Cd, Pd, Sn, Zn,
P, As, Sb, а содержание серы с точки зрения
обрабатываемости металла должно быть мень-
ше, чем 0,005—0,008%и Как уже было указано,
в лампах с оксидными катодами необходимо
особенно внимательно следить за содержанием
марганца (ом. раздел «Техническое примене-
ние»). Поэтому для обеспечения надежности
производства электронных приборов необхо-
димы повседневные анализы ‘используемого ни-
келя (см. [Л. 3]). В табл. 5-2-2 приведены не-
которые типичные примеры химического соста-
ва никеля [Л. 72]. Свойства отдельных сортов
никеля и их использование в технике подробно
разбираются в гл. 24. Свойства никеля с бо-
лее высоким содержанием присадок рассмот-
рены в § 6-2 и объединены в табл. 6-2-1.
Обработка. П|роизводатся обычно спосо-
бом ротационной ковки, прокатки или про-
тяжки, причем используется хорошая пла-
стичность никеля. При этом следует избегать
чрезмерных деформаций материала, производя
в случае необходимости промежуточный отжиг
в нейтральной атмосфере. Для литья никель
мало пригоден, так как разлив его сильно за-
трудняется вследствие сравнительно высокой
точки плавления и склонности бурно выделять
большое количество (рис. 5-2-10) растворен-
ных в нем газов. Тигли для выплавки неболь-
ших количеств рекомендуется изготовлять из
чистой окиси алюминия.
Физические и механические свойства.
Важнейшие физические свойства чистого ни-
келя представлены в табл. 5-2-1, которая до-
полняется табл. 5-2-3—5-2-4 и рис. 5-2-1 по 5-2-8.
Временное сопротивление никеля разрыву
относительно высоко и больше, чем у всех чи-
стых неблагородных металлов. Необычайно
высокая вязкость и очень хорошая гибкость
даже в холодном состоянии дают возможность
производить его холодную обработку (вытяж-
ка, прокатка, изгиб), что значительно повы-
шает прочность и предел текучести (рис. 5-1-2).
Никель — очень пластичный материал, правда,
при том условии, что при получении он был
тщательно раскислен и очищен от серы. Со-
держащиеся в никеле окислы и сера делают
его хрупким и вызывают, особенно при ковке,
сильную склонность к образованию трещин.
Небольшие присадки магния противодействуют
этому и значительно повышают пластичность
никеля. Вязкость никеля вызывает трудности
при обработке металлорежущим инструментом
Свойства никеля
Таблица 5-2-1
Атомный вес 58,69 Атомный номер: 28 Примечания
Удельный вес г/сле’ Литой: 8,35; прокатанный и отожженный: 8,901—8,903
Точка плавления °C 1 453 (теплота плавления 73,8 кал/г)
Теплота испарения ккал[моль 85
Давление насыщенных паров мм pm. cm. 1 157°С 10-5 1 257° С ю-4 1 371° С 10-’ 1 510° С 10-2 1 679° С 10-’ 1 884° С 1 2 730° С 760 См. § 9-5-4 и [Л. 16, 53]
Скорость испарения г/см2 -сек 1,2.10-’ 1,1.10-' 1,1-Ю-5 1,1-10-' 1-Ю-з 9,6.10-’ —
Временное сопротивле- иие разрыву кг/мм2 Проволока Прутки Пласти- ны Жесть, трубки Особо чистый Ni никель ото- жженный 1 Рис. 5-1-2, 5-1-3, 5-2-1А Табл. 5-2-5 и [Л. 52] Рис. 5-1-4, 6-4-4, 5-2-1А и табл. 6-4-5
нагарто- ванная ото- жженная твердо- тянутые ото- жженные горяче- катаные прока- танные ото- жженные
70—100 40—55 45—80 40-55 45—55 50—70 40—55 32—35
Относительное удлине- ние °/о 15-2 50—30 35—15 ч 50—35 50—35 45—30 50—35 50—40
Предел текучести (0,2) кг/мм1 63—90 6—20 28—63 6—20 10—20 14-53 6—20 6
Прочность при высоких температурах и соот- ветствующее удлине- ние кг/мм2 % См. рис. 5-1-4 и 5-2-1
Длительная прочность кг/мм2 700° С: 1,0 800° С: 0,4—0,5 Рис. 5-1-5 и 5-2-1В
СП
Черные и цветные металлы
О * Продолжение табл. 5-2-1
Предел ползучести (1%/10 000 ч) кг/мм2 700° С: 7 Допустимая нагрузка очень чистого никеля при 680° С в 5 раз превосходит нагрузку чистого железа при одинаковой степени ползучести [Л. 95]
Глубина вытяжки по Эриксену мм Для мягкой жести Толщиной 1,0 мм‘. -хЛ2 Рис. 5-1-6. Табл. 5-2-5
Твердость по Бринеллю при 20’С кг/мм2 Прокатанный со степенью деформации (70»/о): 220 (25»/о): 180 (12°/о): 150 Отожженный при 800° С: 80—90 горячекатаный: 90—120 тянутый: 125—230 Рис. 5-1-1
Твердость по Роквеллу (В) Жесть прокатанная: В50—100 Ленты, трубки отожженные: В40—70 Прутки, проволока тянутые: В70—100 Прутки, проволока отожженные: В40—65 Табл. 5-2-5 Рис. 5-2-1А
Твердость по Виккерсу Нагартованный: 210; отожженный при 550° С: 70 Табл. 5-2-5 Рис. 5-2-2 и 3-8-1
§ 5-2] Никель
Модуль упругости кг /мм2 20’С: 18 000—22 700 в зависимости от чистоты; при высоких температу- рах см. рис. 5-2-3 Рис. 5-2-3
Модуль сдвига кг/мм2 27° С: 7 300; 800’ С: 4 940
Порог крнсталлнзации (10—30 мин) °C 99,8о/о Ni 640 99,91% Ni 480 Ni-f- 4-О,34»/оМп 620 Ni-F -f-0,7o/oMg 640 Особо чистый, прока- танный со степенью де- формации 50%: 370° С см. [Л. 91] [Л. 37]
Температура отжига °C 30 мин- 750—900 100 ч: 200
.Удельная теплоемкость кал]г-град 100’С 0,П2 300’ С 0,137 600° с 0,133 800 °C (0,148) М-4
П родолженае табл. 5-2-1
Температурный коэффи- циент термического расширения (средний) 1 10-’ Т град 25—100° С 133 25—300° С 144 25—600° С 155 25—900° С 163 Рис. 5-2-4 и 3-2-20 [Л. 44, 47, 75, 77]
Теплопроводность кал 100° С 0,198 200° С 0,175 300° с 0,152 400° С 0,142 500° С 0,148 Рис. 5-2-5 [Л. 31, 33 , 86]
смсек-град
Очень чистый (>99,95% N1) 20° С: 0,22 Сорт А (99,4% Ni) 20° С: 0,145 Сорт D (95,2% Ni; 4,5% Мп) 20° С: 0,115
Удельное электрическое сопротивление при 20° С ом-ммг/м А—никель, прокатанный, нагартованный: 0,095; отожженный: 0,087; 0,18 (D—никель) см. табл. 6-2-3. Очень чистый (99,94% Ni), отожженный: 0,06844 Табл. 5-2-4 [Л. 26, 28, 47, 79] Рис. 5-4-8 и 5-2-6
Температурный коэф- фициент электрическо- го сопротивления (0—100° С) 1 /град Прокатанный, нагартованный: 4,6-Ю-’; отожженный: 4,7.10-’, очень чистый (99,94%); 6,7-10-’
Модность излучаемой энергии вт/смг 740° С 1 830° С 1,5 900° С 2 1 000°с 3 1 100° С -v4,6 Рис. 5-2-8, 9-4-16, 9-4-17
Излучательная способ- О иость при 6 650 А " °/« 930—1 400° С: 37,5; (1 200—1 450° С: 36,0) Окись никеля: 1 000° С: 89; 1 200° С; 83, 1 450° С: 69, 1 550° С: 68 Табл. 5-2-3 [Л. 7, 87]
Отражательная способ- ность °/о 3 000 А 41,3 5 500 А 64 20000 А 83,5 Рис, 4-3-1
Проницаемость для во- дорода н см*/мм дмг-ч-ат 400° С 6 500° С 22 600° С 61 700° С 137 800° С 261 § 9-5-8 и рис. 5-2-8А [Л. 8,36]
Растворимость водоро- да н-смг 100 г 200° С 3 600° с 5,5 1 000° С 10 Рис. 9-2-1 [Л. 1]
-148 Черные ц цветные металлы [Гл.
Точка магнитного прев- ращения °C 350—360 Очень чистый (99,94°/о): 370—380
Начальная магнитная проницаемость гс/з Нагартованный: 15 Полуотожженный; 20—300 Отожженный: 500—600
Коэрцитивная сила э 2,73
Намагничивание при на- сыщении гс (20° С; ЮО з): 6 100
Постоянные Ричардсона Л ¥а а/смг-град* Зв 1,38.10’ 350° С: 5,05 ш 3 >350’ С; рост 880’ С: 5,24
Удельная электронная эмиссия а/см2 730’ С 2-10-*’
Продолжение табл. 5-2-1
Рис. 5-2-7 [Л. 59]
| Для очень чистого металла
§ 5-2] Никель
9] 120+5 4,5±0,02 . [Л. 57] 50 4,84 [Л. 22,66]
1 230° С 2-10-6
150
Черные и цветные металлы
[ Гл. 5
Состав важнейших торговых марок никеля (марки никеля с высоким
№ Страна Название Состав
’ Ni-J-Co Mg Мп Al
А. Обычный торговый никель, пригодный для использования в
1 США Б. США Никель С 96,5—97 — 1,5—2 —
2 Никель D >93,7 — 4,25—5,25 —
3 Никель Z >94 •>•4,5
X
4 Никель-, DURAN" (ра- нее Z) >93 — <0,5 4,0—4,75
5 Никель „PERMAN" (ранее Z-никель В) >97 0,20—0,50 <0,5 —
5а 6 Литой никель Никель, пригодный Никель А >97 для эле >99,0 [99,41]
ктроваку X умных пр <0,35 [0,П] и б о р о в (в [0,04]
7 8 Никель 220 Никель 225 >99,1 >99 0,01—0,10 <0,2 <0,2 —
9 Никель 330 >99 Следы <о,3 —
10 Никель малоуглеро- дистый >99 — <0,35 —
11 Никель Е >97,0 — <1,75—2,25 (2) —
12 Германия Никель Е >99 Присутст- вует «0.4) —
13 Никелевая жесть для анодои электронных ламп с оксидными катодами >98,50 (Со 1,0) — <0,40 <0,04
14 Марганцовистый никель NiMn3 >96 Присутст- вует <2-4 Как
§ 5-2]
Никель
151
Таблица 5-2-2
содержанием присадок Мп, Si, AI, Со и т. д., см. табл. 6-2-1)
(в % вес.) 1 (СМ. । конце ы)
SI Си Fe С * S Примечания Ссылки текст 1 таблиц
вакуумной технике лишь в отдельных случаях (см. также табл. 6-2-1)
<0,5 <0,25 0,5—1 <0,2 <0,035 *)
0,15 0,05 0,75 0,2 <0,015 Иногда используется для держателей (повы- шенная температура отжига) 1, 21)
х-Н<1,5Ув *)
У
<1,0 <0,25 <0,6 <0,3 <0,01 Т1: 0,25—1,0 По дан- ным [Л. 56] 1, 22) 1, 22)
<0,35 <0,25 <0,6 <0,4 <0,01 Т1:0,2—0,6
1,5 *+?<!,5% *)
У
большинстве случаев, кроме накаленных катодов (см. разделы Г и Д
<0,5 [0,07] [0.2] <0,20 [0,07] <о,3 [0,13] [0,3] <0,2 [O.U] <0,08 [0,005] [...] отдельные изме- ренные значения 1), 25), 33)
0,01—0,05 0,15—0,25 <0,2 <0,2 ЛА оо ND ND <0,08 <0,15 <0,008 <0,008 ] По данным [Л. 72] J пригодны тавже J для катодов 1,.«) 1, 1Э)
• <о,1 <0,15 <0,2 <0,15 <0,008 По данным [Л. 72] для анодов *)
<0,35 <0.25 <0,4 <0,02 <0,01 По данным [Л. 56] 1, 23)
<0,15 <0,25 <0,75 <0,2 <0,015 Восстановленный мар- ганцем I, 20, 2.)
— — — — —— Восстановленный Mg без Zn, Cd, РЬ и др. легко испаряющихся металлов 5, 8, 10)
0,10 <0,15 <0,5 <0,15 <0,02 Следы Р, As, Sn, Sb. Zn не обнаруживается ’)
никель Е (немецкий п. 12) Восстановленный Mg с дополнительной присад- кой Мп в)
152
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
№ Страна Название Состав
Ni-J-Co Mg Мп А1
В. Очень чистые специаль
15 Чистый никель (электро- литический) >99,95 Со: 0,3—0,4 [0,44] (0,006) (0,0005) (0,003)
16 США То же, дополнительно очищенный . 99,94 (Со: 0,016) — — —
17 То же, дополнительно очищенный 99,99 (Со: 0,0003) — — —
18 Чистый электролитиче- ский никель ,1псо 1001“ (>99,97) Следы Следы —
19 Англия Мондникель (Ni гранулы) 99,64 — — —
99,8—99.9 (Со: 0!) — — —
20 Германия США Никель IG, (карбониль- ный порошок 0,5—5 мк) >99,9 (Со: 0,05) — — —
21 Чистый никель (из карбо- нильного никеля в в. ч. водородной печи) 99,9 — Следы —
22 23 Карбонильный никель Чистый никель для ок- сидных катодов (1935 г.) Ni: остаток Со: 0,001 Г. ( 99,9 (Со: 0,29) 0,003 Зпециалы 0,006 0,0005 те Марк Следы <0,001 и никеля А1: 0,024
24 Ballast никель (Wilbur) 99 7 (Со: 0,08) — 0! —
25 Никель N9 (RCA) -х.99,5 0,05 0,20 —
26 Никель W-4 (S. Cohn) -4,99,8 (Со: 0,90) — — —
27 Никель 210 (S. Cohn) ^99 1 (Со: 0.62) 0,21 0,06 А1 0,10
28 Никель для оксидных катодов активный Остаток 0,05—0,15 <0,10 —
29 То же, нормальный 99,0 0.01—0,1 <0.20 —
30 То же, пассивный Остаток <0,01 <0,02 —
§ 5-2]
Никель
153
Продолжение табл. 5-2-2
(в % веб.) Примечания Ссылки (см. текст в кон- це таблицы)
Si Си Fe с S
ные мари Следы (0,015) и иикел। 0,01—0,04 (0,007) 0,01—0,04 (0,03) Следы Следы (0,001) По данным [Л. 82]
0,006 0,006 0,03 0,05 0,004 По данным [Л. 94]
— 0,0008 0,0005 0,0025 — По данным [Л. 90, 91]
Следы 0,01 [Cu+Pbl — — — По данным [Л. 38] Mg+Мп+ Si<0,01 %
0,001 — 0,28 0,025 <0,008 По данным [Л. 82]
— Следы 0,05 0,05 Следы
0 0 0,02 — 0,0002 По данным [Л. 82]
0,005 0,011 0,019 0,06 0,003 По данным [Л. 35] 86)
0,016 для керн 0,016 0,001 о в оксид 0,013 н ы х к а т о 0,0014 0,07 ДО в 0,022 0,003 0,003 По данным [Л. 12] Са: 0,013% поданным [Л. 9] ”)
— — 0,17 — — „ „ О Л!-ММ2 Psoo—0,48 6)
0,16 — — 0,10 — О л 7 ОМ'М^ Раоо-0,47 м ’)
0,04 0,01—0,03 0,01—0,04 0,04 Следы По данным [Л 56] 24)
0,08 — 0,09 0,34 — По данным [Л. 56] *)
0,15—0,25 <0,04 0,05—0,01 0,12’) 0,005 По данным [Л. 64] см. [24 , 72]
0,01—0,05 <0,20 <0,20 0,15’) 0,008
<0,01 <0,01 <0,05 0,10’) 0,005
154
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
№ Страна Название Состав
Ni+Co Mg Мп Ai Si
30а США (специ- альный катод- ный ни- кель) Каталой А-30 (актив- ный с присадкой А1) Остаток 0,03 [0,04] 0,058 0,10 (0,07—0,12) 0,015 [0.01]
306 Каталой А-31 (актив- ный с присадкой W) Остаток 0,03 0,058 — 0,015 [0.01]
ЗОв Каталой А-32 (актив- ный с присадкой W-A1) Остаток 0,02 [0,04] 0,058 К0.01] 0,10 (0,07—0,12) 0,015 [0,01]
30г Каталой Р-50 (пассив- ный) Остаток 0,005 [0,003] 0,01 — 0,01 [0,008]
31 Герма- ния Никель для оксидных катодов А 99,8 (Со-0,2) 0,025— 0,064 <0,035 — <0,02
32 Нйкель для оксидных катодов С 99,8 (Со<0,2) 0,065— —0,150 <0,035 — <0,02
33 Никелевая жесть с присадкой кремния для оксидных катодов >99.6 — <0,02 — <0,25
• 34 Никелевый порошок для оксидных катодов 99,8 (Со: 0,1) <0,01 <0,003 <0.1 <0,03
35 Фран- ция Supernickimphy I (Mg) Остаток 0,08—0,15 0,05 0,05
36 Supernickimphy И (Si) Остаток 0,02—0,06 0,05 — 0,15—0,25
37 Supernickimphy P (пассивный) Остаток <0,02 0,02 — 0,01
37а Англия Никель для оксидных катодов батарейных ламп Остаток 0,25
»)
376 Остаток ,6) ,5) 0,4
37в Никель НРА с малым содержанием магния >99,5 <0,01 <0,02 0,01—0,05 0,03
37г Никель НРА с присад- кой кремния >99,5 <0,01 <0,10 <0,02 0,15— —0,25!
37д Никель с очень малым содержанием кремния >99,5 0,05—0,15 <0,15 ,6) <0,001!
37е Никель 0 >99,5 0,05—0,10 <0,15 <0,02 <0,05
§ 5-2]
Никель
155
Продолжение табл. 5-2-2
> % вес.) Примечания Ссылки
Си Fe с S TI W
0,016 0,04 0,06 «0,005) 0,002 — [Л. 13] “)
0,016 0,04 0,06 «0,005) 0,002 4,0 “)
0,016 «0,02] 0,04 «0.1] 0,06 [<0,1] «0,005) 0,002 4,0 Данные в [...] по [Л. 27, 55] 32)
0,01 0,03 0,03 «0,005) — —
<0,1 <0,15 «0,1) «0,005) — — По данным [Л. 78] спектрально не обнару- живаются Ag, Pb, Sn, Zn 2)
<0.1 <0,15 «0,1) «0,005) — —
<0,07 <0,15 <0,1 <0,005 — — Прочих примесей <0,02 “)
<0,01 <0,05 — <0,005 — — Величина зерна 0,5— 3 мк\ присадка к пасте для оксидных катодов 4)
0,02 0,10 0,02 0,005 — — По данным [Л. 25] 20)
0,02 0,10 0,05—0,08 0,005 — —
0,04 0,10 0,05—0,08 0,005 — —
По данным [Л. 51] 26)
“)
<0,04 <0,05 <0,10 <0,005 — — Изготовитель -Wiggin и Со (см, [Л. 74] 28) 29)
<0,04 0,05—1,0 <0,10 <0,005 — —
<0,1 <0,2 <0,04 <0,005 — — [Л. 65]
<0,1 <0,2 <0,04 <0,005 — — Изготовитель Wiggin и. Со.
156
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
№ Страна Название Состав
Ni+Co Mg Мп Al Si
Д. Классификация катодного никеля
38 .Высокоактивный"®’) Остаток 0,02—0,07 м) 5S0.3 <0,03
39 США „Торговый активный" Остаток 0,02—0,07 U) 0,03—0,10 <0,05
40 .Нормальный" Остаток 0,02—0,07 “) <0,02 0,02— 0,06
41 .Пассивный" Остаток Е. I <0,01 <лассифи М) к а ц и я м а ^0,01 рок нике ^0,01 ля для
42 Активный „группа 3“ 99,00 .5) <0,20 — 0, IS- О. 25
43 Активный „группа 4" 99,25 <0,01 0,02—0,10 — 0, IS- О. 25
44 США Активный „группа 6“ 99,25 0,01 <0,02 — 0,IS- О. 25
45 Активный „группа 7“ 94,50 0,01—0,10 <0,20 — 0,02— 0,06
46 Активный „группа 10“ 99,00 ,5) <0,30 — <0,10
47 Активный „группа 11" 99,10 0,01—0,10 <0,20 — 0,Ol- О.05
48 Пассивный „группа 21“ 99,50 <0,01 <0,02 — <0,01
49 Пассивный „группа 22“ 99,50 <0,01 <0,02 — <0,02
*) Изготовитель: Int. Nickel Comp., Нью-Йорк.
®) Изготовитель: Telefunken, Берлин и Schoeller, Heilental i. d. Eifel (Rheinland).
®) Изготовитель: Radio Corp, of Amerika (Victor), Harrison, N- J. США.
4) Изготовитель: I. G- Farbenlndustrie, Oppau, Werk Ludwlghafen.
ь) Изготовитель: DVM Schwerte (Вестфалия).
®) Изготовитель: Wiibur B. Driver Comp. Newark (N. J.), США.
7) Относительно высокое начальное содержание углерода в катодном никеле значительно снижается в ре-
зультате обычного отжига деталей в водородной печи. Например, количество углерода в никелевых трубках для
оксидных катодов косвенного накала с толщиной стенки 125 мк снижается до 0,05% С, при толщине стенки
55 мк—до 0,02% С.
«) Анализ плавки.
•) Важнейшие свойства этой жести, в основном применяющейся для анодов электронных ламп, приведены
в табл. 5-2-3.
10) Торговая марка никеля с особо чистой поверхностью обозначается как „ннкель-ЕА".
и) Лента имеет ширину 0,55 мм ±3% при GSOO=36—37 лг/200 мм длины.
**) Величины, заключенные в круглые скобки, приведены по данным (Л. 12) для электролитического никеля.,
изготовленного из канадских никелевых руД (анализы 1947 г.).
13) Европейского производства, изготовлен по методу Мон да (анализы 1947 г.).
14) Желательно равномерное и по возможности наименьшее содержание.
15) Данные отсутствуют.
’•) Данные отсутствуют; содержание по возможности не должно превышать 0,005.
17) Аналогично никелю „22J* **) (см. № 7).
,8) Аналогично нормальному никелю для оксидных катодов (см. № 29).
§ 5-2]
Никель
157
Продолжение табл. 5-2-2
(в % вес.) Примечания Ссылки
Си Fe с S Ti W
различно И) й стелен “) и а к т и в и .3) С т и .3) U) 3,75— 4,25 По данным [Л. 12] По данным [Л. 6] 1
**> *) .3) ’•) Н) —
“) И) >3) *•) К) —
М) оке ИД Н ы X Максималь- ное 14) катодов Максималь- ное 1в) предлог Максималь- ное ’•) к е н и а я А‘ Максималь- ное м) 5ТМ (1 957)
0,20 0,20 0,08 0,008 .3) —
0,04 0,10 0,08 0,005 <0,02 —
0,04 0,05 0,08 0,005 <0,02 —
0,20 0,20 0,10 0,008 <0,02 3,5— 4,5
0,15 0,20 0,10 0,008 *3) —
0,20 0,20 0,08 0,008 13) —
0,04 0,05 0,05 0,005 <0,01 —
0,04 0,05 0,05 0,005 <0,01 —
18) Аналогично активному никелю для оксидных катодов (см. № 28).
•°) Используется, например, в лампах накаливания для траверз, конец которых впаян в стекло (меньшее
окисление и меньшая опасность появления хрупкости из-за действия серы, содержащейся в газовом пламени,
более высокая температура отжига).
ai) Изредка используется как проволока для сеток (снижение термоэмиссни сеткн присадками Мп). Торговое
название „Mangrid*, „Gridnic Е“ н т. д. Об аналогичных сплавах никеля с более высоким содержанием Мп см.
табл. 6-2-1 и [Л. 68].
«) Закаливаемый путем отжига (в водороде) сплав Af или TI; используется для упругих деталей с рабочей
температурой до 350° С. Perman-ннкель обладает несколько меньшнм электрическим сопротивлением (р>0"ОЛЗ
ом-мм^м), но и меньшей упругостью при высоких температурах, чем никель „Duran".
23) Исключительно мягкий и дуктильный сорт никеля с низкой температурой отжига, более всего пригодный
для обработки давлением.
*4) Поставщик: Sigmund Cohn. Corp., Нью-Йорк 7, (N. J.), США.
*) Примеры анализов см. (Л. 4].
м) Поставщик: Henry Wiggin н Со.
®7) О сплавах WN1 с содержанием более 1% W для проволочных кернов оксидных катодов см. также табл.
6-2-1, группа F1—F4.
2в) Для катодов и других деталей с большим сроком службы, работающих при малых плотностях тока. Сни-
жение содержания магния уменьшает опасность испарения прн больших нагрузках.
ав) Высокое содержание кремния облегчает активацию и способствует повышению эмиссии катодов. Следует,
однако, учитывать, что в процессе эксплуатации ламп происходит образование промежуточного слоя, обладаю-
щего высоким сопротивлением.
»°) Изготовитель: Aci£ries d’ Imphy (Франция).
158
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Продолжение табл. 5-2-2
“) Изготовитель: Superior Tube Comp., Норристаун, США.
г!) Для ивготовления трубчатых кернов катодов косвенного иакала с толщиной стенки менее 0,12 мм.
•") См. [Л. 95].
«) Содержание углерода приводится по данным бюллетеня ASTM В 239-49 Т; обычно оно не превышает
“) Активный сплав никеля с 3,5% W и содержанием кремния менее 0,01%, изготовленный методом порошко-
вой металлургнн^н предназначенный для катодов долговечных электровакуумных приборов. См. Wiggin Nickel
*) Изготовитель: VEB Halbzeugwerk Auerhammer (ГДР).
даже тогда, когда обрабатывается никель, под-
вергшийся ранее значительной деформации.
Лучше всего никель обрабатывается при твер-
дости по Бринеллю 150 кГ/мм2 вогнутозато-
ченным резцом из быстрорежущей стали (при
Вращении обрабатываемой детали со ско-
ростью 180—300 об/мин).
Никель чрезвычайно хорошо полируется
и позволяет получить поверхность с зеркаль-
ным блеском, что в ряде случаев очень важ-
но для нужд вакуумной техники (отражатель-
ные экраны). С другой стороны, можно зна-
чительно повысить его отражательную способ-
ность соответствующей обработкой поверхно-
сти: пескоструйной (см. § 9-4), карбонизаци-
ей '(см. § 9-4 [Л. 14, 92], цирконированием
(см. § 7-1).
Вследствие относительно высокой темпера-
туры рекристаллизации (550—640° С) проч-
ность никеля при нагревании снижается мед-
ленно (см. рис. 5-2-1 и 5-1-4). Температура
мягкого отжига равна примерно 800° С, по-
этому при обычном нагревании для обезгажи-
вания примерно до 900° С (760—950е С) в ни-
келе наверняка исчезают все напряжения и
Рнс. 5-2-1. Зависимость временного сопротнвления'раз.
рыву агВ н относительного удлинения 5 никелевой про-
волоки ог температуры Гд [Л. 80. 88], кривая 6 [Л. 71].
1 —холоднотянутая с диаметра 2,3 мм до 0,635 мм
неотожженная проволока; 2—та же проволока после
отжига (30 мин, 800“ С); 3—холоднотянутая с диа-
метра 1,0 мм до 0.635 Мм неотожженная проволока:
4~ тянутая прн 400“ С с диаметра 1,0 мм до 0.635 мм не-
отожженная проволока; 5—холоднотянутая с диаметра
0,15 мм до 0,043 лои отожженная прн I 000“ С прово-
лока; 6—горячекатаная проволока, нагреваемая перед
каждым испытанием в течение 1/2 ч при температуре
испытания. Степень чистоты проволок 1 — 4—99,4%; про-
волоки 5—99,9%.
Таблица 5-2-3
Соотношение между истинной и
яркостной температурой для никеля
(блестящая поверхность) и окиси
никеля (NIO)1)
Истинная температура О Яркостная температура (1=6 650 Л)
°к “С Никель Окись никеля
“К “С “К “С
1 000 727 956 683 999 726
1 100 827 1 047 774 1 098 825
1 200 927 1 137 864 1 196 923
1300 1 027 1 226 953 1 292 1019
1 400 1 127 1 315 1 042 1 389 1 116
1500 1 227 1 403 1 130 1 484 1 211
1600 1 327 — — 1580 1307
*) См. табл 9-4-5 и рнс. 9-4-10А.
Таблица 5-2-4
Удельное электрическое сопротивление
Рт и относительное сопротивление ру/р273
очень чистого никеля (99,94% Ni)
(по данным [Л. 71], см. также рис. 5-2-6)
т гс] Рт [0М‘ММ2/м] РГ/Р273 Ссылки
0 0,0614 1,0
20 0,06849 1,131
100 0,103 1,68
200 0,158 2,57
300 0,230 3,75 [Л. 79]
400 0,306 4,99
500 0,342 5,57
600 0,372 6,06
700 0,399 6,50
800 0,428 6,97
900 0,455 7,41 | [Л. 95]
1000 0,483 7,86
его относительное удлинение становится рав-
ным примерно 40—50% (см. рис. 5-1-3).
Сравнение длительной прочности чистого ни-
келя с другими металлами приводится на
рис. 5-1-5 и 5-2-1В.
При массовом изготовлении никелевой
проволоки для сеток необходимо выдержи-
вать механические свойства проволок в очень
узких пределах, чтобы обеспечить постоянные
и точные размеры сеток. Однако, поскольку
§ 5-2]
Никель
159
Рис. 5-2-1-А. Механические свойства холоднокатаного
чистого никеля (степень деформации 37%) в зависимо-
сти от температуры отжига Т. Длительность отжига
5 мин [Л. 95].
czB—временное сопротивление разрыву: qq ।—предел
текучести; &в<»—относительное удлинение (при длине
образца 50 мм); Н#о — твердость по Роквеллу.
Рис. 5-2-3. Сравнение зависимости
модуля упругости Е двух сортов
никеля различной степени чисто-
ты и других металлов от темпе-
ратуры Тд [Л. 34].
эффициента термического расширения а
никеля от температуры Т [Л. 18].
Рис. 5-2-1 Б. Сравнение прочности чистых
никеля и железа при различных темпе-
ратурах по величине изгиба односторонне
закрепленной полоски металла под дей-
ствием собственного веса [Л. 95].
Рис. 5-2-2. Зависимость твердости по
Виккерсу Hyi чистейшего и обычного
электролитического никеля от темпера-
туры отжига Ту (Л. 95].
Рис. -5-2-5. Зависимость теплопровод-
ности X двух сортов никеля различной
чистоты от температуры Т ]Л. 31].
160
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
омммг/м
Рис. 5-2-6. Зависимость удельного элект-
рического сопротивления ря0 чистого ни-
келя, чистого железа и сплавов FeNi от
температуры Т [Л. 26). Т —точка магнит-
ного превращения
Рис. 5-2-7. Температура магнитного пре-
вращения Tq сплавов никеля с кобаль-
том (Л. 59].
прочность на разрыв ozBt предел текучести
<Уо>1, рабочая область а2в—ао9? и удлине-
ние д (после отжига) никелевых проволок
сильно зависят от степени предшествовавшей
холодной обработкиео, необходимо сохранять
постоянную и достаточно высокую степень де-
формации. Поэтому следует учитывать, что ни-
келевая проволока со степенью деформации
менее 60% обладает после отжига неравно-
мерными механическими свойствами. Наибо-
89 Под выражением «рабочая область» здесь под-
разумевается разность величин предела текучести
о0, (при остаточном удлинении 1%) и прочности на
разрыв так как ею определяется интервал на-
грузок, которые могут быть приложены к проволоке
от начала ее пластической деформации до разруше-
ния. Знание этой величины особенно важно при на-
вивке прецизионных сеток.
80 При меньшей степени деформации необходи-
мы более высокие температуры отжига для того,
чтобы получить такой же «мягкий» • материал, как
при отжиге металлов, степень деформации которых
превышает 60%.
Рис. 5-2-8. Зависимость полного излуче
дия Е блестящей поверхности никеля
и платины от температуры Т (в ° К).
Числа на кривых показывают соответ-
ствующую температуру в ° С. Свойства
черненого никеля см. рис. 9-4-16 и
9-4-17.
л[Ю~3ммрП1лт^0вС]мм
MUH.CM2
Рис. 5-2-8А. Зависимость проницаемости никелевой
жести толщиной 1 мм для водорода от температуры Т
при перепаде давлений 2 ат. Для сравнения приведены
аналогичные .кривые для Pd, Pt и Си (см. также
рис. 9-5-8).
лее равномерные по значениям ozB и a0,i
(после отжига) проволоки получают при сте-
пени деформации: никель «А»: 60—95%; ни-
кель «D»: 60—90% и никель «Реппап»:89 * 91 85%.
81 Для достижения однородности механических
свойств температуру отжига никеля этой марки реко-
мендуется точено выдерживать в узких пределах, так
как ои обладает склонностью к быстрому росту зерен.
§ 5-2]
Никель
161
Таблица 5-2-5
Механические свойства никелевой жести для анодов приемно-усилительных
ламп с оксидными катодами (химический состав см. в табл 5-2-2, № 13)
Толщина жести, мм
<0,15 0,15—0,25 >0.25
Временное сопротивление разрыву кГ/мм2 ">55 >50 >40
Относительное удлине- ние % 1,5 (100 мм) 3 (100 мм) 17 (11,31<F )
Твердость по Виккерсу — 110—170
Твердость по Роквеллу в В 65—В 85
Глубина вытяжки по Эриксену мм При толщине жести (як)
0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,8
3—4,5 5,4—6,8 7,0—8,4 7,9—9,2 8,9—10,1 9,1—10,3
Наилучшее значение 6 для всех трех марок
удается получить три степени деформации
70-85%.
Предельные значения ряда механических
свойств никелевой жести, которые должны вы-
держиваться при массовом производстве ано-
дов .приемно-усилительных ламп с оксидными
катодами, приведены в табл. 5-2-5.
Никель магнитен, но в значительно мень-
шей мере, чем железо (см. рис. 5-3-3). При
35(Г С он теряет свои ферромагнитные свой-
ства, не рекристаллизуясь при этом; характе-
ристики зависимости удельной теплоемкости,
коэффициента теплового расширения (рис.
5-2-4), теплопроводности (рис. 5-2-5) и удель-
ного электрического сопротивления (рис. 5-2-6)
от температуры имеют перегиб в точке маг-
нитного превращения (см. (Л. 89]). Путем
введения присадки кобальта можно значитель-
но повысить температуру магнитного превраще-
ния (рис. 5-2-7). Об использовании таких спла-
вов для ослабления магнитного поля тока на-
кала подогревных оксидных катодов см.
[Л. 81]. Высокая магнитная проницаемость
дает возможность хорошо прогревать никеле-
вые электроды высокой частотой при обезга-
живанин электронных ламп.
Выше 1 000° С в вакууме никель начинает
заметно испаряться. Поэтому постоянная на-
грузка выше 800° С (около 1,5 вт/см2 при бле-
стящей поверхности) и временная нагрузка
(нагрев при обезгаживании) выше 1 000° С
вообще недопустимы (ухудшение изоляции!).
Для определения размеров никелевых анодов и
расчета необходимой при электронной бомбар-
дировке мощности нужно знать зависимость
Мощности излучения от температуры, которая
приведена для материала с блестящей поверх-
ностью на рис. 5-2-8 и для шероховатого и
11—2200
карбонизированного никеля на рис. 9-4-16 и
9-4-17.
Проницаемость никеля для водорода зна-
чительно выше, чем меди (см. рис. 5-2-8А и
4-2-4). Поэтому для изготовления электронных
ламп с металлическим баллоном, охлаждае-
мым водой, следует предпочитать медь.
При 500° С и 1 ати проницаемость водоро-
да в 2 000 раз превышает проницаемость азо-
та или воздуха. Это позволяет применять ни-
кель вместо палладия для изготовления тру-
бок, служащих для селективного напуска чи-
стого водорода [Л. 60]. На рис. 5-2-9 показан
вентиль для напуска водорода. Он состоит из
нагреваемой прямым пропусканием тока ни-
келевой трубки, навитой на кварцевый ци-
линдр и через коваровые переходы герметично
впаянной в стеклянный сосуд. Водород подает-
ся внутрь никелевой трубкя. Количество про-
ходящего через никелевую трубку водорода
в зависимости от мощности накала можно оп-
ределить из кривых, приведенных на
рнс. 5-2-10.
Растворимость водорода в никеле по
сравнению с медью и железом также велика
(см. рнс. 9-2-4 и [Л. 84]), но никель можно
сравнительно легко и полно обезгаживать при
950° С (см. § 9-2). Полное обезгаживание пе-
реплавленного в вакууме никеля (примерно
при 1 100° С) показало, что содержание газа
в нем составляет примерно 2,8 н. см3 на 1 г
никеля; в никеле, полученном электролитически
(обезгаживание при 1 200° С), содержится при-
мерно 20 н. см3 газа на 1 г металла [Л. 76].
Герметичные впаи никеля щ стекло естест-
венно невозможны из-за большой разницы
в коэффициентах расширения обоих материа-
лов; однако никелевые вводы можно вставить
одним концом в стеклянную ножку и запрессо-
162
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Б
Рис. 5-2-9. [Устройство для диффузионного напуска
водорода.
1—спиральная никелевая трубочка (внутренний диа-
метр 9,75 мм, толщина стенки 125 мм, общая длина
150 мм); 2—держатель из кварцевого стекла (внешний
диаметр 19 mjk, длина 75 мм); 3—впаянные в стекло
коваровые трубочки для подачи водорода, служащие
одновременно токоподводами; 4—укрепленные иа кон-
цах кварцевой трубки боковые держатели: каждый из
них имеет три распорные пружины, упирающиеся
в стеклянную оболочку: 5—вход водорода; 6—выход
водорода: 7—присоедииеиие к установке.
вать. Из-за высокого содержания газов в ни-
келе, что особенно проявляется в никеле сор-
та L (табл. 5-2-2, № 10), в таких впаях во-
круг никеля в стекло возникает бесчисленное
количество пузырьков, которые действуют как
защитная подушка против слишком сильных
напряжений.
Никель хорошо .поддается точечной сварке
и пайке (предпочтительно в атмосфере водо-
рода) медью или эвтектическим припоем
CuAg, но поверхность никеля, содержащего А1,
перед пайкой или сваркой необходимо механи-
ческим путем очистить от пленки окиси алюми-
ния. Аналогично можно производить стыковую
сварку никелевой проволоки и платинита с по-
мощью тонкого газового пламени. Никелевые
вводы можно также хорошо приваривать
(с помощью специальных никелевых вклады-
шей) к пруткам из вольфрама или молибде-
на, что очень важно при производстве элек-
тронных ламп с оболочками из тугоплавкого
стекла и с W- или Мо-вводами (об испытани-
ях таких спаев на изгиб см. [Л. 5]).
Химические свойства. Химические свойства
чистого никеля подробно описаны в табл. 5-2-6.
При комнатной температуре никель весьма
Рис. 5-2-10. Зависимость проницаемости
(О изображенного иа рис. 5-2-9 вентиля
от мощности накала никелевой трубоч-
ки V.
устойчив против влияния окружающей атмо-
сферы [Л. 58]. Только при длительном пребы-
вании во влажном воздухе на обычно серебри-
сто-белой поверхности металла появляется
бледно-желтый налет. При повышенной тем-
пературе в присутствии кислорода никель по-
крывается подобно железу (рис. 5-2-11) цве-
тами побежалости, выше 500° С возникают
пленки окислов. Окисление приводит к хрупко-
сти границ между кристаллами и одновремен-
Рис. 5-2-11. Зависимость степени окисления (измеряемой
увеличением веса Wqb квадратного сантиметра по-
верхности) никеля от времени t при различных темпе-
ратурах Т [Л. 21].
но снижает прочность и относительное удли-
нение. Все известные минеральные кислоты
действуют на иикель. Особенно сильно он рас-
творяется в азотной кислоте. -Против щелочей
никель очень устойчив [Л. 23].
Никель активно взаимодействует с се-
рой92. Если иикель при температуре выше
500° С приходит в соприкосновение с газооб-
w Сера содержится в «атмосферных осадках,
в большинстве промышленных топлив (светильный
газ!), в маслах, смазках и .многих других (веществах,
которые используются в производстве.
§ 5-2]
Никель
163
Таблица 5-2-6
Химические свойства никеля
Реактив Характер взаимодействия
Кислота азотная, разбавленная 20° С Интенсивное растворение
Кислота соляная, разбавленная Концентрированная >2% 20° С 20° С Горячая Достаточно устойчив: 0,002 (кислота не содержит растворевиого воздуха)—0,04 см/год (насыщенная воздухом) Незначительная коррозия Корродирует
Кислота серная <80% >15% 20° С Горячая Достаточно устойчив: 0,0012 (кислота не содержит растворенного воздуха)— 0,012 см]год (насыщенная воздухом) Корродирует
Царская водка 20° С Корродирует
Плавиковая кислота разбавленная Разбавленная, безводная 20—100° С 20—150° С 0,004—0,045 см/год 0,0008 см/год
HF-f-HNO3 Быстрое растворение
Фосфорная кислота:1) разбавленная концентрированная 20е С Горячая Немного корродирует Быстро корродирует
Уксусная кислота концентрирован- ная 20° С Сильно корродирует
Четыреххлористый углерод: сухой 20° С Не корродирует
влажный 20° С Возникают окрашенные пятна
Трихлорэтилен 20° С Не действует
Щелочи или Na2CO3 ' Очень устойчив
Вода пресная и морская 20° С Не действует «0,0004 см]год для чис- той воды; 0,002 см/год для морской во- ды)
Пары воды >400° С Постепенное окисление
Воздух (см. рис. 5-2-11) >20° С >500° С Очень устойчив при отсутствии в воз- духе SO2 (иначе образуется поверхностная пленка NiSO4) Образуется пленка окислов, которые защищают металл от дальнейшего окис- ления вплоть до 1 000° С
Влажный воздух После дли- тельного хра- нения при 20° С Светло-желтые цвета побежалости
Азот <580° С Не действует
Водород >350° С Растворимость см. рис. 9-2-1 и табл. 5-2-1. Окислы восстанавливаются
11*
464
Черные и цветные металлы
[ Гл. 5
Продолжение табл. 5-2-6
Реактив Характер взаимодействия
Окись углерода >50° С Образуется карбонил никеля1 2) Ni (С0)4
Хлор сухой До 500° С Не действует
Газы, содержащие серу (SO2, H2S) 20° С >320° С Окрашивание Межкристаллитная коррозия
*) НРО3 образуется, например, при использовании пятиокиси фосфора (РаО6) в качестве осушителя.
•) Вновь разлагается при более высоких температурах.
разной93, твердой или расплавленной серой,
он быстро делается хрупким, так как при этих
температурах сера быстро диффундирует по
границам зерен никеля и оказывает сильное
влияние на их состояние (см. рнс. 5-2-1IA).
Аналогичный эффект наблюдается также при
отжиге никеля, поверхность которого загряз-
нена соединениями серы (H2S, SO2 и т. д.)
в результате длительного хранения в обычной
промышленной атмосфере (см. рис. 5-2-11В).
живается при последующей механической об-
работке.
Для травления окисленных никелевых де-
талей используется или длящееся I—2 мин
погружение в теплый (70° С) водный 10%-ный
раствор HNO3, или обработка протравливаю-
щим раствором, состоящим из одного
литра воды, 1,5 л H2SO4 (66° Be) и 2,25 л
HNO3 (38% Вё), к которому после охлажде-
ния добавляют 30 г поваренной соли. Перед
Рис. 5-2-I1A. Травленый1 поперечный
шлиф поверхности никелевой жести
(увеличено в 170 раз) после отжига при
640° С в воздухе, содержащем 0,5% H2S,
в течение ! ч. Влияние серы на гра-
ницы зерен [Л. 70].
Рис. 5-2-11 В. Травленый1 поперечный шлиф поверхности
никелевой жести (увеличено в 170 раз), длительно хра-
нившийся в атмосфере, содержащей серу, после отжига
в течение I ч при 550° С в свободном от кислорода азоте.
Сильное влияние образующихся на поверхности жести
соединений серы на состояние границ зерен [Л. 70].
1 Травление в растворе, состоящем из равных ча-
стей HNOjj, уксусной кислоты и ацетона.
1 Травление в растворе, состоящем
из 4% H2SO4, 10% глицерина и 86% ди-
стиллированной воды.
Такие поверхностные загрязнения следует
перед отжигом тщательно удалять обезжири-
ванием путем промывания в 10% H2SO4 или
НС1 с последующим промыванием в дистилли-
рованной воде. Ухудшение свойств никеля,
связанное с влиянием серы и кислорода в про-
цессе отжига, в большинстве случаев обнару-
83 Примесь серы может содержаться в атмосфере
печи, где -производится отжиг, или ® газовом пла-
мени, которое используется при заварке стеклянных
оболочек вакуумных приборов. Количество серы, веду-
щее к .возникновению хрупкости никеля, как правило,
бывает так мало, что его не удается определить
обычными химическими методами. Содержание серы
«в светильном газе не должно превышать 0,2 а/ле3.
травлением детали обезжиривают н промыва-
ют в горячей воде, потом на 5—20 сек погру-
жают в протравливающий раствор при темпе-
ратуре 20—40° С, промывают водой или каким-
либо нейтрализующим раствором. Потом сно-
ва промывают и после погружения в спирт
просушивают (более подробно см. [Л. 17]).
Более толстые слои окислов можно после пред-
варительной механической очистки удалять
электролитическим травлением при постоянном
напряжении 6—12 в с никелевыми электрода-
ми. Состав электролита: 200 см3 дистиллиро-
ванной Н2О+130 см3 концентрированной
H2SO4+25 г сернокислого никеля. При повы-
шенных силах тока можно одновременно полу-
чить блестящую поверхность протравливаемых
частей.
§ 5-2]
Никель
165.
Рис. 5-2-11 С. Содержание кислорода Vq2 в никеле раз-
личных марок по сравнению с аналогичными марками
железа [Л. 94].
/—электролитический никель; 2—электролитическое
железо; 3 —никель для производства ра/хиоламп; 4 —
железо для производства радиоламп; 5—никель, полу-
ченный плавкой в вакууме; 6—железо, полученное
плавкой в вакууме; 7—никель, отожженный в течение
24 ч в водороде при 950° С; 5—железо, отожженное
в течение 20 ч в водороде при 1 500° С.
Крупные никелевые детали (например, ка-
тоды тиратронов) после тщательного промыва-
ния в горячем трихлорэтилене (см. § 9-4, I),
дистиллированной воде и этиловом спирте
можно травить в течение 2 мин без кипяче-
ния в растворе, состоящем из 450 см3 НС1,
90 г хромового ангидрида и 600 см3 дистилли-
рованной воды94. При этом толщина никеле-
вой ленты может уменьшиться, например, с 0,2
до 0,1 мм.
Никелевые трубки для оксидных катодов
косвенного накала очищают последовательным
промыванием в 10%-ном растворе чистейшей
уксусной кислоты, в дистиллированной воде и
в чистом метиловом спирте. Чтобы эти жидко-
сти хорошо проникали внутрь трубок, исполь-
зуемый сосуд сначала откачивают каким-либо
механическим или водоструйным насосом, а за-
тем подают в него жидкость для промывания.
Для удаления промывочной жидкости также
применяют вакуумный насос с предварительно
включенными ловушками (см. рис. 9-4-4).
Техническое применение. Обычный сорта-
мент никеля и важнейшие примеры его при-
менения в вакуумной технике приведены
в табл. 5-2-7. Никель был, а часто и сейчас
является наиболее важным материалом для
электронных ламп, главным образом для ми-
ниатюрных приемно-усилительных ламп [Л. 24,
30, 94]. По сравнению с большинством небла-
городных металлов он обладает высокой точ-
м Смесь не должна содержать аммиак, так как
иначе реакция идет слишком быстро ш сопровождается
бурным газовыделением.
кой плавления, низкой скоростью испарения
при обычных температурах обезгаживания,
малым содержанием кислорода (рис.5-2-11С),
незначительной склонностью к окислению
(рис. б-2-lil), легкой обрабатываемостью в хо-
лодном состоянии, хорошей свариваемостью,
возможностью чернения методом карбо-
низации. Совокупностью таких свойств не об-
ладает ни одни другой материал. Поэтому до-
ля никеля в общем количестве металлов, при-
меняемых в вакуумной технике, была очень
высокой (приблизительно 75%, в производст-
5е приемно-усилительных ламп даже до 95%),.
хотя в последнее время всюду проявляется
стремление заменить дефицитный никель более
распространенным материалом '(например,
алюминированным железом, см. § 6-5, III, или
никелированным железом, см. § 6-5, VII).
Из наиболее важных примеров использо-
вания никеля следует отметить следующие:
Проволочные держатели и вводы из нике-
ля сорта А для оксидных катодов 'Прямого и
косвенного накала. Концы держателей расплю-
щивают, загибают крючком и нить накала за-
крепляют зажиманием, а иногда и дополни-
тельным привариванием (см. рис. 9-3-'12).
Внутренние токовые вводы для электрических
ламп накаливания, наполненных газом (Аг+
+N2).
Для повышения твердости металла и тем-
пературы отжига в этих целях в большинстве
случаев используют никель с присадкой мар-
ганца (см. табл. 5-2-2, № 2, 11 и 14 и табл.
6-2-3) или перманикель (см. табл. 5-2-2, № 5
и табл. 6-2-1).
Сетки с малой тепловой нагрузкой в уси-
лительных лампах. При этом витки спи-
ральных сеток удерживаются стержнями, па-
раллельными оси, плоских сеток — жесткими
рамками, или стержневыми держателями, пер-
пендикулярными проволокам сетки (рис. 5-2-12
и 5-2-13. правая часть рисунка). Иногда дер-
жатели вплетаются в ткань сетки (плетеные
сетки, табл. 9-3-58). Для усилительных ламп
с узким допуском по проницаемости оказа-
лись весьма 'пригодными штампованные сетки
(гладкие или с поперечными ребрами, см.
рис. 9-1-2). Содержание марганца в никеле для
сеток, расположенных вблизи катода в элек-
тронных лампах с оксидными катодами, долж-
но быть возможно более низким, так как ис-
паряющийся марганец снижает эмиссионную
способность оксидного катода и тем самым
срок службы лампы. Но, несмотря на эту
опасность, находят применение сетки из нике-
левой проволоки с 2% Мп и более (см.
Рис. 5-2-12. Сетки и аноды из никеля для усилительных
ламп. (Изготовитель: Siemens-ROhren Werke, 1934).
166
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Сортамент никеля
Табл и ц а 5-2-7
Вид Размеры Основное применение
Прутки и проволо- ка, тянутые ’) Диаметр: 2—0,70 мм Держатели нитей накала или электро- дов; проволока для сеток; проволочные керны оксидных катодов, иногда навивае- мые на основной керн
Плетеная лента (иног- да с кромкой) Диаметр проволоки 0,2—0,07 мм, ширина до 10 см, длина любая Аноды и сетки электронных ламп, ам- пулы для геттеров, прокладки под хому- тики на ножках, мощные катоды прямого накала для газотронов
Жесть прокатанная Толщина 0,5—0,02 мм, обычно в рулонах шири- ной до 10 см, любой длины Аноды и штампованные сетки для элек- тронных ламп, полочки геттеров, экраны, хомутики ножек, излучающие ребра, като- ды с большой поверхностью
Ленты (тянутая прово- лока, прокатанная) Толщина>0,05 мм; ши- рина >0,2 мм, длина любая Керны оксидных катодов, главным об- разом для вакуумных выпрямителей и усилительных ламп
Толщина-х.0,01 мм, ши- рина>0,3 мм Нити накала термопарных манометров
Фасонные детали Винты, гайки, заклепки для монтажа электронных систем, детали для хомути- ков
Бесшовные трубки Внешний диаметр 0,5— 2 мм. Толщина стенки >0,05 мм Керны оксидных катодов косвенного накала, трубочки для диффузионного на- пуска водорода
табл. 5-2 2, № 2, 11 и 12, а также табл. 6-2-1),
так как присадка марганца значительно по-
вышает прочность и постоянство формы дета-
лей и снижает термоэмиссию сетки.
Для изготовления проводок и траверз се-
ток с очень малым шагом навивки, когда тре-
буется высокая жесткость конструкции и пол-
ное отсутствие вибрации, применяют пермани-
кель (см. табл. 5-2-2, № 5), так как присутст-
вующие в нем присадки титана и углерода
значительно увеличивают его твердость [Л. 69]
Рнс. 5-2-13. Система никелевых электродов ста-
рых типов приемио-усилительных ламп (Telefun
ken, 1935).
Керны для оксидных катодов. В большин-
стве случаев используется для непрокаленных,
изготовленных из карбонатов оксидных слоев
(см. гл. 24). Допустимо только очень неболь-
шое натяжение оксидных катодов прямого на-
кала с ленточными или проволочными кернами
из чистого никеля. О повышении временного
сопротивления разрыву таких катодных лент
или проволок путем введения присадок см.
табл. 6-2-1. Улучшение сцепления с оксидной
пастой достигается применением в качестве
керна накаливаемой прямым пропусканием то-
ка никелевой сетки (см. рис. 5-3-9) или нави-
ванием спирали из никелевой проволоки на ту-
гоплавкий формоустойчивый проволочный керн
(см. гл. 24). В полых катодах косвенного на-
кала (для выпрямителей) с целью увеличения
поверхности подложки и повышения прочности
сцепления оксидной пленки часто используют
никелевую сетку, приваренную к никеле-
вой жести. Для цилиндрических катодов кос-
венного накала применяют тонкостенные нике-
левые трубки с толщиной стенок 50—65 мк
(США), или 75—100 мк (Европа) [Л. 15]; рав-
номерная толщина стенки трубки при этом
очень важна с точки зрения равномерности
распределения температуры .по поверхности ка-
тода. О производстве бесшовных никелевых
трубок см. [Л. 73]
При использовании никеля для кернов ок-
сидных катодов необходимо обращать особое
§ 5-2]
Никель
167
Рис. 5-2-14. Миниатюрные приемно-усилительные лампы
с анодами и штырьками из никеля.
7 —никелевый анод; 2 — опорный слюдяной диск; 3 —
плоская ножка из свинцового стекла с платинитовыми
вводами; 4 —запрессованные в стекло никелевые штырь-
ки диаметром 1 мм: 5— зеркало газопоглотителя.
внимание на содержание в нем как желатель-
пых, так и нежелательных примесей [Л. 9, 38]
Несомненно вредным является содержание
марганца95. О максимально допустимых коли-
чествах марганца до сих пор нет единой точ-
ки зрения, во-первых, потому, что требования,
предъявляемые к сроку службы электронных
ламп разных типов, совершенно различны, во-
вторых, потому, что опасность отравления мар-
ганцем удается компенсировать присадкой дру-
гих металлов, например, магния, и необходи-
мым изменением режима процесса активации
при изготовлении электронных ламп с оксид-
ными катодами Однако содержание магния
из-за его высокой скорости испарения96 не
должно значительно превышать 0,15%.
Присутствие в никеле железа также вызы-
вает отравление оксидных катодов, поэтому
для изготовления кернов рекомендуется при-
менять только металл, полученный способом
Монда. тем более, что даже электролитиче-
ский никель содержит немного свинца. В лю-
бом случае при изготовлении никелевой труб-
ки для оксидных катодов следует избегать
применения смазок, содержащих серу.
Опыт, полученный во время второй миро-
вой войны, привел в отдельных странах к то-
му или иному виду нормализации катодного
никеля (см. (Л. 6, 12, 15, 64], а также
табл. 5-2-2, разд. D и Е). О влиянии различ-
ных присадок к никелю (Mg, Al, Si, W, Ti
и т. д.) на электронную эмиссию оксидных ка-
тодов см. гл. 24; о специальных сплавах для
проволочных кернов оксидных катодов см.
табл 5-2-2Г, табл. 6-2-1 и табл. 6-2-6.
Аноды с малой термической нагрузкой из
жести или проволочной сетки (рис. 5-2-13,
5-2-14, 5-2-14А и [Л. 85]). Обычно для анодов
05 Метод определения в никеле малых количеств
марганца см. [Л 67].
06 Образование зеркальных налетов магния на
изолирующих деталях электронной системы: дефекты
изоляции, пробои. Метод определения малых коли-
честв магния в катодном никеле см. [Л. 611.
Рис. 5-2-14Д. Вакуумный кенотрон для
стабилизаторов напряжения с никелевым
анодом и вольфрамовым прямонакальным
катодом (изготовитель: Tesla, Прага, тип
RA 0007А, максимальное анодное напря-
жение 300 в, ток анода 0,7 лш).
ламп с оксидными катодами используют ни-
кель сорта А или близкий к нему по качеству
(табл 5 -2-2, № 6) Предпочтителен хорошо
раскисленный и свободный от серы никель
(табл. 5-2-2, № 9 и 13). Постоянство формы
никелевых анодов можно значительно увели-
чить выдавливанием ребер жесткости (рис.
5-2-12 и 14).
О повышении излучательной способности
поверхности никелевых анодов путем прида-
ния ей шероховатости (не с помощью песко-
струйки!) см. § 9-4, там же приведены данные
о карбонизации н использовании вместо жести
сетки с мелкими ячейками.
Экраны и колпачки из жести. Для изго-
товления штампованных и глубоко тянутых
деталей с успехом применяется никель сорта L
(табл. 5-2-2, № 10). Примеры см. на рис. 5-2-13,
5-2-15, 16 и 17.
Штырьки цоколей из никеля сорта А
(табл. 5-2-2, № 6), сваренные в стык с плати-
нитом и впаянные в плоские ножки миниатюр-
ных электронных ламп.
Хомутики для крепления деталей (с.м.
[Л. 40] и рис. 9-3-517)-
Полочки для монтажа таблеток и трубо-
чек геттеров. Подробности см. гл. 27.
Нити и ленты накала, последние даже до
толщины 10 мк, например, для манометров Пп-
рани (рис. 5-2-18).
Трубочки для диффузионного напуска во-
дорода (см. рис. 5-2-9 и 5-2-10).
Мелкие детали (винты, гайки, заклепки
и т. д) После изготовления часто необходимо
обезжиривание и предварительное обезгажи-
вание.
Припой из никеля или сплавов на его ос-
нове для пайки деталей из вольфрама, молиб-
168
Черные и цветные металлы
[ Гл. 5
Рис. 5-2-15. Экран из никелевой жести в основании мо-
либденовой управляющей сетки генераторной лампы
СВЧ с мощностью, рассеиваемой на аноде, 250 вт при
частоте 0,6 —1,5-10® гц. Экран предназначен для двух
целей: электрическом экранировки катода и термиче-
ского экранирования стеклянной ножки от излучения
анода. (Philips); см. также рис. 8-5-24 и 3-3-1 ЗА.
Рис. 5-2-17. Рентгеновская трубка с двойным
фокусом и вращающимся вольфрамовым антика-
тодом. Держатели катода и фокусирующий
электрод никелевые (А — никель или Z— никель).
См. также рис. 3-2-28 (Machlett Laboratories Inc.)..
дена или железа в вакууме или защитном газе
(см. § 9-3, VI).
Гальваническое никелирование, в основном
для защиты от коррозии внешних деталей элек-
тронных приборов, например, рубашек водя-
ного охлаждения генераторных ламп с внеш-
ними анодами, внешних электростатических
экранирующих колец и колпачков, впаянных
в стекло (для высоковольтных приборов); оп-
рав цоколей и т. д. Проверенная на практике
методика нанесения блестящих гальванических
никелевых покрытий приведена в табл. 5-2-8,
9-4-3 и 9-4-4.
О гальваническом никелировании при про-
изводстве биметаллов с внешними слоями ни-
келя см. § 6-5, I, II и VII.
Никелевый порошок нашел применение
для изготовления герметичных спаев керамики
и металла. На поверхность керамики спека-
нием наносят сначала слой молибдена, а за-
тем никеля (подробнее см. гл. 32).
Рис. 5-2-16. Изготовленная из никелевых деталей элек-
тронная пушка телевизионной трубки с магнитной нон-
иой ловушкой /Milliard I.fdt
Рис. 5-2-18. Манометрическая лам-
па Пнраии со спиральной никеле-
вой питью накала; область изме-
рений 10° — Ы0“з мм рт. ст.1
в подобном оформлении применя-
ется в мощных ртутных выпрями-
теля у /м-чгптппмтаО«ггяш1
§ 5-2]
Никель
169
Таблица 5-2-8
Методика гальванического
никелирования (см. табл. 9-4-3 и 9-4-4)
1. Состав электролита:
217,3 г сернокислого никеля, кристалличе-
ского (NiSO4);
10,7 г сернокислого аммония, чистейшего
(NH4)2SO4;
240 г сернокислого натрия, чистейшего
(Na2SO4);
25 г уксусной кислоты (СН3СООН);
1 л дистиллированной воды.
2. Аноды:
Чистый никель.
3. Ток:
При никелировании 8-штырьковой плоской
ножки—около 80 ма.
4. П родолжителъность процесса:
30—40 мин.
Никелевый порошок применяется также
при изготовлении синтерированных оксидных
катодов косвенного накала, керном которых
служит никелевая трубка, покрытая методом
спекания крупнозернистым порошком никеля
(подробнее см. гл. 24)
ЛИТЕРАТУРА
1. Armbruster М. Н. J., Am. Chem.
Soc., 65 (1943), 1043—1054 (Растворимость во-
дорода в никеле).
2. ASTM-Standards, Part IB, Non Ferrous
Metals, Philadelphia, 1946 (Никель и его спла-
вы).
3. ASTM-Report of Committee B-4, Am.
Soc. Test Mat. Preprint 11 (Juni, 1949) (Кон-
троль плавок катодного никеля).
4 ASTM-Standards В 160, В 181 und В
162 (Стандарт на химический состав никеля
марки «А»).
5. ASTM-Standards Spec. В. 113—41 (Ме-
тод испытаний на изгиб овармых стыковых
соединений никеля с другими металлами).
6 ASTM-Report of Committee F l on Ma-
terials for Electron Tubes und Semi-Conductor
Devices; ASTM Preprint, 61, Juni, 1957 (S.
5-6, Clear Nickel—Clad and Nickel—Plated
Steel Strip for Electron Tubes; S. 10—41: Cle-
ar Nickel—Strip for Electron Tubes; S. 14—18:
Nickel — Alloy Cathode Sleeves for Electron
Devices).
7. Barnes В. T., Phys. Rev., 34 (1929),
1026—1030 (Полное излучение полированного
и карбонизированного никеля).
8. В a u k 1 о h W. и- К а у s е г F., Z. Ме-
tallkde, 26 (1934), 159 (Проницаемость Ni, Fe
и Си и сплавов для водорода).
9 Benjamin М.; Phil. Mag 20 (1935),
1—24 (Влияние химического состава никелево-
го керна на электронную эмиссию оксидных
катодов).
10. Bios-Report Ns 263 (Производство кар-
бонильного никеля в Германии). London, 1946.
(s. a. CIOS XXIV—12).
И. Borchers W., Das Nickel, Halle a.
d„ S. 1917.
12 Bounds A. M. u. Briggs T. H.,
Proc. Inst. Rad. Eng. (IRE), 39 (1951), 788—
799 (Никель для кернов оксидных катодов).
13. Bounds А. М., Briggs Т. Н. и.
Richard С. D., Le Vide, 9, № 51 (Mai 1954),
18—21; s. a. S. 13—16 (Никель для оксидных
катодов).
14. Briggs Т. Н, Metals and Alloys, 9
(1938), 303—306 (Карбонизирование никеля).
15. Briggs Т. Н., ASTM—Bulletin, Mai
1948, 39 (Никелевые трубки для оксидных ка-
тодов косвенного накала).
16. Bryce G., The Vaporation of Nickel
in Vacuo; J. Am. Chem. Soc. (1936), 1517—•
1518.
17. В u r c h f i e 1 d W- F., Pickling and the
Removal of Oxide form Ni and Ni Alloys in
Metals Handbook, Cleveland, 1948, S. 1040.
18. Bureau of Standards, Nickel and ets Al-
loys; Circular № 100, Washington, 1924; Circu-
lar № 485, Washington, 1950; Circular № 592,
Washington, 1958.
19. Bureau of Standards, Mechanical Pro-
perties of Metals and Alloys; Circular № C447,
Washington, 1943.
20. Burgess G. K. u. Foote P. D.,
Bull Nat. Bur. oNStand. 11 (1914), 41 (Излу-
чение NiO)
21. Campbell W. E. u. Thomas M B.,
Transact. Electrochem. Soc., 91 (1947), 623—640
(Окисление никеля).
22. Cardwell A. B., Phys. Rev., 76
(1949), 125—127 (Фото- и термоэлектронная
эмиссия никеля).
23. Carpenter, L. С и. Stewart С. F.,
Phil. Mag, 25 (1939), 551—564 (Устойчивость
никеля при воздействии расплавленного ка-
лия).
24. Challansonnet J. u. Hham-
р е i х R., Nickel in the Construction of Ther-
mionic Valves; Rev. Nickel, 16 (1950), Juli,
Aug., Sept., 61—70.
25. Challansonnet J., Le Vide, 9,
№ 51 (Mai, 1954), 22—27 (Никель для оксид-
ных катодов).
26. ChevenardM. Р-, Rev. Nickel, 1932,
S. 55 (Электрическое сопротивление никеля и
его сплавов с железом).
27. Dahlke W., Telefunken-Zeitung, 30
(1957), Marzheft, 115, S 55—61 (Проволока
для кернов оксидных катодов).
28. Davies R. М., u Thomas I. Н.,
Resistance and Temperature Variation of Nickel;
Phil. Mag., 22 (1936), 687—688, 705, 712.
29. D e 1 m о n t e J., Wires for Radio Tu-
bes; Wire and Wire Prod., 13 (1938), 9—14,
43—44.
30. D e 1 m о n t e, J., Metals in Vacuum Tu-
bes; Metal Progress, 31 (1937), 518—523.
31. Dusen M. S. Van u. Shel-
ton S. M., Nat. Bur. of Stand. Journ- Res., 12
(1934), 429 (Теплопроводность никеля).
32. E d d i s о n C. u W i d e 1 1 E. C.,
U. S.—Pat., 2, 124, 162/1938 (Карбонизирова-
ние никеля).
33. E11 i s W. C-, Morgan F. L. u.
Sager G. F., Renssealer Polytechn. Inst. Bull.
Eng. Sci. Ser. № 71 (1938) (Теплопроводность
никеля).
170
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
34. Espe W., Hmoty pro elektrotechniku,
Praha, 1950; deutsche Ausgabe, Werkstoffe der
Elektrotechnik, Berlin, 1954.
35. E s p e W. (По данным автора, относя-
щимся к 1934—1936 гг.).
36. F a s t J- D., Philips Techn. Rundschau,
7 (1942), 73—81 (Диффузия и растворимость
водорода в никеле).
37. F е t z Е., The Temperature of Recrys-
tallization of Nickel; Metals and Alloys, 8
(1937), 339 bis 344.
38. F о r m a n R. u. Rouse G. F.,
Oxide Cathode Base Metal Studies; Nat. Bur.
of Stand. Journ. Res., 46 (1951), 30.
39. F о x G. W. u. В о w i e R. M., Phys.
Rev., 44 (1933), 345—348 (Константы Ричард-
сона для никеля).
40. Gen Е. L.; Со., DRP, 332, 230/17/21
(Пистоны и гильзы для монтажа систем элек-
тродов) .
41. Hamada S., Japan. Nickel Rev., 1938,
S. 534—544 (Применение никеля в производ-
стве электровакуумных приборов).
42. Hamprecht G. u. Schlecht L.,
Metallwirtsch, 12 (1933), 281 (Спекание кар-
бонильного никеля).
43. Н а г k i n s F. G., Welding Journ., 29
(1950), S. 3—s, 12—s (Точечная сварка ни-
келя).
44. H a r r i s о n Е. Р., Phil. Mag., 7
(1904), 626 (Термическое расширение никеля).
45. Н а г г i s о п R. R. u. Н о b b i s L. С. W.
Rev. Sci. Instr., 26 (1955), 305—306 (Никеле-
вые диффузионные фильтры для водорода).
46. Н о b b i s L. С. W. u. Harri-
son Е. R., Rev. Sci. Instr., 26, (1955), 305,
27 (1956), 238 und 332 (Никелевые трубки для
диффузионных водородных фильтров).
47. Н о g a п С. L. u. Sawyer R. В.,
Journ. Appl. Phys., 23 (1952), 177—180, 600
(Теплопроводность и электрическое сопротив-
ление никеля).
48. Earbenindustrie I. С., DRP 511, 564
(1926), 483, 603 (1927), 618, 108 (1932) (Полу-
чение карбонильного никеля при высоких дав-
лениях) .
49. I. С. Farbenindustrie. Oppau,
Nickelcarbonyl-Herstellung; BIOS—Report
№ XXIV—12, London, 1946.
50. Inco (International Nickel Co.), Nickel
and Nickel Alloys, New York, 1941.
51. Jackson K. >u. Jenkins R. O.,
Electronic Engineering, 25 (Mai, 1953), S. 208—
211; Metallurgia (Manchester), 47 (1953), Ju-
niheft, S. 277—282 (Применение никеля и его
сплавов в электровакуумных приборах).
52. J е n k i n s W. D. u. Diggs Т. С.,
Nat. Bur. of Stand. Journ. Res. 45 (1950), 153,
47 (1951), 272, 48 (1952), 313 (Механические
свойства чистого никеля).
53. Johnston Н. L. u. М а г s h а 11 A. L.,
J. Amer. Chem. Soc. 62 (1940), 1382—1390
(Давление насыщенных паров никеля и NiO).
54. J о г d a n L. u. S w a n g е г W. Н., The
Properties of Риге Nickel; Nat. Bur. of Stand.
Journ. Res., 5 (1930), 1291—1317.
55. Katz H., Radio-Mentor, 23 (1957),
722 (Активный катодный никель с присадкой
вольфрама для широкополосных ламп с ок-
сидными катодами).
56. Коль В., Технология материалов для
электровакуумных приборов. Госэнергоиздат,
М.—Л., 1957.
57. К г i s h п а п К. S. u. J a i п S. С., Na-
ture (London), 170 (1952), 759 (Константы
Ричардсона для никеля).
58. Krull a R., Chem. Zeitg., 54 (1930),
429—431 (Коррозионная устойчивость никеля).
59. Кiihiewein Н., Phys. Z. 31 (1930),
627 (Температура магнитного превращения ни-
келя).
60. L a n d е с k е г L. u. G г а у A. J., Rev.
Sci. Instr., 25 (1954), 1151—1153 (Диффузия
водорода сквозь никель при 500° С; примене-
ние никеля вместо палладия для очистки во-
дорода).
61. Luke С. L. u. С amp ell М. Е.,
Analytical Chemistry, 26 (Nov., 1954), S. 1778—
1780 (Фотометрическое определение магния в
никеле для оксидных катодов).
62. Marino A. J., Electronics, 6 (1933),
4—5 (Никель в производстве электровакуум-
ных приборов.)
63. М a s i n g G. u. Koch L., Z. Metalkunde,
19 (1927), 278 (Влияние серы на никель).
64. Me. Cormack R. L., Proc. I. R. E.,
37 (1949), 683—690 (Стандартный диод для
испытания оксидных катодов; классификация
катодного никеля по ASTM).
65. М е t s о n G. Н. u. Holmes М. F.,
Post Office Electrical Engineers Journ., 46
(1946), 198—199 (He содержащий кремния
катодный никель).
66. М i с h а е 1 s о n Н. В., Journ. Appl.
Phys., 21 (1950), 536—540 (Константы Ричард-
сона для никеля).
67. М о j z i s J., Sbomik I. mezinarodniho
polarografickeho siezdy, Praha, 1951, 638—645
(Полярографическое определение марганца
в никеле).
68. М u d g е W. A., Manganese-Nickel
Alloys; Met. Prog., 29 (1936), 57.
69. Nelson G. A., Wire Prod., 30 (1955),
1355—1358, 1417—1418 (Применение никелевой
проволоки в производстве электровакуумных
приборов; влияние холодной деформации на
механические свойства никеля).
70. Nickel-Informations-Biiro, Die War-
mebehandlung von Nickel, Zurich, 1957.
71. N. N„ Nickel Bulletin, 24 (1951), 1—5
(Свойства чистого никеля).
72. N. N., Electronics, Juni, 1948 (Химиче-
ский состав никеля, предназначенного для
производства электровакуумных приборов).
73. N. N., Machinery, 80 (1952), 109—
113, 426—429 (Изготовление бесшовных нике-
левых трубок).
74. N. N., Engineer., 197 (1954), Januarheft,
151—152 (Новые английские марки никеля для
электровакуумных приборов).
75. Nix F. С. u. D. Me. Nair, Phys. Rev.,
60 (1941), 597—605 (Термическое расширение
Ni, Fe, Си, Al и Au).
76. Norton F. J. u. Marshall A. L.,
The Degassing of Metals; Trans. Amer. Inst.
Min. and Met. Eng., 156 (1944), 351.
77. О w e n E. A. u. Y a t e s E. L., Phil.
Mag., 21 (4936), 809—819 (Термическое рас-
ширение чистого никеля по данным рентгено-
графических измерений).
78. Owen Е. R., BIOS Final Report
№ 276, Appendix 2, S. 2, London, 1945 (Нике-
§ 5-3]
Железо
171
левая проволока для кернов оксидных като-
дов).
79. Potter Н. Н., Proc. Phys. Soc., 49
(1937), 671—678 (Электрическое сопротивление
никеля).
80. R a n s 1 е у С. Е. u. S m i t h e 11 s C. J.,
J. Inst. Met. (London), 49 (1932), 287 (Меха-
нические свойства никелевой проволоки).
81. Rocard Y. A..DRP, 539 889/1929/1931
(Сплав NiCo для оксидных катодов косвенно-
го накала).
82. S с h 1 е с h t L., Nickel; Technische
Herstellungsverfahren in A. E. Van Arkel, Reine
Metalls, Berlin, 1939, S. 339.
83. S i 1 v e r m a n L., Journ. of Met., 5
(1953), Maiheft, Sect. 1, S. 631—632 (Тепло-
проводность никеля и его сплавов).
84. S m i t h e 11 s C. J., Gases and Metals,
London, 1937.
85. Spitzer E. E„ Anode Materials for
High Vacuum Tubes; Engineer, 54 (1935),
1246—1251.
86. Starr C., Rev. Sci. Instr., 8 (1937),
61—64 (Теплопроводность никеля).
87. S u 11 у A. H. et al., Journ. Appl. Phys.,
3 (1952), 97—101, Heft 3 (Излучательная спо-
собность никеля, нихрома и нержавеющей
стали).
88. Sykes W. Р., Trans. Amer. Inst Min.
and Met. Eng., 64 (1921), 780 (Прочность ни-
келя на разрыв).
89. Та m m a n G., Lehrbuch der Metall-
kunde, 4 Aufl., Leipzig, 1932.
90. W a e h 1 e r t M., Darstellung und
Eigenschaften von reinstem Nickel, in A. E.
Van Arkel, Reine Metalle, Berlin, 1939, S. 347.
91. Wesley W. A., J. Electrochem. Soc.
103 (1956), Nr. 5, S. 296—300 (Получение чи-
стейшего никеля электролизом и свойства это-
го материала).
92. Westinghouse, DRP, 549, 282/1929/1932
(Чернение поверхности металлов путем карбо-
низирования).
93. Wiggin and Со., Ltd., Nickel, Proper-
ties and Applications; Publication № 187, der
Henry Wiggin and Co, Ltd, London, 1949.
94. W i s e E. M, Nickel in the Radio Indu-
stry; Proc. I. R. E, 25 (1937), 714—752.
95. W i s e E. M. u. Schaefer R, The
Properties of Pure Nickel, Metals and Alloys,
16 (1942), 424—428, 891—893 u. 1067—1071.
96. Цейдлер А. А, Металлургия нике-
ля, 2 изд, Металлургиздат, 1947.
5-3. ЖЕЛЕЗО
[Л. 2, 10, 13, 28, 37. 40, 67, 69, 74]
Обычное ковкое железо или сталь приме-
няют в вакуумной технике только тогда, когда
к степени вакуума или чистоте газа не предъ-
являют особенно высоких требований или ког-
да выделяющиеся газы полностью удаляются
непрерывной откачкой (например, в мощных
железных ртутных выпрямителях). Во всех
остальных случаях, особенно в присутствии на-
каленных катодов, можно использовать толь-
ко особо чистое специальное железо. Чугун
из-за значительной пористости и загрязненно-
сти для вакуумной техники непригоден.
Переработка руды и получение металла.
В процессе выплавки руды, содержащие в ос-
новном FesO3, подвергают в доменной печи
процессу восстановления с помощью углерода
или СО, причем одновременно происходит от-
деление образующегося металла от породы.
Так как металл при этом поглощает значитель-
ное количество углерода и других элементов
(S, Si, Рит. д.), то их необходимо удалить
в процессе дальнейшей очистки (например,
продуванием воздуха и другими методами).
Это возможно потому, что примеси окисля-
ются легче, чем железо. Но при окислении сле-
дов примесей железо всегда вновь поглощает
немного кислорода, который необходимо уда-
лить каким-либо раскислителем (Мп или Si
в виде ферромарганца или ферросилиция). По
содержанию углерода различают: литую сталь
(менее 1,7% С, мягкое железо, ковкое железо)
и чугун (более 2,5%' С). Полученное таким
образом железо является не химически чис-
тым материалом, а сплавом железа со
специально добавленными или случайными
примесями (С, Si, Мп, Р, S, Os, Hs, СО, Ns),
которые сильно влияют на его физические
свойства. Даже наиболее чистые сорта такого
железа содержат в большинстве случаев око-
ло 0,15% примесей.
С точки зрения вакуумной техники особен-
но вреден углерод, всегда содержащийся в
обычном техническом железе, так как уже при
температурах выше 400° С в вакууме начинает-
ся длительное выделение газов (СО, см.
табл. 5-3-6). Выделение газов, почти неограни-
ченное во времени, вероятно, связано с восста-
новлением содержащихся в железе окислов
углерода и с освобождением газов, связанных
собственно с углеродом. Так как, из этих же
соображений, такие сорта железа могут быть
использованы для отпаянных вакуумных при-
боров только до температур около 100° С, мно-
го усилий было приложено к разрешению про-
блемы получения для вакуумной техники чи-
стых сортов железа, применение которых сэко-
номило бы большое количество никеля при
изготовлении электронных ламп. Значительно
более чистое железо можно получить электро-
литическим путем, как правило, из горячих рас-
творов хлорного железа или железного купо-
роса (в особенности железо-аммонийных суль-
фатов). Свойства этих сортов железа сильно
зависят от примесей, которых и здесь нельзя
избежать (Hs, Ns, S, С) и от способа прове-
дения процесса электролиза. Выделяющийся
одновременно водород делает электролитиче-
ское железо твердым и хрупким: 0,03% водоро-
да придают ему такую же твердость, как 0,4%
углерода стали. Поэтому для дальнейшей об-
работки необходимо удалить Н2 нагреванием
(лучше всего в вакуумной высокочастотной
печи при 950-—1 000° С) или переплавкой в тиг-
лях из окиси алюминия.
Незадолго до начала второй мировой вой-
ны в Германии удалось заменить никель для
электронных ламп (особенно для низкочастот-
ных) специальным сортом железа, так назы-
ваемым железом марки Е или ЕА (см. табл.
5-3-2), представлявшим собой чистое железо
с содержанием менее 0,04% углерода. Для
«успокоения» расплава при производстве этого
Свойства чистого железа
Таблица 5-3-1
Атомный вес: 55,85 Атомный номер: 26 Примечания
Удельный вес (20° С) г/см! 7,86 табл. 5-3-7
Температура плавления °C 1 528—1 535 Особо чистое Fe: 1 532 Чугун (4,2% С) 1 152 см. § 9-5-4 [Л. 53]
Давление насыщенных паров мм pm, cm. 1 094° С ю-5 1 195° С 10-4 1 310° С 10-’ 1 447° С ю-2 1 602° С ю-> 1 783° С 1
Скорость испарения см1-сек 1,2.10-’ 1,2-10-’ 1,1-10-’ 1-Ю-4 1-10-* 9,6-10-’
Твердость по Бринеллю кГ/мм2 Отожженное Холоднокатаное Карбонильное железо
45-90 >120 56—85
Твердость по Роквеллу В -vB40 (степень деформации 70%: В 82)
Предел текучести s0,2 кГ1мм2 7—14 36-50 11-20 Рис. 9-6-1
Временное сопротивление разрыву кГ 1мм2 18—28 40—62 20—32 | Рис. 5-1-2 и | 5-1-3
Относительное удлинение % 60-40 6—1,5 40—30
Постоянная Пуассона — <v0,3
Прочность на сжатие кГ/мм2 400° С: ~9
Длительная прочность кГ/мм2 Рис. 5-1-5
Модуль упругости кГ/мм2 21770 20 900 20 700 Рис. 5-2-3
Модуль сдвига кГ1мм2 8 400
Глубина вытяжки по Эриксену ММ Жесть толщиной 1 мм: 11,7—12,2 Рис. 5-1-6
Черные и цветные металлы________[ Гл.
Продолжение табл. 5-3-1
Температура отжига °C 600-900 Диаграмму рекристаллизации см. рис. 2-3
Температурный коэффициент термического расширения’) 1 /град 0-100° С 125-Ю-’ 0—300° С 0—500° С 131-Ю-’ 140-10“’ 0—700° С 145-10-’ 0-1 000° С 145-Ю-’ Рис. 3-2-20
Теплопроводность кал см-сек-град 20° С 0,174 800° С 0,07! Рис. 5-3-1 5-3-2 5-4-9
Удельная теплоемкость кал/г-град 20’С 0,107 400° С 0,127 700° С 0,150
Мощность излучаемой энергни4) вт/смг 27° С 0,004 227° С 0,036 727° С 1,3 1 727° С(расплав) 25,4
Излучательная способность (Л=6 650 А) % Полированное (1 050° С) 38 (44) Окисленное 80 Табл. 5-3-3
Удельное электрическое сопро- тивление ом-мм11м 20° С 0,096 800° С 1,06 Табл. 5-3-4 рис. 5-2-6; 5-3-1; 5-4-8 и 6-1-4 [Л. 12]
Температурный коэффициент электрического сопротивления 1 /град 0—100° С: 5,6-10-’ Табл. 5-3-4
Проницаемость для водорода н-смг-мм дм^-ч-ат 400° С 14 500° С 35 600° С 70 700° С 121 800° С 192 Рис. 5-3-4Л и 9-5-8 (там же и для Nj и СО)
Растворимость водорода Рис. 9-2-1
Точка Кюри °C 768 Рис. 5-3-3
§5-3] Железо
Продолжение табл. 6-3-/
Температура фазового превра- щения °C а->у: 906 у—1 401 3)
Начальная магнитная прони- цаемость гс/э 800—4 000
Максимальная магнитная прони- цаемость гс/з 4 000—4 800
Магнитное насыщение CGS 21 600
Коэрцитивная сила э 0,1-0,3
Работа выхода электронов эв 4,04 ]Л. 62]
Характеристическое рентгенов- ское излучение А Kef. 1,936 Ka2: 1,932 KPf 1,753 Табл. 5-4-9
*) Степень чистоты изученных образцов невсегда указана в литературе количественно, поэтому свойства очень чистого железа могут несколько отличаться от приведенных,
а®) Вплоть до точки магнитного превращения a—(906° С) кривая термического расширения не имеет точек перегиба. Небольшая присадка углерода и холодная обра-
' ботка практически не изменяют коэффициент расширения. О температурном коэффициенте расширения карбонильного железа и его зависимости от температуры см. [Л. 4].
з) a-железо (феррит): кубическое объемоцентрированное; 7-железо: кубическое гранецентрированное,
‘) Данные относятся к чистой от окислов поверхности стали,
Черные и цветные металлы [ Гл.
СП
Таблица 5-3-2
Марки железа с малым содержанием углерода, используемые в Европе
№ Торговое обозначение Изготови- тель7) Максимальное содержание примесей, % Применение в вакуумной технике Смотри примечания
С Si МП Р S Прочие примеси
1 Литая сталь А1 А 0,14 0,08 0,32 0,02 0,03 Только для оболочек приборов, работающих с непрерывной откач- кой (мощные выпрямители, спектро- графы) или для корпусов ртутных диффузионных насосов. Железо „Svea“ по данным [Л.68] в 1931 /1932гг. 1 применялось также для приемно- усилительных ламп (например, в виде ткани из проволоки диамет- ром 0,1 л л)
2 Железо »Svea“ Состав по данным [Л.14] С 0,09 0,02 0,09 0,05 0,004 Си: 0,01
— 0,03 0,005 0,005 0,002 0,037
3 Железо Армко8) (99,84—99,94o/e) Fe Состав по данным [Л. 2] в 0,02-0,03 0,03 0,02—0,1 0,007’) 0,02’) Си: 0,05
J 0,012 Следы 0,017 0,005 0,025
— 0,01 0,02 0,03 0,001 0,015 Оа: 0,0012
4 Электрожелезо „WW“ А 0,07 Следы Следы Os: следы Для отпаянных газоразрядных приборов (главным образом, ртут- ных), люминесцентных ламп, ламп тлеющего разряда и электрова- куумных приборов с катодами из вольфрама
5 Специальное электроли- тическое железо J 0,06 0,005 0,02 0,005 0,004 (Си: 0,02)
6 Железо, выплавленное в вакууме D 0,017 0,009 0,035 0,02 0,05 Ni: 0,07
7 Железо, очищенное в водороде J 0,005 0,0012 0,028 0,004 Os: 0,003 N»1 0,0001
8 Карбонильное железо J 0,0007— —0,0016 -2) -*) -!) О2: <0,01 Для ртутных газоразрядных при- боров с чувствительными оксидны- ми катодами (например, в качестве сеток и экранов в тиратронах)
9 Железо ,,Оммет“4) Е <0,001 <0,01 <0,01 <0,01 — Fe: 99,98
Си
§ 5-3]______________Железо
Продолжение табл. 5-3-2
№ Торговое обозначение Изготови- тель7) Максимальное содержание примесей, % Применение в вакуумной технике Смотри примечания
С S1 Мп р S Прочие примеси
10 Железо ,Е“:5) жесть проволока F G 0,09 А1: 0,05 В виде проволоки для держате- лей и вводов; в виде жести для эк- ранов электронных ламп (1938 и 1939 гг.) 3)
11 Железо для глубокой вытяжки ,ЕА*в) F 0,05') А1; 0,05 Для изготовления анодов элек- тронных ламп (1939/1940 гг.) 3)
21 Железо „Behan It “ Н 0,03 0,0 <0,10 <0,010 <0,015 Си: <0,15 А1: ? В качестве заменителя никеля
<) В виде включений вереи цементита.
’) Не обнаруживается.
’) По данным [Л. 55].
4) Вырабатывается из карбонильного железа методами порошковой металлургии.
6) Литое; используется главным образом в виде проволоки диаметром 0,2—1,2 мм.
•) Литое, как и железо ,Е”; используется главным образом в виде жести толщиной 0,1—0,3 мм.
’) Изготовители: A. Krupp A. G., Essen (ФРГ).
В. Vereinlgte Stahlwerke (ФРГ).
С. Svedlsh Iron and Steel Corp (Швеция).
D. W. С. Негаеиз Vacuumschmelze, Hanau (ФРГ).
, E. Metallwerk Plansee Reutte, Tirol (Австрия).
F. Thyssen A. G. (ФРГ).
G. VDM, Altona (ФРГ),
H. Zelezarne Trlnec (ЧСР).
J. Различные изготовители в США.
’) Первый изготовитель Am. Rolling and Milling Comp (отсюда Armco). (США).
•) По другим данным P+S<0,06%.
Черные и цветные металлы {Гл. 5
§ 5-3]
Железо
177
сорта железа используют присадку алюминия,
следы которого остаются в металле [Л. 72].
Этот сорт железа при использовании в виде
жести для анодов был впоследствии почти
полностью заменен железной жестью, покры-
той алюминием или никелем (так называемое
железо Р2 или PN, см. № 6-5, III и IV), так
как она обладает по сравнению с самым чи-
стым железом значительными преимуществами
для вакуумных электронных ламп.
В железе одного из подобных по содержа-
нию С (сортов углерод., образовавший карбид
железа, равномерно распределен по всей мас-
се металла -в .ваде кристаллов цементита диа-
метром менее 5 мк.
Аналогичный сорт железа, который полу-
чают в мартеновских печах при особенно силь-
ном продувании воздуха и который первона-
чально применялся как магнитный материал,
(«Behanit») содержит менее 0,06% С. Кроме
этого обычного сорта, вырабатывается еще
специальный сорт, восстановленный Ti («Be-
hanit— Spezial»), который используется в тех
случаях, когда возможное испарение алюми-
ния могло бы создать на стеклянных стенках
налеты, нарушающие изоляцию (например, при
изготовлении рефлекторов низковольтных
ламп).
Еще более чистый, но значительно более
дорогой металл получают при обработке по-
рошкообразного карбонильного железа (ме-
тод см. |[Л. 85]) металлокерамическом спосо-
бом. В качестве сырья при этом используют
щавелевокислую соль железа. При нагревании
на воздухе она переходит в Ее^Оз, которую за-
тем прокаливанием в потоке водорода восста-
навливают до металлического железа. Над.же-
лезным порошком пропускают под давлением
окись углерода (при 150—200°С). При этом
образуется газообразный карбонил железа
Fe(CO)n, который отделяют от выходящего
газа путем конденсации в водяном холодиль-
нике; получающаяся жидкость похожа на воду
(точка кипения 103° С). При атмосферном дав-
лении и в присутствии чистого железа как
катализатора после нагревания примерно до
200° С Fe(CO)s снова разлагается на окись
углерода и очень чистое железо, так называе-
мое карбонильное железо, которое содержит
только очень незначительные примеси С и О2
1Л. 51]. После нагревания в водороде97 порош-
кообразное карбонильное железо содержит ме-
нее 0,01% углерода и необнаруживаемые ко-
личества кислорода. Оно используется в каче-
стве сырья для получения железа металлоке-
рамическим способом. Вследствие незначитель-
ной величины зерна, составляющей около 5мк
в диаметре (большая поверхность взаимного
соприкосновения!) и высокой степени чистоты
(беспрепятственный рост зерен!) порошок мож-
но спекать в атмосфере водорода при 1 100—
1 200° С без предварительного прессования,
т. е. значительно ниже точки плавления желе-
за получать, компактный, в дальнейшем легко
обрабатываемый металл [Л. 38, 39, 60, 63].
Глубокую вытяжку полученной таким путем
железной жести можно производить почти так
07 Обезуглероживание (начинается уже при 250® С
с образованием метана.
12—2200
же легко, как и медной жести. Применение
металлокерамического метода позволяет полно-
стью удалять загрязнения, особенно газообраз-
ные, которые при обычной переплавке попада-
ют в железо из тигля. В табл. 5-3-2 приведен
перечень сортов железа, имеющих большое
значение для вакуумной техники, их состав и
основные области применения.
Обработка металла. Обработка давлением
технического железа при больших размерах
деталей производится обычно в горячем со-
стоянии и должна сопровождаться удалением
возникающих юиислов путем травления иобез-
гаживания в водородных печах. Если это не-
возможно из-за слишком больших размеров
деталей (например, при изготовлении очень
больших корпусов выпрямителей, см. рис.
5-3-6), необходимо подвергнуть материал пес-
коструйной обработке и полировке. Наиболее
выгодная температура обработки определяется
составом железа. Сорта железа, в основном
используемые в вакуумной технике для изго-
товления .мощных 'выпрямителей ((например,
железо Армко), обычяо нельзя обрабатывать
при температурах 850—1 050° С), так как в этой
«критической» области температур материал не
выносит никакой обработки (ломкость). Спе-
циальные сорта железа (Свеа, Оммет, желе-
зо Е, железо ЕА), предназначенные для отпа-
янных газоразрядных ламп и использующиеся
в большинстве случаев для изготовления тон-
костенных изделий, с целью устранения воз-
можности окисления обрабатывают только
в холодном состоянии.
Физические и механические свойства. В
табл. 5-3-1 приведены наиболее важные физи-
ческие свойства железа. Она дополняется дан-
ными табл. 5-3-3 и 5-3-4, .а также (рисунками,
на которые имеются ссылки в этих таблицах.
Таблица 5-3-3
Соотношение между истинной
и яркостной температурами чистого
железа
Истинная темпера- тура, ®К Я ркостная температу- ра, •К1) Истинная температу- ра, °C Яркостная температура, оС1)
1 500 1 412 1 227 1 139
1600 1 499 1 327 1 226
1 700 1586 1 427 1 313
1800 1 673 1 527 1400
1900 1 759 1 627 1 486
2 000 1 844 1 727 1571
2100 1 929 1 827 1 656
2 200 2 016 1 927 1743
о
>) Измеренная при X = 6650 А.
Как техническое, так и чистое железо при
холодной обработке упрочняются (см. рис.
5-1-2.) Нагреванием (выше 500° С приблизи-
тельно 30 мин) можно устранить достигнутое
при холодной обработке упрочнение (см. рис.
5-1-3). При обычных температурах обезгажи-
вания (см. § 9-2, III, VI) наступает, таким об-
разом, полный отпуск железа. Диаграмма ре-
кристаллизации чистого электролитического
железа показана на рис. 2-3.
178
Черные и цветные металлы
|Гл. 5
Таблица 5-3-4
Зависимость относительного
сопротивления RT/RB чистого железа
от температуры Т по данным [Л. 56]
т, °к Т, °C Rr/Ro т, °к Т, °C RTIRa
20 —253 0,001 1037,1 764,1 11,612
90 — 183 0,104 1038,3 765,3 11,647
273 0 1,000 1039,1 766,1 11,673
373 100 1,650 1039,9 766,9 11,692
566 293 3,446 1040,6 767,6 11,709
578,3 305,3 3,581 1041,6 768,6 11,730
719,5 446,5 5,386 1043,0 770,0 11,760
830,6 557,6 7,146 1044,2 771,2 11,781
837,8 564,8 7,266 1045,9 772,9 11,812
955,9 682,9 9,545 1047,5 774,5 11,836
989,1 716,1 10,306 1049,2 776,2 11,870
1012,2 739,2 10,863 1051,4 778,4 11,906
1017,25 744,25 11,017 1053,6 780,6 11,937
1023,8 750,8 11,200 1057,5 784,5 11,985
1026,1 753,1 11,263 1061,6 788,6 12,047
1028,9 755,9 11,347 1078,4 805,4 12,247
1031,0 758,0 11,409 1080,4 807,4 12,271
1033,4 760,4 11,492 1093,9 820,9 12,399
1034,3 761,3 11,513 1095,2 822,2 12,410
10352 1036,6 762,2 763,6 11,545 11,585 1129,6 956,6 12,678
Физические свойства технического железа
сильно зависят от его состава и особенно от
содержания углерода. С повышением содер-
жания углерода возрастают удельная теплоем-
кость (1% С: 0,118 кал/г-^С) и твердость по
Бринеллю (1% С: примерно 240 кг!мм2 после
отжига), немного уменьшается средний коэф-
фициент линейного расширения (1,2% С: при-
мерно 134Х10-7-1/° С в интервале 0—500° С),
возрастает удельное электрическое сопротив-
ление (1% С: 0,145 ом-ммЦм при 18° С), воз-
растает временное сопротивление разрыву
(1% С: 80—100 кг 1мм2 после отжига), умень-
шается относительное удлинение (1% С: 10 -
20% после отжига), железо сильнее ржавеет.
Пластичность очень чистого железа все же
меньше, чем никеля (трудности при глубокой
вытяжке), но оно обладает хорошей гибко-
стью и легко фальцуется. Железо легко под-
рис. 5-3-1. Зависимость теплопроводности (X) и удель-
ного электрического сопротивления (р!0) железа Армко
(99,92% Fe) от температуры Т [Л. 57].
Рис. 5-3-2. Зависимость теплопроводности (X) железа и
стали от температуры Г (Л. 291.
дается прокатке с хорошим глянцем и поли-
ровке, но обработка резанием сильно затруд-
няется его большой пластичностью.
Железо теряет ферромагнитные свойства
только при 768° С (точка магнитного превра-
щения, см. рис. 5-3-3). Это имеет значение при
обезгаживании токами высокой частоты и в тех
случаях, когда даже при высоких температу-
рах должны быть сохранены экранирующие
магнитные свойства железа.
Рис. 5-3-3. Зависимость относительной интенсивности
намагничения I железа, никеля и кобальта от темпера-
туры Т [Л. 66].
Для получения герметичных швов можно
пользоваться как дуговой, так и автогенной
сваркой. Последний метод предпочтительнее
при сварке тонкостенных деталей с токопод-
водами и при изготовлении бортовых швов.
Для соединения деталей в стык рекомендуется
применять атомноводородную сварку (дуга
в водороде между вольфрамовыми электрода-
ми см. § 9-3, IV). При этом для устранения
сильного окисления можно работать в защит-
ной атмосфере. Герметичные сварные швы
(особенно крупных приборов) должны быть
доступными снаружи, что делает возможной
их дополнительную обработку.
Железная жесть так же хорошо поддает-
ся точечной сварке, как и никелевая. Для
пайки небольших железных дисков друг с дру-
гом применяют спрессованные таблетки при-
поя из порошкообразной смеси никеля и мо-
либдена (по одной весовой части) 98, которые
располагают на поверхности хорошо обезжи-
ренных и плотно приложенных друг к другу
дисков и расплавляют в электрической печи
“ Мо и Ni при 46,5% Мо образуют эвтектику
с точкой плавления 1 320° С [Л. 301-
§ 5-3]
Железо
179
Табл и ц а 5-3-5
Диффузия водорода сквозь охлаждаемые
водой бесшовные тянутые стальные
трубки
Темпера- тура, °C Коэффициент диффузии1), сл^-ч-1 Ссылки
20 60 90 95 ’) Ко газа в 760 мм ргг поперхнос ние 1 ч: 3,4—4,010-’ 20-10-’ 408-10-7 3 640-Ю'7 эффициеит диффуз кубических сан'1 . ст., которое ди ги стальной труб* [СМ?‘СМ ~ Cj По данным фирмы Brown-Boveri [Л. 17] пи показывает количество иметрах при 20° С и ^фундирует сквозь 1 см? и толщиной 1 см в тече-
дать жидкостями (например, маслами), кото-
рые не содержат ионов водорода 100 [Л. 18,43],
или применять интенсивное воздушное охлаж-
дение (см. рис. 5-3-6А и В). Внешнюю стенку
железного сосуда можно, разумеется, покрыть
Рис. 5-3-4 Анод для генераторных ламп малой
мощности из жести толщиной 0,5 мм с припаян-
ными охлаждающими ребрами (изготовитель
С. Lorenz AG).
в атмосфере водорода или формиргаза при-
мерно при 1 380° С в течение 3 мин. После
очистки пескоструйной спаянные железные
электроды промывают в трихлорэтилене и
в спирте, высушивают, снова до блеска отжи-
гают в водородной печи при 900—1 000" С и
иногда чернят напеканием порошка циркония.
На рис. 5 3 4 показан такой анод для миниа-
тюрной электронной лампы СВЧ
Железо играет значительную роль в про-
изводстве мощных металлических разрядных
приборов, таких как ртутные выпрямители, ти-
ратроны и т. п., для изготовления которых
никель из-за своей относительно высокой стои-
мости, медь и алюминий из-за их чувствитель-
ности к ртути и хромистое железо из-за плохой
обрабатываемости не могут быть использова-
ны. Наряду с тем, что при сварке оболочек
для таких приборов необходимо избегать обра-
зования макроскопических неплотностей",
главной проблемой для вакуумной техники
остается проницаемость железных стенок для
водорода [Л. 8, 17, 18, 31, 33, 44, 54, 58, 64].
Железные стенки у?ке при температурах
выше 200—300° С пропускают заметные коли-
чества водорода, если они с одной стороны
соприкасаются с молекулярным водородом
([Л. 24], см. также 9-5-8 и рис. 4-2-4). Но если
водород, полученный действием какой-либо
кислоты или путем электролитического разло-
жения, поступает к наружной поверхности со-
суда в атомарном состоянии, то он быстро
проникает внутрь уже при комнатной темпера-
туре (см например, [Л. 32] и рис. 5-3-4А).
Уже водяное охлаждение внешней стороны же-
лезного корпуса вакуумного прибора, не при-
соединенного к постоянно действующей систе-
ме откачки, в короткое время заметно ухуд-
шает вакуум в сосуде (табл. 5-3-5). В резуль-
тате коррозии на внешней поверхности прибо-
ра возникает атомарный водород, который
диффундирует сквозь стенку сосуда и частично
воссоединяется на его внутренней стороне
в молекулярный Но.
Поэтому такие приборы следует охлаж-
1О'а
Н.сЖмь
смгсек
10 6
1000/Т
ЗУ 32
3,0
28 1/°К
тн2
“АЙ
ИГ7
/О'8
кг1
1О~’В
1О~”
80 О проверке герметичности таких сосудов с по-
мощью раствора искусственного мыла «Nekal» (см.
также [Л. 25]) испытания газом под давлением см.
§ 9-3.V.
12*
1
IJzT" р, ।
. 1^'
ЭТ’А
_ Нержавеющая _
сталь J разб-fiCL
Нержавеющая
стам/вова ।
<-"Т I I 7
VZ7 ^7 SO 70 80 SU
Рис. 5-3-4А. Зависимость проницаемости для водорода
тпн2 железа, находящегося в контакте с водой пли
водными растворами либо насыщенного водородом,
выделенным при электролизе, от температуры воды Т
[Л. 71].
металлическим или неметаллическим защитным
слоем, который будет предохранять железо от
коррозии или уменьшать ее [Л. 6, 73] Это всег-
да рекомендуется ,и для приборов с воздуш-
ным охлаждением, так как незащищенная
100 Концентрация Н меньше, чем 10-7 молей на
литр [Л. 341.
180
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
I
Рис. 5-3-4В. Отпаянный одпоанодпый ртутный вентиль с
использован медный змеевик из
I—общин вид вентиля (Siemens, тип YEZ606, номи-
нальный ток при установке шести приборов: 5 000 а при
выпрямленном напряжении до 900 в, выпуск !956 г.):
поверхность железа корродирует уже в обыч-
ной атмосфере. Делались попытки путем ввс
дения в .воду специальных присадок пассиви-
ровать железную стейку (например, присад-
кой NasCrjO? • 2Н2О по [Л. 9]) или добиться
снижения концентрации водородных ионов
в охлаждающей воде, .но успех таких методов
нельзя всегда гарантировать Поэтому для
изготовления небольших охлаждаемых водой
приборов, содержащих ртутпые пары, отдают
предпочтение нержавеющей хромистой стали
(по крайней мере там, где высоки рабочие
температуры; см., например, рис. 6-1-40); или
припаивают к железной оболочке медный
охлаждающий змеевик круглого, овального
или прямоугольного сечения (см., например,
рис. 5-3-4В и 5-3-10,11). В вакуумных лампах,
которые не содержат ртутных паров, исполь-
зуют медные водоохлаждаемые внешние обо-
лочки (см. § 5,4)
Мощные приборы с ртутным разрядом,
железные корпуса которых находятся в кон-
такте с охлаждающей водой, из-за диффузии
водорода в большинстве случаев должны быть
постоянно присоединены к вакуумным насо-
сам, которые должны по крайней мере перио-
дически включаться. Подобно тому, как ато-
марный водород может проникать внутрь отка
чанного железного корпуса прибора из наруж-
Н
железным корпусом, для водяного охлаждения которого
трубки прямоугольного сечения.
// — схема вентиля: 1—стержень анода с навинчи-
ваемой графитовой головкой 2; 3— трубка, поддержи-
вающая корпус 4 и пластину 5 сетки; 6—внешний сталь-
ной цилиндр центрального ввода, несущий экран 7 с
блендой 8 и деионизирующей поверхностью 9; 10 — под-
жигающий электрод; // — один из трех анодов дежур-
ного зажигания; /2—ртутный катод; 13— кварцевое
защитное кольцо; 14—внешний изолятор катода: 15—
корпус из малоуглеродистого железа; 16— медный зме-
евик водяного охлаждения; 17 напряженные стеклян-
ные впан (Sieniens-Schuckcrf Werke).
пого 1прострапства, он может -проникать м из
газополного прибора в атмосферу (не содер
жащую водорода), если, например, при раз
ряде в результате термической диссоциации па
раскаленных электродах возникают атомы Н
нз присутствующего там Н2. Поэтому в ра-
ботающем отпаянном, охлаждаемом воздухом
и наполненном водородом ртутном выпрями-
теле происходит постоянное и значительное
снижение давления водорода (рнс. 5-3-5). В
ртутных выпрямителях с железными корпуса-
ми количество других неблагородных газов,
находящихся в ионизированном состоянии,
например в ртутной дуге, постепенно убы-
вает из-за «активированной абсорбции», в то
время как благородные газы практически не
абсорбируются (рис. 5-3-5). Благодаря этому
для охлаждаемых воздухом мощных газораз-
рядных ламп, наполненных благородными га-
зами или парами ртути, и для запаянных
(также охлаждаемых воздухом) выпрямите-
лей с жидкими ртутными катодами часто
можно использовать баллоны нз железа с ма
§ 5-3]
Железо
181
ртутного отпаянного выпрямителя; зависимость давле-
ния р различных искусственно вводимых газов, изме-
ренного в относительных единицах, от времени t [Л. 19];
9 — момент начала разряда в выпрямителе.
лым содержанием углерода, которые нельзя
применить для вакуумных ламп с чувстви-
тельными оксидными катодами (Л, 41 46].
Химические свойства (см. также [Л. 26]).
Чистейшее железо значительно устойчивее про
тив коррозии, чем техническое. При длитель-
ном хранении оно тем не менее должно быть
защищено ш|Х)тив ржавления пленкой пара-
финового масла, .которую перед монтажом
детали в электронную лампу удаляют промы-
ванием в ССЦ. Тонкую жесть из очень чистого
железа лучше всего хранить в слабо обогре-
ваемых шкафах. В вакуумных приборах, со-
держащих кислород, железо окисляется
с образованием цветов побежалости. При воз
действии паров воды на докрасна раскаленное
железо образуются Н2 и ГезО4. В вакуумных
приборах присутствие пленок окислов железа
весьма нежелательно, так как они являются
источником газов. Удаление их легко осу-
ществить отжигом железа в водороде или
в вакууме при 900—950° С. Железо очень
мало чувствительно к воздействию ртути
(жидкой или ее паров) даже при высоких тем-
пературах |01, поэтому юно является незамени-
мым материалом для ионных приборов, содер-
жащих ртуть. Весьма вероятно 101 1о2, что железо
в ртутной дуге образует с азотом нитрид,
устойчивый при температурах ниже 800° С
Атомарный водород железом растворяется
Растворимость водорода в пределах от 880 до
900’ С быстро возрастает (см. рис. 9-2-4).
Хлорная и разбавленная серная кислоты рас-
творяют железо с образованием соответствую-
щих солей. Концентрированная азотная кис-
лота для травления железа неприменима, так
как пассивирует его. Против калия и натрия
железо очень устойчиво.
Техническое применение. Обзор наиболее
важных примеров использования железа
в электронных лампах 'приведен в последнем
столбце табл. 5-3 2. Техническое железо по
ставляется практически всех необходимых
размеров, специальное железо для использо
101 При очень длительном воздействия горячих
паров ионизированной Hg может, однако, .проиоойти
покрытие железных поверхностей Hg (поверхностное
амальгамирование железных электродов в ртутных
выпрямителях).
102 По данным [Л. 17], полученным на лентах
литой стали в мощных выпрямителях.
Таблица 5-3-6
Содержание газов в железе различных
марок1)
[Л. 54] (см. табл. 9-2-1)
К- Марка железа пли стали Температура обезгаживания, °C Общее содер- жание газов
псм= 100 г ме- талла Основ- ной компо- нент
1 Низкоуглеродистая сталь2) 1 200 70 со
2 Железо ,Svea“3) I 1 210 29 со
II 1 380 23 со
3 Конструкционная сталь (С: 0,24%, Si: 0,34% Мп; 1,29%) 1 200 17 Ns, СО
4 Легированная сталь (С: 0,17%, Si: 0,37%, Мп: 0,47%, Сг: 1,74%, Мо: 0,69%) 1 380 15,5 N„ СО
5 Железо, изготовленное металло-керамическим способом (спеченное в водороде4) 1 350 8,2 n2, СО
То же, дополнительно переплавленное в в. ч. печи 1 370 7 n2
*) После тщательного промывания в спирте и бен-
золе.
2) Состав не указан.
3) Состав см. табл. 5-3-2.
4) Изготовитель. General Reduction Corp., Detroit,
США (С: 0,05; Si: 0,008; S: 0,006; P : 0,008; Mn: 0,i8%).
Марка «New Iron“.
вания в вакууме (Свеа, Оммет) —в виде
стержней или проволок (диаметром 5—0,05 лл),
и жести (толщиной более 0,03 мм).
Заменять никель в электронных лампах
железом и другими материалами пытаются все
чаще [Л. 49, 68]. Вообще же использование
в отпаянных вакуумных приборах обычной ли-
той стали недопустимо, главным образом из-за
обильного выделения газов, вызываемого на-
личием углерода 103 (см. табл. 9-2-1 и 5-3-6).
Даже практически .не содержащее углерода и
поэтому значительно более бедное газами спе-
ченное железо, например железо Оммет (см.
103 Выделение газов можно компенсировать, на-
нося на поверхность деталей путем спекания слой
порошка какого-либо металла, обладающего способ-
ностью поглощать большие количества газов (напри-
мер, циркония). При этом следует учитывать возмож-
ность образования эвтектического сплава с более
низкой точкой (плавления (см. табл. 7-1-5). Присут-
ствие на поверхности деталей такого слоя повышает
их излучательную способность. Этим методом начали
пользоваться во время войны из-за острого недостатка
тугоплавких 'металлов. Как правило, однако, при про-
ведении этого дорогостоящего процесса в качестве
материала для изготовления деталей применяют мо-
либден или, что еще лучше, таитал.
182
Черные и цветные металлы
[ Гл. 5
Рис. 5'3-6. Корпус с отверстием для катода (на перед-
нем плане) и крышка с охлаждающим устройством
(слева сзади) из литого железа для ртутного выпрями-
теля на 2 000 а (изготовитель Siemens).
табл. 5-3-2, № 9), не может заменить никель
в массовом производстве дешевых приемно-
усилительных ламп; это невозможно, во-пер-
вых, .потому, что железо только в 2 раза де-
шевле никеля, а, во-вторых (даже не учиты-
вая его склонность к ржавлению), потому, что
оно не допускает чернения методом карбо-
низации (см. § 9-4). Наконец, никель может
быть заменен дешевым железом, покрытым
слоем алюминия (см. § 6-5,111, жесть Р2), ко-
торое почти не выделяет газов.
Рис. 5-3-6 Л. Отпаянный выпрямитель
с воздушным охлаждением, желез-
ным корпусом, жидким ртутным ка-
тодом п шестью анодами па постоян-
ную мощность 300 кет прн 600 « или
500 кет при I 650 в (Brown-Bo wen.
Ба <еп).
1 — вентилятор с мотором; 2 — возду-
хопровод; 3—аноды; 4 — конденси-
рующая часть корпуса выпрямителя.
Рис.15-3-6В. Отпаянный 6-анодный выпрямитель с воз-
душным охлаждением. Корпус железный (изготовитель
Siemens-ScliLickert Werke).
/—выпрямитель на 660 в, 600 а (выпуск i960 г.); //—
передвижной стенд на базе этого выпрямителя; III—
схема воздушного охлаждения;
1— вентилятор; 2~всасывающее отверстие; 3— возду-
хопровод; 4~направление потока воздуха.
Рис. 5-3-7. Анодная сетка из мягкого железа в ртут-
ном выпрямителе.
a) b)
Рис. 5-3-8. Ртутные выпрямители с накаленным катодом: сетка и экра-
ны из спеченного железа Ом мет, аноды из электрографита, а) макси-
мальное обратное напряжение us — 15 кв, максимальная амплитуда
тока is =12 ст, b) us = 5 кв, ls = 30 а (изготовитель: Siemens).
сл
со
к
Со
о
77мм
Рис. 5-3-9. Тиратрон со стальным корпусом, оксидным прямона-
кальным катодом 1 и напряженными герметичными впаями в
стекло 2. Корпус состоит из двух частей 3 и 4. Как и перфориро-
ванная сетка 5у они изготовлены из железа методом глубокой вы-
тяжки; экран катода 6 из железа Оммет; керн катода 1 изготов-
лен из плетеной никелевой сетки; токоподводы 7 и анод 8 из но-
вара (см. рис. 6-1-34). Герметичный кольцевой шов 9 получен авто-
генной сваркой (Siemens, выпуск 1941 —1945 гг.).
оо
184
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Рис. 5-3-10. Стальные диффузионные насосы.
/—трехступенчатый ртутный диффузионный насос
[Л. 27J, (изготовитель Е. Lei bolds Nachf); II—масляный
диффузионный насос типа МС с напаянными медными
змеевиками водяного охлаждения (изготовитель Distil-
lation Products).
Только в особых случаях, когда присутствие
ртутных -паров и одновременная близость
оксидного катода (рис. 5-3-8) требуют приме-
нения обезуглероженного железа и стоимость
его не является решающей, продолжают ис-
пользовать в виде тонкой жести наиболее чи-
стое железо, .полученное методами порошко-
вой металлургии.
Ферромагнетизм железа делает невозмож-
ным его -использование (так же, как и различ-
ных сплавов, и биметаллов на его основе)
в качестве конструкционного материала для
электродов и впаев в стекло электронных
ламп СВЧ.
По сравнению с никелем и другими не-
благородными металлами железо обладает
ел еду ющм ми п рои мущест ва м и:
нечувствительность к ртути позволяет -ис-
пользовать железо для изготовления: баллонов
Рис. 5-3-iOA. Внутренняя часть мощного
масляного диффузионного насоса, изго-
товленная из стали. Скорость откачки
36 000 л/сек при IO"4 — i0"b мм pm. cm.',
мощность подогрева 6—i4 квт\ масляное
наполнение 20 л, диаметр фланца со
стороны высокого вакуума 1 м, общая
высота насоса 3 м, вес I 300 кг (изгото-
витель Heraeus, Напац).
мощных выпрямителей ([Л. 16] рис. 5-3-6,
5-3-6А, 5-3-6-В, Б-3-4В) и их внутренних дета-
лей (защитных экранов анодов, охлаждаю-
щих систем); сеток для анодов выпрямителей
(рис. 5-3-7); сеток и экранов выпрямителей
с ртутным наполнением и накаленными като-
дами (р.ис. 5-3-8); баллонов для охлаждаемых
воздухом и наполненных благородным газом
ртутных тиратронов с оксидными катодами
(рис. 5-3-9); экранирующих колпачков для
оксидных катодов прямого накала в освети-
тельных ртутных люминесцентных лампах низ-
кого давления; ртутных диффузионных насо-
сов (рис. 5-3-10 и 5-3-10А); токовводов к жид-
кой ртути в выпрямителях и переключателях.
Рнс. 5-3-11. Схема зажигания стеклянно-
го ртутного выпрямителя при помощи
струи ртути.
а — главные аноды; b — вспомогательный
анод; с — ввод катода; d — зажигающий
анод; е — управляемый магнитом желез-
ный поплавок; f — магнитная катушка, см
[Л. 36, 65].
§ 5-3]
Железо
185
Рис. 5-3-12. Зажигание ртутного выпрямителя путем по-
гружения специального электрода в ртуть, схема
[Л. 45].
а — зажигающий электроде вольфрамовым наконечни-
ком; b—ртутный катод; с — ввод тока зажигания; d —
подвижный железный якорь; е — катушка зажигания;
f— стеклянная оболочка зажигающего электрода.
Легкость высокочастотного нагревания
обеспечивает возможность 'быстрого подъема
температуры (графитовые аноды .из этих сооб-
ражений часто изготовляются с железным сер-
дечником, см. рис. 8-5-19) и приводит к луч-
шему обеэгаживанию очень маленьких или
экранированных железных электродов в слож-
ных электродных системах (концентрические
многосеточные лампы!).
Возможность перемещения внутренних де-
талей в электронных приборах с помощью
магнита. Это позволяет .изготавливать: вы-
тесняющие поплавки в ртутных переключате-
лях и вакуумных затворах (рис. 8-4-10); по-
плавки для зажигания струей и якор.и для
погруженных поджигающих электродов ртут-
ных выпрямителей (рис. 5-3-11 и 5-3-12); элек-
троды вакуумных переключателей (рис. 5-3-13);
бойки для вскрывания запаянных газовых бал-
лонов в вакууме (см. гл. 20); перемещаемые
электроды вакуумных экспериментальных элек-
тронных приборов.
Незначительная скорость испарения при
нагревании или при ионной бомбардировке
(катодное распыление) дает возможность при-
менить железо для: анодов электронных при-
боров; направляющих цилиндров и чашечек
рентгеновских трубок (рис. 5-3-14); электро-
дов ионных приборов (выпрямителей тлеющего
разряда, высоковольтных газосветных трубок,
ламп тлеющего разряда (см. гл. 20); высоко-
частотных ламповых 'индикаторов амплитуды
(рис. 5-3-15).
Рис. 5-3-13. Вакуумный выключатель для-слаботочного
реле; рычагом выключателя служит перемещаемая маг-
нитом пластинка из железа Оммет (изготовитель Sie-
mens).
Рнс. 5-3-14. Детали из чистого железа для накаливаемых
катодов рентгеновских трубок.
/ — экранирующие колпачки, фокусирующие электроды
и др. детали рентгеновских трубок, изготовленные из
жести Оммет методом глубокой вытяжки или выточен-
ные из компактных заготовок (изготовитель: Chirana,
Прага). Некоторые детали никелированы для предот-
вращения коррозии, а потом обезгажены в высокоча-
стотной печи. II —блок катода (для трубки с вращаю-
щимся анодом см. рис. 3-2-28, ill), изготовленный вплот.»
до спирали накала из чистого железа, изготовитель:
Siemens-Reiniger Werke).
Экранирование от магнитного поля земли
и других магнитных помех используется в ка-
тодных осциллографах [Л. 47].
Следующая специальная область примене-
ния железа — так называемые электровакуум-
ные стабилизаторы тока (бареттеры) (рис.
5-3-16). Они представляют собой вакуумные
Рис. 5-3-15. Лампа тлеюще-
го разряда—индикатор ам-
плитуды с прополочным
катодом из железа Оммет.
186
Черные и цветные металлы
(Гл. 5
Рис. 5-3-16. Железо во до род-
ные бареттеры.
/ — на i,3a, Ю — 30 в; II— па
1,1 а, 50 —150 в (изготовитель:
Siemens).
II
лампы, внутри которых, так же как в лампах
накаливания, смонтирована нить из чистей-
шего железа (переплавленное в вакууме элек-
тролитическое или спеченное). Эти лампы, на-
полненные водородом под давлением 30—
100 мм рт. ст., благодаря их своеобразным
вольт-амперным характеристикам '(рис. 5-3-17)
используют для стабилизации тока цепей нака-
ла при изменениях величины питающего на
пряжения [Л. 11, 15]. Рекристаллизация .нити,
которая происходит в бареттерах при высо-
Рис. 5-3-17. Характеристика же-
лезоводородного бареттера: пре-
делы области допустимых изме-
нений напряжения
Ко : иг. i : 3;
Чмин Кмакс
достигаемое постоянство регули-
руемого тока (гД): ±3%.’
ких рабочих температурах и снижает их срок
службы, привела к ,использованию .проволок из
спеченного железа с присадками (например,
окиси алюминия), задерживающими рекристал-
лизацию [Л 21]. Во время эксплуатации таких
ламп рекомендуется либо не превышать темпе-
ратуру а—у превращения железа (у чистого
железа 906° С), либо |использо.вать вместо чи-
стого железа сплавы NiFe, которые не обна-
руживают таких переходов [Л. 52]. При боль-
шой нагрузке характеристику таких ламп мож-
но улучшить использованием плоской желез-
ной ленты вместо круглой проволоки [Л. 52].
Стальные шарикоподшипники используют-
ся в рентгеновских трубках с вращающимися
антикатодами (см. рис. 3-2-28 и [Л. 70]).
Рис. 5-3-18. Металлические прием но-усилительные радиолампы с оболочками из углеродистой стали:
I— внешний вид; II— изображение, полученное при просвечивании рентгеновскими лучами.
§ 5-3]
Железо
187
Таблиц а 5-3-7
Вес отрезка О тонких стальных проволок длиной 200 мм различного диаметра d1)
(проволочные керны для навивки вольфрамовых спиралей)
С?800, .мг/200 мм d, мк G2uD» лиг/200 мм
1,93—1,97 39,80 6,36—6,49
1,97—2,01 40,20 6,49—6,62
2,01—2,05 40,60 6,62—6,75
2,05—2,09 41,00 6,75—6,89
2,09—2,13 41,40 6,89—7,03
2,13—2,17 41,75 7,03—7,17
2,17—2,21 42,15 7,17—7,30
2,21—2,25 42,55 7,30—7,44
2,25—2,29 42,90 7,44—7,59
2,29—2,33 43,30 7,59—7,74
2,33—2,37 43,70 7,74—7,90
2,37—2,41 44,05 7,90—8,06
2,41—2,45 44,40 8,06—8,22
2,45—2,50 44,80 8,22—8,38
2,50—2,55 45,25 8,38—8,55
2,55—2,60 45,70 8,55—8,72
2,60—2,65 46,15 8,72—8,90
2,65—2,70 46,60 8,90—9,08
2,70—2,75 47,00 9,08—9,26
2,75—2,80 47,45 9,26—9,45
2,80—2,86 47,95 9,45—9,64
2,86—2,92 48,45 9,64—9,83
2,92—2,98 48,95 9,83—10,0
2,98—3,04 49,45 10,0—10,2
3,04—3,10 49,90 10,2—10,4
3,10—3,16 50,40 10,4—10,6
3,16—3,22 50,90 10 6—10,8
3,22—3,28 51,35 10,8—11,0
3,28—3,34 51,80 11,0—11,2
3,34—3,40 52,30 11,2—11,4
3,40—3,46 52,75 11,4—11,6
3,46—3,52 53,20 11,6—11,8
3,52—3,59 53,70 11,8—12,0
3,59—3,66 54,25 12,0—12,2
3,66—3,73 54,75 12,2—12,5
3,73—3,80 55,25 12 5—12,8
3,80—3,87 55,75 12,8—13,1
3,87—3,94 56,30 13,1 — 13,4
3,94—4,02 56,85 13,4—13,7
4,02—4,10 57,40 13,7—14,0
4,10—4,18 57,95 14,0—14,3
4,18—4,26 58,50 14,3—14,6
4,26—4,34 59,10 14,6—14,9
4,34—4,43 59,70 14,9—15,2
4,43—4,52 60,30 15,2—15,5
4,52—4,61 60,90 15,5—15,8
4,61—4 70 61,50 15,8—16,1
4,70—4,80 62,15 16, 1—16,4
4,80—4,90 62,80 16,4—16,7
4,90—5,00 63,45 16,7—17,0
5,00—5,10 64,10 17,0—17,3
5,10—5,20 64,75 17,3—17,7
5,20—5,31 65,40 17,7—18,1
5,31—5,42 66,05 18,1—18,5
5,42—5,53 66,70 18,5—18,9
5,53—5,64 67,35 18,9—19,3
5,64—5,75 68,00 19,3—19,7
5,75—5,87 68,70 19,7—20,1
5,87—5,99 69,40 20,1—20,5
5,99—6,11 70,10 20 5—20,9
6,11—6,23 70,80 20,9—21,3
6,23—6,36 71,50 21,3—21,7
dt мк (т2О0‘ ’/200 мм d, mv
72,20 21,7—22,1 133,3
72,95 22,1—22,5 134,6
73,70 22,5—23,0 136,0
74,40 23,0—23,5 137,4
75,10 23,5—24,0 138,9
75,85 24,0—24,5 140,3
76,60 24,5—25,0 141,7
77,35 25,0—25,5 143,1
78,10 25,5—26,0 144,5
78,85 26,0—26,5 146,0
79,60 26,5—27,0 147,4
80,40 27,0—27,5 148,8
81,20 27,5—28,1 150,3
82,00 28,1—28,7 151,9
82,85 28,7—29,3 153,4
83,70 29,3—29,9 155,0
84,55 29,9—30,5 156,5
85,40 30,5—31,1 158,0
86,25 31,1—31,7 159,6
87,10 31,7—32,3 161,1
88,00 32,3—32,9 162,7
88,85 32,9—33,6 164,3
89,70 33,6—34,3 166,0
90,5 34,3—35,0 167,6
91,4 35,0—35,7 169,3
92,3 35,7—36,4 171,0
93,2 36,4—37,1 172,7
94,0 37,1—37,8 174,4
94,9 37,8—38,6 176,1
95,7 38,6—39,4 177,9
96,6 39,4—40,2 179,7
97,4 40,2—41,0 181,5
98,2 41,0—41,8 183,2
99,1 41,8—42,6 185,0
100,2 42,6—43,4 186,8
101,3 43,4—44,3 188,6
102,5 44,3—45,2 190,5
103,7 45,2—46,1 192,4
104,9 46,1—47 0 194,3
106,0 47,0—47,9 196,2
107,2 47,9—48,9 198,1
108,3 48,9—49,9 200,3
109,4 49,9—50,9 202,3
110,5 50,9—51,9 204,3
111,6 51,9—52,9 206,3
112,7 52,9—54,0 208,4
113,8 54,0—55 1 210,5
114,9 55,1—56,2 212,6
1 15,9 56,2—57,3 214,7
116 9 57,3—58,4 216,8
1 18,0 58,4—59,6 218,9
119,3 59,6—60,8 221,1
120,6 60,8—62,0 223,3
121,9 62,0—63,2 225,5
123,2 63,2—64,5 227,7
124,5 64,5—65,8 230,0
125,8 65,8—67,1 232,3
127,1 67,1—68,5 234,6
128,4 68,5—69,9 236,0
129 6 69,9—71,3 239,4
130,8 71,3—72,7 241,8
132,1 72,7—74,2 244,1
188
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Продолжение табл. 5-3-7
G1CC, -*«^/200 мм d, мк G2C0, мг/200 мм d, мк G200> мг/20Э мм d, мк
74,2—75,7 246,5 112,4—114,6 303,6 170,1—173,5 373,5
75,7—77,2 249,0 114,6—116,9 306,6 173,5—177,0 377,2
77,2—78,7 251,5 116,9—119,2 309,6 177,0—180,5 380,9
78,7—80,3 254,0 119,2—121,6 312,7 180,5—184,1 384,7
80,3—81,9 256,6 121,6—124,0 315,8 184,1—187,8 388,6
81,9—83,5 259,1 124,0—126,5 318,9 187,8—191,6 392,5
83,5—85,2 261,6 126,5—129,0 322,1 191,6—195,4 396,4
85,2—86,9 264,2 129,0—131,6 325,3 195,4—199,3 401,4
86,9—88,6 266,8 131,6—134,2 328,5 199,3—203,3 404,4
88,6—90,4 269,5 134,2—136,9 331,8 203,3—207,4 408,4
90,4—92,2 272,2 136,9—139,6 335,1 207,4—211,5 412,4
92,2—94,0 274,9 139,6—142,4 338,4 211,5—215,7 416,5
94,0—95,9 277,6 142,4—145,2 341,7 215,7—220,0 420,6
95,9—97,8 280,3 145,2—148,1 345,1 220,0—224,4 424,8
97,8—99,8 283,1 148,1—151,1 348,5 224,4—228,9 429,0
99,8—101,8 286,0 151,1—154,1 352,0 228,9—233,5 433,3
101,8—103,8 288,9 154,1—157,2 355,5 233,5—238,2 437,6
103,8—105,9 291,8 157,2—160,3 359,0 238,2—243,0 442,0
105,9—108,0 294,7 160,3—163,5 362,6 243,0—247,9 446,4
108,0—110,2 297,6 163,5—166,8 366,2 247,9—252,9 450,9
110,2—112,4 300,6 166,8—170,1 369,8
) d = 28.5 уGsoo [жк].
Стальные оболочки для приемно-усили-
тельных ламп (вместо стеклянных) временно
использовались в так называемых цельноме-
таллических электронных лампах (рис. 5-3-18),
от которых по техническим соображениям и
из-за высокой стоимости все же отказались
и в США, и в Европе.
Проволочные керны применяются для про-
изводства вольфрамовых спиралей ламп нака-
ливания. При этом температура формования
спиралей при использовании железных прово-
лочных кернов не должна превышать 1 100° С.
Такие проволоки при диаметрах менее 100 мк
изготовляются из стали, содержащей 0,5 %<
углерода, а при диаметрах выше 100 мк — из
порошкового железа. Их диаметр, как это при-
нято в промышленности, обычно выражают
весом отрезка проволоки длиной 200 мм, вы-
раженным в миллиграммах (см. табл. 5-3-7).
Более подробно см. § 3-1.
Цилиндры для изготовления впаев в стек-
ло (см. рис. 5-3-9). Более подробно см. гл. 30.
Проволока для впаев в специальные сорта
стекла. Более подробно см. гл. 30.
Тонкие диски из наиболее чистого желе-
за, укрепленные пугем отливки в вакууме
в медных держателях, применяют как зеркала
антикатодов для. получения характеристиче-
ского излучения К-серии железа в рентгенов-
ских трубках для кристаллографических изме-
рений. Получаемые длины волн по сравнению
с длинами волн при других материалах анти-
катодов см. табл. 5-4-9.
Термопары железо—молибден применяют-
ся для измерений в газоразрядных приборах
с ртутным наполнением (см. § 3-3, рис. 3-3-17).
Порошок карбонильного железа приме-
няют при изготовлении спаев металла и кера-
мики для металлизации керамических деталей
перед пайкой, а также в качестве присадки,
облегчающей нанесение на керамику порошка
молибдена методом спекания (подробнее см.
гл. 32).
ЛИТЕРАТУРА
1. Armco (Am. Roll. Mil. Co.) Middleton,
Ohio, USA, US—Pat., 940,784 und 940,785/1909
(Изготовление железа АРМКО).
2. A s s m a n n P., Eisen, in A. E. Van
Arkel, Reine Metalle, Berlin, 1939, S. 301—327.
3. ASTM — Standards, Part 1 A, Ferrous
Metals, Philadelphia, 1946.
4. Austin J. B. u. Rierce R. H. H.,
Physics 4 (1933), 409. Термическое расши-
рение карбонильного железа).
5. В а г г е г R. М., Diffusion in and
through Solids, Cambridge, 1940.
6. Baukloh W„ Giesserei 22 (1935), 406
(Подавление диффузии водорода путем али-
тирования железа).
7. BIOS—Report № 263, London, 1946 (Car-
bonyl—Fe); s. a. CIOS—Report XXIV—12.
8. В о г e 1 i u s G. u. L i n d bl о m S., Ann.
Phys. 82 (1927), 201 • (Диффузия водорода
в металлах).
9. Brunt Ch. Van u. R e i n s c h e i d E.,
Gen, El. Rev., 39 (1936), 128—130 (Пассиви-
рующие присадки к воде, использующейся для
охлаждения).
10. Bureau of Standards; Carbonyl Iron; J.
Franklin Inst., 211 (1936), 577, № 4.
11. Buschn H„ Ann. Phys., 64 (1921),
404 (Теория баретторов).
12. C h e v e n a r d, M. P., Rev. Nickel.
1932, S. 55 (Электрическое сопротивление же-
лезоникелевых сплавов).
13. Cleaves Н. Е. u. Thompson J. G.,
The Metal Iron, New York, 1935.
§ 5-3]
Железо
189
14. Cleaves Н. Е. u. Hiegel J. М.,
Properties of High—Purity Iron, Nat. Bur. of
Stand. Res. Pap. RP, 1472, Mai, 1942.
15. С о 1 e R. A. L. u. D a Lz e 11 D. D., El.
Comm., 18 (1939), 115—119 (Баретторы).
16. Cooper— Hewitt P., USA—Pat.
1, 007, 694/08/11 (Изготовление железных кор-
пусов выпрямителей).
17. Dallenbach W., Elektrotechn., Z.55
(1934), 89 (Вакуумное уплотнение металличе-
ских корпусов выпрямителей).
18. D а 11 е n b а сh W. u. Gerecke Е.,
Elektrotechn., 'Z. 57 (1936), 937—940, № 32
(Мощные выпрямители, не требующие непре-
рывной откачки).
19. Deck W., Brown-Boveri—Mitteilungen,
29 (1942), 202—204 (Поглощение газов желез-
ными корпусами мощных ртутных выпрямите-
лей).
20. Э с п е В., К н о л ь М., Технология
электровакуумных материалов, 1-е изд. Обо-
ронгиз, Москва, 1939.
21. Espe W. u. Schwarzkopf Р.,
DRP, 689, 060/1935/1'940 (Железная проволока
для бареттеров с присадками, препятствующи-
ми рекристаллизации).
22. Espe W., Hmoty pro elektrotechniku,
Praha, 1950; Werkstoffe der Elektrotechnik, Ber-
lin, 1954 (Табл. 8-10: железные керны для спи-
рализации вольфрама).
23. Е s р е W. in A g t е С., «Kurs praskove
metalurgie» (tschech.), Lehrgang fur Pulverme-
tallurgie, Praha, 1951.
24. F a s t J. D., Philips Techn. Rundschau,
7 (1942), 73—81 (Диффузия и растворимость
водорода в железе).
25. Fry Н., BIOS—Report, № 1183, Lon-
don, 1946 (Метод обнаружения течей в корпу-
сах мощных ртутных выпрямителей.)
26. F u 11 е г Т. S., Metals Handbook, Edi-
tion, 1948, 443—445 (Химические свойства же-
леза).
27. Gaede W., Z. techn., Physik 4 (1923),
337 (Стальные ртутные диффузионные насо-
сы).
28. G е h 1 h о f f G., Lehrbuch der technis-
chen Physik, Bd. Ill, Die physik der Stoffe,
Leipzig, 1928.
29. Griffiths, E. u. Hickman M. J.,
Trans. N—E Cst. Instn. Eng. Shipbrs, 59 (1943),
207 (Теплопроводность железа и сталей при
различных температурах).
30. G г u b е G. u. S с h 1 е с h t Н., Z. Elek-
trochem., 44 (1938), 413 (Эвтектика Ni-Мо).
31. Ham W. R. u. Sauter J. D., Phys.
Rev., 47 (1935), 337 A, № 4 (Диффузия водо-
рода в железе).
32. Н е a t h Н. R., Journ. AppL Phys.
3 (1952), 13—18 (Диффузия водорода, обра-
зовавшегося в процессе электролиза, сквозь
палладий и железо).
33. Н е m s 1 е у S. Н., Beama Journ., 41
(1937), 74—76 (Диффузия водорода сквозь
железную оболочку мощных выпрямителей).
34. Н u t с h е п s .1. Н. u. Packard D.,
El. Eng., 56 (1937), 37—40 und 66 (Изготовле-
ние корпусов газоразрядных приборов из не-
ржавеющей стали).
35. I. G. Farben, Ludwigshafen, BIOS
Report XXIV—12, London, 1946 (Получение
карбонильного железа).
36. Issendorff J. u. Jungmi ch 1 H„
DRP, 461, 320/26/28 (Устройство для зажига-
ния разряда в стеклянных ртутных выпрями-
телях).
37. К е п у о n R. L., Metals Handbook,
Edition, 1948, 423—434 (Свойства чистого же-
леза) .
38. К i е f f е г R. u. Н о t о р W., Ри1-
vermetallurgie und Sinterwerkstoffe 2. Aufl.,
Berlin—Gottingen—Heidelberg, 1948.
39. К i e f f e r R. и. H о t о p W_, Sinterei-
sen und Sinterstahl, Wien 1948.
40. Krais P., Werkstoffe, Leipzig, 1921.
41. Kraus A., u. Maile J. W., US-Pat.
1046081 (Отпаянные ртутные выпрямители с
железными корпусами).
42. Kuhl ew ein Н., Phys., Z. 31 (1930),
627 (Температуры магнитного превращения
сплавов железа).
43. Lehmann W., Brit. Pat., 404283/31/34
(Метод предотвращения образования ионов
водорода при водяном охлаждении железных
корпусов выпрямителей).
44. Lewkonja G. u. Baukloh W., Z.
Metallkde. 25 (1933), 309 (Диффузия водоро-
да в железе).
45. Linn A. (S. S. W.),DRP 567,471/30/33,
DRP 585, 350/30/33 (Погружаемый зажигаю-
щий электрод).
46. Livingston О. W. u. W а 1 k е г W. J-,
Gen. El. Rev., 41 (1938), 354—360 (Железные
корпусы ионных приборов).
47. L u b s z у п s ki G., Diss. Techn.
Hochschule, Berlin, 1933 (Экранирующее дей-
ствие железа и меди).
48. Marshall A. L. et al., J. Am. Chem.
Soc., 59 (1937), 1161 (Давление насыщенных
паров железа).
49. McMaster L. L. jr., Radio Eng., 15
(1936), 11—12 (Изготовление железных ано-
дов).
50. M e s s k i n W. S. u. Kussmann A.,
Die ferromagnetischen Legierungen, Berlin, 1932.
51. M i 11 a s c h A., Z. angew. Chem., 41
(1928), 832 (Карбонильное железо).
52. Mulder J. G., Philips Techn. Rund-
schau, 3 (1938), 74—79 (Бареттеры).
53. N. N, J. Am. Chem. Soc. 59 (1937),
1163 (Давление насыщенных паров железа).
54. N о г t о п F. J. u. Marshall A. L.,
Trans. Amer. Inst. /din. and Met., 156 (1944),
351—371 (Обезгаживание металлов).
55. О w e n E. R., BIOS FINAL Report
№ 276 (London, 1945), S. 12 u. Appendix 11
(Специальные марки железа для изготовления
деталей приемно-усилительных ламп).
56. Р о 11 е г Н. Н. Proc. Phys. Soc., 49
(1937), 671—678 (Электрическое сопротивле-
ние чистого железа).
57. Powell R. W., Proc. Phys. Soc. Lond.
(5), 46 (1934), 659 (Теплопроводность и элек-
трическое сопротивление железа).
58. Remscheid Е. J., The water cooled
steel tank rectifier corrosion problem; El. Eng.,
60 (1941), 173—178.
59. Riebbeck F„ Z. Physik, 38 (1926),
725, 39 (1926), 798 (Удельное электросопро-
тивление железоникелевых сплавов).
60. S с h 1 е с h t L. et al., Z. Elektrochem.
37 (1931), 485 (Спекание карбонильного железа).
61. S ch w a r z e nb r u ch H. A., Ann.
190
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Phys. (5), 17 (1933), 385 (Магнитные демпфе-
ры).
62. S i е j е h о 1 m G., Ann. Phys., 10
(1931), 178 (Электронная эмиссия железа).
63. S k а и р у F., Metallkeramik, 3. Aufl.,
Berlin, 1943.
64. S m i t h е 11 s C. J. u. R a n si e у С. E.,
Proc. Roy. Soc., bond., 150 (1935), 172 (Диф-
фузия газов в металлах).
65. S.—S.—W. (Siemens—Schuckert—Wer-
ke): DRP, 589, 526/28/33 (Зажигание разряда
в ртутных выпрямителях).
66. Т a m m a n п G., Lehrbuch der Metall-
kunde, 4. Aufl., Leipzig, 1932.
67. Thompson J. G. u. Cleaves H. E.,
Journ. Res. Nat. Bureau of Stand., 16 (1936),
105—130 (Получение, и свойства чистого же-
леза).
68. Т о d d Н. С., Radio Eng. Sept., 1932,
S. 18 (Железо «Свеа»).
69. U liman n F., Enzyklopadie der tech-
nischen Chemie, 5, Aufl., Wien, 1930.
70. U n g e 1 e n к A., Fortschr. Rontgenstr.,
49 (1934), 166 (Вращающиеся антикатоды).
71. Wald schmidt E._ Metall, 8 (1954),
749—758 (Проницаемость железа для водоро-
да).
72. W е b е г A. u. Herrmann G., DB
Pat 856, 668/1940/1952; DB Pat 893, 234/1938/
1953 (Железо «Е» для .высоковакуумных при-
боров) .
73. Wendt К.. Kruppsche Mh., 3 (1922),
133; 6- (1925), 29 (Алитирование железа).
74. Werkstoff—Handbuch, Stahl und Eisen,
Dusseldorf, 1927.
5-4. МЕДЬ
[JI. 3, 6, 7, 9, .10, 14, 22, 25, 29, 81, 84]
Обогащение руды и получение металла
(см. также [Л. 32]). Получение меди из ее руд
(Северная и Южная Америка, Восточная Азия,
Африка) 1производится сравнительно сложным
методом. Руды, которые содержат сульфиды
или чистую медь, обычно обрабатывают пу-
тем обжига, восстановления и плавки; руды,
содержащие окислы — мокрым способом (хи-
мическими методами). Продуктом такой обра-
ботки является еще значительно загрязненная
сырая медь, которая наряду с 98—99%. меди
содержит различное количество тяжелых ме-
таллов (Zn, Fe, Ni, Pb, As, Sb, Sn, Bi, Au,
Ag, Pt). Сырую медь очищают или электро-
лизом .или рафинированием в расплавленном
виде. В вакуумной технике используется
исключительно электролитическая или пере-
плавленная из нее медь, отличающаяся высо-
кой частотой.
Для электролиза сырую медь отливают
в пластины, которые подвешивают в качестве
анодов в ванну с раствором медного купороса,
подкисленного серной кислотой. Катодом слу-
жит пластинка из очень чистой меди. При
соблюдении определенных условий (50° С. под-
держание состава ваниы путем циркуляции,
соответствующие состав электролита и плот-
ность тока) на катоде осаждается очень чи-
стая медь (так называемая Electrolytic Tough
Pitch Copper, сокращенно ETPC), в то время
как примеся других металлов переходят ча-
стично в анодные шламы, частично остаются
в растворе. Полученная таким способом медь
часто содержит кислород в виде закиси (медн.
Большие количества кислорода снижают точку
плавления, ухудшают (механические свойства
и проводимость чистого металла, а при отжиге
в атмосфере, содержащей водород, вызывают
образование мелких трещин («водородная бо-
лезнь», см. ниже). Поэтому для дальнейшего
употребления электролитическую медь снова
переплавляют (часто с добавлением раскисли-
телей) я отливают в слитки. Лучшая амери-
канская электролитическая медь содержит бо-
лее 99,9%. чистой меди (табл. 5-4-2); в виде
примесей присутствуют только 0,01—0,07%
кислорода и следы Sb, Zn, Sn, Si и Fe. Такая
медь не содержит Мп, Ni, Со, Bi и As
(табл. 5-4-3).
Удаление кислорода из меди нагреванием
в вакууме возможно только при таких темпе-
ратурах, при которых 'происходит значитель-
ное испарение меди. Однако если нагревать
медь в атмосфере окиси углерода, т. е. газа,
который не растворяется в меди и поэтому не
может в нее проникнуть, то медь выделяет
содержащийся в ней кислород, который в ато-
марном состоянии диффундирует на поверх-
ность металла и очень быстро образует
с окисью углерода углекислый газ. Выделение
кислорода в данном случае происходит пото-
му, что присутствие окиси углерода способ-
ствует удалению атомов кислорода с поверх-
ности металла, так как каждая молекула оки-
си углерода немедленно соединяется с абсор-
бированным атомом О с образованием СО2;
в вакууме же атомы кислорода образуют мо-
лекулы О2, адсорбированные на поверхности
меди. Это явление используют также и для
получения меди, абсолютно не содержащей
кислорода, так называемой меди OFHC (Oxy-
gen 'free high Conductivity104), для чего элек-
тролитическую медь без добавления раскисли-
телей (металлы или металлоиды, образующие
примеси!) снова переплавляют в свободной
от кислорода атмосфере смеси азота и' окиси
углерода (N2, так же как и СО, в меди яе
растворяется) в низкочастотной печи под слоем
графита. Расплав затем пропускают через
скруббер с электрическим обогревом, напол-
ненный защитным газом, в малые низкочастот-
ные индукционные печи, которые также напол-
нены защитным газом, имеют графитное по-
крытие и служат для отливки расплавленной
меди в охлаждаемые формы.
Медь отливают (всегда в защитной атмо-
сфере!) или в формы, располагаемые на кару-
сели, или в вертикальную охлаждаемую водой
изложницу, откуда она после затвердевания
извлекается и делится на отрезки нужного
размера. Полученная таким образом медь
имеет по сравнению с другими сортами много
преимуществ и, прежде всего, совершенно не
содержит кислорода и не подвержена водо-
родной болезни. Явление водородной болезни
заключается в том, что при отжиге в атмо-
сфере водорода относительно" легко проиикаю-
104 Производители: U. S. Metall. Refining Со., Car-
teret, New Jersey, США. Поставщики: Revers Copper
and Brass Incorp. New York; см. также (JI. 1, 12, 54, 56,
83, 85].
„ Таблица 5-4-1 <&> Свойства меди7)
Атомный вес 63,54 Атомный номер: 29 |~’
Удельный вес, у г/см3 Литая: 8,3—8,96; прокатанная: до 8,95 Содержание 0,03% кислорода снижает у на 0,01%
Температура плавления °C 1 083+0,1 99,92% Cu+0,04%Os 1 065/1 083(сол./ликв.)
Теплота плавления кал/г 50,6
Давление насыщенных паров мм- рт. ст. 805° С 10-’ 860° С 10-» 946°С ю-» 1 035° С 10-* 1 141° С 10~3 1 273° С ю-2 1 432° С ю-> 1 628° С 1 См. § 9-5-4 [Л. 49, 58]
Скорость испарения г/см2-сек 1,4.10-’ 1,3- 10-в 1,3-10-» 1,3- 10-е 1,2-10-» ,2-Ю-4 1,1-10-» 1,1 • 10-2
Временное сопротивле- ние разрыву8), ягВ кГ/мм3 Литая Отожженная Холоднотянутая Рис. 5-1-24-4; рис. 5-4-7
16—20 20—25; 22,5’) 40—49; 404)
Относительное удлине- ние % 25-15 50—30 4—2 Рис. 5-1-24-4; рис. 5-4-7 S
Предел пропорциональ- ности кГ/мм? 4—6 10—15; 9’) 30—45; 364) Рис. 5-1 -4 сг1
Ударная прочность кГ/смг ~ 0,01
Прочность на сжатие кГ/ммг 60
Прочность на изгиб кГ/мм1 14—28
Разрывная длина м 2 000—2 500
Длительная прочность кГ/ммг Рис. 5-1-5; рис, 5-4-10, рис. 5-4 по 10А ]Л. 17, 38]
Прочность на сдвиг кГ/мм2 20 (~0,8.«гВ) 30
Твердость по Бринеллю кГ/мм2 1.6 40—50 80—120 Рис. 5-1-1
Твердость по Роквеллу —. 40Е; 36Еа) 53—59В; 90—92-F4)
Модуль упругости кГ/мм* 11 700—12 600 12 200—13 000 Рис. 5-2-3
Модуль сдвига кГ/мм2 3 900—4 800
Глубина вытяжки по Эриксену мм Рис. 5-1-6
Продолжение табл. 5-4-1
Температура отжига °C 450—600 Порог рекристаллизации: 250—300s) Рис. 5-4-6А [Л. 40]
Удельная теплоемкость кал1г-град 20° С 0,092 600° С 0,103 1 000° С 0,112
Температурный коэффи- циент линейного рас- ширения 1)град 0—100° С 165-10-’ 25—300° С 177-10-’ 0—600° С 186.10-’ 0—800° С 193.10-’ Рис. 3-2-20
Теплопроводность (99,9% Си)1) кал 20° С 0,941 100° С 0,90 700° С 0,84 Си+ 0,04% Ог(20°С): 0,934 Си+ 0,02% Р (20° С): 0,81 Рис. 5-4-9 [Л. 19, 30]
см-сек^град
Удельное электрическое сопротивление2) ОМ' ММ21м Отожженная 20° С 0,017—0,018®) 500° С ~0,053 При точке плавления (1 083° С) Твердая 0,^1,2; жидкая: 0,213 Рис. 5-4-8, 5-4-8А, 6-3-1, табл. 5-4-4 [Л. 15]
99,94% Си + 0,02% Р (20° С): 0,0203
Температурный коэффи- циент электрического сопротивления 1/град 20° С 6,8-10-3 99,92% Си + 0,04% О2: 3,9.10-3(20° С) 99,94% Си + 0,02% Р: ~3-10-3(20— 200° С)
Электропроводность при 20° С м/ом-мм2 Отожженная: >57 Холоднотянут™ ((диаметр > 1 мм): >561 При прочности на разрыв Холоднотянутая | , < 1 мм): > 55/ >30 кГ/мм2 По VDE 0201 См. табл. 5-4-4
Черные и цветные металлы [Гл.
w
Продолжение табл. 5-4-1
-2200
Мощность излучаемой энергии emlcM? 27° С 0,005 227° С 0,11 1 227° С (расплав) 4,26
Излучательная способ- ность при Х=6 650А °/о 9303 С 9,6 1 080° С 11,7 1 100° С 15 (расплав) Си2О(1 100° С) 60
Отражательная способ- ность % при 5 500А: 61 См. табл. 4-3-1
Растворимость газов Нг см. рис. 9-2-1; О2 и SO2 см. рис. 9-2-2
Проницаемость для во- дорода Н-С.М3 дм2-ч-ат 400° С 0,041 500° С 0,29 600° С 1,3 700’ С 4,1 800’С 10,5 § 9-5-8 и рис. 5-2-8А [Л. 24, 77]
Характеристическое рентгеновское излуче- ние А См. табл. 5-4-9
Работа выхода электро- нов эв 4,46 [Л. 2, 53]
с^>
сл
Медь
’) Максимальное значение для очень чистой меди: Х>0 = 0,941 нал/см-еек-град.
2) Для электрического сопротивления Rp (ом-мм^/м) меди при высоких температурах Г (°C) справедливо отношение /?р = 0,0172 [1 + 0,0041 (Т—20) + 0,00300043 (Т—20)!].
’) Бескислородная медь (OCHF), отожженная (по данным [Л. 37]).
• ) Бескислородная медь (OCHF), обработанная без нагревания; степень деформации R = 70% (по данным [Л. 37]).
* ) Диаграмму рекристаллизации см. ]Л. 67].
°) Международное стандартное значение (IASC—International Annealed Copper Standard) удельного электрического сопротивления при 20° С равно 0,017241 om-mmI/m.
Данные о свойствах меди различных марок см, (Л. 14].
• ) Механические свойства бескислородной меди (OFHC) см. также [Л. 37, 38 и 74].
194
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Таблица 5-4-2
Стандартизированный состав торговых марок чистой меди (примеры анализов
меди в производстве см. табл. 5-4-3)
Марка Химический состав, % Примечание
Cu + Ag О р s Zn Hg
Раскисленная медь <99,90 — 0,025 — — — Раскисленная при- садкой фосфора к плавке
Медь „Еаке“ <99,90 — — — — — Содержание Ag око- ло 0,003»/о (=10 ун- ций jm)
Электролитиче- ская медь ЕТРС1) <99,90 (>0,04) (0,003) (0,03) — — Не содержит Ag
Медь OFHC-I бес- кислородная2) <99,92 <0,001 0,0003 <0,004 — — Число циклов при испытании на гиб. с перегибом < 4
Медь OFHC-П бес- кислородная3) <99,96 0,0000 0,0003 <0,004 0,0003 0,0001 Число циклов при ис- пытании на гиб с перегибом 10
Медь особо чистая с низким содер- жанием газов „GFHP“4) <99,993 0,0000 0,0000 <0,0001 Выплавленная и раз- литая в вакууме
’) Марка: Elektrolytic Zough />itch copper.
2) Марка; Oxygen free high Conductivity „regular" no инструкций ASTM (спец. В 170-47), включения CuaO ие
должны обнаруживаться под микроскопом при увеличении 75х.
Л) Марка: Oxygen free high Conductivity „certified" (включения CuaO ие должны обнаруживаться под микро-
скопом при увеличении 200х).
Л) Марка: Gas free high purity. Изготовитель: American Metal Comp.
щий в медь водород образует с присутствую-
щим кислородом водяные пары:
Cu2O + Н2 2Си + Н2О.
Эти пары вследствие незначительной скорости
диффузии создают давление порядка многих
тысяч атмосфер и вызывают образование
микроскопических пузырьков, из-за чего медь
становится губчатой и ломкой (см., например,
[Л. 52]). На микрофотографиях (рис. 5-4-1 по
5-4-4) ясно видна разница в поведении обыч-
ной электролитической меди и бескислородной
меди при отжиге в водороде. Само собой разу-
меется, что нечувствительность бескислородной
Рис. 5-4-1. Микроструктура обычной электро-
литической литой меди (сорт ЕТРС); (200-крат-
ное увеличение) [Л. 85].
меди к водороду сохраняется только в том
случае, если перед отжигом в водороде избе-
гают проведения какой-либо обработки, при
которой медь могла бы окислиться (напри-
мер, отжига иа воздухе при 900° С, рис.
5-4-6). Примеры анализов бескислородной
меди и в первую очеоедь специального сортэ
меди, особенно пригодного для производства
электронных приборов (обозначение: «OFHC—
certified» в отличие от «OFHC—regular»),
приведены в табл. 5-4-2 и 5-4-3.
Оправдал себя на практике весьма точный
метод определения количества кислорода
Рис. 5-4-2. Изготовленная из меди, изобра-
женной на рис. 5-4-1, проволока после 30 мин
отжига в водороде при 850" С (200-кратное
увеличение). Возникновение хрупкой струк-
туры вследствие восстановления СпаО-
(«водородная болезнь”) [Л. 85].
§ 5-4]
Медь
195
Рис. 5-4-3. Структура литой бескислородной}
меди OFHC (200-кратное увеличение) [Л. 85].
в 1меди и ее чувствительности к водородной
болезни путем испытания на гиб с перегибом.
Для этого медную ленту максимум 1,5 мм
толщины или медную проволоку такого же
диаметра 105 длиной примерно 20 см отжигают
в водородной печи 30 мин при 850° С, потом
охлаждают в водороде и часть ее зажимают
между двумя плоскими губками, края которых
закруглены, причем диаметр закругления при-
мерно в 2,5 раза больше диаметра проволоки
или толщины испытываемой ленты (рис. 5-4-6).
Рнс. 5-4-4. Проволока, протянутая из бескис-
лородной меди OFHC (см рис 5-4-3), после
30 мин отжига в водороде при 850° С. Безуп-
речное сцепление отдельных кристаллов:
отсутствие водородной болезни (200-кратное
увеличение) [Л. 85].
Свободную часть испытываемого образца по-
том перегибают на 180° в противоположных
направлениях (без скручивания или слишком
большого натяжения) между этими губками
с переменной скоростью изгибания до тех пор,
пока образец не разрушится. При этом счи-
тают один поворот испытуемого тела из вер-
тикальной плоскости на 90° и обратно за один
изгиб. Определенное таким образом минималь-
ное число изгибов для меди сорта OFHC —
regular равно 4, для меди OFHC—certified,
которую предпочитают при производстве элек-
тронных приборов, 10.
Рис. 5-4-5. Проволока, изготовленная из бес-
кислородной меди OFHC (см. рис. 5-4-3),
отожженная первоначально на воздухе в те-
чение 15 мин при 900° С, а затем 15 мин в во-
дороде при 800° С (признаки во дородно й^бо-
лезии на границах раздела некоторых кри-
сталлов) [Л. 85].
Включения закиси меди можно определить
на шлифах микроскопически,106 так как в по-
ляризованном свете она видна ъ виде малень-
ких частичек, обладающих отчетливой руби-
ново-красной окраской, а в обычном свете при
Ри с. Б-4-6. Приспособление для испытаний
бескислородной меди на гиб с перегибом
после отжига в водороде.
Во — испытуемый образец меди (круглая про-
волока илп лента жести), зажатая между
плоскими губками с округленными ребрами;
jBj, —тот же образец, перегнутый влево
или вправо.
200—500-кратном увеличении — голубоватой
окраской [Л. 11]. По существующим требова-
ниям вкрапления Си2О в меди OFHC — certified
не должны быть видны под микроскопом при
75-кратном увеличении, в то время как в меди
OFHC—certified вкрапления закиси меди не
,CG Более толстый материал необходимо перед
этим прокатать или протянуть до этого размера!
13*
108 Метод см. в конце раздела «Химические
свойства».
Химический состав меди различных марок!’),18) Таблица 5-4-3
Содержание, %
Элемент ЕТРС1) ЕТРС») ЕТРС+ +0,1 Ag») OFHC regular8) OFHC regular’) OFHC certified1’) OFHC11) OFHC») OFHC+0,1 Ag% GFHP1’) GFHP”) GFHP8)
Си 99,90—99,92 0,04 >99,9 99,95 98,98
0 (0,01—0,07) 0,03 0,02 >0,04 J <0,03 1 0,00045 0,0002 0,0002—0,0003 0,00004 <0,0001 0
S <0,003 0,002 0,001 — 0,0018 0,0023 0,002 0,002 0,0001 <0,0001 <0,0001
р — — — <0,00313) <0,003 0,0000 —. 1.) 16) — — <0,00005
As •) — —• <0,002 <0,002 0,0002 — ,6) 1.) 1 <0,001 <0,0001
Аи — — — — .— следы — 1 — —
Ag см. табл. 5-4—ЗА 0,002 0,086 — <0,06 0,0012i4) — 0,001 0,072 — <0,003 <0,00003
Fe Следы4) 0,0002 0,0002 — 0,0005 — 0,0002 0,0002 <0,002 <0,0005
Pb <0,005») ”) *’) —- <0,008 0,0006 0,0005 0,0003 0,0003 0,0001 <0,0001 <0,00005
Sb ’) ") ”) — Следы 0,0005 0,0008 0,0008 1 1 <0,0001
Bi <0,0016а) — — — Следы 0,0001 — !.) 16) —. Следы <0,0001
Se г) — — — — 0,0002 0,00013 .—. 0,00005 — <0,0001
Те — — — — 0,0001 0,0001 U) 16) 0,00005 .— <0,0001
Sn Следы — — — — 0,0001 — 1 , Следы <0,00005
Ni — 0,0003 0,0001 — — 0,0009 — — 1 1" — <0,0005 <0,0001
Zn Следы ’•) — — — — 1в) 1.) 1 Следы —
FI — — — — — — 0,00012 (Со: !•)) (Со: 1»)) 0,00001 <0,0001 —
N — —• — — — —- .— (Мп: !•)) (Мп: ’•) — <0,0001 —
Остаток (S1 следы) ч— — <0,005 <0,005 — — (Si: ")) (Si: 16)) — — С: <0,0008
Pi , ”) Анализ Haf. Res. Corp., по данным [Л. 41]. J й?огда Добавляется для облегчения обработки резанием. 12) Как и “) анализ слитка весом 100 кг, отлитого в вакууме. .( ъ м “1 Если содержание Р превышает 0,005%, то при впаивании в стекло образу- \„„,иян„ пРимеси Fe на механические свойства меди незначительно, но уже ется пленка окисла, который плохо схватывается со стеклом и может вызвать не- небольшие следы его вызывают ферромагнетизм. герметичность спая [Л. 60]. ’) Более высокое, чем указано, содержание РЬ затрудняет горячую прокатку меди. «) Около 10 г/т. ’а) Более высокое, чем указано, содержание Bi вызывает ломкость меди. “) По данным [Л. 4]. °) Значительно снижает электропроводность, специально вводится в медь, ис- ») Не обнаруживается. пользующуюся не для электротехнических целей, а для повышения ее прочности *’) Бескислородную медь (подобную OFHC) изготовляют в настоящее время и и жаростойкости. европейские фирмы: Elmores Metall AG, Schladern/Sieg и Wieland-Werke AG под мар- « г п За? ше яя темпеРатуры рекристаллизации меди. кой ,HLOS“ (Hohe Leitfahigkeit, Ohne Sauerstoff), т. e. .бескислородная с высокой > iio данным [Л. ouj. электропроводностью"). J. преДельного состава европейской меди OCHF. *») Сокращенные названия марок меди, принятые в оригинале, расшифрованы ) Анализ Amer..Metal Corp, меди OCHF, особенно пригодной для вакуумной в примечаниях к табл. 5-4-2 (Прим. ред.). техники (по данным [Л. 41]).
о
О
Черные и цветные металлы [Гл.
СП
§ 5-4]
Медь
197
должны быть видны даже при 200-кратном
увеличении.
Еще более чистую медь получают пере-
плавкой и отливкой бескислородной меди в ва-
кууме. Этот способ хотя и использовался уже
раньше [Л. 13, 68], ио в последнее время (см.
[Л. 80]) был полностью усовершенствован
(отливка слитков до 200 кг в вакууме при
10—3 мм рт. ст.). Насколько полню можно
освобождать обычные сорта бескислородной
меди от примеси газов путем переплавки в вы-
соком вакууме, видно из анализов этих сор-
тов («gas free high purity copper», сокращен-
но GFHP—Си), которые приведены в табл. 5-4-3.
Переплавленная в вакууме и тщательно
очищенная от газов и окислов медь полностью
устойчива против водородной болезни.
Отсутствие кислорода в меди имеет осо-
бое значение с точки зрения ее применения
для изготовления таких деталей ламп СВЧ,
которые подвергаются пайке в защитной атмо-
сфере водорода или смеси его с азотом.
Очень чистую мадь можно также полу-
чить металлокерамическим методом. При этом
ее часто прессуют и спекают (при 610° С)
одновременно [Л. 73]. Временное сопротивле-
ние разрыву такого материала достигает при-
мерно 26 'кг/мм2.
Содержание в меди менее 0,2% серебра
мало влияет на ее механические и электриче-
ские свойства (табл. 5-4-4), но несколько по-
вышает температуру .рекристаллизации
(табл. 5-4-ЗА и рис. 5-4-6А) и способствует
образованию более мелких зерен (см. §6-3-1В).
Скорость ползучести меди марки ЕТР с при-
садкой 0,1 %, серебра при 225° С такова же,
как и меди той же марки без примеси серебра
при 130° С.
Во многих случаях к расплавленной меди
для раскисления и повышения твердости до-
бавляют марганец, бериллий или фосфор. В то
время как с точки зрения вакуумной техники
присадка бериллия не является вредной, хотя
она значительно понижает электро- и тепло-
проводность (см. § 6-3,1), медь с присадкой
марганца и фосфора можно использовать толь-
ко при определенных условиях. Так, марган-
Таблица 5-4-ЗА
Влияние присадки серебра (О.ОЭ’уЬ1))
на температуру, отжига меди [Л. 4, 23]
Марка меди Т емпература отжига, при которой в течение 1 ч происходит 50%-ное снятие внут- ренних напряжений в прокатанном без нагрева материале
Степень * деформа- ции 50% Степень деформа- ции 25%
Электролитическая медь Электролитическая медь 225° С 240° С
с присадкой Ag . . . 340° С 365° С
Бескислородная медь . . Бескислородная медь с 300° С 325° С
присадкой Ag . . . . 345° С 360° С
1 700—850 г серебра иа I tn меди (0,09—0,1% Ag).
цовистая медь (с . 0,5—1%, Мп) используется
только в виде колец для цоколей или гильз,
тогда как фосфористую медь (так называемую
медь Кр, содержащую примерно 0,04% Р)
нельзя использовать, особенно для изготовле-
ния выводов, так как она обладает плохим
сцеплением со стеклом (см. раздел «Техниче-
ское применение»), не говор я уже о том, что ее
электропроводность значительно снижается.
Определение удельного электрического сопро-
тивления, которое обычно повышается уже
относительно малым количеством примесей
(кроме безупречного с точки зрения вакуумной
-техники серебра), является вообще простей-
шим практическим способом оценки чистоты
меди. Так, например, у образцовой меди
(Standard) содержание 0,05%, As снижает про-
водимость уже на 14%; 0,05%, Fe — на 19%
и 0,05%, Р — на 30%. Ориентировочные вели-
чины электропроводности различных марок
меди представлены в табл. 5-4-4.
Рис. 5-4-6А. Зависимость продолжительности отжига t, необходимой для 50%-ного снятия внутренних
напряжений в электролитической (ЕТРС) и бескислородной (OFHC) меди, не содержащих присадок
(------), или с присадкой 0,1% Ag (----), от степени деформации R и температуры отжига Т ГЛ. 41
(см. также рнс. 2-4).
198
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Таблица 5-4-4
Электропроводность^меди различных иарок по сравнению с международной
величиной электропроводности стандартной (образцовой) меди
Марка меди Относительная про- водимость (IACS)1), % при 20° С Электропроводность, м[ом-мм2 при 20° С Удельное электри- ческое сопротивление при 20° С, om-mmsIm
Раскисленная медь (99,94% Си4- +0,02 Р) Техническая медь • . Стандартная (IACS) медь ЕТРС (99,90% Си) OFHC (certified) (99,96% Си)... . GFHP (99,993о/о Си) 84,93 97,16 100,00 101,59 101,85 103,06 49,26 56,35 58,00 58,92 59,07 59,77 0,0203 0,017745 0,017241 0,016971 0,016923 0,01673s)
Относительная проводимость (IACS)
20° С 170° С
Отожженные образцы Нагартованные образцы. Степень деформации 50% Отожженные образцы Нагартованные образцы. Степень деформации 50%
етрс-13) . . ; . ЕТРС+0,1% Ag3) OFHC3) OFHC+OJo/o Ag3) >) International A one a lung Copper Stand 8) По данным [Л. 80]. См. также [Л. 63] 8) По данным [Л. 4]. 102,3 101,9 102,3 102,0 ard. 99,7 99,5 100,5 97,8 63,7 63,5 63,9 63,9 (130° С: 69,4) 62,9 63,1 62,4
Механическая обработка. Электролитиче-
ская медь и еще более вязкая бескислородная
медь благодаря их высокой пластичности хо-
рошо куются, прокатываются, штампуются и
вытягиваются даже в холодном состоянии,
что очень важно для вакуумной техники. При
обработке, как и у большинства металлов,
Рис. 5-4-7. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву относительного удлинения 8s, и размеров зе-
рен d электролитической меди—ЕТРС при комнатной
температуре от температуры отжига Tv длительностью
30 мин.
возникает упрочнение (см. рис. 5-1-1 и 5-1-2).
Межоперациоиный отжиг меди в соответствии
с ее рекристаллизационными свойствами
[Л. 40, 67] производят при 600—650° С в ней-
тральной атмосфере107. Детали, приготовлен-
ные для монтажа в электронную лампу, обыч-
но также очищают в водородной печи (650° С
детали из бескислородной меди) или в вакуум-
ной печи (около 550° С) для уменьшения коли-
чества посторонних газов (за исключением
кислорода). Более высоких температур приме-
нять не следует, так как происходящий при
этом рост зерен (рис. 5-4-7) значительно сни-
жает пластичность (так называемый «пере-
жог») .
Уменьшение относительного удлинения при
отжиге видно из рис. 5-1-3 и 5-4-7.
Подробности о методах прокатки, протяж-
ки и обработки меди давлением см. [Л. 48].
Обработка резанием чистой меди из-за ее
мягкости и пластичности более затруднитель-
на, чем никеля, и может производиться только
с большими допусками.
Для механической обработки деталей, раз-
меры которых должны быть точно выдержаны,
например, массивных медных анодов магнетро-
нов 108, можно рекомендовать такую последо-
вательность [Л. 181. Вначале медные детали,
имеющие твердость по Бринеллю около
70 кг!ммг, обрабатывают резанием, затем про-
изводят отжиг для снятия деформации при
300° С в течение 4 ч, после чего доводят дета-
ли до требуемых размеров, причем сверла и
резцы (например, для изготовления прорезей
в анодах магнетронов) должны иметь режу-
щие кромки из твердых сплавов (см. § 9-1).
Обработку меди рекомендуется произво-
дить быстрорежущей сталью или инструментом
ие Азот или окись углерода; медь, не содержа-
щую закиси меди, можно отжигать также и в водо-
роде, при этом следует тщательно удалить с поверх-
ности н металла следы смазки. Защитные газы не
должны содержать серы.
108 На рис. 6-4-12 изображен анод, изготовленный
не из массивиой (медной ваготовки, а из большого
числа деталей, штампованных из листа и посеребрен-
ных, которые затем с применением точных калибров
припаивают к внутренней стороне медного кольца.
§ 5-4]
Медь
199
специальной формы из твердых сплавов (см.,
например, {Л. 51]) с использованием охлаж-
дающих эмульсий, не содержащих серу, при
скорости 0,4—0,8 м!сек,0® Введение таких
присадок, как 11% РЬ, 0,5% Те или 0,6% S,
хотя и устраняет все трудности при обработ-
ке резанием, тем не менее неприменимо в ва-
куумной технике из-за высокого давления
паров этих элементов. Введение .1—2,5% бе-
риллия хотя и возможно, но не дает такого
эффекта, как перечисленные выше присадки.
Другие 'методы механической обработки
меди описаны в § 9-1.
Медь является очень хорошим материалом
для изготовления литых деталей, используе-
мых в вакуумной технике. При соблюдении
определенных мер предосторожности доста-
точно чистые и плотные литые детали по-
лучали ранее на воздухе (например, при
производстве анодов рентгеновских трубок).
В качестве исходного материала использова-
лась электролитическая медь, которую пла-
вили в тиглях из графита. Чтобы расплавлен-
ный металл не поглощал газов, его покрывали
защитным слоем (порошок древесного угля,
бура). Непосредственно перед отливкой в гра-
фитовые формы к расплаву добавляли незна-
чительное количество раскислителей (Mg,
сплав. ВеСи). Чтобы получиА (плотные отлив-
ки, необходимо было вращать формы во время
охлаждения меди. С точки зрения вакуумной
техники следует предпочитать литье в вакууме,
когда порошкообразную бескислородную медь
без присадки раскислителей плавят в вакууме
и разливают в графитовые формы (см.
рис. 9-3-49). Полученные таким методом от-
ливки обладают высокой плотностью и не со-
держат газов. При соблюдении определенных
температурных условий (1800° С) и длитель-
ности процесса образуются очень крупные
кристаллы или даже монокристаллы [Л. 31],
которые характеризуются особенно хорошей
теплопроводностью и непроницаемостью для
газов. - .
Физические и механические свойства (см., ‘
например, [Л. 74]). Основные свойства меди
приведены в табл. 5-4-1. Она дополнена ри-
сунками, ла которые сделаны ссылки в по-
следнем столбце таблицы.
Отожженная медь заметно деформируется
уже при относительно низких температурах
(даже при комнатной температуре) и малых
нагрузках (рис. 5-4-10 и 5-4-10А)). Она не
имеет явно выраженного (предела текучести,
поэтому временное сопротивление, определяе-
мое при обычном кратковременном испытании
на растяжение, становится тем меньше, чем
дольше .продолжается испытание.* 110. Поэтому
не рекомендуется подвергать медные детали
электронных ламп сколько-нибудь длительной
механической нагрузке при повышенной темпе-
ратуре. Далее, как видно из хода кривой зави-
симости относительного удлинения от темпе-
ратуры, приведенной на .рис. 5-4-1, не следует
™ Для меди, содержащей Те шли S, или лату-
ни: 1,5—3,5 м]сек.
110 На рис. 5-1-4 приведены кривые зависимости
временного сопротивления разрыву и относительного
удлинения от температуры, полученные при длитель-
ных испытаниях.
Рис. 5-4-8. Сравнение зависимости удельного электри-
ческого сопротивления меди р от температуры Т с ме-
таллами, обладающими хорошей проводимостью (7)
и с хуже проводящими металлами и сплавами (II). См.
также рис. 6-3-1.
производить обработку при температуре выше
.ЧОО0 С, так как в этом интервале температур
медь менее пластична.
Давление насыщенных паров и скорость
испарения меди относительно велики, пример-
но в 10 раз больше, чем никеля (см. рис. 9-5-4).
Поэтому рабочая температура медных деталей
200
Черные и цветные металлы
[Гл. Е
Рис. 5-4-8А. Зависимость удельного электросопротивления р и удельной элек-
тропроводности Д меди при комнатной температуре от содержания металличе-
ских примесей тп (в % вес.) и следов раскислителей [Л. 62J. См. также рис. ь6-3-1.
в электронных лампах обычно не должна
превышать 500—550° С.
С точки зрения .вакуумной техники очень
выгодным свойством меди является ее боль-
шая плотность, препятствующая диффузии га-
зов, что позволяет использовать для изготов-
ления отпаянных электронных приборов
Рис. 5-4-9. Сравнение зависимости теплопроводности X
от температуры Г чистой меди и других имеющих зна-
чение в вакуумной технике материалов [Л. 30].
сравнительно тонкостенные медные баллоны
В -мелкозернистых медных литых деталях
однако, иногда наблюдается заметная диф-
Рис. 5-4-10. Зависимость скорости ползучести afe ото
жженной (—-------) и холоднотянутой на 40% первона
чального сечения бескислородной меди (—------) npi
различных температурах Гд от нагрузки с [Л. 37, 38]
Рис. 5-4-10А. Зависимость удлинения Д/// прн ис-
пытании на ползучесть отожженной меди от
длительности нагружения t при различных на-
грузках с и температурах Уд [Л. 601-
§ 5-4]
Медь
201
фузия возникающих при электролизе атомов
водорода (ухудшение вакуума в охлаждае-
мых водой рентгеновских трубках). Тянутый
материал хорошего качества совершенно гер-
метичен в условиях кратковременного нагрева-
ния на воздухе при атмосферном давлении
даже .при температуре 650° С (обезгаживание
анодов генераторных ламп при красном кале-
нии!). Высокая теплопроводность меди делает
возможным осуществление хорошего охлажде-
ния водой или интенсивным потоком воздуха
сильно нагруженных электрически поверхно-
стей медных электродов, граничащих с возду-
хом (см. раздел «Техническое применение»).
С другой стороны, высокая теплопровод-
ность в совокупности с незначительным удель-
ным сопротивлением сильно затрудняют свар-
ку медн 1методом сопротивления (точечную или
роликовую сварку), особенно сварку толстых
медных пластин. Тонкие медные пластины
можно сваривать электроламп из вольфрама
или молибдена. Предварительное лужение по-
верхности деталей значительно облегчает свар-'
ку. Необходимо ’ заметить, что олово обла-
дает значительно более низкой точкой плавле-
ния, но несмотря на это, что очень выгодно,
относительно мизкнм давлением насыщенных
парой (более низким, чем серебро, см.
рис. 9-5-4). Сварка меди в стык осуществляет-
ся сравнительно легко, но требует применения
большой мощности в течение короткого вре-
мени.
Для соединения медных деталей не реко-
мендуется применять атомно-дуговую сварку.
Дуговая сварка тонких лент '(толщиной менее
0,8 льи) возможна при условии применения
угольных электродов, но представляет все же
значительные трудности. Более толстые ленты
(толщиной более 2 мм) удается сваривать ней-
тральным ацетилеио-кислородным пламенем,
однако во избежание образования пористых
или содержащих закись меди швов пламя
должно содержать в избытке не только газ,
но и кислород.
Наилучшим методом соединения (и полу-
чения герметичных швов) меди с медью или
с другими металлами является пайка твер-
дыми припоями, которая производится в водо-
родных печах с применением бескислородной
меди без использования флюсов. Подходящи-
ми для этого припоями являются прежде .всего
эвтектический припой AgCu (72/28) с точкой
плавления 779° С, припой AuCu (81,5/18,5)
(с наименьшей точкой плавления 800° С) при-
пой AuCuAg (42/55/3) от 940 до 960° С, при-
пой CuSi('97/3) с интервалом плавления 970—
1025° С, а также припой из чистого золота,
который используется для диффузионной пай-
ки при низких температурах (450—500° С,
[Л. 20]). Медь можно достаточно прочно
спаять с вольфрамовыми деталями, применяя
твердый припой AuCu (80/20) путем 5-ми-
нутного нагревания в водородной печи прн
920° С [Л. 11]. Для получения герметичных
спаев меди с железом железо следует пред-
варительно покрывать слоем меди, а по-
том припаивать к Си эвтектическим при-
поем AgCu при 5-минутном нагревании до
840° С. Припоя, содержащие фосфор, в при-
сутствии оксидных катодов вследствие высо-
кого давления насыщенных паров фосфора н
опасности отравления можно использовать
только на холодных, не подвергающихся ион-
ной или электронной бомбардировке участках,,
а также для пайки внешних деталей электрон-
ных ламп. В этом случае для пайки на гото-
вых электронных лампах и вблизи стек-
лянных деталей применяют фосфорный припой
с наименьшей температурой -плавления, напри-
мер СиР (91,6/8,4)—714° С или CuAgP'
(85/15/5) с точкой плавления 640—740° С.
Более подробно см. § 9-3, VI и (Л. 20].
Химические свойства. В табл. 5-4-5 опи-
сано взаимодействие чистой меди с наиболее
важными химическими соединениями, приме-
няющимися в вакуумной технике.
Сухой воздух при атмосферном давлении
и комнатной температуре ие взаимодействует
с медью. Влажный воздух, содержащий угле-
кислый газ, действует на ее поверхность, со-
здавая на ней зеленые налеты основного кар-
боната меди. Это относится в особенности
к отожженной меди. При нагревании выше
200° С в атмосфере кислорода происходит
окисление поверхности (появляются цвета по-
бежалости). Это явление необходимо учиты-
вать при активировке оксидных катодов в лам-
пах с медными внутренними деталями, так
как выделяющийся во .время этого процесса
кислород связывается медью, а впоследствии
при высокой температуре освобождается и
может отравить активированные катоды.
При нагревании меди в чистом Н2 она
поглощает водород (см. рис. 9-2-1). Если медь
содержит некоторое количество Си2О одно-
временно наблюдается описанная выше водо-
родная болезнь. В чистой меди N2, СО и С02
не растворяются [Л. 69].
Кислоты реагируют с медью только в при-
сутствии кислорода. Поэтому при комнатной
температуре соляная и серная кислоты на ме-
талл почти не действуют. В противополож-
ность этому азотная кислота, поскольку она
является сильным оксилителем, бурно реаги-
рует с медью с образованием окислов азота
(особенно сильное растворение происходит при
концентрации кислоты 25%; в концентрирован-
ной НЬЮз с плотностью 1,54 наблюдается
пассивирование поверхности меди). Специаль-
ное протравливание поверхности (так назы-
ваемое блестящее травление) применяется для
обработки тех медных деталей, которые долж-
ны быть посеребрены, как это часто необхо-
димо при изготовлении электронных прибо-
ров СВЧ. Такие детали погружают на 2—
3 сек в ванну для предварительного травления,
а затем тотчас же промывают обычной водо-
проводной водой и погружают на 2—3 сек
в раствор для блестящего травления. После
этого деталь сейчас же ополаскивают водой и
непосредственно за этим подвергают электро-
литическому серебрению. Составы таких элек-
тролитических ваин приведены в табл. 5-4-6,
в которой также приводятся данные о составе-
электролита для матового травления медных
деталей.
Для травления медных деталей непосред-
ственно перед монтажом в вакуумные приборы
часто применяют смесь соляной кислоты и
бихромата калия К2Сг2О7, так как травление
в обычной хромовой смеси приводит к пас-
сивированию поверхности меди. Тонкие мед-
202
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Таблица 54-5
Химические свойства меди
Реактив
Характер взаимодействия
Вода
Морская вода (холодная)
Кислота серная: разбавленная и концентриро-
ванная, не содержащая растворенного воздуха1)
Кислота соляная концентрироваииая, не со-
держащая растворенного воздуха1)
Кислота азотная, холодная и горячая:1)
разбавленная
концентрированная
Царская водка (1 ч. HNOa-f-3 ч. НС1)
Плавиковая кислота
Смесь 1 ч. HF-f-1 ч. HNO3
Хромовая кислота
Аммиак и соли аммония
Растворы едких натрия и калия
Четыреххлористый углерод СС14
сухой
влажный
Т рихлорэтилен:
сухой
влажный
Практическй не действует
Действует незначительно
Холодная: практически не действует
Горячая: действует очень слабо
Быстрое растворение (особенно 25%-иая)
Пассивирование поверхности
Растворяет
Не действует
Быстрое растворение
Действует
Быстрое растворение, особенно в присут-
ствии кислорода
Незначительное взаимодействие
Не действует
Незначительное взаимодействие
Не действует
Незначительное взаимодействие
Воздух Сухой
20е С Влажный с содержанием угле-
кислого газа
Влажный с содержанием, серы
Не действует
Поверхностная коррозия [2CuCO,-Cu(OH)2]
Поверхностная коррозия [CuSO4-3Cu(OH)2]
Воздух (кислород) выше 130° С
Пары воды
SO2; СО2
H2S (влажный)
Ртуть и ее пары
Пары щелочных металлов
Сера твердая (вулканизированная резина)
Появление цветов побежалости, с ростом
температуры образуется красная закись меди
(Си2О), а затем черная окись меди (СиО)
Окисление при высоких температурах
Не действуют
Действуют
Медь амальгамируется и приобретает хруп-
кость
Не взаимодействуют с неокисленной поверх-
ностью меди, но реагируют с окислами
Быстро действует (медную проволоку защи-
щать лужением!)
, ") О применении смеси HNOa и HaSO< см. табл. 5-4-6.
ные колпачки и трубки с заостренными кром-
ками, применяющиеся для изготовления спаев
со стеклом, травят в 2 %-ной серной кислоте,
насыщенной медным купоросом (СиЗОгбНгО).
При химическом «декапировании» (удале-
нии поверхностных окислов и пленок после
обработки) медных деталей, особенно штенге-
лей, которые после откачки сваривают в хо-
лодном состоянии (см. § 9-3, III), рекомен-
дуется следующая последовательность опера-
ций: погрузить на 5 мин в серную кислоту,
10 сек промывать в воде, иа 2—3 мин погру-
зить в хромовую смесь, хорошо промыть в во-
де, прополоскать в спирте и высушить в по-
токе теплого воздуха. Другой рецепт [Л. 46]:
на 5 мин погрузить в разбавленную соляную
кислоту, затем промыть водопроводной во-
дой, на 3 мин погрузить в хромовую смесь
(100 г, хромовой кислоты в 1 л дистиллиро-
ванной воды +7 см3 концентрированной сер-
ной кислоты), промыть в дистиллированной
воде, ватем механически очистить внутренние
поверхности и тотчас же изолировать их от
доступа воздуха, чтобы предотвратить кор-
розию.
Особую трудность представляет восста-
новление внутренних окисленных поверхностей
медных деталей (внешние аноды, впаиваемые
диски), окисленных при соединении с дета-
лями из легкоплавкого стекла, в уже смон-
тированных электронных лампах. Эти окислы
удаляют во время прогревания приборов в пе-
чи следующим образом: после откачки элек-
тронных приборов на откачном посту и про-
гревания их во внешней печи примерно до
200° С в установку вводят пары метилового
спирта (СНзОН) под давлением около 50 мм
рт. ст. и при отсоединенных насосах нагре-
вают приборы в печи примерно 1 ч при тем-
§ 5-4]
Медь
203
Таблица 5-4-6
Растворы для травления медных деталей1)
Немецкий рецепт:
А. Предварительное травление:
1 Л 65%-ной азотной кислоты, 10 см3 * дымя-
щей 37%-ной соляной кислоты
Медные детали погрузить в раствор на
2—3 сек3) и немедленно промыть в проточ-
ной воде
Б. Блестящее травление
500 см3 65%-ной азотной кислоты
500 см3 концентрированной азотной кисло-
ты1 2)
10 см3 дымящей 37%-ной соляной кислоты
5 а сажи
Детали погрузить в раствор’) на 2—3
сек и сразу же промыть в проточной дистил-
лированной воде. Если после этого на по-
верхность детали электролитически наносят
слой другого металла, то еще влажную де-
таль погружают в электролитическую ван-
ну, в которой наносят покрытие (например,
серебро нли золото).
Американский, рецепт:
А. Предварительное травление
400 см3 азотной кислоты (уд. вес 1,40 г/см3)
300 см3 концентрированной серной кислоты2)
(уд. вес 1,83 г/см3), 5 см3 соляной кислоты
(уд. вес 1,16 г/см*), 295 см3 воды
Детали погрузить в раствор’) и промыть
в проточной воде
Б. Блестящее травление
240 см3 азотной кислоты (уд. вес 1,40 г/см3)
600 см3 коицентрировавной серной кислоты
(уд. вес 1,83 г/см3)
20 см3 соляной кислоты (уд. вес 1,16 г/см3)
130 см3 воды
Детали погрузить в раствор3), тщатель-
но промыть в проточной воде*), а затем в
водном растворе цианистого натрия (15—30 г
NaCN на 1 л НгО5 111), промыть в воде н вы-
сушить
С. Матовое травление
650 см3 азотной кислоты (уд. вес 1,4 г/см3)
350 см3 концентрированной серной кислоты (уд. вес 1,83 г/см3)
120 г сернокислого цинка, технического
Медные детали погрузить в раствор, поддерживаемый при температуре 80° С. потом
промыть в проточной воде, в этиловом спирте и высушить.
1) Азотная кислота ускоряет травление, серная кислота—замедляет.
s) Серную кислоту следует осторожно и небольшими порциями вливать в азотную, а не наоборот.
3) При комнатной температуре.
*) Иначе в дальнейшем при промывании в цианистом натрии образовался бы ядовитый цианистый водород.
s) Для удаления пятен, которые иногда остаются от кислоты.
в) Используется только после блестящего травления и сушки медных деталей для получения матовой по-
верхности.
пературе 400—450е С. Пары при 450° С отка-
чивают 1П, после чего заливают в ловушку, на-
ходящуюся между насосом и прибором, жид-
кий воздух и начинают обычную откачку. Но и
без такого восстановления можно с помощью
паров метилового спирта получить вполне чи-
стую от окислов медную 'поверхность, если
медные детали электронного прибора допу-
скают обработку при . температуре около
550° С. Для этого при изготовлении электрон-
111 Вследствие чувствительности масляных насо-
сов к парам метилового спирта 'рекомендуется в дан-
ном случае использовать ртутные диффузионные на-
сосы. Даже в циклах предварительной откачки для
защиты масляных насосов предварительного разре-
жения от паров спирта необходимо снабжать их ло-
вушками с жидким воздухом, присоединенными на
шлифах, причем ловушку после откачки каждой оче-
редной партии ламп следует удалять и очищать. На-
сосы, наполненные углеводородными маслами, которые
долгое время откачивали пары метилового спирта, как
показывает опыт, не обеспечивают получении высоко-
го вакуума и должны быть наполнены новым маслом
(с насосами, наполненными силиконовыми маслами,
подобные опыты еще не производились).
ных приборов используют тугоплавкое стекло
и откачивают самую печь до нескольких мил-
лиметров ртутного столба, чтобы колбы элек-
тронных ламп, находящихся на откачном по-
сту, не разрушались под действием атмосфер-
ного давления.
Едкие калий и натрий при нагревании
действуют на медь незначительно; в противо-
положность этому аммиак растворяет медь
очень быстро, особенно при беспрепятствен-
ном доступе кислорода. Ртуть амальгамирует
медь очень быстро, при этом медь становится
хрупкой (желательно защищать медные впаи
в стекло в ртутных лампах!).
В тех случаях, когда от применения меди
нельзя отказаться, даже несмотря на присут-
ствие паров ртути (например, при изготовлении
охлаждающих устройств), рекомендуется по-
крывать ее поверхность, а также, если они
имеются, и швы, выполненные припоем AgCu,
слоем никеля.
Твердая сера также легко взаимодействует
с медью, поэтому, например, в уплотнениях
204
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Таблица 5-4-7
Основные преимущества и недостатки меди как материала для деталей
электровакуумных приборов с точки зрения технологии и конструирования
приборов
А. Преимущества Выводы
А1 Очень низкое электрическое сопротивле- ние (см. также п. В4) Широкое применение для различных вво- дов, особенно при высоких частотах, воз- можность серебрения для уменьшения пере- ходного сопротивления в контактах цоколя
А2 Очень высокая теплопроводность (см. также п. В4) Возможность охлаждения медных дета- лей водой или воздухом
АЗ Высокая вакуумная плотность Использование для изготовления сравни- тельно тонкостенных оболочек, сопри- касающихся с атмосферой
А4 Незначительное растворение газов (за исключением кислорода), см. также п. В5 Сравнительно незначительное выделение газов в вакууме
А5 Легкость обработки давлением Легкость изготовления глубокотянутых баллонов, трубок, колпачков и переходов для спаев со стеклом
А6 Достаточно высокая температура плавле- ния Возможность пайки (герметичные швы) в атмосфере водорода или в вакууме
А7 Легкость образования сплавов с сереб- ром, никелем, золотом, железом и их спла- вами (ковар, NiFe, монель)
А8 Нечувствительность к водороду (только у бескислородной меди)
А9 Отличная растворимость окислов меди в стекле, хорошее и прочное прилипание за- киси меди СпгО к меди в отсутствии фос- фора Возможность изготовления очень прочных, герметичных впаев тонких медных цилиндров в тугоплавкое и легкоплавкое стекло без специального подбора температурных коэф- фициентов расширения обоих материалов. Необходимым условием является отсутствие фосфора в меди
А10 Высокая дуктильность при низкой тем- пературе (в сочетании с п. А9 это—преиму- щество, см., однако п. В2)
АП Легкость плавки и отливки в графито- вых тиглях Изготовление отливок без раковин и с малым содержанием газов, а также соеди- нение заливкой деталей из тугоплавких вольфрама и молибдена
А12 Сравнительно высокая химическая устой- чивость по отношению к воде и воздуху при комнатной температуре Как в п. АЗ; при повышенных требова- ниях применяется нанесение слоя золота или серебра на поверхность деталей
А13 Сравнительно низкая стоимость Рентабельность дополнительных расхо- дов для производства бескислородной (OFHC) или переплавленной в вакууме ме- ди (GFHP)
§ 5-4]
Медь
205
Продолжение табл. 5-4-7
В. Недостатки Выводы
В1 Высокая скорость испарения Невозможность использования для силь- но нагруженных термически внутренних де- талей, охлаждаемых лучеиспусканием.
В2 Низкий предел текучести, большая склонность к текучести уже при сравни- тельно’ низких температурах (см. также п. А10) Невозможность приложения больших ме- ханических нагрузок к нагретым деталям, держателям и т. п.
ВЗ Большая вязкость (см. также п. А5) Обработка резанием затруднена
В4 Очень высокая ' теплопроводность при малом электрическом сопротивлении (см. так- же п. А1 н А2) Точечная и роликовая сварка затруднены
В5 Незначительная растворимость газов (см. п. А4) Отсутствие геттерных свойств (практи- чески только незначительное поглощение кислорода при испарении меди)
В6 Большая чувствительность к водороду (водородная болезнь) уже при незначитель- ном содержании кислорода Для целей вакуумной техники, особенно для пайки в водороде, может быть только бескислородная медь OFHC или OFHP
В7 • Чувствительность к ртути и ее парам Невозможность использования меди в ртутных газоразрядных приборах; при от- качке ртутными диффузионными насосами необходимо всегда использовать охлажда- емые жидким воздухом ловушки
следует избегать непосредственного соприкос-
новения меди с вулканизированной резиной.
Пары щелочных металлов незначительно дей-
ствуют на чистый металл, но реагируют с его
окисла ми.
Для устранения накипи с поверхности во-
доохлаждаемых медных анодов их нагревают
анодным током до 70° С и в течение 1 ч при
включенном катоде пропускают через охлаж-
дающую систему горячий ,(60°С) раствор фос-
фата натрия, после чего систему промывают
дистиллированной водой. Более толстые слои
накипи удаляют, протирая загрязненную по-
верхность анода тканью, смоченной в растворе,
который приготовляют, вливая 2 части
20%-ного раствора соляной кислоты в 8 частей
воды (не .наоборот!) {Л. 72]. Обработку про-
должают до получения чистой поверхности,
при этом следует избегать попадания раствора
на фланцы и переходы металл—стекло.
Для выявления очертаний кристаллов
при металлографическом анализе используется
травление шлифованной поверхности меди
мягким сукном, увлажненным свежеприготов-
ленной смесью равных частей NH4OH и
3%-ного раствора Н2О2. Потом медь снова
шлифуют, травят и еще раз шлифуют [Л. 11].
Рекомендуется также травитель, состоящий из
100 сл3 NH4OH, 40 см3 н2О2 (3%), 10 см3
20%-ного раствора КОН н 50 см3 Н2О, при-
чем присадка КОН препятствует образованию
пленок окислов *'2. Если требуется микроско-
пически определить только включения Си2О,
производить травление медиых шлифов не ре-
комендуется, так как это может привести
к разрушению включений.
Техническое применение. Кроме целого
ряда полезных свойств, важных для вакуум-
ной техники, которыми не обладает никакой
другой материал, медь имеет также ряд су-
щественных недостатков, которые необходимо
учитывать при конструировании электронных
приборов и в процессе их производства. Обзор
свойств, приведенный в табл. 5-4-7, дает
общее представление о достоинствах и недо-
статках меди как материала для конструиро-
вания электронных приборов. При производ-
стве электронных ламп следовало бы принять
за правило (особенно при учете требований
к новейшим электронным лампам СВЧ) вме-
сто обычной электролитической меди приме-
нять испытанную бескислородную медь. Реко-
мендуется даже не хранить электролитическую
медь на предприятиях, чтобы избежать дорого-
стоящих ошибок при ее случайном использо-
вании.
Медь поставляется ® виде стержней, про-
волоки, жести, а также в виде бесшовных
112 Другие рецепты протравливающих реактивов
для металлографических исследований (также и для
электролитического травления) см. [Л. 51].
206
Черные и цветные металлы
{Гл. 5
Таблица 5-4-8
Допуски на медную жесть и проволоку1)
Вид
изделия
Номинальная
толщина, мм
Допуск
Жесть
0,1
0,2
0,3
1,0
1,5
2,0
3,0
±0,01
±0,02
±0,03
±0,05
±0,05
±0,05
±0,05
Номиинальный
диаметр, мм
Допуск
Проволока
0,4 4-0,015
0,6 +0,02
1,0 +0,02
1,2 +0,02
1 В ГДР приняты следующие стандарты на изде-
лия из . меди:
D1NI766 и 1767 (диаметр, допуски, поперечное се-
чение и вес проволоки и прутков круглого сечения
диаметром от 0,1 до 50 мм), D1N 46450/53 (калиброван-
ная проволока), DIN48200/1 (диаметр, поперечное сече-
ние, вес и электрическое сопротивление проводов и
тин), DINI754 (размеры, допуски и вес трубок),
DIN1752 (толщина, ширина, длина и допуски жести),
DIN 1792 (то же для лент и полос).
трубок ‘почти любого размера. Обычные нор-
мализованные допуски для медной жести и
проволоки представлены <в табл. 5-4-8.
Ниже приводятся наиболее важные при-
меры применения меди ,в производстве элек-
тронных ламп (см. [Л. 16]).
Медные стержни и проволока.
Держатели электродных систем на мас-
сивных стеклянных ножках (рис. 5-4-11).
Соединительные многожильные провода
между вводами в ножку ламп и штырьками
цоколей. Чтобы предупредить чрезмерное окис-
Рис. 5-4-11. Спай медного штифта (1) со
стеклянным штабиком (4) с помощью сте-
клянной бусинки (<?); штифт (I) обернут
медной фольгой (2) [Л. 71].
1—медный штифт; его левая часть упло-
щена для скрепления с электродом, пра-
вая—выполняется в виде шарика; 2—
медная фольга толщиной 50 мк, оберну-
тая вокруг штифта как пружинящий
вкладыш для впаивания; 3—стеклянная
бусинка, спаянная с концом фольги; 4 —
стеклянный штабик, соединенный с од-
ной стороны с бусинкой, а с другой, на-
пример, со стеклом ножкн электронной
лампы.
Рис. 5-4-12. Детали магнетронов, изготовленные глав-
ным образом из бескислородной медн OFHC; на втором
плане собранный магнетрон без боковых дисков (см.
также рис. 4-5-1) (изготовитель: Paytheon^Mgf. Со.).
ление этих проводов .в газовом пламени во
время заварки приборов, их целесообразно
изготовлять в виде канатиков из отдельных
никелированных проволочек .(так называемый
канатик «Kulgrid», см. § 6-5,1)'.
Штырьки цоколя, которые у высокочастот-
ных электронных ламп часто серебрят
Охлаждающие держатели сильно нагру-
женных сеток, отводящие тепло (в электрон-
ных лампах). Так как медь не сваривается
с молибденом, но очень хорошо сваривается
с никелем, в качестве держателей витых мо-
либденовых сеток часто используют проволоку
из бескислородной меди, которая на толщину
около 10% от диаметра покрыта никелем (без
Zn!). Таким образом сочетают хорошую теп-
лопроводность меди со свариваемостью ни-
келя.
Сетки для отвода зарядов со стенок, на-
пример, в электронно лучевых трубках.
Медная жесть, ленты и фольга.
Медные сегменты и другие детали систем
электродов в коротковолновых магнетронах
(рис. 5-4-12), в большинстве случаев жестко
спаянные в водородной печи.
Катоды счетчиков Гейгера — Мюллера,
например, для f-нзлучения, для регистрации
фотонов (в этом случае медь активируется
разрядом в Н2 или в углеводородах, или же
покрывается слоем Са нли Mg) или для сред-
него и жесткого рентгеновского и у-излучсния
с энергией более 50 кэв.
Ленточные подвижные выводы для лен-
точных или витых токоподводящих пружин.
Ленточные ламели для подвода тока вы-
сокой частоты, например к управляющей сетке.
Фольга толщиной примерно 50 мк как
.прокладка для предотвращения разрушения
стекла при изготовлении впаев ([Л. 39], см.
также гл. 30 и рис. 5-4-11,2). Эта фольга из
электролитической образцовой меди в послед-
нее время поставляется толщиной до 3 мк
в виде лент шириной около 20 см и длиной
несколько метров, которые могут быть с обеих
сторон покрыты слоем Ag, Au, Ni, Sn или др.
[Л. 70]. Фольга, скрученная в трубку с пере-
§ 5-4]
Медь
207
Рис. 5-4-13. Использование
трубок из медной фольги для
предотвращения стягивания
штенгелей при производстве
ламп накаливания для карман-
ных фонарей. Слева положе-
I ие при заварке ламп: 1 —сте-
клянный баллон; 2 — платини-
товые вводы с приваренной
вольфрамовой спиралью 3;
4—стеклянный штенгель; 5—
свернутая в трубку медная
фольга, вложенная сверху в
штенгель; (5а—нарезанная
медная фольга; 5Ь—свернутая
медная фольга); 6—вращаю-
щийся керамический держа-
тель для отдельных деталей
во время заварки; 7— газовые
горелкн. Справа: заваренная
лампа со штенгелем. Лампа
затем откачивается, а штен-
гель запаивается.
крывающпмся, но не сваренным швом, необ-
ходимая для защиты конца стеклянного штеи-
геля от преждевременного запаивания во вре-
мя изготовления ламп накаливания для кар-
манных фонарей (рис. 5-4-13), когда для эко-
номии места стеклянный штенгель, оба токо-
вых ввода из платинита и стеклянный баллон
завариваются одновременно.
Медные трубки, баллоны, колпачки и пере-
ходы: цилиндрические аноды и переходы при-
меняются в генераторных лампах, охлаждае-
мых водой или воздухом [Л. 8, 28, 35, 36, 59,
65, 75, 78]. На рис. 5-4-14 показаны некоторые
типичные конструкции, на рис. 5-4-15 приве-
ден разрез современной коротковолновой гене-
раторной лампы с катодом из торированного
вольфрама и медным внешним анодом (К),
спаянным с переходом из ковара (Г) для со-
единения с тугоплавким стеклом (С);
рис. 5-4-16 изображает процесс производства
таких глубокотянутых медных анодов.
Наибольшая нагрузка таких медных внеш-
них анодов (при водяном охлаждении глад-
кой поверхности медной трубки) обычно дости-
гает 50—60 вт/см2\ при поверхностях с акси-
альными, тангенциальными или спиральными
фрезерованными канавками (наиболее выгод-
ный режим потока охлаждающей воды!) —
около 100 вт!см2. При охлаждении разбрызги-
ванием (повышенная турбулентность охлаж-
дающей жидкости) вместо обычного охлажде-
ния можно снизить температуру анода (при
одинаковой мощности, рассеиваемой на аноде
и одинаковом расходе охлаждающей воды)
примерно на 50° С [Л. 78]. Обычно расход
охлаждающей воды при температуре около
15° С равен примерно 1 л/мин на 1 кет рас-
сеиваемой мощности. Естественно, что для
предотвращения появления накипи необходи-
мо использовать тольку охлаждающую воду,
не содержащую солей кальция, или дистилли-
рованную воду, которую с помощью циркуля-
ционного насоса после охлаждения снова под-
водят к электронной лампе.
Испельзованию воды, протекающей через
охлаждающие каналы под давлением (4,2 атм),
позволило увеличить нагрузку медных анодов
коротковолновых электронных ламп до 500—
1 000 вт/см2 [Л. 76].
Температура охлаждающей воды на вы-
ходе не должна превышать 65° С. Охлаждае-
мые водой внешние аноды генераторных
ламп средней мощности, которые обычно-
изготовляются из медных тянутых труб или
колпаков с толщиной стенки 1,5—3 мм, как
показывает опыт, нельзя нагревать выше
100° С, так как иначе образуются пузыри па-
ров воды (легко обнаруживаемые иа слух).
У модуляторных ламп с фокусированным мощ-
ным пучком электронов это может привести
к местным перегревам, что облегчается воз-
никновением поверхностных островков из
плохо проводящих тепло окислов меди. Одно-
временно под действием возникающих пу-
зырьков пара начинаются механические ко-
лебания относительно тонкой стенки анода,
вызывающие соответствующие электрические
флюктуации (шумы в передатчике).
В последнее время выяснилось [Л. 5], что
при увеличении толщины стенки анода при-
мерно в 3 раза по сравнению с нормально ис-
пользуемой при образовании водяных паров
наступает такой быстрый теплообмен между
различно нагретыми участками анода, что
можно допустить кипение охлаждающей воды.
Мгновенное локальное возникновение водяных
пузырьков не происходит и благодаря этому,
а также вследствие большей прочности анода,
устраняются описанные выше механические ко-
лебания.
Профилирование поверхности анода, омы-
ваемой кипящей водой (рис. 5-4-17 и 5-4-17А),
позволяет добиться особенно сильной турбу-
лентности течения охлаждающей пароводяной
эмульсии. Если образующиеся пары воды
конденсируются и конденсат после охлажде-
ния под действием силы тяжести снова воз-
вращается к аноду, то удается не только из-
бежать применения необходимого в других
случаях циркуляционного водяного насоса или
Рис. 5-4-14. Генераторные лампы
ш
.208 Черные и цветные металлы
/—старая конструкция лампы мощностью 10 кет с во-
дяным охлаждением: /—медный кольцевой впай для
вывода сетки (диаметр 40 мм); 2 и 5 —внешняя и внут-
ренняя манжеты, защищающие медный кольцевой спай
анода (диаметр 60 мм); 4—медный внешний анод с
профилированной поверхностью (рубашка водяного ох-
лаждения снята): 5 —небольшой платиновый кольцевой
спай (диаметр 20 мм) для короткого вывода. // —со-
с внешним ме
временная конструкция лампы высокой частоты с дета-
лями из бескислородной меди. Слева общий вид лампы.
Справа: отдельные детали. 1—медный анод с профили-
рованной поверхностью: 2 —внутренний медный защит-
ный цилиндр; 3—медное кольцо для вывода сетки с за-
остренными кромками для соединения со стеклом; 4 —
медные выводы катода с напаянными коваровыми кол-
пачками. ///—охлаждаемая водой генераторная лам-
дным анодом, охлаждаемым водой.
па мощностью 160 кет (Inf. Standard Electric Corp.)-
IV —генераторная лампа мощностью 309 пет вып. 1935 г.
на 3 мгц с охлаждаемым водой внешним медным ано-
дом (Siemens) У— генераторная лампа с водяным
охлаждением RS 1001 W выпуск 1956 г. (Siemens). Ка-
тод из торированного вольфрама. Мощность прн
100 мгц 11 кет, при ЗЭ мгц 20 кет.
§ 5-4]
Медь
209
Рис. 5-4-15. Разрез коротковолновой лам-
пы с медным внешним анодом (Л. 21}.
А—медные вводы катода; В—медные
выводы сетки; Ли В— с помощью кол-
пачков из ковара впаяны в ножку лам-
пы С; £>—экран из никеля или молибде-
на; Е—пружина катода; F — коваровый
переход, припаянный к медному аноду К'.
G — молибденовые держатели катода и
нити накала; Н —сетка; J—молибденовый
Центральный штабик крепления катода;
К—анод (см. также рис. Б-4-1С). L—нити
накала катода: М—защитное кол_.цо
аиода, верхняя проточенная часть анода;
N—резьбовые соединения; О—медное
монтажное кольцо (см. также рис. 5-4-16),
крепящее весь узел пайки K — F—0 (см.
рис. 9-3-36А).
изолированной подводки воды113 (при охлаж-
дении 'проточной 'водой), но и 'по крайней мере
в 3 раза повысить мощность таких ламп
(рис. 5-4-17В и [Л. 5, 43].
Водяное охлаждение медных внешних ано-
дов обычно необходимо для генераторных ламп
мощностью выше 50 кет. Аноды генераторных
ламп меиьшей мощности рекомендуется охлаж-
дать воздухом. Воздушное охлаждение анодов
необходимо применять также в коротковолно-
вых и ультракоротковолновых электронных
лампах для уменьшения емкости лампы отно-
сительно земли. И излучающая поверхность та-
ких охлаждаемых воздухом медных анодов
(особенно при искусственном воздушном ох-
лаждении) увеличивается охлаждающими
ребрами, причем 'наибольшая рабочая темпера-
тура анода не должна превышать 300° С (нор-
мальная эксплуатация обычно при 180—
250° С) и температура охлаждающего воздуха
ш Обеспечение минимальных габаритов изолиро-
ванных водяных трубопроводов, как известно, требует
значительных конструктивных усложнений (длинные
трубы из изоляционного материала для подвода воды,
например керамические спиральные трубы). Иногда
такая система охлаждения может стать совершенно
неприемлемой, так как при тонкостенных анодах ламп
атомарный водород. 'Возникающий в результате элек-
тролиза, может диффундировать сквозь стенкн аиода
и этим ухудшить вакуум в приборе.
14—2200
Рис. 5.1ЫС. [Изготовление анодов из бескислородной
меди методом глубокой вытяжки [Л. 57].
а —исходная заготовка в виде диска диаметром 300 мм‘,
Ь,‘.с, d: три последовательные ступени вытяжки, диа-
метр 160—130 —100 мм (между отдельными операциями
производится отжиг в водородной печи), е — готовый
анод (в середине) с монтажным кольцом (слева) и впаи-
ваемым врстекло переходом из меди или ковара (справа).
Рис. 5-4-17. Радиовещательная генератор-
ная лампа, охлаждаемая кипением, так
называемый .Вапотроп" по данным [Л. 5]
(мощность 35 кет, анодное напряжение
12 кв, общий вес 15 кг, наибольшая до-
пустимая анодная нагрузка 60 кет) (из-
готовитель: Comp. Franc. Thomson —
Houston).
210
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Рис. 5-4-17А. Охлаждаемый испарением
генераторный триод RS 1031 Y (изгото-
витель: Siemens und Halske).
Рис. 5-4-17В. Внешние температуры двух
одинаково нагруженных и охлаждаемых
водой медных анодов с разной толщи-
ной стенки.
а—старый тип с толщиной стенки 3 мм
(большой градиент температур!); Ь—новая
конструкция с толщиной стенки 12 мм
(более благоприятное распределение тем-
ператур, значительно более низкие рабо-
чие температуры, следствием чего явля-
ется более высокая мощность и незначи-
тельное образование накипи).
150—250° С. Расход охлаждающего .воздуха
при хороших конструкциях достигает при-
мерно 1 м^/мин на 1 кет отдаваемой мощности
при нагрузках 50—60 вт/см2 и температуре
Рис. 5-4-17С. Мощная коротковолно-
вая лампа с катодом из тарирован-
ного вольфрама, медным внешним
анодом и пластинчатым медным ра-
диатором, охлаждаемая сжатым воз-
духом (изготовитель: Tesla, Прага,
тип RD20XF; мощность, рассеивае-
мая на аноде, 20 кет, /макс=25 мгц).
/ — радиатор; 2—направляющая на-
садка для сжатого воздуха
(30 м?/м1тн)\ 3—тугоплавкое стекло;
4—коваровые колпачки; 5—анод с
радиатором (насадка удалена). Под-
робнее см. [Л. 66].
анода 180° С. При откачке можно повысить
температуру анода на короткое время до
550° С (при дополнительном охлаждении верх-
них стеклянных частей воздухом).
На рис. 5-4-17С показан весьма эффектив-
ный радиатор дли воздушного охлаждения
медных анодов с устройством для распреде-
ления воздушного потока Радиатор состоит
из медных лент, припаянных по спирали пер-
пендикулярно к оси анода, и отличается весь-
ма малым весом. Анод лампы мощностью
§ 5-4]
Медь
211
Рис. 5-4-17D. Охлаждаемый сжатым воз-
духом генераторный триод с профилиро-
ванными ребрами радиатора [Л. 27]. (Из-
готовитель: Siemens und Halske, тип
RS 1001 L, мощность, как и у RS100I W,
см. рис. 5-4-14, V).
20 кет весит всего 2 кг. Подробнее об изго
товлении таких радиаторов см. [Л. 82]. Дру-
гая конструкция радиатора для охлаждения
анодов сжатым воздухом изображена иа
рис. 5-7-17D. Радиатор состоит из изогнутых
охлаждаемых ребер. Поскольку расстояние
между отдельными ребрами в каждом месте
одинаково, то скорость потока воздуха во
внутренних, более нагретых частях радиатора
во всяком случае не меньше, чем у менее на-
гретых внешних участков
Чтобы .предотвратить отражение теплово
го излучения сильно накаленных вольфрамо
вых катодов от внутренних стенок медных
анодов на стеклянные части и место их соеди-
нения с металлом, внутри верхней части мед-
ных анодов устанавливают защитные экраны,
на внутренней поверхности которых иногда де-
лают концентрические выемки (отражающие
излучение вниз).
Высокая пластичность тянутых анодов н
дисков позволяет также выдавить продольную
выемку в средней части анода (см.
рис. 5-4-18), благодаря чему можно значитель-
но уменьшить внутреннее сопротивление ва-
куумных диодных выпрямителей с вольфра
мовым катодом в виде раскаленной нити. При
изготовлении миниатюрных радиоламп иногда
также используют внешние охлаждаемые воз-
духом медные аноды [Л. 55], которые для
улучшения излучения покрывают черным
лаком.
Вакуумные конденсаторы на высокие рабо-
чие напряжения с вакуумом в роли диэлек-
трика и двумя медными цилиндрическими
электродами, которые через переходы в виде
медных колец с заостренными краями впаи
ваются в стекло (примеры конструкций см. на
рис. 5-4-19 и 5-4 20)
Трубки круглого или прямоугольного сече-
ния для водяного охлаждения внешних стенок
стальных вакуумных установок, к которым их
14*
паяют твердым припоем (см. рис. 5-3-4В и
5-3-10).
Эластичные мембраны и пружины для пе-
ремещения деталей, находящихся внутри ва-
куумных систем. Применяются в клистронах и
других приборах СВЧ для регулирования резо-
нансной частоты внутренних колебательных
контуров. Недостатком меди, однако, являет-
ся то, что после многократной деформации она
становится твердой и хрупкой. Поэтому вме-
сто меди для этих целей иногда применяют
сплав AgCu (95/5) (см. § 4-7), а при более
высоких термических нагрузках — монель-
металл (см. § 6-2,IV).
Керны оксидных катодов косвенного нака-
ла ([Л. 64] материал не должен содержать
марганец!).
Трубчатые оболочки бариевых газопогло-
тителей (геттер «Куба», см. § 8-2).
Рис. Б-4-18. Охлаждаемый водой внешний медный анод
вакуумного выпрямителя с вольфрамовым катодом
прямого накала, снабженный продольной канавкой для
снижения внутреннего сопротивления лампы.
I—поперечный разрез анода 1 — медный анод; 2—ка-
навка; 3—вольфрамовый катод II— внешний вид лам-
пы мощностью, рассеиваемой на аноде, 6 кет; Ua =
= 15 кв, 1а = 2 a, Ri = 100 ом. Расход воды 20 л/мин.
(изготовитель: Tesla, Прага, тип RA2YA). III—внеш-
ний вид генераторной лампы мощностью 20 кет. Ua = .
= 20 кв, la — 7а, Ri = 75 ом. Расход воды 60 л.чин
(изготовитель: Tesla, Прага; тип RA7YA),
212
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Рис. 5-4-19. Вакуумные конденсаторы с медными элек-
тродами, изготовленными путем глубокой вытяжки.
/ — внешний электрод конденсатора, охлаждаемый за
счет теплопроводности через сравнительно большую
внешнюю поверхность контакта; 2—второй электрод
конденсатора, внутренняя поверхность которого грани-
чит с воздухом; для более интенсивного охлаждения
можно применять сжатый воздух; 3—медные или ко-
варозые переходы для впаев в стекло; 4—участки пай-
ки твердыми припоями; 5 — контактные поверхности;
6—стеклянная оболочка; 7—кольцевой спай стекла.
Конструкция Г. 50 пф, пиковое напряжение 30 кв, ток
при интенсивном охлаждении до 209 а. Конструкция II:
109 пф, 35 — 50 кв, 200 а.
Трубки для откачки (штенгели) электрон-
ных ламп, особенно с металлическим балло-
ном; толщина стенки трубки около 0,5—1,5 мм,
внутренний диаметр 2—2,5 мм; трубки жестко
впаивают в стенку баллона, после чего их
внутреннюю поверхность подвергают химиче-
ской очистке (см. раздел «Химические свой-
ства»), дополнительно очищают механически
стальной щеткой пли сверлом и после этого
немедленно закрывают для предотвращения
доступа воздуха и коррозии. О заварке таких
штенгелей из меди в холодном или горячем
состоянии после откачки баллона см. [Л. 46]
и § 9-3,11.
Колпачки и переходы для соединения
стекла с металлом [Л. 34, 42, 60] в генератор-
ных и других мощных лампах. При этом не-
обходимо очень тщательно следить за тем,
чтобы используемая медь не содержала более
0,005% Р, так как в противном случае необ-
ходимый для изготовления герметичного спая
слой закиси меди не будет прочно удержи-
ваться на поверхности металла [Л. 83].
Пайка стекла с медными переходами, ча-
ще всего производится обычными газовыми
горелками, однако в отдельных случаях мо-
жет быть применен и высокочастотный нагрев.
Для того чтобы избежать трудностей, вы-
званных большим содержанием водорода в га-
зовом пламени (водородная болезнь!), недавно
был предложен метод работы с газом, содер-
жащим менее 2% водорода. При этом вместо
обычного газа попользуют окись углерода
(СО), к которой для повышения ее теплотвор-
ной способности добавляют небольшое коли-
чество ацетилена или паров бензола, а для
предохранения от возможности отравления
персонала вводят небольшие примеси пахучих
газов (Л. 44].
Литые детали из меди. Литые и подверг-
шиеся обработке резанием корпуса из бескис-
лородной меди для магнетронов (рис. 5-4 12),
которые должны быть изготовлены из не
магнитного и легко охлаждаемого металла
с хорошей электрической проводимостью.
Литые антикатоды или держатели анти-
катодов рентгеновских трубок: в большинстве
случаев литые в вакууме массивные полые
корпуса с водяным охлаждением для полу-
чения характеристического рентгеновского
излучения Си—Ка, например, для кристалло-
графических измерений. Корпуса, как пра
вило, герметично соединяют с переходами за-
Рис. 5-4-20. Вакуумные конденсаторы емкостью 25 —
500 пф с электродами из бескислородной жести и ко-
варовыми переходами для впаев в стекло (изготови-
тель: Tesla, Прага), типы (слепа направо): „ТС 002*.
.003“ и „005“; напряжение при испытании соответст-
венно 20, 12 и 30 к в ток нагрузки 40, 100 н 50 а)
§ 5-4]
Медь
213
остренными цилиндрами из меди .или ковара,
которые затем вплавляют в тугоплавкое стек-
ло баллона лампы. Для получения иного
характеристического излучения, чем у меди,
место падения электронов (так называемое
зеркало антикатода) покрывают электроли-
тически слоем кобальта или хрома или же
вкладывают тонкую пластинку из вольфрама,
молибдена или железа, служащую антикато-
дом, в верхнюю часть медного корпуса, укреп-
ляя ее затем заливкой в вакууме [Л. 13]. По-
скольку пленки окислов отсутствуют, эти зер-
кала находятся в отличном тепловом контакте
с охлаждаемым медным основанием (см., на-
пример, рис. 3-2-26 и § 9-3,VII). Длины волн
получаемого таким путем характеристического
К-излучеиия приведены в табл. 5-4-9.
Таблица 5-4-9
Длина волны характеристического
рентгеновского излучения меди
(К-серия) в сравнении с другими
материалами антикатодов трубок для
рентгеноструктурного анализа
Материал антикатода о Длина волны (А)
К в. К “а К ₽,
(W)' (0,213) (0,209) (0,184)
Mo 0,712 0,708 0,631
Cu 1,541 1,537 1,389
Co 1,789 1,785 1,617
Fe 1,936 1,932 1,753
Cr 2,289 2,285 2,081
Относительная ин- тенсивность 50 100 14
1 См. таил. 3-2-1.
Подробное описание установки для отлив-
ки в вакууме таких медных корпусов с анти-
катодными зеркалами из вольфрама приведено
в § 9-3,VII. Установка пригодна также для
лабораторного производства очень чистых
обезгаженных и отлитых .в вакууме медных
болванок. Впаиваемые в медные корпуса
вольфрамовые диски целесообразно предвари-
тельно покрывать слоем меди методом испа-
рения в вакууме или в водороде. Установка,
пригодная для этой .цели, показана на
рис. 9-4-10.
Литые детали из меди для приборов с по-
стоянной откачкой.
Роторы для рентгеновских трубок с вра-
щающимися анодами [Л. 26].
Твердые припои, содержащие медь. На-
пример, сплавы AgCu, AuCu, AuAgCu и
CuSi для изготовления соединений цельноме-
таллических электронных ламп, в особенности
СВЧ. Более подробно см. в § 9-3,VI.
Тонкие слои меди.
Фотокатоды счетчиков излучения. Полу-
прозрачные слои меди, нанесенные на поверх-
ность стекла испарением в высоком вакууме,
которые затем активируют этиленом, что со-
провождается образованием металлооргани-
ческих соединений.
Гальваническое покрытие медью металлов,
предназначенных для впаивания в стекло, на-
пример CrFe (см. табл. 6-1-6А и 6-1-17), воль-
фрама (см. табл. 6-5-6 и рис. 6-5-11) и др. (см.
табл. 9-4-3 и 9-4-4).
ЛИТЕРАТУРА
1. American Metal Comp., OFHS Copper,
Digest of References in the Literature, New
York, 1946.
2. A n d e г s о n P. A., Phys. Rev., 76
(1949),'388—390 (Работа выхода электронов
меди)..
3. ASTM Standards, Teil IB, Non ferrous
metals, Philadelphia, 1946 (Медь и ее сплавы;
бескислородная медь).
4. В е n s о n N. D. et al.; Journ. Inst. Me-
tals, 80 (1951), 131—142, 682—683 (Влияние
присадки серебра на температуру отжига
меди).
5. Beurtheret Ch., Revue Technique
CFTH, № 17 (Juli, 1952), 41—51; Electronics,
25 (1952), Heft 3, 403—,107 '(Охлаждение
медных рифленых анодов генераторных
ламп).
6. В 1 a z е у С., Austral. Eng., Febr., 1952,
S. 69-г74 (Медь и ее сплавы).
7. Borchers W., Das Kupfer, Halle
a. S„ 1915.
8. В о u m e s t e г H. G., Philips Techn.
Rev., 2 (1937), № 4, 115—121 (Генераторные
лампы с медными анодами).
9. Bureau of Standards, Circular № 73, Cop-
per, Washington, 1918.
10. Bureau of Standards, Circular 31
(Классификация марок меди).
11. Collins G. В., Microwave Magne-
trons, New York, 1948 (Испытание меди на
«водородную болезнь»; применение чистой
меди).
12. Cone Е. F., Met. and Alloys (1937),
33 (Получение бескислородной меди).
13. С о о 1 i d g е W. D., Journ. Roentgen
Soc., 15 (1921), 3787 (Заливка вольфрамовых
антикатодов медью в вакууме).
14. Copper Development Association, Clas-
sification of Copper and Copper Alloys; CDA
Publ. 36, 5 Aufl., 1952 (227 Seiten).
15. Crowhurst N. H., Electron. Eng., 22
(1950), 101—104 (Электросопротивление и вес
медной проволоки).
16. Dalzell R. С., Electronics, 22 (1949),
164—170 (Бескислородная медь для электро-
вакуумных приборов).
17. Davis Е. A., J. Appl. Meeh., 10
(1943), А101—А105 (Ползучесть бескислород-
ной меди).
18. Dorgelo Е. G., Vakuum-Technik, 5
(1956), Dezemberheft № 8, S. 177—189 (Обра-
ботка медных анодов магнетронов).
19. Е 11 i s W. С., М о г g a n F. L. и.
Sager G. F., Renssealer Polytechn. Inst. Bull.
Eng. Sci. Ser., № 71 (1938) (Теплопроводность
медн).
20.. Espe W., Slaboproudy obzor, 13
(1952), 155—165; Feinwerktechnik, 57 (1953),
309—319 (Пайка меди).
21. Espe W. u. Rokorny V., Slabo-
214
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
proudy obzor, 14ч(1953), 178—187 (Современ-
ные генераторные лампы с внешними медными
анодами).
22. Espe W., Slaboproudy obzor, 14
(1953), 337—353 u. 395—403; Nachrichtentech-
nik, 6 (1956), 355—364 u. 401—408 (Примене-
ние меди в вакуумной технике).
23. Everhart J. L.; Materials and Me-
thods, 38 (1953), № 6, S. 123—138 (Свойства и
применение меди).
24. Fast J. D., Philips Teohn. Rundschau,
7 (1942), 73—81 '(Диффузия и растворимость
водорода в меди).
25. Fox F. A., Copper and its Alloys, Ma-
chinery (London), 52 (1938), 39—43, № 1331.
26. Fujumoto U., USA—Pat. 1, 621,
926/22/23 (Рентгеновские трубки с вращающи-
мися анодами).
27. Ganswindt Н., DB Pat., 851,
986/1950/52 (Радиатор для охлаждения мед-
ных внешних анодов).
28. G е h г t s A. u. S е гп m A., Naturwiss.,
23 (1935), 587 (Генераторные лампы).
29. Goetz el С. G., Trans. Am. Soc. Met.,
27 (1939), 458—478 (Свойства бескислородной
меди).
30. Griffiths Е. u. Hickman M. J-,
Trans. N—E. Cst. Instn. Engrs. Shipbrs, 59
(1943), 207 (Теплопроводность металлов и гра-
фита при различных температурах).
31. Hausser К. W. u. Scholz Р.,
Wiss. Veroff. Siemens—Konz. (3), Bd. 5
(1927), 144 (Получение монокристаллов ме-
ди).
32. Н а у w а г d С. R., Copper—Techno-
logy in А. Е. v. Arkel, Riene Metalle; Berlin,
1939, S. 388—399.
33. H о c h s c h i 1 d, U. I., Electronics
Dez., 1944 (Бескислородная медь для коль-
цевых впаев в стекло).
34. Housekeeper W. С., Journ. AIEE,
42 (1923), 870—876 (Спаи меди со стеклом).
35. Н о u s е к е е р е г W. С., USA Pat.
1, 560, 690/23/25 (Медные внешние аноды).
36. Huth Е. F., G. m. b. Н., DRP, 492,
046/15/30 (Охлаждаемые медные внешние
аноды).
37. J е п к i n s W. D. u. D е g g е s Т. С.,
Journ. Res. Nat. Bur. Stand., 47 (1951), 272,
48 (1952), 313, 49 (1952), 167—186 (Механи-
ческие свойства бескислородной меди).
38. J е n k i n s W. D. u. D i g g е s Т. G.,
Journ. Res. Nat. Bur. Stand., 45 (1950), 153—
173 (Ползучесть бескислородной меди).
39. Karl О., DRP, 516, 310/28/31 (При-
менение вспомогательной медной фольги при
изготовлении стержневых впаев в стекло).
40. К а г п о р R. u. Sachs G., Z. Pnys.,
60 (1930), 464 (Рекристаллизация меди).
41. Коль В., Технология материалов
для электровакуумных приборов, пер. с англ.,
Госэнергоиздат, М.—Л., 1957.
42. Kruh О., DRP, 424,133/17/26 (Мед-
ные колпачки с заостренной кромкой для
впаев в стекло).
43. Lang G., Bull, schweiz. elektrotechn.
Ver. 44 (1953), 699 (Толщина стенок водоох-
лаждаемых внешних медных анодов).
44. Lenz К. DB Pat., 807, 710/1949/1951
(Изготовление спаев меди со стеклом в пла-
мени, обедненном водородом).
45. L i е s е г К- Н. u. Witte Н., Z. phys.
Chem., 202 (1954), 321 (Диффузия водорода
в меди).
46. Loh L. Т. et al.. Rev. Sci. Instr., 23
(1952), 339—341 (Заварка медных штенге-
лей).
47. L о г i g С. Н. et al., Met. u. Alloys,
9 (1938), 63—67, 72 (Механические свойства
меди при высоких температурах).
48. Luder Е., Elektrolytkupfer, Werk-
stoff der Elektrotechnik, Berlin, 1953.
49. M a r s h a 11 A. L. et al., J. Am.
Chem. Soc., 59 (1937), 1161 (Давление насы-
щенных паров меди).
50. Metals Handbook, Edition Cleveland,
1948, S-. 904—1909 ’.(Свойства и состав элек-
тролитической меди и раскисленной меди с
0,02% фосфора).
51. Metals Handbook, Edition Cleveland,
1948 (стр. 884—888: обработка меди давле-
нием, стр. 900, травление меди при металло-
графическом анализе).
52. Meyer, A., Pro—Metal, 2 (1949), 499—
502 (Водородная болезнь меди).
53. М i с h а е 1 s о n Н. В., Journ. Appl.
Phys., 21 (1950), 536—540 (Работа выхода
электронов различных химических элемен-
тов).
54. М i 11 е г Н. J., Metal Treatment, 1
(1935), 191—194 (Кислород в меди).
55. М. О. Valve Со., Brit. Pat., 378,
994/1931/1932, Brit. Pat., 389, 170 (1931) 1933
(Электровакуумные приборы с воздушным
охлаждением медного внешнего анода).
56. N. N., The Metal Industry (London),
40 (Juni, 1932), 617 (Получение бескислород-
ной электролитической меди).
57. N. N„ Electr. Com. Sept., 1951, S. 171
(Изготовление медных анодов глубокой вы-
тяжкой)
58. N. N., Journ. Am. Chem. Soc., 59
(1937), 1163 (Давление насыщенных паров
меди).
59. О s 11 u n d Е. М., Air Cooling Applied
to External Anodes Tubes; Electronics, Juni,
1940.
60. P a r t r i d g e J. H., Glass—to—Metal
Seals, Sheffield, 1949 (S. 26—27, 37 u. 56—
62). Спаи стекла с металлом, пер. с англ,
под ред. Р. А. Нилендера, «Советское ра-
дио», М., 1951.
61. Pawl ek F. u. M. Jann, Metall, 4
(1950), 263—266 (Влияние малых примесей
на электропроводность меди).
62. Р a w 1 е k F. et al., Z. Metallkde, 47
(1956), Heft 6 (Электропроводность меди, со-
держащей примеси).
63. Р a w 1 е k F. u. R е i с h е 1 К., Metall,
12 (1958), Heft 1, S. 1—6. (Электропровод-
ность металлов, содержащих небольшие ко-
личества примесей).
64. Philips, Franz. Pat. 764, 126/32/34
(Применение меди в качестве керна оксид-
ных катодов косвенного накала).
65. Р i с k е n W. I., Journ. Inst. El. Eng.,
88 (1941), 38—46 (Генераторные лампы с во-
доохлаждаемым медным анодом).
66. Р о к о г п у V., Slaboproudy obzor, 17
(1956), 687—690 (Конструкция мощного три-
ода СВЧ с воздушным охлаждением).
67. R о s s о w Е. u. Velde L., Z. Me-
§ 5-5]
Алюминий
215
tallkde, 12 (1920), 369 (Диаграмма рекри-
сталлизации меди).
68. Rohn W., Z Metallkunde, 21 (1929),
12—18 (Вакуумная плавка меди).
69. R б п t g е п Р. u. Moller F., Ме-
tallwirtsch., 13 (1934), 81, 97 (Растворимость
газов в меди).
70. Rothschild, М. N., Journ. Sci.
Instr., 27 (1950), 173 (Получение из электри-
ческой меди фольги, толщиной 3 мк).
71. Siemens u. Halske, DRP, 404,
096/1921/1924 (Спаи медной проволоки со
стеклянной бусинкой и их применение для
монтажа систем электродов на стеклянных
изоляторах).
72. Singer Ch. Н., Machlett Cathode
Press, Fall Issue, 1950, S. 13 (Удаление на-
кипи из системы охлаждения генераторных
ламп).
73. S k а и р у F., Metallkeramik, 4. Aufl.,
Weinheim a. d. В., 1950.
74. S m а г t J. S. in Metals Handbook,
Edition Cleveland, 1948, S. 903—904 (Свой-
ства чистейшей меди).
75. Smi thn F., Proc. I. E. E., Part HI,
96 (1949), 1—4 (Лампы с охлаждаемым
внешним анодом).
76. Smith P. T. u. Hegbar H. R.,
Proc. IRE, 36 (1948), 1348—1353 (Охлажде-
ние внутренних анодов генераторных ламп
СВЧ водой под высоким давлением).
77. S m i t h e 11 s C. J. u. R a n s 1 e у
С. E., Proc. Roy. Soc., Lond., 150 (1935), 172
(Диффузия газов в металлах).
78. S п i j d е г s M. J., Philips Techn.
Rdschau, 10 (1949), 240—247 (Охлаждение
медных внешних анодов генераторных ламп).
79. S р i t z е г Е. Е., Anode Materials for
High Vacuum Tubes; Engineering, 54 (1935),
str. 1246—1251.
80. Stauffer R. A. et al., Ind. and.
Eng. Chem., 40 (1948), 820—825 (Вакуумная
плавка и разливка медн).
81. Tefel W., Lehrbuch der Metallhiit-
tenkunde, 2 Bande, Leipzig, 1927 und 1929.
82. T r e s о h 1 a v у V., Slaboproudy ob-
zor, 17 (1956), 589; Ost. Pat., 187, 400/1951/55
(Спиральный радиатор из медной жести для
генераторных ламп с воздушным охлажде-
нием).
83. W е b s t е г W. R., Christie J. L.
и. Patt R. S„ AIME Trans., 104 (1933)
(Прочность сцепления Си2О с чистой медью
и с медью, содержащей фосфор).
84. Werksstoffhandbuch, Nichteisenmetalle,
Berlin, 1928.
85. Wyman L. L„ Gen. El. Rev., 37
(1934), 120—129 (Влияние кислорода на
свойства меди; водородная болезнь).
5-5. АЛЮМИНИЙ
[Л. 3 7, 8, 10, 17, .21, 28, 36, 38, 41]
Обогащение руды и получение металла.
Сырьем для получения алюминия в большин-
стве случаев служит боксит, который пред-
ставляет собой гидроокись алюминия с при-
месями железа и кремниевой кислоты.
Обычно в боксите содержится 55—62%.
А120з, до 28% Fe2O3, до 24%. SiO2 и 12—30%
Н2О. Основные месторождения бокситов нахо-
дятся на юге Франции, в Венгрии, Югославии,
СССР, Греции, Индии, США и Гвиане.
Сначала из руды получают чистую окись
алюминия, для чего руду после размола, суш-
ки и измельчения обрабатывают при 170° С
раствором едкого натра (46° Вё, уд. вес
1,468 г/см3) в автоклавах под давлением 6—
7 ат.
При этом окись алюминия в виде алюми-
ната натрия, образующегося по реакции
2NaOH + A1SO3 = NasAl2O4 + Н2О,
переходит в раствор, тогда как основная часть
содержащихся в боксите окислов других эле-
ментов остается в осадке и, таким образом,
отделяется. Находящийся в растворе алюми-
нат натрия разлагается под действием взве-
шенной гидроокиси алюминия по реакции
AlzO3-Na2O + 4Н2О = 2А1 (ОН)а + 2NaOH,
причем образующаяся гидроокись алюминия
содержит еще около 0,02%, SiO2 и 0,02% Fe2O3.
После тщательного удаления воды путем
кальцинации при 1 300° С в трубчатых вра-
щающихся газовых печах полученную окись
алюминия растворяют в расплавленном крио-
лите, для чего используют ванны, облицован-
ные графитом. Электролизом этого расплава
при 950° С получают металлический алюминий.
Графитовые стенки ваниы служат катодом, а
в качестве анодов используют погружаемые
в расплав графитовые цилиндры. Напряжение
постоянного тока на электролизерах состав-
ляет 5—6 в. Сила тока, проходящего через
каждую ванну, равна обычно 10 000—30000 а.
Выделенный раоплавлениый алюминий со-
бирается на дне ванны, откуда его время от
времени выпускают, а выделяющийся на
угольных анодах кислород сгорает с образо-
ванием СО2. Следует учитывать, что при слиш-
ком высокой температуре ванны (непосред-
ственно подогреваемой проходящим через элек-
тролит электрическим током) на угольных
электродах образуется карбид алюминия.
Для получения 1 т металлического алю-
миния необходимы 2 т А120з (т. е. 4 т бо-
ксита), 20 000 квт-ч электроэнергии и
420 рабочих часов.
Полученный таким путем сырой алюминий
для удаления механических загрязнений пере-
плавляется в печи (в тиглях, не содержащих
Si и Fe) и отливается в слитки. Из-за элек-
троположительности алюминия недопустима
его химическая очистка (удаление Fe и Si)
с применением окислителей. Из отлитых слит-
ков или штампуют специальными прессами
(при 400—500° С) стержни или прокатывают
их в холодном состоянии в жесть, причем
между операциями необходимо производить
кратковременный отжиг (примерно до 340—
360° С; диаграмму рекристаллизации см.
[Л. 27]). Обычно алюминий содержит 99,4% А1
и около 0,5—2% примесей (преимущественно
0,25—0,45% Fe и около 0,1% Si), в состав
216
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Рис. 5-5-1. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву предела текучести cq 2 и относительного
удлинения 5 алюминия при комнатной температуре от
степени деформации V (см. также рис. 5-1-2).
металла могут, кроме того, входить еще медь
и цинк114 (см. DIN 1712).
Для вакуумной техники этот материал не-
пригоден, в особенности если он содержит
легкоиспаряющиеся примеси, как, например,
цинк. Минимально допустимая степень чисто-
ты равна 99,7%. В табл. 5-5-2 приведены ре-
зультаты двух анализов (верхний и нижний
пределы целого ряда промышленных контроль-
ных измерений) алюминия ие очень высокой
чистоты, предназначенного для производства
вакуумных электронных ламп (материалы I и
И). При более высоких требованиях использу-
ются материалы со степенью чистоты, равной
по крайней мере 99,90—99,99%, полученные без
особых трудностей путем электролитического
рафинирования. Анализы таких материалов
приведены в табл. 5-5-2, где анализ материа-
ла III сообщается по данным [Л. 11], а мате-
риалов IV и V по данным [Л. 14] (так назы-
ваемый рафинированный А1, или «Super
Purity Al»). По данным спектрального анали-
за, в обоих сортах А1, кроме линий основного
металла, имеются только линии Fe, Si, Си, Mg
(содержание последнего меньше 0,0001%,).
Для ориентировочного контроля чистоты,
особенно на промежуточных операциях произ-
водства (закатка инородных тел, т. п.), удобна
проба протравливанием (чернение в 10%гном
едком натре; см. табл. 9-4-1).
Мелкий порошок алюминия, состоящий из
частичек неправильной .формы с шероховатой
поверхностью, получают путем перемешивания
расплавленного А1 во время охлаждения, тогда
как темно-серый, так называемый «атомизи-
рованный» порошок А1 получают распылением
расплавленного металла струей горячего воз-
духа или пара. Кроме того, в продаже встре-
чается также блестящий, состоящий из лисго-
114 В последнее время к металлургическому алю-
минию (прибавляют также TI -и Мп, чтобы повысить
его устойчивость прочив коррозии. Использование
Ti — Al для вакуумной техники в отличие от Мп—А1,
вероятно, полностью допустимо, однако примесь Ti
(так же, как Сг, Мп и V) сильно снижает проводи-
мость А1 уже при очень незначительном содержании.
Меньше влияет на проводимость Mg, который в по-
следнее время также стали добавлять к обычным
маркам алюминия, благодаря чему ползучесть метал-
ла снизилась примерно до Чю своего значения для
чистого алюминия '(см. рис. 5-5-3 [Л.-25]). О примене-
нии этого материала в вакуумной технике к настоя
щему времени нет данных.
образных частичек порошок алюминия (так
называется «алюминиевая бронза»), который
получают дроблением более крупных частиц
(в смазке) или перемалыванием на шаровых
мельницах в бензине с примесью стеариновой
кислоты. Таким порошки .перед использова-
нием в вакуумной технике (например, в каче-
стве восстановителей для геттеров) должны
быть очищены промыванием или перегонкой
в вакууме. При этом необходимо соблюдать
меры предосторожности из-за опасности взры-
ва. Более подробно о порошкообразном алю-
минии см. [Л. 12, 39, 41].
В последнее время (Швейцарская фирма
Aluminium—Industrie A. G.) прессованием по-
рошкообразного алюминия (так называемого
хлопьевидного А1 толщиной около 1X100 мк,
содержащего кислород) при комнатной темпе-
ратуре под давлением 20—50 кГ1ммг, спека-
нием на воздухе при 550—600° С, последую-
щим прессованием при температуре 500—600° С
под давлением 50 кГ/мм2 и, наконец, воло-
чением при * температуре 500—600° С уда-
лось получить материал с плотностью
2,75 г/см3, который можно в дальнейшем под-
вергать холодной или горячей обработке про-
каткой или протягиванием (марка «SAP»).
Физические м механические свойства. Фи-
зические свойства .алюминия представлены
в табл. 5-5-1, дополняемой (рисунками, на ко-
торые сделаны ссылки в таблице.
Алюминий не обладает явно выраженной
дуктильностью, .так как при холодной обра-
ботке он упрочняется сравнительно .мало
(рис. 5-5-1). Это свойство (наряду с низким
временным сопротивлением разрыву) обуслов-
ливает легкость обработки ковкой, прокаткой
и изгибом, однако затрудняет вытяжку (осо-
бенно глубокую). Так как крупнозернистая
структура металла значительно снижает воз-
можность глубокой вытяжки, то для получе-
ния мелкозернистой рекристаллизованной
структуры необходимо начинать междуопера-
циоиные отжиги только после значительной
холодной обработки, причем (повышение тем-
пературы следует (проводить очень быстро
(в течение 3—5 мин за 350—450° С; неболь-
шие тонкостенные детали лучше всего отжи-
гать погружением в синцовые ванны). Приме-
си (особенно железо) значительно снижают
дуктильность алюминия. При расчете механи-
ческих усилий, которым холоднокатаный алю-
миний может подвергаться в электронных
приборах, необходимо учитывать то, что алю-
миний, подвергшийся холодной обработке,
вследствие низкого порога рекристаллизации
быстро теряет прочность при температуре .100 и
200° С. Прочность чистого алюминия при по-
вышенных температурах незначительна; при
400° С она составляет только 1 кГ/мм2
(рис. 5-5-2).
Механические свойства описанного выше
спеченного алюминия «SAP», как показывает
сравнение табл. 5-3-3 и рис. 5-5-5 и 5-5-6, зна-
чительно отличаются от свойств обычного ме-
талла [Л. 18]. Физические свойства этого ма-
териала зависят от величины зерна исходного
порошка м содержания кислорода на поверх-
ности его зерен, которое достигает 10—20%к
Наиболее примечательна способность спечен-
ного алюминия выдерживать длительное на-
Таблица 5-5-1
Свойства алюминия
(степень чистоты в тех случаях, когда это особо не оговорено, >99,6’/о)
СП
сл
Атомный вес: 26,97 Атомный номер: 13
Удельный вес г/см3 Отожжеииый Нагартованный Литой
2,70 2,70 2,56
Температура плавления °C 658,7 659,80 660,2’)
Давление насыщенных па- ров8) мм рт. ст 843° С 10-5 929° С 10~* 1 030° с 10-’ 1 148° С ю-1 1 291° С 10-1 1 465° С 1 См. рис. 9-5-4
Скорость испарения г!смг-сек 9-Ю-8 8,7-10-’ 8,4-10“’ 8-10-’ 7,7-10-* 7,3-Ю-3
Твердость по Бринеллю кГ[мм2 Мягкий Нагартованный Литой Рис. 5-1-1
15—25 (14)') 35—70 24—32
Временное сопротивление разрыву кГ/мм2 7-11 4—4,51) 15—25 9—12 Рис. 5-1-2,- 5-1-3, 5-1-4, 5-5-1, 5-5-2
Относительное удлинение % 30—45 40—501) " 2—8 13—25 Рис. 5-1-3, 5-5-1; 5-5-2
Предел текучести кГ/мм2* 2,5—3,5 14—20 3—4 Рис. 5-5-1; 5-5-2
Прочность на срез кГ/мм2 4—7 7—10—15 7—8
Модуль упругости при рас- тяжении кГ/мм2 5 800—6 600 7 200 — Рис. 5-2 3
Алюминий 217
Модуль упругости при сдвиге кГ/мм2 2 760
Длительная прочность кГ/мм2 200° С: около 1
Ползучесть см/см-день
Глубина вытяжки по Эри- ксену мм Толщина 1,0 мм Толщина 0,5 мм
Температура отжига °C
Температура рекристалли- зации °C
Температурный коэффици- ент термического расши- рения \[град 20—100° С 239-10-’ 20—200 246-1
Теплопроводность кал/смХ 'Хсек-град 20° С 0,521)
Удельное электрическое со- противление (99,6% А]) ом-мм2 )м 20° С 0,028’) 100° 0,031
Температурный коэффици- ент электрического со- противления (99,6% А1) \/град 1 20° С 4,08-10-’
Продолжение табл. 5-5-1
2 750 —
400° С: около 0,25 Рис. 5-1-5
Рис. 5-5-3
Отожжен- ный Полуотож- женный Нагартованиый Рис. 5-1-6
10,5 9,0 8,5 6,7 7,0 5,3
200—450 См. [Л. 27, 32]
150° С (99,6% А1>) 30° С (99,998% А1
’С Э-7 20—300° С 255-10-’ *) 20—400° С 265-Ю-7 20—500° С 277.10-’ Рнс. 3-2-20
200° С 0,475 400° С 0,425 600° С 0,360 Рис. 5-4-9
3 200° С 0,049 300° С 0,060 400’ С 0,072 Рис. 5-4-8
250° С 4,25-10-’ 450° С 5,25.10-’
Черные и цветные металлы [ Гл.
Продолжение табл. 5-5-1
Излучательная способность при А = 6 500 А 7» 18-28
Отражательная способность в инфракрасной области, (X — 2 мк) % Полированный 87 Чистейший 95 Окисленный см. рис. 5-5-4 Рис. 5-5-4 и 4-3-1
Проницаемость для водо- рода6) н • см3 мм 250—350° С: 4-io-s_L.io-s (20 ч) 500° С:5) 1 10-’4-2-10-' (20 ч) 580° С:’) 3-10-2-т-3-10-’ Рис. 9-5-8 Растворимость газов: Н2—рис. 9-2-1 N2—рис. 9-2-2
дм2-сек-ат
Коэффициент ослабления рентгеновского излучения смг[г ХА 0,064 р./8 0,13 0,710 5,22 1,00 14,12 1,39 36,8 1,54 49 1,934 93,5 2,5 193
см21г ХА 3,55 р./8 417 4,36 815 5,39 1 450 6,97 2 800 8,32 330 9,87 500 11,88 850
Проницаемость для эле- ментарных частиц Электроны, а-частицы См. рис. 5-5-11, 5-5-13, 5-5-14
Протоны, дейтроны, а-частицы См. рис. 5-5-14
Эффективное сечение за- хвата нейтронов барн СМ"3- 0,23 0,013
сл
сл
•) Величины уменьшаются с увеличением продолжительности нагревания, т. е.
с величиной зерна •
’) Для 99,997% А1 при 20° С: 0,0263 ом-мм^/м.
«) См. [Л. 5).
’) Для жестких т-лучей см. рис. 5-5-10; для мягких рентгеновских лучей
см. рис. 5-6-2 и 5-6-3.
’) Значения .для А1 (99,99%).
2) Для 99,997% А1.
•) По данным [Л. 33] для очищенного в вакууме.
‘) Для 99,15% Al: 267-10-’ (20 — 300° С).
’) По данным (Metall Progress) для Al с 0,2% Fe; 0,1% Si; <0,01 Си + Мп + Mg.
Алюминий 219
220
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Таблица 5-5-2
Примеры химического состава алюминия различных марок
Мате- риал Состав, % Примечания
Си Fe Si Zn Al (примерно)
I 0,12 0,24 0,13 — 99,5 А1 для грозозащитных разрядников
II 0,021 0,12 0,13 — 99,8 (предельные значения из практичес- ких анализов)
III 0,007 0,008 0,003 — 99,983 Очищенный алюминий по данным [Л. 11]
. IV 0,001 0,003 0,004 — 99,992 Очищенный алюминий по данным [Л. 14]
V 0,0002 0,0002 0,0009 — 99,9986 Особо чистый алюминий по данном [Л. 14]
греваиие без потери прочности. О применении
этого материала в вакуумной технике до сих
пор нет данных.
Для отливки в формы чистый алюминий
используется редко вследствие его сильной
усадки (образование раковин!); для получе-
ния вакуумноплотных отливок рекомендуется
применять сплав 95%< А1 с 5% Si [Л. 22]. Свой-
ства этого сплава приведены в табл. 5-5-4.
Прессованный и тянутый алюминий, на-
против, газонепроницаем и поэтому его при-
меняют для оболочек вакуумных приборов.
В твердом состоянии алюминий поглощает
чрезвычайно мало водорода: при 1 100° С при-
мерно 5 см3 на 100 г металла [Л. 29]. Вслед-
ствие этого диффузия водорода через алю-
миний незначительна и при высоких темпера-
турах и длительном нагревании часто падает
до неизмеримо малых величин (см.
табл. 5-5-1).
Обработка чистого алюминия резанием
затруднительна, так как материал налипает
на инструмент и легко рвется.
Целесообразный режим обработки: смазка
керосином, обточка и фрезеровка резцами
с возможно более острым углом, сверление
с большими скоростями резания и малой пода-
чей, резка неразведенной циркулярной пилой
Таблица 5-5-3
Основные свойства алюминия „SAP", полученного методами порошковой
металлургии, по сравнению с чистым алюминием
Свойство .SAP* (20° С) Чистый А1 (20° С)
в постав- ляемом виде отожженный в течение месяца при 500е С нагарто- ванный отожженный
Удельный вес г/см3 2,75 2,7
Временное сопротивление разрыву кГ/мм3 41 38 13—18 7—9
Относительное удлинение % 5 5 2—8 30—40
Предел текучести (0,2) кГ/мм2 27 26 12—16 2—4
Твердость по Бринеллю кГ]мм2 НО 1Q0 35—45 18—25
Удельное электрическое сопротив- ление4) ом-мм2]м 0,1840 0,231s) 0,259s)
Теплопроводность (20—100° С) кал 0,400s) 99,95»/» А1: 0,505
см-сек-град
Температурный коэффициент линей- ного расширения Ю-1 -1/град 195 99,95% А1: 240
*) Изготовлен из порошка 300 меш.
2) Изготовлен из порошка 400 меш.
я) Изготовлен из крупнозернистого порошка.
‘) Электропроводность алюминия .SAP* состааляет 75% проводимости обычного алюминия.
§ 5-5]
Алюминий
221
Рис. 5-5-2. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву czg предела текучести с0 2 и относительного
удлинения 8 отожженного (1), полуотожженного (2) и
иагартованиого (5) чистого алюминия (99,0% А1) от тем-
пературы 7д.
Рис. 5-5-3. Зависимость скорости ползучести чисто-
го алюминия при комнатной температуре от нагрузки
(d— дни, а—годы).
с окружной скоростью около 20 м/сек, опили-
вание грубыми рашпильными напильниками.
Алюминиевые детали соединяют с дру-
гими деталями заклепками, которые следует
расклепывать в холодном состоянии. Применять
точечную или газовую сварку можно только
при соблюдении некоторых мер предосторож-
ности (предотвращение окисления поверхности
тщательной очисткой перед сваркой; приме-
тав л и ц а 5-5-4
Свойства литого сплава алюминия с 5% кремния (по данным [Л. 1])
Удельный вес г/с л8 2,69
Температура плавления °C Ликвидус: 629; солидус: 577
Температурный коэффициент термичес- кого расширения 1/град 20-^-100° С 20—200° С 20^-300° С 220-Ю-’ 230-10 ’ 240-10-’
Теплота плавления кал /г 93
Теплопроводность (25° С) кал Литой: 0,35 Отожженный: 0.39
см- сек-град
Удельное электрическое сопротивление ом - мм2/м Литой: 0,0466 Отожженный: 0,04105
Временное сопротивление разрыву кГ]мм2 14—21
Относительное удлинение % 6—9
Предел текучести кГ/мм2 Растяжение: 6,3—10 Давление: 6,3—7
Твердость по Бринеллю кГ/мм2 40—45
Прочность на срез кГ/мм2 10—13
222
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Рис. 5-5-4. Зависимость отражательной способности
полированного (а) и окисленного алюминия (д) от дли-
ны волны в области теплового излучения [Л. 31] (см.
также рис. 4-3-1).
некие не очень /сильно окисляющего пламени
и сильного тока 1авгар1кп П5; короткого времени
сварки и защитной атмосферы водорода).
Для 'пайки легкоплавкими припоями алю-
миниевую фольгу подвергают предварительно
специальной обработке. Вначале фольгу по-
Рис. 5-5-5. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву предела текучести ср 2» относительного
удлинения 5 и твердости по Бринеллю И в спеченного
алюминия SAP от температуры Т Для сравнения при-
ведена также зависимость твердости по Бринеллю для
обычного технически чистого алюминия. Таердость по
Бринеллю алюминия SAP и обычного была опреде-
лена в результате длительных испытаний (30 дней),
остальные свойства были определены после кратко-
временных испытаний (Л. 26].
крывают тонким слоем цинка, для чего ее на
несколько минут погружают в раствор цинка-
та натрия. Затем в холодном растворе циани-
стой меди на поверхность фольги электроли-
тически наносят тонкий слой меди, поверх
115 Сварочные станки мощностью 10—15 ква для
жести 0,1 л|л; желательно игнитронное управление!
Рис. 5-5-0. Зависимость относительного удлинения при
ползучести AZ/Z спеченного алюминия SAP от продол-
жительности действия нагрузки t при различных на-
грузках а [Л. 26].
которого <в растворе сульфата меди наносят
еще один, более толстый слой. После этого
фольгу лудят и 'паяют. Такие приемы исполь-
зуют, например, при пайке алюминиевой фоль-
ги к фланцам медных катодов счетчиков Гей-
гера—Мюллера. Те участки фольги, которые
не должны быть покрыты медью или припоем,
защищают каким-либо лаком [Л. 16].
Устойчивость алюминия против испарения
при бомбардировке положительными ионами
(катодное распыление в водороде или в ред-
ких газах) чрезвычайно велика. Следует ли
приписывать это свойство самому материалу
или же имевшейся вначале или образовав-
шейся во время разряда пленке окисла, до сих
пор полностью не выяснено. Очень чистый
алюминий (99,5—99,9%) значительно меньше
подвергается распылению, чем технически чи-
стый.
Химические свойства. В сухом воздухе
алюминий окисляется незначительно даже при
высоких температурах, так как на его поверх-
ности образуется очень тонкая, но [чрезвычай-
но плотная пленка окисла (рис. 5-5-7), которая
защищает металл от дальнейшего окисления.
Даже влажный воздух действует на очень чи-
стый алюминий сравнительно мало; в проти-
воположность этому СО2 воздействует сильно.
Дистиллированная вода образует на поверх-
ности тонкую равномерную белую шлейку окис-
ла (А120з) ; водопроводная вода действует,
в особенности на холоднотянутый материал,
очень сильно (разъедание, расслоение иа гра-
нях) . Соляная кислота легко растворяет алю-
миний и тем быстрее, чем менее он чист. Пла-
виковая кислота также растворяет алюминий,
тогда как азотная кислота при комнатной тем-
пературе на него почти не действует, а при
высокой температуре действует на металл
Рис. 5-5-7. Зависимость толщины d слоя
окиси, образующегося на поверхности
алюминия под воздействием обычной
атмосферы, от времени I ]Л. 37].
§ 5-5]
Алюминий
223
Рис. 5-5-8. Ионная высоковольтная трубка с холодным
катодом из чистого алюминия (справа) для катодных
осциллографов. Катодное зеркало сменное. В центре —
анод, слева — фарфоровый корпус [Л. 19, 20].
только очень незначительно. Это же отно-
сится к разбавленной сеоной кислоте; сильнее
действуют концентрированная серная кислота
и хромовая смесь. Едкие натр и калий раство-
ряют алюминий с образованием алюминатов и
свободного водорода.
Для получения белой матовой похожей на
серебро поверхности алюминий подвергают
травлению в течение 20 сек в горячем 10°/о,-ном
растворе NaOH, насыщенном при 80° С хлори-
стым натрием. После промывания в воде и
тщательной механической очистки поверхности
(щетками) травление повторяют (на этот раз
в течение 30—50 сек); затем детали промы-
вают и сушат. Блестящую поверхность можно
получить путем обработки деталей в 10%гной
соляной кислоте с последующим основатель-
ным промыванием их проточной водой.
Подробное описание процессов травления
и очистки алюминиевых деталей высокова-
куумных приборов приведено в табл. 5-5-5.
Водный раствор хлористого кальция так-
же действует на алюминий116 117 * *. Даже О,25°/о-ный
раствор сублимата разъедает алюминий, остав-
ляя при этом неповрежденной пленку AI2O3.
Табл. 5-5-6 содержит количественные данные
об устойчивости различных сортов чистого
алюминия по отношению к кислотам и раство-
рам солей; из таблицы с полной очевидностью
видно, что большей склонностью к коррозии
обладают менее чистые марки алюминия.
С ртутью (и ее парами) алюминий реаги-
рует очень интенсивно. При этом в присут-
ствии водяных паров из-за нарушения пленки
окисла возникающей амальгамой очень быстро
образуются рыхлые наросты белой AI2O3. Это
явление можно наблюдать на холодных алю-
миниевых катодах экспериментальных прибо-
ров, которые откачиваются ртутными насо-
сами без ловушек и часто соприкасаются с воз-
духом.
Техническое применение. Алюминий в элек-
тровакуумных приборах применяется сравни-
116 Поэтому нужно быть осторожными при хра-
нении обезгаженных алюминиевых деталей в эксика-
торах с хлористым кальцием.
тельно редко. Это объясняется отчасти его низ-
кой точкой плавления, а также тем, что из него
не удается полностью удалять газы даже при
температурах, близких к температуре плавле-
ния. Он используется прежде всего в тех слу-
чаях, когда нежелательно малейшее катодное
распыление, как, например, для катодов
ионных рентгеновских трубок и катодных
осциллографов (рис. 5-5-8), для электродов
высоковольтных разрядников (грозовые предо-
хранители, наполненные водородом или арго-
ном (рис. 5-5-9), для катодов трубок Гейслера
(трубки для контроля вакуума), осветитель-
ных ламп и выпрямителей тлеющего разряда.
Алюминий вследствие малого веса и не-
значительного рентгеновского излучения при
электронной бомбардировке используют в вы-
соковольтных электронно-лучевых приборах
для изготовления отклоняющих пластин и диа-
фрагм. В счетчиках световых фотонов Гей-
гера—Мюллера в качестве катода также при-
меняют особо чистую алюминиевую жесть
(активированную разрядом водорода или по-
крытую магнием или кальцием).
Рис. 5-5-9. Га.юполиыД разрядник с алюминиевыми
электродами (изготовитель: Siemens).
Благодаря малому поглощению рентгенов-
ского излучения (см., например, [Л. 15] и
табл. 5-5-1), которое все же значительно боль-
ше, чем у бериллия (см. табл. 5-6-3 и 5-6-4),
алюминиевая фольга или жесть используется
для изготовления окошек разборных рентге-
новских трубок. Наименьшая толщина газоне-
проницаемой фольги для окошек составляет
примерно 10 мк. На рис. 5-5-10 показана за-
висимость полного коэффициента ослабления
(абсорбции) жесткого рентгеновского (у) из-
лучения и его частичных коэффициентов 1,7 от
энергии у-лучей. Проницаемость алюминия
значительна также для электронов (и других
117 Определяется известным законом абсорбции
J = Joe~ НМ,
где d — толщина материала, смх
м.— величина, постоянная для данного материала и
длины волны излучения, в IJcm.
224
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Таблица 5-5-5
Очистка алюминиевых деталей электровакуумных приборов
« Сушку песка производят в течение 3—4 ч при 50—60° С.
2 Шлам следует удалять.
8 Присадка буры повышает проводимость электролита. Материал ванны: Al; электролит предварительно
некоторое время „формируют", т. е. с целью его некоторого ослабления и очистки ведут процесс на алюминие-
вой фольге; начальное напряжение на ванне 50—100 в (возрастает до 600 в).
ускоренных частиц, рис. 5-5-11), благодаря че-
му газонепроницаемая А1 фольга толщиной
1—100 мк используется для изготовления
«электронных» окошек («окна Ленарда»,
рис. 5-5-12). На рис. 5-5-13 показана зависн-
Рис. 5-5-10. Зависимость полного коэффициента ослаб-V^
ления р., фотоэлектрического коэффициента поглоще-
ния т, коэффициента рассеяния а и коэффициента за-
тухания вследствие ионизации х жесткого у-излучепия
в алюминии от энергии f-излучения Е.
мость так называемого «практического пре-
дела» dp 118 и соответствующей предельной
толщины dm 119 для p-излучения в алюминии
118 Определение «практического предела» dp по
Вардеру: п-ри получении ионизирующего действия
пучка моноэнергетических р-лучей в иониз-ациоиной
камере наблюдается (особенно для легких элементов,
как А1) примерно линейное падение ионизации с уве-
личением толщины объекта, если продолжить прямо-
линейную часть определяемой при ионизации абсорб-
ционной кривой до оси ординат, то получим вели-
чину, определяемую как практический предел dp,
1,0 Предельной толщиной dm (по Ленарду) назы-
вают глубину проникновения естественного Р-излуче-
пия, которую еще можно определить с помощью счет-
чиков Гейгера — Мюллера.
ет энергии излучения Аналогичная зави-
симость среднего предела R 120 для очень бы-
стрых материальных частиц приведена на
рис. 5-5-14.
рис. 5-5-11. Зависимое г > относительной проницаемости
для электронов & окошек Ленарда иэ алюминия от тол-
щины фольги d и скорости электронов [Л. 9]. Кривые
справедливы для алюминия с плотностью 2,9; для фоль-
ги из других материалов с плотностью у необходимо
получаемые из графиков значения умножать на 2,9/7
см. также рис. 15-55.
Значительное сродство алюминия с кисло-
родом используется при «алюминотермиче-
ском» «получении чистых бария и стронция
в вакууме. Для этого из алюминиевого порош-
120 Глубина проникновения моноэнергетических
корпускулярных частиц в материал -не является по-
стоянной, а колеблется около средней величины так
называемого среднего или наиболее вероятного пре-
дела R.
§ 5-5]
Алюминий
225
Таблица 5 5-6
Коррозионная устойчивость алюминия различной степени чистоты в агрессивных
средах при комнатной температуре [Л. 14],
т—убыль веса; t — продолжительность испытаний
Среда 99,50% А1 99,90% А1 99.95% А1 99,99% AI
t 14 т [г/дм2] t м tn [г/дти2] t [«] т [г)дм2} t м т [г/дл2]
Соляная кислота 23° Вё 0,5 10 16 2,8 16 0,7 16 0,1
18° Вё 0,2 9,3 1 8,5 1 2,0 36 4,3
12,5° Вё 0,2 =гх6 2 11,0 2 2,8 — .—.
2,6° Вё 5 6,1 — — -— 962 1,2
4 г/л 168 0,67 — — — — 1 200 0,45
Плавиковая кислота 100 г/л 4 131) — — —. — 4 5,4
10 г/л 20 6,8 — — -— — 20 6,0
Серная кислота 65° Вё 456 4,6 . — — — 456 2,9
37,4° Вё 456 3,9 — — — — 456 2,6
Азотная кислота 20° Вё 1 344 8,7 1 344 7,1 — — 1 344 6,4
Уксусная кислота 10% 4 320 0,13 — — — — 4 320 0,08
Едкий натрий 50 г 1л 15 12 — — — — 15 6,9
Поваренная соль NaCl 100 г/л 4 320 0,020 — — — — 4 320 0,005
>) Получено для 99,2% А1.
ка и ВаО прессуют термитные таблетки для
сублимационных катодов (см. гл. 24) или для
газопоглотителей i(cm. гл. 27).
Хотя алюминий из-за высокой темпера-
туры испарения ие пригоден для использова-
ния в качестве нормального геттера, он часто
вводится в газопоглотители, содержащие ба-
рий, чтобы они во время монтажа были менее
чувствительны к воздействию атмосферы. По-
этому он используется или как составная часть
сплава с барием для геттеров, или как компо-
нента порошка ВаА! в прессованных таблет-
ках (подробнее см. гл. 27).
Рис. 5-5-12. Окошки Ленарда из алюминиевой
фольги с арматурой в виде сетки из стальной
ленты [Л. 19. 20].
При производстве специальных зеркал для
отражения ультрафиолетовых лучей и для
изготовления внутренних отражателей инфра-
красных ламп накаливания для сушки 121 алю-
Рис. 5-5-13. Зависимости глубины проникновения моно-
энергетического {3-излучения в алюминий от энергии
излучения
/ — практический предел 2—предельная толщина dg.
миний осаждают на стекло или кварц, чаще
всего непосредственным напылением с рас-
каленной вольфрамовой спирали в вакууме.
121 Отражательная способность чистого алюми-
ния особенно высока именно в инфракрасном излу-
чении (.см. рис. 6-5-4) при условии, если он не по-
крыт (пленкой окисла.
15—2200
226
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
рис. 5-5-14. Зависимость средней глубины проникнове-
ния 7? в алюминий протонов (р). дейтронов (d), а- и
р-излучения от их энергии £.
алюминием. Подробнее об этом материале см.
§ 6-5,III.
Об алюминиевых покрытиях внешних сте-
нок мощных железных выпрямителей (алити-
рование) с целью повышения устойчивости
против коррозии и подавления диффузии водо-
рода сквозь железные стенки см. § 9-4,VIII.
Тонкая алюминиевая фольга толщиной
около 8 Л1к («alfol») применяется как внеш-
няя тепловая изоляция в вакуумных и водо-
родных печах [Л. 23].
Порошкообразный алюминий применяют
также при изготовлении внешнего защитного
лака для оболочек электронных ламп и как
быстро сохнущую краску для нанесения над-
писей (более подробно см. § 10-4.VI).
Сплав AlMg с 5—7% магния применяется
в виде проволоки диаметром примерно 30 мк
в лампах-вспышках (фото). Волнообразно изо-
гнутая проволока вкладывается в виде клубка
в баллон лампы накаливания, которая запол-
няется кислородом под давлением немного
ниже атмосферного. Вспышка инициируется
с помощью нити накала, покрытой взрывчатой
пастой.
Катодным распылением алюминия в чи-
стом кислороде получают прозрачную, почти
безупречно ровную защитную пленку А120з,
которая, если ее осадить на металлическое
зеркало, защищает его от потускнения на воз-
духе.
ЛИТЕРАТУРА
Так как алюминий и вольфрам образуют спла-
вы друг с другом '(3% объема вольфрама рас-
творяется в А1), испарение алюминия следует
производить только с вольфрамовой спирали,
изготовленной из проволоки сравнительно
большого диаметра, так как в противном слу-
чае спираль перегорает вследствие образова-
ния сплава [Л., 24, 34, 35, 40].
Алюминий можно напылять в высоком
вакууме также на пластмассы и на грубо-
обработаниые металлические поверхности, по-
крытые блестящим асфальтовым лаком (на-
пример, рефлекторы карманных фонарей из
оцинкованной железной жести). При этом
получаются серебристые, прекрасно отражаю-
щие свет покрытия толщиной до 10 мк и бо-
лее. Более подробно см. § 10-4.V.
О структуре пленок алюминия, осажден-
ных на стекле, см. [Л. 6].
Тонкие пленки алюминия толщиной около
0,1 мк осаждают в вакууме на внутреннюю
сторону люминесцентных экранов для того,
чтобы препятствовать образованию статиче-
ского заряда на слое люминофора и отражать
свечение экрана [Л. 4, 13]. Так как вызываемое
действием абсорбции замедление электронов
в таких пленках достигает 2—4 кв, этот
способ применяют только для тех экранов,
которые бомбардируются электронами со ско-
ростями, большими, чем 5 000 эв. Более по-
дробно см. § 15-5,V.
Для получении эффекта чернения и по-
давления газовыделеиия железа в последнее
время в качестве жести для анодов радиове-
щательных ламп используют так называемую
жесть «Р2», т. е. железную жесть, покрытую
1. Aluminium Company of America iri Me-
tals Handbook, Cleveland, 1948, S. 825 (Свой-
ства литого сплава AlSi, содержащего 5%
Si).
2. Anderson S., Journ. Appl. Phys., 15
(1944), 477—480 (Механизм электролитиче-
ского окисления алюминия).
3. Astm—Standards, Part IB, Non ferrous
metals, Philadelphia, 1946 (Алюминий и его
сплавы).
4. В а с h m а п С. Н., Techniques in Ex-
perimental Electronics, New York, 1948, S. 235;
Gen. El. Rev., 48 (1945), 13—19 (Алюминиро-
вание экранов кинескопов).
5. В a u r E. u. Bruner R., Helv. Chim.
Acta, 17 (1934), 958 (Давление насыщенных
паров алюминия).
6. В е е s с h i n g R., Phil. Mag., 22
(1936), 938—950 (Структура напыленных на
стекло слоев алюминия).
7. В oh пег Н., Met. u. Erz., 30 (1933),
334 (Получение чистого алюминия).
8. Borchers W., Aluminium, Halle а.,
S. 1921.
9. В о г г i е s В. v. u. М. Knoll, Phys. Z.
35 (1934), 279 (Проницаемость алюминиевой
фольги для электронов).
10. Dana W., Taylor С. S. u. W i 1-
ley L. A., Metals and Alloys, 9 (1938), 180,
192 (Свойства чистейшего алюминия).
11. Edwards J. D., Frary F. С. u.
Jeffries Z., The Aluminium Industry, Bd. 1
(1930), S. 327 (Состав рафинированного алю-
миния). .
12. Edwards J. D. u. Wray R. I-,
Aluminium Paint and Powder, 3. Aufl., New
York, 1955.
§ 5-6]
Бериллий
227
13. Е р s t е i n D. W. u. P e n s a к L.,
RCA—Review, 7 (1946), 5 (Алюминирование
экранов кинескопов).
14. Gadeau R., L’aluminium raffine, in
A. E. Van Arkel, Reine Metalle, Berlin, 1939,
S. 145—167.
15. Gentner K. u. Rollwagen W.,
Phys. Z. 37 (1936), 214—215 (Поглощение
электронов алюминиевой фольгой).
16. Groom Е. I., Light Metals, 9 (1946),
464, 529 (Пайка алюминиевой фольги к мед-
ным трубкам при производстве счетчиков
Г7. Н a a s М. Н., Aluminium—Taschen-
buch, 9. Aufl., Berlin, 1942.
18. Irma nn R., Metallurgia, 46 (1952),
S.. 125—133 (Спеченный алюминий, обладаю-
щий повышенной прочностью при высоких
температурах).
19. Knoil М. u. Borries В. v,, Z.
Techn. Phys., 11 (1930), III (Окошки из алю-
миниевой фольги).
20. Knoll М., Knoblauch Н. и.
В. V. Borries, Elektrotechn., Z. 51 (1930), 996
(см. [Л. 19]).
21. Krais Р., Werkstoffe, Leipzig, 1921.
22. N i с h о 1 s E. C., Journ. Opt. Soc.
Amer., 19 (1929), 164 (Сплав AlSi (95/5) c
малой газопроницаемостью).
23. N. N., Metal Ind. (London), 40 (1932),
205 (Применение алюминиевой фольги тол-
щиной 8 мк в качестве теплоизолирующего
материала).
24. N. N., Gen. El. Rev. Jan., 1949, 13
(Алюминий с присадкой магния).
25. N. N., Cathode Sputtering and Vacu-
um Evaporation; Light Metals, Febr., 1943,
56—79 (Напыление алюминия на стекло и
кварц).
26. N. N„ Metal Ind., 1952 (22. Aug.),
143—146 (Свойства спеченного алюминия
SAP).
27. R a s s о w Е. u. Velde L., Z. Ме-
tallkd., 13 (1921), 557 (Диаграмма рекри-
сталлизации алюминии).
28. Regelsberger F., Aluminium, in
Ullmann, Enzyklopadie der iechnischen Che-
mie, 2, Aufl., Bd. I, 1928. ’
29. R о e n t g e n P. u. Moller F., Me-
tallwirtsch., 13 (1934), 81—97 (Растворимость
газов в алюминии).
30. Schweiz, Aluminium Industrie, Metal
Ind., 81 (1952), 143—146 (Металлокерамиче-
ское производство алюминия).
31. Sieber W., Z. f. techn. Phys., 22
(1941), 134 (Отражательная способность алю-
миния).
32. S m i t h H. A., Journ. Appl. Phys., 5
(1934), 412—414 (Явления усталости алюми-
ния).
33. S m i t h e 11 s C. J. u. Ransley С. E„
Proc. Roy, Soc., London, 150 (1935), 172
(Диффузия газов в металлах).
34. Strong J., Phys. Rev., 43 (1933),
498 (Изготовление алюминиевых зеркал ис-
парением Al в вакууме).
35. Стронг Дж., Техника физического
эксперимента, пер. с англ., Лениздат, 1948
(Изготовление алюминиевых зеркал).
36. Т а у 1 о г С. S. et al., Metal Ind.
15*
(London)4 53 (1938), 247—249; Met. a. Alloys,
9 (1938), 189 (Чистейший алюминий).
37. V e r n о n W. H., Trans. Far. Soc., 23
(19271, 152 (Окисление алюминия).
38. Werkstoff—Handbuch; Nichteisenme-
talle, Berlin, 1928.
39. W u 1 f f J., Powder Metallurgy, Cle-
veland, Ohio, 1942.
40. Я p в у д Дж., Техника высокого ва-
куума, пер. с англ., Госэнергоиздат, М.—Л.,
1960 (Алюминирование).
4E Zeerleder A. v., Technologic des
Aluminiums und seiner Legierungen, 4 Aujl.,
Leipzig, 1943.
5-6. БЕРИЛЛИЯ
[Л. 13, 22, 24, 25, 28, 33, 39, 48, 59]
Получение [Л. 5, 23, 29, 47, 49]. Сырьем
обычно является минерал берилл, весьма рас-
пространенный силикат бериллия и алюминия
(ЗВеО • А120з-6SiO2), содержащий примерно
3,5—14% ВеО. Наиболее важные месторожде-
нии: Бразилия, Южная Африка, Аргентина,
Индия, Французское Марокко, Мадагаскар,
Канада, США и СССР. По одному из наи-
более известных методов122 123, руду сначала раз-
лагают фторосиликатом натрия (Na2SiFe)
в муфельной печн при температуре 650° С.
После удаления соединений кремния и натрия
получают 5BeF2 • 2ВеО, из которого электро-
лизом расплавлеииой массы при высокой тем-
пературе с добавлением галоидных соединений
бария или натрия получают серо-стальной ме-
таллический бериллий 128. Основные примеси в
полученном таким путем металлическом бе-
риллии: Fe, Al, С, Si и ВеО. Поставляемый
обычно металл124 * * * обладает степенью чистоты
около 99,0% (примерный анализ см.
в табл. 5-6-2: материал Z), и ни переплавкой,
ни отливкой этого материала в вакуумной
индукционной печи нельзя достичь значитель-
но большей чистоты (см. табл. 5-6-2: материал
ZZ). Лабораторным путем при электролизе рас-
плавов фторида или хлорида бериллия уда-
лось получить материал со степенью чистоты
до 99,8% (табл. 5-6-2: материалы III и IV).
По этому методу над смесью ВеО и углерода
при 500° С пропускают поток газообразного
хлора. Полученный ВеС12 испаряют и конден-
сируют в чистом -виде на охлаждаемой части
печи. Полученный таким образом ВеС12 смеши-
вают с NaCI и их расплав подвергают элек-
тролизу, при котором бериллий выделяется
на катоде в виде хлопьев. После ряда про-
мываний для удаления следов ВеО и после
размалывания 'получают порошкообразный ме-
таллический бериллий, который содержит ме-
нее 0,2% примесей (главным образом, Си
и А1).
122 Другие методы получения бериллия из его
руд см. [Л. 35].
123 В случае использования .расплавленной меди
в качестве катода при электролизе получают сплав
СпВе с В-3% Be .(см. § 6-3-1).
"“Например. производства Degussa Frank-
furt А. М-, Heraues Wakuumschmelze A. G-. Hanau
(Германия); Brush Beiyllutn Corp., Cleveland; Beryllium
Corp- of Pennsylvania, Reading (США); Society P6chi-
ney (Франция).
228
Черные и цветные металлы
[ Гл. 5
По другому методу фторид бериллия (тем.-,
пература плавления 850° С) восстанавливают’’
металлическим магнием, количество которого
должно составлять около 60% вес. от расчет-
ного содержания бериллия. Восстановление
ведут в графитовых тиглях в высокочастот-
ной печи при 1 300° С. Расплавленный берил-
лий собирается на поверхности массы. Чистота
его составляет 99,7%; основные примеси — же-
лезо и кислород.
Еще более чистый бериллий можно полу-
чить возгонкой в вакууме в высокочастотной
печи при 5-10~3 мм рт. ст. и 1600—2 000° С
[Л. 27, 47] при тщательной очистке исходных
материалов. Полученный таким способом ме-
талл содержит до 99,97% бериллия
(табл. 5-6-2; материал V) и очень дуктилен
(см. следующий раздел). Твердость его по
Бринеллю колеблется от 60 до 120 кг)мм2,
в то время как твердость по Бринеллю
99.5%-ного бериллия равна 160 кГ/мм2. О дук-
тильном газонепроницаемом бериллии с при-
садкой титана см. следующий раздел.
Физические и механические свойства.
[Л. 4, 8, 41, 42, 50]. Важнейшие свойства
бериллия особенно сильно зависят от ме-
тода его «получения и чистоты исходного
сырья [Л. 3]. Поэтому способность бериллия
к механической обработке в большой мере за-
висит от степени его чистоты: бериллий с чи-
стотой 99,5% при комнатной температуре не-
обычайно хрупок и поэтому не поддается про-
катке, вытяжке или ковке. При высоких темпе-
ратурах его все же удается деформировать
(рис. 5-6-1). Из-за сродства бериллия к кисло-
роду его необходимо обрабатывать в атмосфере
Рис. 5-6-1. Заансимостэ временного сопротизления
разрыву агд и относительного удлинения 5 бериллия,
обработанного горячим прессованием, от температуры
Гл [Л. 3].
----после прессования при 425“ С в вакууме;
----—этот же материал после отжига прн 750’С в
вакууме (см. также рис. 5-I-4A).
-водорода или в вакууме. Ранее изготовление
деталей из бериллия ограничивалось производ-
ством пластинок диаметром около 20 мм и тол-
щиной 1—2 мм, которые прессовались из порош-
кообразного материала в атмосфере водорода
при температурах от красного каления до
1 180° С (на 100° С «ниже точки плавления Be);
в последнее время [Л. 44] путем прессования
порошка бериллия в течение 1 ч при индук-
ционном нагреве до 1 100° С и давлении 0,5—
0,7 кГ/мм2 удалось получить изделия диа-
метром до 300 мм и весом около 15 кг, свой-
ства которых описаны в табл. 5-6-1 (см. при-
мечание 3).
По последним данным [Л. 371 при получе-
нии компактного бериллия методами порошко-
вой металлургии оптимальная плотность
(1,84—1,85 г[см2) достигается в результате
горячего прессования при 550—600° С (ниже
температуры рекристаллизации) пол давле-
нием 3,8 т/см2 в течение 1—30 мин. Прочность
на разрыв полученного этим способом мате-
риала превышает 80 кГ/мм2, а твердость по
Роквеллу примерно равна 80 [R'15T], что вы-
ше, чем у металла, подвергавшегося колодной
обработке.
Полученный в лабораторных масштабах
путем дистилляции в вакууме бериллий со
степенью чистоты 99,9% можно тянуть и про-
катывать в холодном состоянии, одна-ко и его
обрабатываемость можно повысить использо-
ванием при обработке высоких температур.
О газопроницаемости этого до сих пор ие по-
явившегося в значительных количествах мате-
риала еще нет данных.
Полученный «спеканием под давлением бе-
риллий и вырабатываемая из него тонкая
жесть не являются газонепроницаемыми [Л. 48].
Поэтому эту жесть можно использовать толь-
ко как окна антикатодов для улавливания
электронов (рис. 5-6-5 Ч-5-6-7), но не как гер-
метичные окошки вакуумных приборов
(рис. 5-6-8-^5-6-13). Это свойство, а также
хрупкость в холодном состоянии вызываются,
вероятно, следами окиси бериллия, которая
обволакивает отдельные зерна и не удаляется
из-за отсутствия достаточно активных раскис-
лителей. Спеченные в вакууме бериллиевые
заготовки можно деформировать иа 9% пу-
тем холодной прокатки без разрушения мате-
риала; прокаткой этих болванок в горячем
состоянии удается деформировать их более
чем па 80% [Л. 16]. Потери вследствие испа-
рения бериллия во время спекания в вакууме
сравнительно велики и достигают 20—50% по
весу при 1 200° С и вакууме 5 • 10-4 мм рт. ст.
Спеканием в аргоне эти потери можно значи-
тельно снизить, однако таким путем не удает-
ся получить заготовок, пригодных для холод-
ной обработки.
Возможна также плавка бериллия в индук-
ционных печах в атмосфере тщательно осу-
шенного аргона в прокаленных тиглях из окиси
бериллия или из карбида кремния (SiC) с гра-
фитом в качестве связующего материала
[Л. 17]. Перед плавкой шихта должна быть
хорошо высушена при температурах от 250
до 420° С. Температура при плавлении ие
должна превышать 1 600° С; температура при
разливке должна быть возможно более низ-
кой. Промежуток времени между плавкой и
Таблица 5-6-1
Свойства бериллия
(содержание Ве в тех случаях, когда это особо не оговорено, равно 99,5%)
Атомный пес: 9,013 Атомный иомер: 4
Удельный вес г/см3 1,85—1,86 1,846
Твердость по Моосу 6—7
Температура плавления °C 1 280+20 1284
Скрытая теплота испарения кал/г 250-277
Давление насыщенных паров мм рт- ст. 942° С ю-8 1 029° С 10-* 1 130е С ю-’ 1 246° С ю-’ 1 395° С 10-* 1 582° С 1 Рис. 9-5-4 и [Л, 20]
Скорость испарения г /см2 -сек 5.10-’ 4,9.10-’ 4,7.10-’ 4,5.10-' 4,3-10-4 4,1.10-'
Временное сопротивление разрыву кГ/мм2 21’) 34') См. рис. 5-6-1 и 5-1-4А
Относительное удлинение % 6’) (»5,) 1.36') См. рис. 5-6-1
Предел текучести а0 2 кГ/мм2 253) Отожженный 21—31*»)
Прочность на срез кГ/мм2 27s)
Модуль упругости кГ/мм2 19 000 28 000’) 0° С: 29 380 1,. 725° С; 26 000 ( '
Твердость по Бринеллю кГ/мм2 120—160’) 99,97% Вё: 60е)
§ 5-6 ] Бериллий 229
Продолжение табл. 5-6-1
Удельное электрическое сопротивле- ние омммг м 0,055—0,185') 0,0662) 20° С 0,041 400° С 0,107 800° С 0,143 1 000° с 0,128
Теплопроводность кал см-сек-град 20° С 0,385 190’С 0,508 См. [Л. 31]
Удельная теплоемкость кал г-град 20—100° С: 0,43—0,52
Температурный коэффициент линей- ного расширения Ю-’’-11град 20—100° С 1234); 115s) 20—400° С 148*); 152s) 20—700° С 25—1 000° С 168«); 172s) 188s) См. [Л. 36]
Излучательная способность (X.= 6 500 А) о/о <1 260° С: 61 (48); (ВеО при 1 470° С: 37»/0)
Коэффициент поглощения рентгенов- ских лучей см~' См. табл. 5-6-3 и рис, 5-6-2
Коэффициент пропускания рентгенов- ского излучения о/о См. табл. 5-6-4; рис. 5-6-3 и 5-6-4
w w А Постоянные Ричардсона “ а/см21градг 330
эв 4,13 (фотоэлектрическая работа выхода: 3,92)
Потенциал ионизации в 9,28
Эффективное се чей не захвата ней- тронов: атомное макроскопическое барн см~' 0,0085 0,0011
') В зависимости от содержания ВеО и предшествовавшей термической обра-
ботки.
«) По данным [Л. 10].
’) По данным [Л. 44], полученным на материале, изготовленном горячим
прессованием из порошка, содержащего 1,9% ВеО.
*) По данным [Л. 19], полученным на 99,8%.цом Ве.
’) По данным [Л. 51].
•) По данным 1Л. 33].
’) По данным Л. 27].
8) По данным [Л. 47].
•) По данным (Л. 48] (измерения производились на образце, предварительно
отожженном при 600’ С).
10) По данным [Л. 17].
230_______________Черные и цветные металлы_ (Гл.
сл
§ 5-6]
Бериллий
231
Таблица 5-6-2
Состав бериллия различных марок (в % вес.)
Марка I. Торговый бериллий [Л. 10].
II. Торговый бериллий, переплавленный и разлитый в вакуумной индукционной печи.
III. Изготовленный электролизом расплава фторида 1 lf),
IV. Изготовленный электролизом расплава хлорида / г 1и1
V. Гранулированный бериллий, полученный электролизом расплава хлорида [Л. 17].
VI. Материал, полученный путем дистилляции в вакууме бериллия, не содержащего Мп,
но с небольшой примесью А1 и Si [Л. 27, 41].
VII. Бериллиевый порошок, полученный путем механического измельчения металла, выплав-
ленного в вакууме [Л. 3, 37]1).
Элемент I максималь- ные значения II III IV V VI VII
Be -..99,0 99,28 97,7—99,8 >99,8 99,95—99,97 Be: 99,05—99,40
Fe ^.1,0 0,17 0,01 2) 0,015 Следы BeO: 0,53—1,56
С 0,01 0,08 0,05 a) — — Be2C: 0,11—0,19
Si 0,01 0,084 Следы 2) 0,010 — Fe: 0,10—0,19
Al 0,1 0,14 Следы Следы 0,005 — Al: 0,03—0,06
Mg 0,1 0,014 — — 0,003 — Mg: 0,006—0,05
n2 — — 0,005 —- — —- Ni: 0,01—0,08
Oa(BeO) — 0,179 0,3 — — — Cr: 0,01—0,03
Mn 0,01 0,02 — —. 0,01 Si: 0,05—0,07
Ni — 0,007 — —— 0,030 — —
Cu — 0,02 — Следы 0,010 — —
Ca — 0,007 — — — — —
*) Изготовитель: Brush Beryllium Со., США.
») Следы (обнаруживаются только спектральным анализом).
разливкой, которая проводится внутри печи
в той же защитной атмосфере, следует всяче-
ски сокращать. Отливку производят в прока-
ленные графитовые тигли.
Введением присадки 0,2—0,5% Ti (или
Zr) в качестве раскислителя к техническому
бериллию [Л. 10] и плавкой в вакуумной печи
удалось получить материал, из которого мож-
но прн 600—900Q С изготовлять жесть толщи-
ной 4—0,1 мм и путем горячей обработки вы-
тягивать колпачки диаметром до 17 мм. Тем
не меиее, обычно на практике, даже при ис-
пользовании этого материала, считают более
рациональным вырезать тонкие диски для око-
шек рентгеновских трубок из массивных про-
катанных слитков [Л. 46]. Бериллий с при-
садкой. титана в отличие от спеченного чи-
стого бериллия является газонепроницаемым.
Поэтому такой материал пригоден для произ-
водства окошек специальных рентгеновских
трубок 125 вместо линдеманового стекла [Л. 32].
Бериллиевые диски толщиной 1 мм, вырезан-
ные из маленьких, полученных центробежным
литьем слитков, также газонепроницаемы.
Простое устройство для изготовления таких
слитков в вакуумной высокочастотной печи
показано иа рис. 5-6-1А.
При использовании бериллия для изготов-
ления окошек рентгеновских трубок чрезвычай-
но важна его высокая проницаемость для рент-
геновских лучей, значительно большая, чем
у алюминия и даже превосходящая проницае-
мость линдеманового стекла, и тем более про-
125 Диффракционные рентгеновские трубки с мяг-
ким рентгеновским излучением, например, с антика-
-годами из Си, Со, Fe или Сг,
иицаемость обычных тугоплавких рентгенов-
ских стекол (табл. 5-6-3 и 5-6-4 и рис. 5-6-2-е-
5-6-4). Бериллий, содержащий титан, обла-
дает немного меньшей проницаемостью по
сравнению с чистым бериллием (см. № 2 и 3
в табл. 5-6-4).
Само собой разумеется, что при использо-
вании герметичных внешних окошек из берил-
лия в рентгеновских трубках основной про-
блемой является метод жесткого и герметич-
ного соединения их с другими металлами, при-
чем эти соединения должны выдерживать при
откачке и удалении газов температуры от 400
до 550° С. Такая жесткая пайка затрудняется
присутствием пленки окисла на поверхности
бериллия, а также тем обстоятельством, что
почти со всеми распространенными металлами
(Си, Fe, Ni, Al и Ag) и при любом весовом
соотношении при нагревании бериллий легко
образует сплавы. При этом могут возникнуть
эвтектики с низкой температурой плавления.
Лучше всего бериллий припаивается к спла-
вам никеля, прежде всего к монелю (см.
§ 6-2,IV). В качестве припоя можно применять
эвтектический сплав CuAg (см. § 9-3,IV) или
CuAg (50/50), который вкладывается в виде
плоского кольца между круглым бериллиевым
окошком и хорошо прилегающей круглой рам-
кой из монеля. Пайка производится в вакууме
путем высокочастотного нагрева. Затем приго-
товленный таким путем узел (бериллий—мо-
нель) герметически припаивается или привари-
вается внешней стороной монелевой рамки
к отверстию в металлическом корпусе рентге-
новской трубки. При использовании стеклян-
ных баллонов одновременно с описанной выше
пайкой бериллиевого окошка к другой стороне
232
Черные и цветные металлы
[ Гл. 5
А-А
10
б
10
11
8
9
12
Рнс. 5-6-1 А. Устройство для получения слитков
бериллия центробежным литьем в вакууме.
1—ротор, делающий 3 000 об]мип\ 2~статор; 3—шари-
коподшипники; 4—стальная ось; 5—молибденовый стер-
жень; 6—нагреваемый высокой частотой молибдено-
вый тигель; 7, 8, 9—вкладыши из жаростойкой кера-
мики (например, ВеО); 10—порошок, зерна нли стружкн
из чистого бериллия (помещенные в углубления в кера-
мике 7 и 9); 11—колпак из кварцевого или тугоплав-
кого стекла; 12—стальная опорная плита; 13—рези-
новое уплотнение; 14—индукционная катушка для
высокочастотного нагревания; 15—трубка для
откачки.
А— а.
Рис. 5-6-3. Сравнение зависимости коэффициента про-
пускания т рентгеновых лучей для бериллия толщиной
0,25 и 0,50 мм, алюминия (А1), стекла Линдеманна (L) и
тугоплавкого стекла пайрекс от длины'волны X [Л. 7].
г
из
рамки из монеля припаивается коваровый пе-
реход, который затем соединяется со стеклом
баллона трубки (см. рис. 5-6-13). По другому
методу для герметичного соединения круглого
бериллиевого окошка с металлической трубкой
диск из бериллия толщиной около 1 мм (выре-
Рис. 5-6-2. Зависимость относител ной интенсивности
излучения lrei рентгеновской трубки при напряжении
50 кв (с вольфрамовым антикатодом) от длины волны X
по данным [Л. 40], см. также (Л. 16]. Интенсивность
]ге1 выражена в относительных единицах ионизирую-
щего действия. Be—после прохождения сквозь 1 мм
бериллия; А1—после прохождения сквозь 1 мм алюми-
ния; Пайрекс —после прохождения сквозь ,1 мм стекла
пайрекс.
занный нз полученных при центробежном литье
слитков) припаивают сначала чистой медью
в высокочастотной водородной печи к желез-
ному переходу, который затем уже впаивают
эвтектическим припоем AgCu в медный кор-
пус трубки. Так как железо обладает почти
таким же коэффициентом расширения, как и
бериллий, то этим ослабляют напряжения
в окошке, которые могли бы привести к его
растрескиванию. О методе пайки бериллиевых
дисков мягкими припоями (для охлаждаемых
водой окошек для вывода нейтронов в цикло-
тронах) см. [Л. 12].
Дуговая сварка бериллия в водороде не-
возможна, однако она осуществима в атмо-
сфере гелия или аргона [Л. 17].
Гальваническое нанесение на бериллий Ag,
Al, Си, Fe, Ni, Sn и Zn возможно лишь после
основательной очистки поверхности и травле-
ния ((подробнее см. (Л. 15]).
Для вакуумной техники представляет
интерес незначительное катодное распыление
бериллия, которое при катодном падении до
1 800 в неизмеримо мало [Л. 15]. Вероятно это
свойство можно приписать
кого, но очень устойчивого
присутствию ТОН-
СЛОЯ окисла, по-
крывающего металл до тех пор, пока в окру-
жающей среде содержатся следы кислорода
(см. также § 10-4,IV).
Бериллий хорошо отражает ультрафиоле-
товые лучи. О производстве бериллиевых зер-
кал напылением в вакууме см. § 10-4,V.
Рнс. 5-6-4. Зависимость коэффициента пропускания т
рентгеновского Kat -излучения различных антикатодов
для бериллия (-----) и стекла Линдеманна (------>
от их толщины d [Л- 7].
§ 5-6]
Бериллий
233
Таблица 5-6-3
Коэффициент поглощения н рентгеновых лучей Be, А1 и линдемановским
стеклом (ЛС) по данным [Л. 32]
Длина волны рентгеновских О лучей А Коэффициент поглощения Отношение коэффициентов абсорбции
бериллий Цсм алюминий 1/см ЛС 1/СЛ4’) А1/Ве ЛС/Ве
0,710 (КаМо) 0,582 14,1 2,24 24,2 3,85
1,54 (КаСи) 2,96 132,0 19,5 44,7 6,6
1,934 (KaFe) 5,64 252,0 38,4 44,8 6,8
’) Состав линдемановского стекла см. табл. 10-2.
Таблица 5-6-4
Проницаемость т1) чистого бериллия и некоторых других материалов для рентгено-
вых лучей различной длины волны X [Л. 14]
№ Материал Толщина, мм т (%) ДЛЯ X
0,710s) А 1,54 А3) 1.9 А*) 2,29 А5)
1 Ве, чистый о,1 99 96 90
2 Ве, чистый 0,5 94 85 78 65
3 Ве с 0,4% Ti 0,5 — — 69 —
4 Be. чистый 1,0 81 74 — 40
5 Al 0,1 87 27 .—- 1,8
6 Al 0,01 99 88 — 68,0
7 Си 0,1 1,6 18 — 1,4.Ю-4
8 Линдемановское стекло 0,5 92,0 40,0 — 9,0
9 Стекло „Пайрекс” 0,1 93,0 40,0 — 10,0
10 Черная бумага 0,1 99,0 93,0 — 80,0
11 Воздух 100 99,0 89,0 — 68,0
’) Отношение интенсивности проходящего излучения
t = 4- 100 [%].
Jo
3) Излучение Ка Мо.
8) Излучение Ка Си.
4) Излучение Ка Fe.
*) Излучение Л'а Сг.
I к полной интенсивности падающего излучения
Химические свойства. Химическое сродство
бериллия и кислорода само по себе очень
значительно, компактный металл, одиако, хоро-
шо защищен от кислорода почти невидимой,
прочно прилегающей нерастворимой пленкой
окисла. Поэтому он не корродирует в холод-
ной воде. При комнатной температуре поли-
рованный металл иа воздухе мутнеет; при на-
гревании до 500° С компактный бериллий едва
заметно окисляется, при более высоких темпе-
ратурах ои покрывается темной пленкой; толь-
ко при температурах 800—1 000° С наступает
более сильное окисление. Бериллиевый поро-
шок вследствие большей поверхностной актив-
ности гораздо чувствительнее к кислороду.
В вакууме при 1 250° С бериллий восстанавли-
вает силикаты, BaO, MgO, AI2O3 и ThOa, при-
чем магний и барий испаряются из восстанов-
ленной смеси ,26. Свободный от кислорода азот
выше 500° С (наиболее энергично при 900° С) об-
разует с бериллием нитрид (BeaNs). Сводоро-
12е ВеО плавится только при температуре око-
ло 2 400° С, т. е. гораздо выше точки плавления ме-
таллического бария, « обладает очень низким дав-
лением насыщенных паров даже при высоких темпе-
ратурах, т. е. не 'возгоняется одновременно с Ва.
234
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
Рис. 5-6-5. Разрез антикатода рентгеновской трубки на
400 кв с бериллиевым окошком (изготовитель: Siemens-
Reinlger). См. также рис. 5-6-6.
дом металл не реагирует даже при температурах
выше 1 000° С. С ртутью бериллий не обра-
зует амальгам и полностью не растворим
в ней. По отношению к щелочным металлам
он значительно более устойчив, чем алюминий;
в гидроокисях щелочных металлов он рас-
творяется с выделением водорода |27. С газо-
образным фосфором бериллий 'При сгорании
соединяется, а с углеродом, особенно при
высоких температурах, образует карбиды
(ВегС). Серная и соляная кислоты растворяют
бериллий. Концентрированная азотная кислота
не действует на бериллий только в холодном
состоянии, однако теплая или разбавленная
азотная кислота растворяют металл.
Рис. 5-6-6. Рентгеновская трубка с антикатодным окош-
ком из бериллия для структурного анализа (изготови-
тель: Siemens-Reinlger-Werke).
Бериллиевая пыль, так же как пыль его
руд и соединений 127 128 129, вызывает кожные забо-
левания и прежде всего отравление дыхатель-
ных путей — от воспаления слизистых оболо-
чек носоглотки до воспаления и отека легких
[Л. 30, 43]. Предельная концентрация пыли
в воздухе, приводящая к поражению легких,
составляет примерно 25-10“5 г/м3. При дли-
тельном вдыхании пыли ВеО возникает также
лейкемия [Л. 34]. Некоторые авторы указы-
вают (см. [Л. 14]) на тяжелые заболевания
сердца и понижение кровяного давления, вы-
званные 'попаданием бериллия внутрь орга-
низма через органы дыхания или с пищей.
При длительной работе в цехах, где про-
изводится переработка бериллия, концентрация
127 Это нашло применение для обезжиривания
и очистки поверхности бериллия путем электролити-
ческой обработки в растворах КОН или NaOH (50—
100 г на 1 л дистиллированной .воды) при 20° С.
Обычная плотность тока 2,5—7,6 а/дм? [Л. 2].
128 Например, люминофоры, содержащие берил-
лий, для .ртутных люминесцентных ламп низкого дав-
ления (см гл. 15).
Рис. 5-6-7. Головка рентгеновской трубки для рентгено-
терапии1 с припаянным негерметичным бериллиевым
окошком для защиты герметичного слюдяного окошка
от бомбардировки электронами [Л. 11].
Д'— накаляемый катод; А—антикатод с фокусом Г;
Be,—внутреннее бериллиевое окошко; М— слюдяное
окошко; Ве2—внешнее бериллиевое окошко в рубашке
водяного охлаждения (изготовитель: Phili.s).
1 Очень мягкое рентгеновское излучение, возни-
кающее при рабочем напряжении на трубке 10—50 кв.
бериллиевой пыли в воздухе, равная
25- 10-6 г/м3, считается опасной для здоровья.
Согласно новым нормам, максимально допу-
стимое содержание бериллиевой пыли в атмо-
сфере таких помещений не должно превы-
шать 10~6 г/м3129. Этого можно достигнуть,
проводя все операции, связанные с выделением
пыли, в прозрачных, хорошо вентилируемых
камерах [Л. 38].
Техническое применение. Как уже указы-
валось, вследствие высокой проницаемости для
рентгеновых лучей бериллий используется
в вакуумной технике прежде всего для изго-
товления окошек рентгеновских трубок [Л. 1,
7, 9, 18, 40] и внутренних окошек экраниро-
ванных антикатодов (рис. 5-6-5 и 5-6-6). Для
защиты стеклянных стенок от отраженных
первичных электронов можно также использо-
вать бериллиевые детали (газопроницаемые),
полученные из порошка путем горячего прес-
сования, или диски, вырезанные из спрессо-
ванных (также из порошка) заготовок, кото-
рые затем шлифовкой доводят до точного раз-
мера. Так, например, в рентгеновской трубке
на 10 кв с окном из линдемановского стекла
толщиной 0,06 мм используется защитный
диск толщиной 0,1 мм из 99,8%-ного бериллия
[Л. 21]. Такой же (газопроницаемый) берил-
лий используется в виде тонких дисков прн
экранировании слюдяных окошек от потока
электронов в рентгеновских трубках для
рентгенотерапии (рис. 5-6-7), причем слюдяное
окошко играет роль герметичного уплотнения.
О разборной рентгеновской трубке с берил-
лиевым окошком толщиной 0,2 мм см. [Л. 26].
Для изготовления внешних газонепрони-
цаемых окон рентгеновских трубок, как пока-
зывает опыт, наиболее подходящим материа-
лом является восстановленный титаном берил-
лий, который обычно используется в виде
дисков и колпачков диаметром 10—40 мм и
129 Укажем для сравнения, что для ртути ма-
ксимально допустимая величина составляет около
100 • 10-8 г/м3 (см. § 8-4, раздел «Меры предосторож-
ности» ).
§ 5-6]
Бериллий
235
Рис. 5-6-8. Рентгеновская трубка для терапии (макс. 50 А в, 20—25 ма) с герметично-
впаянным внешним бериллиевым окошком.
1—схематический разрез; II—внешний вид трубки с углом расхождения пучка рент-
геновых лучей 40°. 1—стекло; 2—спай с металлом; 3—медь; 4—зеркало вольфра-
мового антикатода; 5—накаливаемый катод с фиксирующим электродом; 6—круглое
бериллиевое окошко толщиной I мм; 7—вход охлаждающей воды (изготовитель:
Machlett Laboratories, США). Ill—аналогичная лампа фирмы Slemens-Reinlger.
толщиной 0,5—3 мм |(рис. 5-6-8ч-5-6 11) или
дисков толщиной 1 мм из слитков, получен-
ных центробежным литьем.
Еще одна интересная конструкция рентге-
новской трубки, у которой герметичное окош-
ко из бериллия одновременно является держа-
телем антикатода (тонкая пленка золота),
показана на рис. 5-6-12.
Незначительное по сравнению со стеклом
поглощение рентгеновых лучей бериллием при-
вело к широкому его использованию в стек-
лянных трубках. При этом герметичные окна
из бериллия соединяют пайкой эвтектическим
припоем AgCu в атмосфере водорода или
в вакууме с переходными кольцами из кова-
ра, которые в свою очередь впаиваются в бал-
Рис. 5-6-9. Рентгеновская трубка с углом излучения 180° с фронтальным окошком в виде колпачка из берил-
лия. Опытное производство — Machlett Laboratories. Схематичный разрез по данным [Л. 40].
1— стекло; 2—впаиваемый коваровый цилиндр; 3—медная трубка; 4—защитный цилиндр; 5 — медный антика-
тод с вольфрамовым зеркалом; 6—круглый накаливаемый катод; 7—бериллиевое окошко в виде колпачка для
выхода лучей под углом 180°; 8—вход охлаждающей воды; 9—выход охлаждающей воды; 10—направление
потока электронов при правильном выборе расстояния колпачка 7 от анода 5.
Рнс. 5-6-10. Рентгеновская трубка на 4 — 25 А'в с торце-
вым плоским бериллиевым окошком (изготовитель:
Machlett Laboratories).
I— разрез лампы; 1 — массивный медный антикатод; 2—
штенгель для откачки; 3—охлаждающее медное осно-
вание с кольцом для пайки к керамике; 4— керамиче-
ская трубка; 5—цилиндрический вольфрамовый катод;
6, 7— цилиндрические вводы катода: 8 — изоляционное
керамическое кольцо: 9 — фокусирующий цилиндр;
10 — герметично выполненное бериллиевое окошко тол-
щиной около 1 жм; 11—общий вид. Головка с берил-
лиевым окошком и герметично припаянной керамиче-
ской изоляцией; 111—полностью собранная трубка.
Рис. 5-6-11. Рентгеновская трубка »с крутыми боковыми
герметичными бериллиевыми окошками (изготовитель:
Machlett Laboratories).
1—разрез трубки; 1—катод; 2—антикатод; 3—герме-
тичное бериллиевое окошко; 4—водяное охлаждение
антикатода; 5—заземленный металлический корпус,
выложенный внутри свинцом для защиты от высокого
напряжения и излучения; 6—ввод кабеля высокого
напряжения; 7—внешний кабель; II—общий вид
трубки; 111 — рентгеновская трубка для структурного
анализа (изготовитель Siemens—Reiniger).
§56]
Бериллий
237
Ф9мм
Рис. 5-6-12. Миниатюрная рент-
геновская трубка с антикато-
дом в виде тонкой пленки зо-
лота, нанесенной на герме-
тичное берриллиевое окошко
[Л. 6] (изготовитель: Philips).
1 — анод; 2—бериллиевый
диск; 5—пленка золота; 4 —
вольфрамовый накаляемый ка-
тод; 5 — металлическая труб-
ка, служащая цилиндром Ве-
нельта и экраном; 6—пучок
рентгеновских лучей; 7— ту-
гоплавкое стекло.
Рис. 5-6-13. Стеклянная рентгеновская трубка для кри-
сталлографических исследований с двумя герметичными
бериллиевыми окошками на 40—50 ке к 5 —10 ма
максимальной постоянной нагрузки [Л. 6]
(изготовитель: Comp. Gen, de Radlologie).
/ — схематичный разрез, /—тугоплавкое стекло; 2—
коваровый цилиндр; 3—монелевая рамка окошка,
герметично спаянная с одной стороны с коваровым
цилиндром, а с другой стороны с диском бериллиевого
окошка; 4—круглое бериллиевое окошко; 5 —накалива-
емый вольфрамовый катод в виде плоской спирали;
6—фокусирующий электрод: 7—антикатод с зеркалом
нз массивной меди или электролитически нанесенным
слоем никеля, кобальта или хрома, или же в виде
впаянного молибденового или железного диска; 8—
укрепленный иа антикатоде цилиндр для защиты от
рентгеновских лучей или потока электронов (с двумя
выходными отверстиями); 9 — водяное охлаждение;
II—внешний вид лампы.
238
Черные и цветные металлы
[Гл. 5
лоны рентгеновских трубок из тугоплавкого
стекла ([Л. 7, ,14], рис. 5-6-.13).
Бериллий используется так же, как кон-
структивный материал, для изготовления анод-
ных сеток ртутных разрядных приборов, гаран-
тированных с точки зрения обратного зажи-
гания, и для изготовления холодных катодов
газоразрядных ламп в тех случаях, когда тре-
буется чрезвычайно малое катодное распыле-
ние. Бериллий как отличный раскислитель ис-
пользуется в качестве присадки для Си, Ni
и других металлов, что улучшает их механи-
ческие свойства (см. § 6-2,1 и 6-3,1). В отли-
чие от остальных раскислителей (например,
марганца) бериллий не вызывает отравления
накаленных катодов. О применении окиси
бериллия см. гл. 12 и 27.
ЛИТЕРАТУРА
1. Attlee Z. J., Gen. El. Rev., 46 (1942),
233—236 (Бериллиевые окошки).
2. В е а с h J. G. L., Faust J., Electro-
chem. Soc., 100 (1953), 276—279 (Нанесение
электролитических покрытий на берилий).
3. Beaven W. W. u. Wikle K. G:.
Journ. of Metals, Transact. AIME, 6 (Mai,
1954), 559—573 (Механические свойства ме-
таллокерамического бериллия).
4. Beryllium Corp, of Pennsylvania, Rea-
ding, Pa USA, Properties of Be, Reading,
1947.
5. Bios—Reports, Ns 158, Ns 319, № 522
(Производство бериллия в Германии).
6. Botden Р. I. М. et al., Philips
Techn. Rundschau, 14 (1952), 95—104 (Мини-
атюрные рентгеновские трубки с герметичны-
ми бериллиевыми окошками).
7. В г а с k п е у Н. u. Attlee Z. J., Rev.
Sci. Instr., 14 (1943), 59—63 (Бериллиевые
окошки отпаиваемых рентгеновских трубок).
8. Brush Beryllium Corp. Cleveland, Ohio
(USA), Properties of Pure Vacuum Melted
Be, Cleveland, 1946.
9. Clark G. L., Applied—X—Rays, New
York, 1940, S. 180—184 (Бериллиевые окошки
рентгеновских трубок для микрорадиогра-
фии).
10. Claussen G. Е. u. S k е h а п J. W.,
Met. и. Alloys, 15 (1942), 599—603 (Берил-
лий с присадкой титана, допускающий горя-
чую обработку).
11. Сотоее В. u. Botden Р. I.,
Philips Techn. Rundschau, 13, Heft 3 (1951),
71—80 (Защита бериллием слюдяных око-
шек от электронной бомбардировки).
12. Crane Н. R., Rev. Sci. Instr., 9
(1938), 428 (Пайка бериллия мягкими при-
поями).
13. Gmelins Handbuch der anorganischen
Chemie, S. Aufl., Bd. Beryllium, Berlin, 1930.
14. Griffoul M. R., Le Vide № 33
(Mai, 1951), 995—1006 (Рентгеновские труб-
ки с бериллиевыми окошками).
15. Giintherschulze A., Z. Phys., 36
(1926), 563: 37 (1926), 868; 38 (1926), 575; 62
(1930), 607; 71 (1931), 279 (Катодное распы-
ление бериллия).
16. Н a u s n е г Н. Н. u. Pinto N. Р„
Transact. Am. Soc. Met., 43 (1951), 1052—
1071 (Спекание бериллия в вакууме).
17. Н a u s n е г Н. Н. u. R о о о f f St. В.,
Materials for Nuclear Power Reactors, New
York, 1955 (S. 125—133, Beryllium).
18. Hau sser K. W., Bardehle A. u.
Heisen G., Fortschr. Rontgenstr., 35 (1926),
64 (Бериллиевые окошки рентгеновских тру-
бок).
19. Н i d п е г t Р. u. Sweeney W. Т.,
Phys. Rev., 29 (1927), 616 (Термическое рас-
ширение бериллия).
20. Н о 1 d е n R. В. et al., Journ. Am.
Chem. Soc., 70 (1948), 3897 (Давление насы-
щенных паров бериллия).
21. Horsley С. В., CIOS Report
XXIII—22, London, 1945 (Рентгеновская труб-
ка с рабочим напряжением 10 кв, имеющая
л ин дема невские окошки, защищенные берил-
лием).
22. 111 i g К., Wiss. Veroff. Siemens—
Konz., 8 (1929), Heft 1, S. 75 (Свойства бе-
риллия).
23. 111 i g К., H о s e n f e 1 d M. u.
Fischer H., Wiss. Veroff. Siemens—Konz,
8 (1929), Heft 1, S. 42 (Получение берил-
лия).
24. К a u f m a n A. R. et al., Transact.
Am. Soc. Met, 42 (1930), 784—844 (Метал-
лургия бериллия).
25. К j e 11 g г e n B., Beryllium. Rare Me-
tals Handbook, New York, 1952 (S. 31 ff.)
26. К1 u g H. P„ Rev. Sci. Instr., 12
(1941), 155—156 (Разборная рентгеновская
трубка с окошком из бериллия толщиной
0,2 мм).
27. К го II W., Metallwirtsch, 13 (1934),
725 (Дистилляция металлов в вакууме).
28. К г о 11 W., Beryllium in А. Е. Van
Arkel, Reine Metalle, Berlin, 1939, S. 99—111.
29. Kroll W., Z. anorg. allg. Chemie,
240 (1939), 331—336 (Восстановление BeO).
30. L a s k i n S. et al., Metal Progress, 57
(1950), 98—104 (Биологическое действие бе-
риллия) .
31. Lewis E. J., Phys. Rev., 34 (1929),
1575 (Теплопроводность бериллия).
32. M a c h 1 e 11 R. R., Journ. Appl. Phys.,
13 (1942), 398—401 (Применение герметичных
окошек из бериллия с присадкой титана
в диффракционных рентгеновских трубках).
33. М е n t J. De u. Dake H. C., Rarer
Metals, New York, 1946, S. 1—19 (Получение
и свойства бериллия).
34. N. N„ Product Engng., 21 (1950), Nr. 9,
S. 208, 210, 212 (Ядовитость солей бериллия).
35. OEEC (Organisation for European Eco-
nomic Co-operation), Project № 247, Titanium,
Zirconium and some other Elements, Paris,
1956.
36. О w e n E. A. u. R i c h a г d s T. L.,
Phil. Mag., 22 (1936), 304—311 (Термическое
расширение бериллия).
37. P i n t о N. P., Journ. Met. Transact
AIME (Mai, 1954), 629—633 (Горячее прессо-
вание бериллиевого порошка).
38. Р i n t о N. P., Metal Progress, 57
(1950), 345—347, 382—392 (Определение содер-
жания бериллия в воздухе промышленных
предприятий; методы защиты).
39. R i m b а с h u. Michel, Beryllium,
§6-1]
Сплавы железа
239
New York, 1931 (Работы концерна «Сименс»
до 1928 г.).
40. Rogers Т. Н., Radiology, 48 (1947),
594—603 (Использование бериллиевых окошек
в специальных рентгеновских трубках).
41. Sawyer С. В. u. Kjellgren В.,
Met. and Alloys, 11 (1940), 163—167 (Бериллий
и его сплавы).
42. Sawyer С. В., Yale Sci. Mag., 16
(1941), 11 (Горячая прокатка бериллия).
43. Schweissheimer W., Canad. Ma-
chinery and Manuf. News., 61 (1950), 204
(Отравляющее действие бериллия и его со-
единений).
44. S е у b о 11 A. U., F г a n d s е n I. Р. и.
Linsmayer R. М., Steel, 126 (1950), 71—74,
96 (Получение массивного бериллия горячим
прессованием бериллиевого порошка).
45. Siemens—Reiniger—Werke, DRP, 473,
930/1925/1929 (Экранирующие колпачки из
сплава WCu с бериллиевым окошком).
46. S k е h a n J. W., Частное сообщение
47. S 1 о m a n Н. A.,' J. Inst. Met., 49
(1932), 365—388; Z. Metallkde., 24 (1932), 304;
Met. Ind. Lond., 64 (1934), 160, 183 (Получение
и свойства чистейшего бериллия).
48. S 1 о m a n Н. A. u. Sawyer С. В.,
The Beryllium Industries of Germany and Italy
(1939 bis 1945); FIAT Report № 522, London,
1946, S. 16—18.
49. Stock A. u. Goldschmidt H.,
DRP, 375, 824/21/23 (Получение бериллия).
50. S t о 11 L. L., Trans. Am. Inst. Min.
Met. Eng., 122 (1936), 57—73 (Свойства берил-
лия).
51. Treco R. M., Journ. Met. Transact.
AIME, 188 (1950), 1274 (Термическое расшире-
ние монокристалла бериллия).
52. White D. W. u. Burke I. E., The
Metal Beryllium. Am. Soc. of Metals, Cleveland,
1955.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
СПЛАВЫ И КОМПОЗИЦИИ ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
В вакуумной технике нельзя использо-
вать сплавы и композиции130 при более высо-
кой температуре, чем это допускает каждая из
их составляющих, так как в противном слу-
чае начинается испарение компоненты, обла-
дающей наибольшим давлением пара, изме-
няется состав, а следовательно, .и свойства
сплава; испарение может также стать при-
чиной значительных помех в работе прибора.
Для вакуумной техники наиболее важны:
сплавы Fe с Ni, Со и Сг;
сплавы Ni с Си, Со, Сг, Мп и Ве;
сплавы Си с Be, Ni, Sn (в меньшей степе-
ни с Zn);
Специальные сплавы неблагородных метал-
лов с тугоплавкими металлами (Мо, W);
биметаллы, которые получают в виде полу-
фабрикатов совместной прокаткой и протяж-
кой стержней с внешними оболочками из дру-
гого металла или же механической и термиче-
ской обработкой гальванических покрытий на
проволоках или жести;
импрегнироваиные металлы, которые пред-
ставляют собой вольфрамовую или молибде-
новую пористую заготовку, пропитанную рас-
плавленной медью или серебром.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хансен М„ Структуры бинарных
сплавов, Металлургиздат, М.—Л., 1941 (Диа-
грамма состояния).
2. J а n е с k е Е.: Handbuch aller Legierun-
gen, Leipzig, 1937.
130 В это понятие входят так называемые биме-
таллы, т. е. поставляемые <в готовом виде плакиро-
ванные металлические материалы и так называемые
пропитанные (иморегнированные) металлы, составные
части которых не образуют -сплавов. В {противополож-
ность этому сюда не относятся полученные обычным
гальваническим путем или осажденные испарением
тонкие металлические .покрытия, а также напеченные
пленки металлического порошка или углерода (-см.
S 9-4).
3. L у m a n Т.: Metals Handbook Cleve-
land, 1948 (стр. 1 145—1 268: структура спла-
вов).
6-1. СПЛАВЫ ЖЕЛЕЗА
[Л. 10, '16, 64, 65, 72, 80, 87, 103, 105]
I. Сплавы железо—иикель
Л. 2, 39, 46, 48, 49, 50, 103]
Система железо—никель занимает осо-
бое место среди сплавов, используемых в ва-
куумной технике, так как коэффициент расши-
рения сплавов, принадлежащих этой системе,
можно плавно менять, изменяя содержание
никеля в интервале между 36 и 60% 131, в пре-
делах, которые полностью перекрывают пре-
делы изменения коэффициентов расширения
технических стекол и большинства керамиче-
ских материалов (рис. 6-1-1). При этом также
необходимо учитывать, что коэффициент рас-
ширения сплавов выше точки Кюри132, т. е.
выше точки магнитного превращения, сильно
увеличивается (рис. 6-1-2), поэтому кривая
изменения коэффициента расширения133
(рис. 6-1-3 и рис. 6-1-ЗА) имеет явно выра-
131 В этой области концентраций сплавы FeNi
при комнатной или более высокой температуре окру-
жающей среды имеют аустенитную структуру (куби-
ческая. гр анецентрнров энная у-модификация), коэффи-
циент расширения которой обратим (вплоть до 1 000“ С:
см. (рис. 6-1-4).
132 Сплавы железа с никелем и кобальтом маг-
нитны, но теряют свой ферромагнетизм при высоких
температурах (так называемая (точка Кюри), см.
[Л. 57, 64] и (рнс. 6-1-7.
133 Эту точку перегиба у металлов, которые обла-
дают подобной кривой термического расширения,
можно определить следующим способом (аналогично
тому, как определяют точку превращения по кривым
изменения коэффициента расширения стекла, обла-
дающим точкой перегиба, фис. 10-7): находят темпе-
ратуру, соответствующую точке, в которой касатель-
ная к нижней части кривой пересекается с касатель-
ной к ее верхней части.
240
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Рис. 64-1. Зависимость среднего коэффициента терми-
ческого расширения “20 —100° С> а20—500° С и
«20—TjcC двойных сплавов FeNi и температуры точки
перегиба Tj от содержания иикеля т. Кривые 1 и 5
см. (Л. 65]; "кривая 2: см. ]Л. 91]; кривые 3 н 4 см.
]Л. 103].
Рис. 6-1-2. Зависимость истинного (дифференциального)
коэффициента термического расширения некоторых
сплавов FeNi от температуры Т (при переходе в об-
ласть, лежащую выше точки Кюри, коэффициент рас-
ширения значительно возрастает) ]Л. 107]. Измерения
производились на сплавах FeNi марки „Nilo“ для впаев
в стекло. Изготовитель: „Н. Wiggin. Со.*, состав см.
в табл. 6-1-2. Для сравнения приведена также кривая
для сплава FeNiCo (NiloK, практически сходен с ко-
варом см. § 6-1,IV). а также кривая (пунктирная) для
железа, содержащего углерод.
женную точку перегиба Тъ Температура
точки Кюри, а также точки перегиба с умень-
шением содержания никеля, т. е. с умень-
шением коэффициента расширения, так-
же падает (рис. 6-1-1, верхняя кривая Ti).
Поэтому в общем случае сплав FeNi пригоден
для впаивания только в те стекла, которые
в интервале между комнатной температурой
и точкой перегиба кривой термического расши-
рения сплава FeNi обладают таким же коэф-
фициентом расширения, как и сплав, и, кроме
того, у которых минимальная температура
снятия внутренних напряжений (точка транс-
формации) не превышает температуру точки
превращения соответствующего сплава FeNi 134_
Это ограничивает применение сплавов FeNi
сплавами с содержанием никеля не ниже 42%,
т. е. со средним коэффициентом расширения
выше 70- 10~7 [1/° С] (измеренным между
20°С и соответствующей точкой перегиба). Их
можно применять для впаивания в легкоплав-
кие стекла, которые, кроме сравнительно
высокого коэффициента температурного рас-
ширения, обладают относительно низкой тем-
пературой снятия внутренних напряжений.
С другой стороны, верхний предел содержа-
ния иикеля в таких сплавах определяется
максимальным коэффициентом расширения
применяемых технических стекол (около
110-10—7 {1/° С]) и соответствует примерно
Рнс. 6-1-3. Кривые термического расширения и положе-
ние точек перегиба (*) важнейших сплавов никеля с
железом: относительное удлинение M/I^q стержня, ко-
торый обладает при 20° С длиной Z20 в зависимости от
температуры Т ]Л. 103].
134 Подробнее см. гл. 30.
§ 6-1]
Сплавы железа
241
Рнс. 6-1-ЗА. Кривые термического
расширения сплавов FeNi, содер-
жащих от 40 до 52% Ni, в срав-
нении с кривой термического рас-
ширения молибдена [Л. 8].
55% содержания никеля. Для впаивания
в обычное стекло с коэффициентом расшире-
ния 99 • 10’ [1/° С] и температурой трансфор-
мации 380—480° С применяют сплавы FeNi,
содержащие примерно 49—50% Ni, с точкой
перегиба, лежащей около 500° С, что выше
температуры трансформации большинства при-
годных по своему коэффициенту расширения
легкоплавких стекол.
Чтобы воспрепятствовать образованию
пузырьков СОг на границе стекла и металла
во время впаивания необходимо добиваться
минимального содержания углерода во всех
таких сплавах135 (см. гл. 30), Сплавы, пред-
назначенные для впаивания в стекла с более
высоким коэффициентом расширения, не долж-
ны содержать Со, так как его присутствие
снижает коэффициент расширения (см.
§ 6-1,IV). В табл. 6-1-1 приводится состав не-
133 Сплавы обезуглероживают длительным отжи-
гом при 900—1 000° С в потоке Hi, который перед этим
пропускают при 40° С сквозь слой воды.
скольких используемых на практике сплавов
FeNi. Необходимо соблюдать осторожность не
только по отношению к содержанию углерода,
но также и по отношению к присутствию
кремния и марганца, так как неконтролируе-
мое изменение их количества может значи-
тельно повлиять на коэффициент расширения.
Так, например, увеличение содержания
марганца может настолько снизить темпера-
туру точки перегиба на кривой коэффициента
линейного расширения, что сплав может стать
совершенно непригодным для изготовления
спаев со стеклом [Л. 66]. Поэтому часто удоб-
нее и полезнее во время приемных испытаний
новой партии вместо химического анализа136
производить измерение температурной зависи-
мости коэффициента расширения.
Чтобы улучшить сцепление стекла с ме-
таллом и герметичность спаев, что в значи-
тельной степени обусловлено растворимостью
136 За исключением определения содержания
углерода.
Таблица 6-1-1
Состав некоторых сплавов FeNi для впаев в стекло
Р). % П‘). % ш2). % IV2). % V’), % VI»). %
N1 47,55 47,4 47,24 47,16 42—54®) ( 41,5—43,0’) X 47,5—48,5’)
Сг 0,80 0,94 1,07 1.08 0,9—1,1 —
Мп 0,85 0,47 0,84 0,82 <0,5 <1,0 и <0,8
С 0,035 0,11 4) 4) <0,06 <0,1
S1 0,00 0,37 0,27 0,23 <0,3 <0,25
S 4) 4) 4) 4) 4) 4) 4) <0,01 4)
р 4) <0,01 4)
Си 0,08 4) 0,15 0,16 — <0,2
Fe Остаток Остаток Остаток Остаток Остаток Остаток
1) Данные 1935 г.
«) По данным фирмы Heraues—Vakuumschtnelze 1943 г.
•) По современным нормам.
*) Не определялись. , „
s) Содержание никеля определяется требуемой величиной коэффициента расширения, см. табл. 6-1-2.
.Допуск: +0,25% Ni.
в) „Nilo42" и „NIlo48“ по данным Н. Wiggin Со.
’) Ni + Со.
16—2200
242
Сплавы и композиции черных и цветных металлов • [Гл. 6
в стекле окислов металлов, которые образуют-
ся в процессе пайки, и прочностью сцепления
этих окислов с основным металлом, на прак-
тике часто вводят в сплавы FeNi незначи-
тельное количество хрома,37, так как его
окисел особенно хорошо соответствует ука-
занным условиям (см. также § 6-1 ,V). Иногда
поверхность FeNi проволок покрывают тонки-
ми слоями меди или платины (см. § 6-5,IX
и X).
Рекомендуется также применение сплавов
FeNi, содержащих 0,3—0,7% титана [Л. 79].
Во избежание чрезмерного окисления FeNi
при впаивании в стекло (см. гл. 30, раздел
FeNi), можно применять серебрение вводов,
которое необходимо выполнять очень тща-
тельно; иа слой серебра рекомендуется галь-
ванически наносить покрытие индия, что де-
лает покрытие «епроницаемым для кислорода.
Описание процесса приведено в табл. 6-1-1А.
С этой же целью FeNi вводы перед сереб-
рением можно покрывать слоем золота.
При измерении коэффициента расширения
сплавов FeNi необходимо, как и для боль-
шинства сплавов железа, учитывать, что зна-
чения, полученные для нагартованных или за-
каленных (т. е. быстро охлажденных после
нагревания до высокой температуры) сплавов,
могут сильно отличаться от значений, полу-
ченных после отжига и медленного охлажде-
ния. Поэтому все данные о коэффициентах
расширения необходимо получать на отожжен-
ных образцах и все сплавы, для которых
имеет значение величина коэффициента расши-
рения, необходимо перед использованием в ка-
честве материала для впаивания в стекло нор-
мализовать путем соответствующей термиче-
ской обработки, т. е. отжигать примерно
1—2 ч в водородной печи при температуре
около 900° С, а потом .медленно охлаждать до
комнатной температуры137 138 *. Все виды терми-
ческой обработки (например, отжиг) необхо-
димо производить в нейтральной (например,
N2) или восстанавливающей атмосфере (Н2,
H2+N2), так как сплавы FeNi при длительном
нагревании на воздухе .подвергаются межкри-
сталлитной коррозии.
В табл. 6-1-2 указаны важнейшие марки
сплавов FeNi и приведены значения их коэф-
фициентов расширения а, температур точек
перегиба Тг, удельного веса у и удельного
электрического сопротивления р; в табл. 6-1-3
описаны свойства некоторых других марок
сплавов FeNi для впаев в стекло.
Зависимости коэффициентов линейного рас-
ширения некоторых американских спла-
вов FeNi от температуры приводятся на
рис. 6-1-ЗВ. На рис. 6-1-4 показана зависи-
мость удельного сопротивления чистых двой-
ных сплавов FeNi от содержания никеля, а на
рис. 6-1-5—соответствующая зависимость теп-
лопроводности. Удельный вес и механические
137 Присадка хрома также немного изменяет
коэффициент •расширения. Как указывает Партридж
[Л. 721. «присадка 2% Сг (повышает коэффициент рас-
ширения сплава FeNi (54/46) от 76 • Ю-7 до 116 • 10~7
[Г/С] (измерено на сплаве FeNiCr [52/44, 3/1,95] между
20 и 350° С). ' л д
138 Часто одновременно с этой термической
обработкой производят также умеренное окисление
поверхности металла, вводя в водород следы паров
воды.
Таблица 6-1-1А
Нанесение покрытий серебра и индия на
сплав FeNi (58/42) для впаев в стекло
[Л. 29]
1. Отжиг FeNi при 1 125° С в Н2 (точка
росы —46° С) для обезгаживания и обезуглеро-
живания (с целью предотвращения образования
пузырьков в месте спая).
2. Катодное травление в 10%-ной H2SO4
(20° С) или в смеси:
Графитный анод,
температура ванны
20° С, плотность
тока 2,6 а!дм2
1 об. ч. конц. НС1 (37%) \
1 об. ч. конц. H2SOs (96%) >
1 об. ч. конц. HNOS (70%) J
1 об. ч. Н2О
3. Удаление черных налетов путем по-
гружения деталей на 15—25 сек в смесь:
1 об. ч. конц. H2SOt,
1 об. ч. конц. HNOS.
4. Тщательное промывание в воде.
5. Нейтрализация остатков кислоты по-
гружением в раствор KCN (50 г/л).
6. „Активация" поверхности деталей: со-
став электролита:
1 г цианистого серебра (AgCN),
80 г цианистого калия (KCN),
1 л Н2О.
Аноды: нержа-
веющая сталь
18'8
Детали сразу же после выполнения опера-
ции (5) без предварительной просушки погру-
жают в активирующую ванну (6) и обрабатывают
при плотности тока 1,7 а/дм2 (1,0—2,6 а,'дм2)
в течение 1/2—1 мин до полного покрытия
блестящим слоем серебра.
7. Сереврение.
Состав электролита:
Концентра-
цию раство-
ра следует
время от вре-
мени контро-
30 г цианистого серебра (AgCN),
42 г цианистого калия (KCN),
45 г углекислого калия (К2СО3)
1 л Н2О.
лировать
Аноды: чистое серебро (99,9%).
Плотность тока: 0,4 а'дм2 (начальное значе-
ние 0,2 а/дм2).
Толщина слоя: до 60 мк.
8. Испытание на прочность сцепления:
(термоудар)1.
Посеребренные детали на 15 мин помеща-
ют в водородную печь при температуре 850° С
и быстро извлекают их на воздух. При этом
слой серебра не должен отслаиваться от дета-
лей.
9. Осаждение индия2.
9а. Посеребренные детали подвергаются
катодному травлению при 20° С в растворе циа-
нистого калия (50 г/л).
96. Гальваническое осаждение индия про-
изводится в обычных электролитах на основе
цианистого индия (см. табл. 7-5-3 и [Л. 67]).
Толщина слоя индия: около 0,2—0,5 мк.
') При испытании оценивается именно прочность
сцепления, так как серебро при этой температуре ие
образует сплавов с основным металлом, что подтвер-
ждается данными металлографического анализа.
*) Без индия не удается осуществить прочное со-
единение между поверхностью серебра и стеклом (см.
[Л. 29]). Кроме того, в случае нарушения целостности
слоя иидия при длительном нагревании деталей на
воздухе при 600° С вследствие диффузии кислорода
сквозь серебро иа поверхности FeNi образуется слой
окисла, что ослабляет сцепление серебра с FeNi.*
Основные марки сплавов FeNi для впаев в стекло
Таблица 6-1-2
Состав (остаток Fe) Средний коэффициент термического расшире- ния [ 10’7.1/°С1 в области от 20° С до: Точка пере- гиба кривой расширения, Удельное электри- ческое сопротив- ление, ом-мтЧм Удельный вес, г/см3 Торговая марка
Ni”), % Cr, % 100° С 200° С 300° с 400 °C 500° С 600° с
54 —* 106 106 107 107 108 113 550 0,35 8,2 Feni 54; Vacovit 540*)
52 — — — — —’ 105 95е) 0,43е) Feni 52; Driver Harries No 52»), ’, ”.,2)
51 =1 101 101 . 101 101 102 109 480 0,51 8,2 Feni 51, Vacovit 5111), DilVer"), Platinit
49 s^l 91 91 91 89 97 107 445 0,58 8,2 Feni 49, Vacovit 5011) Carpenter No 4910), ”)
48 — 87 83 83 83 88 — =5=435 0,47-0,53’) —• Feni 48: Nilo 48’)
47 — 84 88 89 91 98 108 =425 0,51 — Allegheny 4750»), *2)
46 — 74 74 73 75 88 99 400 0,60*) 0,457») 8,2 Feni 46, NiFe 460, Vacodil 46’) Driver Harris No 46»)
43 —• 64 61 60 65 81 95 370 0,64 8,2 Vacodil 43*)
42 — 52 52 53 63 81 95 • 355 0,66s) 8,2 Feni 42, NiFe 4201), Vacodil 421)
522) 482) 492) 562) 762) — 340 0,665») 0,57—0,65») 8,1—8,2 Nilo 42’), Driver Harris No 42 Alloy’), *2) Carpenter No 421’), 12)
42 — 47 47 47 । 55 78 93 340 0,66 8,2 Allegheny 42»)
*) Изготовитель: Vacuumschmelae Hanau (ФРГ).
2) Измерено между О'С н указанной температурой, по данным [Л. 41]
«20—340 = 55.10-’; «340—500 = ,36',0‘’1 по Данным [Л. 891 «20—340 = 48-10-’.1/°С.
3) По данным [Л. 108].
•) 200°- С; 0,84; 400 °C: 1,0; 600° С: 1,07; 800° С: 1,13 ом-мм^м.
3) 200° С: 0,88; 400° С: 1,0; 600° С; 1,08; 800° С: 1,13 ом-ммЧм.
•) Изготовитель: Driver Harris Comp.; Harrison N, J (CHIA).
’) Изготовитель: H. Wiggin Co., Ltd., Бирмингем (Англия).
e) Изготовители Acieries d'lmphy, Франция.
•) Изготовители Allegheny, Ludtum Steel Corp. Brackenridge (Pa) (CHIA).
10) Изготовитель: Carpenter Steel Corp., Reading (Pa) (США).
“) ±0,25% Nil.
,!) Кривые термического расширения см. рис. 6-1-ЗВ.
”) Прочие примеси: С<0,10; Sl<0,5; Мп< 1,0 (по данным Werkstofib’.att Stahl-
Eisen 385-57).
Сплавы железа 243
Таблица 6-1-3
Свойства некоторых сплавов FeNi для впаев в стекло1
Торговое обозначение Единицы измерения FeNi 47 Allegheny 4750 Allegheny 42 Двойной сплав FeNi (значения по данным [Л. 601* Примечания
Примерный состав 47,5% NI, 1% СГ, 1% Мп, остаток Fe -47% N1 -12% Ni 36% Ni, остаток Fe 42% Ni, остаток Fe 49% N1, остаток Fe 80% NI, остаток Fe
Удельный вес г/сл’ 8,2 8,2 8,2 8,5 8,12 8,15 8,74 Рис. 6-1-6, табл. 6-1-2
Температура плавления °C Рис. 6-1-7
Временное сопротивленйе разрыву кГ[ммг 65 73 70 45,5—63 57,4—84 59,5-98 63—98 Рис. 6-1-6
Предел текучести кГ/ммг — 29 50 (~20)«) (~22)’),’)
Относительное удлинение % 30—36 32 28 (38)’) (~41)«)
Модуль упругости при растяжении кГ/мм2 — — — 14 700 14 700 (15 200)=) 16 500 23 100 (20 000)2)
Модуль упругости при сдвиге кГ(м},12 (5950) (6 500) —
Твердость по Роквеллу Шкала В 69 65 70—90 75—100 80—103 85—103
Твердость по Бринеллю кГ/мм2 (109)’) 117 (119)’)
Температурный коэффициент линей- ного расширения (20—100° С) 10 ’’ град 89 98 (См. рис. 6-1-ЗВ) 47 Табл. 6-1-2, рис. 6-1-1, 2 и 3, 3-2-20
Удельная теплоемкость кал/г-град (0,123) (0,121) (0,120)
Теплопроводность кал 0,038 0,037 0,026 0,032е) 0,035е) 0,041’) Рис. 6-1-5 см. [Л. 22, 28]
см-сек-град
Удельное электрическое сопротивле- ние ом-мм2/м 0,45 0,51 0,66 Рис. 5-2-6, 5-4-8, 6-1-4, табл. 6-1-2 [Л. 15,82]
Растворимость водорода Рис. 9-2-1
Проницаемость для водорода Рис. 9-5-8
Точка Кюри •) См. [Л. 50]. 2) По данным (Л. 65]. 3) Отожжеииый. •) Величины в круглых скобках приводя °C тся по данным [J Ъ 49]. ’) »( •) п ’) п 2 (отожже! о данным [. о данным [. 1ный образе П. 103]. П. 103] для ц) 10 — 18 кг/мм сплава Vacovlt г. 501. Рис. 6-1-7
244 Сплавы и композиции черных и цветных металлов [Гл.
§ 6-1]
Сплавы железа
245
свойства отожженных чистых двойных спла-
вов с различным содержанием Ni показа-
ны на кривых рис. 6-1-6; температуры плавле-
ния и точек Кюри различных сплавов FeNi
могут быть определены из рис. 6-1-7.
Техническое применение (см. также
[Л. 60]). Сплавы FeNi используются в вакуум-
ной технике почти исключительно для изготов-
ления герметичных спаев со стеклом (гл. 30)
или с керамическими материалами (гл. 32),
причем для впаев в стекло используют, как
правило, проволоку диаметром 0,2—1 мм, а
для соединения с керамикой — колпачки и ци-
линдры. Если такие цилиндры из FeNi42
имеют очень тонкие стенки и края их остро
заточены, то их можно применять вместо тех-
нически более выгодного, но более дорогого
ковара (см. § 6-1,IV) для соединения с туго-
плавким стеклом, так как разница в коэффи-
циентах расширения между стеклом и метал-
лом компенсируется тем, что тонкие и пла-
стичные края цилиндров при вызваиных изме-
нением температуры перемещениях следуют за
см/см
стеклом. Такие FeNi колпачки хорошо паяют-
ся эвтектическим припоем Ag'Cu к медным де-
талям. Хотя сплавы FeNi соединяются со
стеклом труднее, чем сплавы FeCr (см.
§ 6-1,V), они по сравнению с последними
легче обрабатываются и менее склонны к об-
разованию трещин; поэтому их поверхность
не нуждается в шлифовке, которая необходи-
ма при изготовлении вводов из FeCr. Сплавы
FeNi обладают перед платинитом (см. § 6-5,IX)
прежде всего тем преимуществом, что они ме-
нее чувствительны к ртути. При длительном
нагревании, как уже указывалось, в сплавах
FeNi может возникать межкристаллитная кор-
розия.
При изготовлении цельнометаллических
электронных ламп часто используют штенгели
из FeNi, которые на время откачки привари-
вают к стеклянной трубке вакуумной системы;
после откачки и вакуумной обработки элек-
тронной лампы металлический переход обыч-
но герметично пережимают в горячем состоя-
нии, а потом заваривают или запаивают.
Вследствие большой дуктильности материала
в отожженном состоянии такая сильная де-
формация не приводит к возникновению тре-
щин.
FeNi (50/50) под торговой маркой Grid-
nic — А (50,5% никеля, 49% Fe; производите-
ли материала: Driver Harris Comp., Harrison,
N. J., США) применяют также для изготовле-
ния траверс спиральных сеток и для навивки
самих сеток приемно-усилительных электрон-
ных ламп.
Материалы из FeNi-сплавов необходимо
хранить в сухом воздухе (лучше всего в слабо
обогреваемых сушильных шкафах), так как во
влажной атмосфере они легко ржавеют. Часто
рекомендуется изделия из FeNi, особенно опи-
санные выше штенгели, перед употреблением
декапировать, чтобы удалить с поверхности
возникающие на ней при вытяжке неравномер-
ные слои окислов и остатки смазки, которые
нарушили бы равномерное поверхностное окис-
Рис, 6-1-ЗВ- Кривые термического расширения некоторых американских сплавов на основе железа, предназна-
ченных для изготовления герметичных спаев со стеклом или керамикой (Л. 13]. См. также табл. 6-1-2 по 6-1-7
и 6-1-И.
246
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Рис. 6-1-4. Зависимость удельного электрического со-
противления р чистых двойных сплавов железа с ни-
келем при различных температурах Т от содержания
никеля твд. При малых содержаниях никеля (необра-
тимая область слева от линии А) величина сопротивле’
ния сильно зависит от термической обработки; иижиие
кривые получены при нагревании, верхние—при охлаж-
дении. Линия С соединяет точки магнитного пре-
вращения [Л. 15]. Внизу: удельное сопротивле-
1 dp
иие р20 и его температурный коэффициент —
для области 36—100% Ni ]Л. 48, 49).
ление, необходимое при последующем изготов-
лении сцаев. Для этого используют электроли-
тическое травление в цианистом калии (KCN)
переменным током величиной несколько ампер
при напряжении 5—10 в с последующим тща-
тельным промыванием и отжигом в вакууме
или в водороде (Vs ч при 800—1 000° С с мед-
ленным охлаждением после отжига).
В табл. 6-1-ЗА приведено описание процес-
са очистки выводов из железо-никелевых спла-
вов, содержащих от 49 до 54% никеля, после
изготовления спаев со стеклом.
II. Инвар (36% Ni) и фригидал (33% Ni,
1% Сг)
Основные свойства этих сплавов приведены
в табл. 6-1-4. Они отличаются очень малой
теплопроводностью (0,026 кал{см сек • град по
сравнению с 0,92 для меди и 0,22 для никеля).
Рис. 6-1-5. Зависимость теплопро-
водности X двойных сплавов
FeNi от содержания никеля
.... —по данным [Л. 68].
3 6-1]
Сплавы железа
247
Рис. 6-1-6. Зависимость удельного веса к, временного
сопротивления разрыву а2&, предела текучести стр, от-
носительного удлинения 6 и модуля упругости Е отож-
женных сплавов FeNi от содержания иикеля mjqj.
Коэффициент расширения сплавов при низких
температурах очень мал (см. рис. 6-1-1), но
значительно возрастает при нагревании выше
100° С (см. также рис. 6-1-2 и 6-1-3) и сильно
зависит от предварительной обработки мате-
риала (табл. 6-1-5).
Инвар и фригидал вследствие своей малой
теплопроводности используются в вакуумных
приборах прежде всего как теплоизолирующие
материалы, например, для лодочек и держате-
лей геттеров, когда 'необходимо предохранить
нагревающийся при обезгаживании из-за боль-
шого притока тепла от анода геттер от преж-
девременного испарения до окончания прока-
ливания остальных деталей (см. гл. 27). Эти
сплавы применяются также для вводов к силь-
но нагруженным анодам с целью затруднить
отвод тепла к стеклянной ножке. В виде про-
волоки их используют для вводов и держате-
лей кернов малых эквипотенциальных катодов
косвенного .накала приемно-усилительных ламп
(см. рис. 15-65С, позиция 3), для повышения
экономичности которых необходимо предотвра-
тить отвод тепла держателями. При этом ис-
пользованию инвара отдается предпочтение
при изготовлении таких деталей держателей,
которые не служат одновременно проводника-
ми сильных токов, так как из-за высокого
электрического сопротивления инвара это при-
вело бы к значительному падению напряже-
ния и к повышению температуры токоподво-
дов. Вследствие малого коэффициента расши-
рения, который приближается к коэффициен-
ту расширения кварцевого стекла, инвар ис-
пользуется для газонепроницаемых шлифовых
соединений кварца с металлом (см. гл. 31),
для вакуумных биметаллических переключа-
телей и других подобных конструкций (см.
§ 6-4,IID табл. 6-4-4 и рис. 6-4-3).
III. Сплавы FeNiCr для спаев со стеклом
[Л. 39, 53, 72]
Как уже указывалась ® § 6—1,1, сцепление
сплавов со стеклом можно улучшить присад-
кой хрома. С точки зрения величины коэффи-
циента термического расширения и темпера-
туры точки перегиба содержание хрома в та-
ких сплавах может достигать 8%. Обычно по-
ставляются сплавы, указанные в табл. 6-1-7,
известные под различными фирменными наи-
менованиями (№ 14-А11оу, Sylvania № 4,
Allegheny Sealmat, НС-4, Carpenter 426,
Vacovit 426).
Несмотря на относительно низкую . точку
перегиба кривой термического расширения
(рис. 6-1-8 и 6-1-2) сплавов, содержа-
щих 6% Сг (табл. 6-1-6, № 1), при впаях
в мягкое свинцовое стекло (температура
трансформации около 410° С) они образуют
спаи, которые после охлаждения до комнат-
ной температуры лишены внутренних напря-
жений, хотя в процессе охлаждения при тем-
пературе около 300° С эти спаи обнаруживают
наличие значительных внутренних напряжений.
По новым данным [Л. 96], сплав FeNiCr с 5%
хрома (табл. 6-1-6, № 2) с этой точки зрения
более выгоден, так как он отличается еще
более точным приближением кривой термиче-
ского расширения к обычным свинцовым стек-
лам (см. гл. 30). Этот сплав получают из по-
рошкообразного карбонильного никеля, по-
рошкообразного железа (с 0,02% С, 0,13% Mg
и 0,03% Si) и порошкового CrNi (73,7% Ni,
22,3% Cr, 0,2% Si, 0,4% Mg, 0,2% С и
1,0% Fe) путем плавки в тиглях из окиси бе-
риллия в сухом водороде при 1550° С
(20 мин).
При изготовлении спаев прутков и трубок
из FeNiCr — оплав со стеклом для приборов
Рис. 6-1-7. Зависимость точки плавле-
ния Т и температуры магнитного
превращения (точка Кюрн) Tq двойных
сплавов FeNi от содержания никеля
(в % вес.); [Л. 571 см. также
рис. 6-1-4.
248 Сплавы и композиции черных и цветных металлов [Гл. 6
Таблица 6-1-ЗА
Метод удаления окалины с деталей из железоникелевых сплавов (например, FeNi
С 49—54% Ni, FeNiCr (52/42/6) и FeNiCo от „Vacon 10“ до „Vacon 70“) после изготовления
спаев со стеклом [Л. ЮЗ]
/. П редварительное травление
II. Травление
III. Заключительные операции1)
’) Не производятся в том случае, если следы хлора могут в дальнейшем отрицательно повлиять на харак-
теристики электровакуу.много прибора.
2) При обработке сплава FeNiCr (52/42/6) в отличие от всех прочих сплавов железа и никеля, которые
быстро взаимодействуют с раствором, продолжительность этой операции следует увеличить.
Таблица 6-1-4
Свойства инвара и фригцдала [Л. 10]
Инвар Фригидал
Состав, % 36% Ni; 64% Fe5) 33% Ni; 1% Сг; 66% Fe
Удельный вес, zfcx.2 8,1 См. рис. 6-1-6
Температура солидуса, °C 1 425
Временное сопротивление разрыву, кГ{мм2 45—60 (49—64)4) 60
Предел текучести, кГ1мм2 28—42(16,7—49)4) —
Относительное удлинение, % 45—30 (36—20)*) 32
Твердость по Бринеллю, кГ/мм2 160 (143)®), 4)
Модуль упругости при растяжении8), кГ/мм2 15 000 Рис. 6-1-6
Теплопроводность, кал)см• сек-град 20—100° С: 0,026, 20° С: 0,0326) Рис. 6-1-5 0,026
Удельное электрическое сопротивление, ом-мм2[м 20° С: 0.83 200° С: 0,91 400° С: 1,01 600° С: 1,07 См. рис. 5-2-6 и 6-1-4 20° С: 0,9
§ 6-1 ]
Сплавы железа
249
Продолжение табл. 6-1-4
Инвар Фригидал
Температурный коэффициент электрического сопротивления, \/град 0,2-10-’
Средний температурный коэффициент расши- ренна (отожженный и отпущенный мате- риал), 10-7-1/г/?ад 20—50° С: 8 20т—100° С: 11 100—200° С: 26 200—250° С: 50 250—300° С: ПО 300—400° С: 160 400—700° С: 180 0 20—50° С: 14 20—100° С: 19 20—500° С: 112
Точка Кюри, °C 200
Удельная теплоемкость, кал]град 0,121
’) См. табл. 6-1-5 и рис. 6-1-2, 6-1-3, 6-1-ЗВ, 6-4-3 и табл. 6-4-4.
Ё) Отожженный.
•) Модуль упругости при сдвиге: 5 670 кГ!мм?.
*) Величины, заключенные в скобки, приводятся по данным (Л. 49].
•) Аналогичный сплав (36% N1; 0.72% Мп;^0,2%С; остальное Fe) выпускается в США под маркой „Nilvar*
(Изготовитель: Driver Harris Со.). Кривые термического расширения см. ряс. 6-1-ЗВ.
“) По данным [Л. 103].
СВЧ рекомендуется предварительно наносить
на поверхность металла слой меди, что умень-
шает сопротивление токам высокой частоты
(методику см. табл. 6-1-6А). После изготовле-
ния спая участки, не покрытые стеклом, очи-
щают от образовавшихся окислов меди и
Рнс. 6-1-8. Кривые термического расши-
рения фернихрома 52/42/6 (торговая мар-
ка „Vaco nit 426“) и ферннхрома
37/30/25/8 [Л. ЮЗ]. Ту — точка перегиба.
Кривые обратимы в интервале от
—75 до 1 000° С.
остатков меди, после чего серебрят. Описание
этого процесса приведено в табл. 6-1-6В. Как
и все сплавы, содержащие хром, детали
из Fe-Ni-Cr сплавов с трудом паяются или
свариваются точечной сваркой с другими ме-
таллическими деталями, особенно тогда, когда
их поверхность сильно окислена при изготов-
Таблнца 6-1-5
Коэффициент термического расширения
инвара1)
Интервал температур [°C] Коэффициент термического расши- рения, \[град
На гартованны й образец Отожженный и отпущенный образец
—404- —20 3-ю-’ 1910-’
-204-0 3-10-’ 17-10-’
0—+20 2-10-7 16-10-’
20—40 ью-’ 13-10-’
40—60 2-10-’ 12-10-7
60—80 3-10-7 13-ю-’
80—100 4-Ю-7 14-20-’
100—150 16-10-’ 20-10-’
150—200 42-10-’ 30-10-’
") „Nickeleisen 360А*. новое обозначение .VacodH
36(A)* Изготовитель: Vacuumschmelze Напач.
леиин спаев со стеклом139, причем присутствие
стекла делает невозможным восстановитель-
ный отжиг в водороде. В таких случаях перед
пайкой или сваркой применяют предваритель-
ное никелирование. Подробное описание этого
процесса приведено в табл. 6-1-6С (см. также
§ 9-4,VI). В последнее время были предло-
жены FeNiCr сплавы для вводов в стекло, со-
держащие от 1 до 3% титана [Л. 63]. По-
ставляются и опробованы на практике FeNiCr
сплавы для вводов в стекло, содержащие ко-
бальт (так называемый «Ферникохром», см.
табл. 6-1-6, № 3).
139 Процесс очистки FeNiCr (52/42/6) см-
табл. 6-1-ЗА.
250
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
По сравнению со сплавами FeNiCr, они
обладают немного большим коэффициентом
расширения и немного более высокой точкой
превращения (см. рис. 6-1-8).
IV. Сплавы FeNiCo. Ковар, «Фернико»
[Л. 25, 38, 39, 45, 46, 89, 90, 91, 99]
Эти сплавы, применяющиеся исключитель-
но для впаев в стекло, во многом обязаны
своим возникновением исследованиям Скотта,
который выяснил, что введение присадки ко-
бальта, т. е. частичная замена никеля кобаль-
том в железо-никелевых сплавах (см. § 6-1,1),
использующихся для впаев в стекло, позво-
ляет получить сплав FeNiCo с таким же ко-
эффициентом расширения, но значительно бо-
лее высокой точкой превращения (точкой
Кюри) на кривой термического расширения140
[Л. 89]. Это имеет особое значение для произ-
водства сплавов, предназначенных для изго-
товления спаев !с тугоплавкими стеклами, име-
ющими низкий коэффициент расширение
(50—60-10-7 [1/°С]). Как известно соответ-
ствующие сплавы FeNi с таким же коэффици-
ентом расширения обладают недопустимо низ-
кой точкой Кюри, лежащей значительно ниже
температуры трансформации обычных техни-
ческих тугоплавких стекол; поэтому эти спла-
вы нельзя использовать для массивных дета-
лей, впаиваемых в тугоплавкие стекла.
Состав сплавов типа «Ковар». При заме-
не никеля кобальтом необходимо учитывать,
что введение слишком большого количества
кобальта наряду с повышением точки Кюри
может настолько повысить так называемую
точку Аг3, т. е. температуру перехода соот-
ветствующего сплава FeNiCo, из у-состояння
в a-состояние (кубическая объемоцентриро-
ванная решетка), что она достигает области
температур изготовления или последующей
эксплуатации спая. В этом случае кривая
термического расширения при переходе через
точку Агз будет необратимой (рис. 6-1-9).
Поэтому выбирают отношение содержания ко-
бальта к содержанию никеля таким, чтобы
точка Агз лежала по крайней мере ниже
—80 или —100° С, и наименьшее содержание
кобальта, при котором удается этого достиг-
нуть, называют «оптимальным содержанием
кобальта». Сплавы FeNiCo с «оптимальным»
содержанием кобальта всегда находятся в у-
состоянии (с аустенитной структурой) и обла-
дают, во всяком случае, до тех пор, пока
их не охлаждают ниже —80, —100° С путем
погружения в жидкий воздух, обратимой кри-
вой расширения при любых температурах
(рис. 6-1-10).
Если же температура детален становится
ниже указанного нижнего предела, то проис-
ходит более или менее полное превращение
140 Скотт и Westinghouse Electric Corp, дали своим
разработанным специально для впаев в стекло сплавам
FeNiCo название «ковар*, в то время как Халл и Gen.
El. Comp., которые вскоре после Скотта получили ма-
териал с подобными, свойствами, обозначили этот сплав
маркой „Фернико*. Со временем почти все страны при-
ступили к производству аналогичных сплавов, которые
часто встречаются в продаже под различными марками,
как, например. NlloK (Англия), Telcoseal (Англия), Sivar
(Германия), Vacon (Германия), Dllver Р (Франция)
Nlcosel, Rodar, Therlo н т. д.
§ 6-1]
Сплавы железа
251
Таблица 6-1-6А
Электролитическое меднение деталей из FeNiCr (52/42/6) для ламп СВЧ перед
впаиванием в стекло [Л. 43]
*) После этой операции детали следует тщательно промыть теплой дистиллированной водой.
Таблица 6-1-6В
Электролитическое серебрение медненных вводов FeNiCr (52/42/6) после впаивания в
стекло [Л. 43]
’) После этой операции детали следует тщательно промыть холодной дистиллированной водой.
s) Слой меди в процессе изготовления спая практически полностью окисляется.
252
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
(Гл. 6
Таблица 6-1-6G
Электролитическое никелирование деталей из FeNiCr (52/46/6) после впаивания
и стекло [Л. 43]
’) После этой операции детали следует тщательно промыть холодной дистиллированной водой.
2) К раствору КМпО4 добавляют Са(ОН)я или Na JH до тех пор, пока не исчезнет характерная окраска рас-
вора перманганата калия.
у-фазы в a-фазу, что при последующем на-
гревании проявляется в виде заметного уве-
личения коэффициента расширения по срав-
нению с первоначальным (см. пунктирные кри-
вые на рис. 6-1-10 и 6-1-20). При нагревании
до более высоких температур (выше 600° С;
при 900° С за сравнительно короткое время
'/s ч) происходит полное превращение обра-
зовавшейся a-фазы в у-фазу. Это сопровож-
дается соответственным изменением коэффи-
циента расширения (рис. 6-1-10).
Рис. 6-1-9. Кривая термического расширения непригод-
ного для впаев в стекло (необратимого) сплава FeNiCo
(52/24/24) при охлаждении (-----) и повторном на-
гревании (------); в точке Аг3 при охлаждении про-
исходит превращение 7-фазы в a-фазу, которая обла-
дает гораздо большим коэффициентом расширения,
чем стекло (—• — — •—), первоначально согласован-
ное по своему коэффициенту расширения с у-фазой
сплава FeNiCo. При нагревании сплава выше точки
происходит образование у-фазы, но при охлаждении
до температуры окружающей среды ои снова перехо-
дит в a-фазу, и кривые термического расширения
остаются необратимыми (см. (Л. 23]).
Эти данные, полученные при изучении
кривой расширения, подтверждаются также
измерениями твердости и наблюдениями ми-
кроструктуры [Л. 61]: идеальный материал
типа «Ковар», который обладает точкой Ars
Рис. 6-1-10. Процесс расширения пригодного длн
впаев в стекло (обратимого) сплава FeNiCo (54/28/17,5).
у которого в отличие от сплава, свойства которого
изображены на рис. 6-1-9, точка z3r3 была смещена зна-
чительно ниже температуры окружающего пространст-
ва путем уменьшения содержания кобальта; однажды
полученная в процессе отжига при высокой темпера-
туре 7-фаза сохраняется и при охлаждении до ком-
натной температуры и во время повторного нагревания.
Процесс расширения этого сплава типа „Ковар" для
впаев остается обратимым в том случае» если сплав
не охлаждают до температуры ниже —100° С. Однако
и в этом случае можно перевести сплаа в у-фазу на-
греванием его выше 800° С. Такие сплавы дают безу-
пречные спаи со стеклом, коэффициент' расширения
которого соответствует у-фазе (например, стекло
„Corning 7052", кривая---------------- — -—).
$ 6-1]
Сплавы железа
253
Рис. 6-1-11. Микроструктура различных марок ковара после протравливания царской вод-
кой и CuC!s ]Л. 61]. а—нормальный (аустенитный) холоднообработанный ковар с весь-
ма мелким зерном; b — нормальный (аустенитный) ковар после отжига при 1 000” С в во-
дороде в течение 10 мин; с —мартенситный ковар после предварительного кратковре-
менного охлаждения до —80” С; d —ковар с точкой Аг3 между —10 и 0” С после 30%
холодной обработки и последующего отжига в водороде в течение 1 ч при 500° С; на
шлифе видно значительное количество мартенсита.
ниже —100° С, имеет после отжига при тем-
пературе выше 700° С твердость по Роквеллу
(В) 70—80 и упорядоченную аустенитную (у)
структуру (см. также рис. 6-1-11,а и Ь). Если
же материал при охлаждении ниже —100° С
в целом или частично подвергнется превраще-
нию /1г3, то его твердость по Роквеллу (В)
достигает 88—100, а структура становится
мартенситной ; (рис. 6-1-41,с). В сплавах, точка
Аг3 которых не лежит достаточно низко по
сравнению с комнатной температурой (напри-
мер, между —10° С и 0°С), при холодной
обработке может возникнуть значительное
количество мартенсита, поэтому такие ма-
териалы также непригодны для впаев
(рис. 6-1-1 l,d).
Чем выше лежит температура превраще-
ния к —>а, тем меньшие степени деформации
приводят к образованию мартенсита. Поэтому
после обработки сплавов даже высокого ка-
чества, предназначенных для впаивания
в стекло, необходим достаточно длительный
отжиг при достаточно высокой температуре
для получения аустенитной структуры и обра-
тимых характеристик коэффициента расшире-
ния.
Исследование микроструктуры показало,
что размер зерен также влияет на величину
температуры Аг3 (даже при одинаковом хи-
мическом составе сплавов), причем она повы-
шается с ростом размеров зерен.
Поскольку a-фаза сплавов типа «Ковар»
обладает заметно меньшим удельным электри-
ческим сопротивлением, чем у-фаза, то исполь-
зуя измерения электросопротивления в зави-
симости от степени деформации (рис. 6-1-11 А)
или путем глубокого охлаждения141, можно
получить надежные сведения о присутствии
объемоцентрированной (а-) составляющей да-
же тогда, когда металлографический анализ
ее еще не обнаруживает.
На рис. 6-1-12 показано положение
области сплавов типа «Ковар» в тройной си-
стеме FeNiCo и намечены границы между
областями существования аустенитной и мар-
тенситной фаз.
Эти границы142 отвечают требованию:
Точка Аг3<—80 до —100° С,
141 Погружение в жидкий азот изменяет величину
электросопротивления так же, как и холодная дефор-
мация, на 50—60% (см. рис. 6-1-11А).
142 Эти границы не отражают истинного фазового
равновесия, поскольку, как я следует ожидать, в про-
цессе холодной обработки в сплавах, лежащих в об-
ласти аустенита, особенно вблизи ее границ, может
образоваться мартенсит.
254
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6-
Рис. 6-1-11А. Зависимость удельного электрического
сопротивления р80 первоначально отожженных сплавов
FeNiCo: I—от степени деформации V прн холодной об-
работке; ZZ—от температуры отжига Tv» следующего
за холодной обработкой со степенью деформации
100% [Л. 401.
| № сплава 1 Состав1, % вес Темпера- тура точ- ки Аг3, °C.
Ni Со Fe
1 2 26,9 27,9 17,9 17,7 Остальное Остальное +30 —40
3 4 28.2 28,2 29 17,6 17.6 17.6 Остальное Остальное Остальное —75 —165 —230
1 Содержание примесей раскислителей во всех
сплавах практически одинаково.
а также условию:
При холодной деформации на 40%
не должно происходить никаких замет-
ных изменений коэффициента термиче-
ского расширения и удельного электри-
ческого сопротивления по сравнению
с состоянием сплава после отжига при
900° С.________________________________
Несмотря на то, что по уже приведенным
соображениям при данном коэффициенте рас-
ширения нельзя произвольно увеличивать ко-
личество кобальта в сплаве, точка перегиба
кривой расширения сплава, содержащего даже
ограниченное таким образом «оптимальное»
количество кобальта, может иногда подни-
маться так высоко, что достигнет величины
точки трансформации используемых в технике
стекол с малым коэффициентом расширения
или превысит ее, в особенности после того,,
как удалось изготовить специальные стекла
со сравнительно низкой температурой транс-
формации и низким коэффициентом расшире-
ния (для пайки стекла с коваром, см. § 10-2:
и гл. 30).
На рис. 6-1-13 подробно показана зависи-
мость температуры превращения и коэффи-
циента расширения сплавов FeNiCo от их со-
става. Прежде всего на кривой I изображена
зависимость «оптимального содержания» ко-
бальта Coopt от общего содержания (Ni+Co)-
для технических, полученных путем плавки
сплавов FeNiCo (Мп=макс. 0,5% и С=макс.
0,06%). Кривая // изображает зависимость,
среднего коэффициента расширения а,„ (изме-
ренного в интервале между комнатной темпе-
ратурой и соответствующей температурой
точки перегиба Т i) в зависимости ст содер-
жания (Ni+Co). Из этой кривой можно пу-
тем сравнения с кривой /// (коэффициент рас-
ширения сплавов FeNi без Со) определить,
насколько повышается температура точки пе-
региба Ti (кривая IV), если заменить сплав
NiFe без кобальта с определенным коэффици-
ентом расширения (кривая III) сплавом FeNiCo
(кривая II) с таким же коэффициентом расши-
рения.
Так, например, сплав FeNi, не содержа-
щий Со и имеющий ат=50хЮ-7 [1/°С],
согласно рис. 6-1-13, кривая III, содержит
42% никеля («Feni 42») и, как видно из кри-
вой IV, имеет температуру точки перегиба
только 350° С, что лежит значительно ниже-
температуры трансформации обычных марок
технических стекол с коэффициентом расшире-
ния 50-10 7. Сплав FeNiCo с «оптимальным
содержанием» кобальта и таким же коэффи-
циентом расширения содержит согласно кри-
вой // около 46,5% (Ni+Co), причем в соот-
ветствии с кривой / «оптимальное содержа-
ние» кобальта Соопт равно примерно 18%..
Рис. 6-1-12. Структурная диаграмма системы сплавов.
FeNiCo [Л.51]. В области А — М образуется аустенит'
при охлаждении образцов от высокой до комнатной'
температуры; однако при охлаждении до температуры;
жидкого воздуха в этой же области образуется мар-
тенсит.
Аустенит—гранецентрнрованиая (у-) решетка; Фер-
рит— объемноцентрированная (а-) решетка; Мартен-
сит—структура с частично прошедшим у—>«- превра-
щением.
§ 6-1]
Сплавы железа
255
Такой сплав FeNiCo для вводов обладает,
как видно из кривой IV, температурой точки
перегиба около 430° С. Таким образом, при-
садка кобальта повышает температуру точки
перегиба по сравнению со сплавом с таким
же коэффициентом расширения, но не содер-
жащим кобальта, примерно на 80° С. Так как
в настоящее время изготовляются специаль-
ные стекла, устойчивые к атмосферным воз-
действиям и имеющие ат=50-10-7 {1/°С]) и
температуру трансформации около 440° С (см.
§ 10-2), то сплав FeNiCo с установленным по
рис. 6-1-13 составом (29% Ni и 48% Со) в от-
личие аг сплава FeNi 42 иполне пригоден для
впаев в указанные стекла. Как видно из
табл. 6-1-7, он изготовляется обычно под на-
званием «Ковар 12» (или Vacon 12).
На рис. 6-1-14 повышение температуры
точки перегиба под действием присадки ко-
Рис. 6-1-13. Зависимость температуры точки перегиба
на кривой термического расширения Tj (кривая IV)
и среднего коэффициента термического расширения ат
(кривая II), измеренного между 20* С и соответствующей
температурой точки перегиба Tj сплавов FeNiCo от об-
щего весового содержания PiNi+Co никеля и кобальта.
Для сравнения приведена кривая изменения коэффи-
циента расширения ат сплава FeNl, не содержащего
Со (кривая III). По кривой I можно наглядно опреде-
лить так называемое „оптимальное* содержание Coopt,
т. е. то количество кобальта, которое необходимо,
чтобы точка Дга была заведомо ниже —100* С 1Л.91].
Рис. 6-1-14. Кривые термического расширения сплава!
FeNi 42, 'ие содержащего кобальта (58% Fe. 42% Ni),.
сплава FeNiCo „Ковар 12* (54% Fe, 29% Ni, 18% Со)
н согласующегося с ним стекла (Corning 7060), а также
сплава FeNiCo „Ковар А* или „Nilo К* и двух согла-
сующихся с ним стекол („ВТН С 40* н „Осгат 756 Ь").
« — точки перегиба кривых; О—температура трансфор-
мации (strain point. т4=1о'*>’ пз)‘, Д—точка равновесия
(setting point. ^=1014 пз); Q—температура размягчения
(annealing point, i)=i()13.4 n3j различных стекол.
бальта, а также достигаемое при этом более-
полное согласование с характеристиками не-
которых стекол, показано путем сравнения-
кривых расширения сплава «FeNi 42» (58 Fe,
42 Ni, без Со) и сплавов FeNiCo «Ковар 12»-
и «Ковар А». На рис. 6-1 -3 кривая расширения
аналогичного сплава типа ковара (Nilo К с 29’
Ni, 17 Со) сравнивается с характеристиками
сплавов FeNi, не содержащих кобальта. На
всех рисунках ясно видно повышение темпера-
туры точки перегиба.
Из рис. 6-1-13 с полной очевидностью сле-
дует, что присадка кобальта к сплавам FeNi,
имеющим высокий коэффициент термического-
расширения, является излишней, так как тем-
пература точки перегиба этих сплавов и без
добавления кобальта достаточно высока для
впаев в технические стекла143. Поэтому исполь-
143 Например, сплав для вводов FeNi (без Со) с ко-
эффициентом расширения = 90*10“’ в соответствии
с рис. 6-1-13, кривая ///, содержит около 49% никеля
(.Feni 49“), и в соответствии с кривой IV температура
точки перегиба для него составляет около 475° С. Так
как эта температура достаточно ;превышает темпера-
туру трансформации Т?г обычных стекол для впаев
= 383—448° С), нет необходимости повышать точку
перегиба такого сплава присадкой Со. Поэтому FeNI 49*
(без Со) используется непосредственно и производится
как сплав для впаев в мягкие стекла с ат =90* 10"7'
(см. табл. 6-1-2).
256
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Основные марки сплавов
Торговая марка Примерный состав, % Средний коэффициент температур7)
Fe N1 Со Прочие элементы
Ковар А1) 52,9—53,4 28,7—29,2 17,3—17,8 С: макс. 0,06 Мп: макс. 0,50 Si: макс. 0,20 30—100° с 43—53 30—200° С 43—53
Telcoseal Nilo Ks) Остаток 29 17 8/ 20—100° С 56 0—100° С 58 20—200° С 50 0—200° С 51
Vacon 10’) Vacon 12’) Vacon 20’) Vacon 70°) Остаток Остаток Остаток Остаток 28 28 28 28 18 18 21 23 (Мп:0,4) 20—100° С 60 58 71 85 20—200° С 56 53 68 80
Фернико I4) 54 28 18 (Мп: 0,2) как Va
Фернико IIs) 54 31 15 Очень чистый — 20—200° С 57
Сивар 486) (рецепт) Пример анализа Остаток Остаток 28,2—30,0 29,1 17,5—18,5 17,8 С: 0,03 Мп: 0,50 Si: 0,15 С: 0,02 Мп: 0,42 Si: 0,11 20—100° С 59 20—200°С 57
’) Изготовитель: Sfupakoff Ceramic and Manuf. Comp., Latrobe, Pa (США); во Франции принято обозначение
Di 1 ver Р. Более подробно см. табл. 6-1-9.
2) Изготовитель: Н. Wiggin Comp.» Ltd. Бирмингем (Англия). Подробное см. табл. 6-1-9.
8) Изготовитель: Vacuumschmelze Hanau. (ФРГ).
4) Изготовитель: Gen. El. Comp. (США), по данным [Л. 45. 46].
s) Очень чистый сплав, не содержащий Мп и Si, изготовленный спеканием в водороде (Л. И); стабилен даже
при очень низких температурах [Л. 46[. Подробнее см. табл. 6-1-9.
в) Изготовитель,- основной — Metailwerk Plansee, Reutte — Tirol (Австрия), a также Deutsche Edeistahlwerke,
отделение Sinfermefalle, Штуттгарт (ФРГ).
§ 6-1]
Сплавы железа
257
FeNiCo для впаев в стекло9)
Таблица 6-1-7
термического расширения в различных интервалах IO-’-1/’С Точка пере- гиба кривой расширения, Удельный вес, г/стия Удельное электриче- ское сопро- тивление, ом-мм*}м Примечания
30—300° С 44—52 ’ 30—400° С 45—51 30—500° С 57—62 30—600° С 79 435 — 0,49 Рис. 6-1-ЗВ Рнс. 6-1-15
30—450° С 50—54 30—900° С 115
20—300° С 46 0—300° С 47 20—400° С 44 0—400° С 46 20—500° С 55 0—500° С 60 20—600° С 69 430 430 8,2—8,3 0,44—0,50 (0,32) Рис. 6-1-3
• 20—300° С 51 48 65 77 20—400° С 50 47 63 74 200—500° С 61 59 63 71 20—600° С 78 76 76 81 425 430 480 515 8,3 8,3 8,3 8,3 0,45 0,45 0,45 0,45 1 Рис. Г 6-1-15
con 10 430 8,3 0,50
20—350° С 54 20—400° С 53 20—500° С 65 — 420 8,24 0,44
20—300° С 52 20—400° С 50 20—500° С 63,5 20—600° С 76,8 423 8,3 —
7) Образцы отожжены в водороде: 1 ч при iOO°C, затем 15 при 1 100° С,~после чего медленно охлаждены
до комнатной температуры.
я) По данным [Л. 81], содержания марганца 0,3% и кремния 0,15% достаточно, чтобы сохранить способность
литых сплавов FeNiCo к глубокой вытяжке. Содержание марганца в английских сплавах колеблется между ОД и
0,5%, см. табл. 6-1-8.
•) Наряду со сплавами FeNiCo для впаев в тугоплавкие стекла с коэффициентом расширения а^О________100° С —
= (45—70)-10"’1/-°C иногда используют и спеченные сплавы FeNiCo, предназначенные главным образом для впаев в
стекла с «20—100° С = (904-95). 10"’-1/°C. Раньше оии были известны под торговой маркой „Сивар 90* и имели сле-
дующий состав: 17,8—18,8% Ni: 41.7—42,7% Со; 39,5—4i,5% Fe; < 0,1% С; < 0,2% Мп; <0,i% SU
17—2200
258
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Рис. 6-1-15. Кривые термического расширения некото-
рых марок сплавов типа ,Коаар“ после отжига
[Л. 99, 103] и некоторых стекол для спаивания с кова-
ром (Corning Glass Warks 7052 и 7040). Для сравнения
приведены кривые термического расширения стекол
для спаев с вольфрамом (Osram 362а и Corning 7720)
н стекла Пайрекс.
зование ковара вместо сплава FeNi имеет
смысл только для стекол с коэффициентом
расширения ,менее 70-10~7 [1/°С].
В табл. 6-1-7 указаны основные марки
сплавов FeNiCo для впаев в стекло и приве-
дены данные об их составе и важнейших
свойствах, в том числе и о зависимости коэф-
фициента термического расширения этих спла-
вов от температуры. Как видно из этих данных
и соответствующих кривых термического рас-
ширения отдельных марок ковара (рис. 6-1-15),
даже незначительное изменение состава спла-
ва приводит к существенному изменению ко-
эффициента расширения. Поэтому было опре-
делено изменение содержания каждой из со-
ставляющих сплава FeNiCo, вызывающее та-
кое изменение коэффициента расширения,
которого достаточно для того, чтобы в спае
металла со стеклом, лишенном предваритель-
но внутренних напряжений, возникали бы
внутренние напряжения величиной 1 кг!мм2 ,44.
Как оказалось, для этого достаточны следую-
щие изменения концентраций: Ni±l,2%;
Со±2,1%; Mn+0,59%; Si±0,33%, А1±0,34%.
Ввиду этого,-а также потому, что, как видно
из рис. 6-1-12, состав обычно используемых
марок ковара лежит в опасной близости
от границы области, в которой вместо безус-
ловно необходимой аустенитной структуры
может возникать мартенсит, необходимо, что-
1М Это наибольшее напряжение на разрыв, которое
технически допустимо для спаев стекла с металлом.
Для технических стекол с фотоупругой постоянной С=3
(Brewster) это соответствует разности хода лучей t?/d,
равной около ЗОН MMKjCM (измеренной с помощью по-
ляриметра, см, гл. 30).
бы весовое содержание основных компонент
сплавов FeNiCo для впаев в стекло было вы-
держано с точностью ±0,25%. Насколько
большим может быть разброс коэффициентов
расширения ковара в процессе производства,
видно из семейства кривых, приведенных на
рис. 6-1-16.
Примеси должны присутствовать в коваре
в минимальных количествах. Небольшие при-
садки Мп и Si (иногда и А1) должны вво-
диться в шихту в тех случаях, когда плавка
осуществляется на воздухе из обычного
сырья. Они способствуют удалению серы и
кислорода, улучшают дуктильность и прежде
всего способность к глубокой вытяжке. Для
этой цели вполне достаточно уже 0,3% Мп
и 0,15% Si. Содержание марганца ни в коем
случае не должно превышать 0,5%, а содер-
жание кремния должно быть меньше 0,2%,
так как иначе недопустимо снижается темпе-
ратура точки Кюри сплава. Содержание угле-
рода, серы и фосфора должно быть как мож-
но ниже, чтобы обеспечить достаточно высо-
кое качество спаев со стеклом. Содержание
углерода не должно превышать 0,06%, чтобы
при впаивании в стекле не образовывались
пузырьки CO2I4S. В табл. 6-1-8 приведено не-
сколько примеров состава различных сплавов
FeNiCo, выпускаемых рядом английских фирм,
и английский проект норм по химическому со-
ставу и коэффициенту расширения.
Получение и механическая обработка.
Обычно слитки сплавов типа «Ковар» полу-
чают путем плавки тщательно очищенной
шихты в корундовых тиглях в электрических
индукционных печах в вакууме или в атмо-
сфере аргона, причем расплав для предотвра-
щения сегрегации отливают в охлаждаемые,
присоединенные на фланцах кокили (рис.
Рис. 6-1-16. Разброс кривых расширения различных пар-
тий одного и того же сплава FeNiCo [Л. 38].
6-1-17). Для дальнейшей обработки получен-
ного сплава важно, чтобы и отливка проис-
ходила в защитной атмосфере. Была предло-
жена также комбинированная плавка в ва-
кууме и водороде (Л. 70]. Полученный таким
145 Для обезуглероживания ковара его отжигают
при 900—1 000° С в потоке водорода, который предва-
рительно увлажняют пропусканием через воду, нагре-
тую до 40° С.
§ 6-1]
Сплавы железа
259
Та блица 6-1-8
Состав английских сплавов типа „Ковар" различных изготовителей [Л. 81]
Обозначение сплава Состав, % вес
Изготс витела Ni Со Мп S1 с S р Сг
I 1 ( а b с d е f 27,7 29,8 27,5 29,3 28,6 29,9 16,53 16,90 18,45 18,49 17,7 16,8 0,16 0,14 0,11 0,18 0,24 0,24 0,18 0,20 0,18 0,22 0,19 0,18 0,04 0,03 “— 1 1 1 1 1 1 ) 1
II q h i 28,7 28,67 29,80 16,67 17,29 17,18 0,27 0,38 0,31 0,16 0,04 0,18 0,04 0,06 0,04 0,009 0,052 0,006 0,01 0,03 0,015 Следы 0,16
III k 29,1 17,2 -х.0,3 0,036 — — — —
IV „Nilo K“2) Ni + Со 45—47 16,5—17,5 <0,30 <0,20 <0,10 ’) *) Си <0,20
Английский проект стан- дарта1) 29Т0.5 Ni 46- 17+0,5 + Со F0,5 0,3 0,15 <0,05 <0,01 <0,01 —
>) Относительное линейное тепловое расширение Д//125 типового ковара по английскому проекту стандарта
должно иметь при 500° С величину иа (3±1)-10“4 большую, чем величина A//Z» для молибдена.
s) По данным изготовителя (Н. Wiggin а. Со), 1955.
®) Не определялись.
способом материал значительно более приго-
ден для глубокой вытяжки.
Чтобы в процессе выплавки воспрепят-
ствовать малейшему переходу в расплав
загрязнений из материала тигля, ковар со
временем стали получать методом порошковой
металлургии, т. е. путем спекания [Л. 88].
Этот метод особенно оправдал себя для
производства небольших отдельных опытных
партий сплавов различного состава, необхо-
димых при исследованиях пригодности спла-
вов для соединения с определенными марками
стекла [Л. 11, 98, '101]. При этом изготовление
опытных партий оказалось гораздо менее
сложным и дорогим. Спеченные сплавы мож-
но изготавливать без тиглей и специальных
устройств в обычных вакуумных лаборато-
риях, которые в большинстве случаев не рас-
полагают оборудованием для выплавки спла-
вов в защитной атмосфере. Однако массовое
производство спеченных сплавов FeNiCo (да-
же в Европе) долго не прививалось, так как
литой материал, получаемый в больших ко-
личествах, был дешевле; кроме того, спечен-
ный материал, так как он хуже раскислен,
обладает большей склонностью к дополнитель-
ному выделению газов ]Л. 52]146.
,4в Под маркой «Sivar 48» и «Siv-ar 90» (см.
табл. 6-1-7) поставлялись сплавы FeNiCo для впаев,
которые первоначально (до 1945 г.) вырабатывались
методом порошковой металлургии. В качестве сырья
использовались порошок карбонильного железа, вос-
становленный в течение 1 ч .при 700е С в потоке Hz,
порошок карбонильного никеля и порошок кобальта,
который получали из не содержащих серы (S меньше
17*
После обточки слитков с целью удаления
поверхностных загрязнений дальнейшую обра-
ботку производят обычно путем ковки, про-
катки или протяжки с промежуточными отжи-
гами в водороде при 700—1 000° С147. Перед
отжигом детали тщательно обезжиривают
трихлорэтиленом. При протяжке не следует
использовать смазки, содержащие графит.
Межоперационный отжиг в водороде в про-
цессе глубокой вытяжки крупных деталей
из коваровой жести рекомендуется проводить
не более '/г * при 800—900° С, чтобы избе-
жать образования слишком больших зерен,
препятствующих дальнейшей глубокой вытяж-
ке («пережог»). Глубокая вытяжка некоторых
марок ковара затруднительна [Л. 59]. Однако
в общем случае высококачественная жесть
FeNiCo значительно более пригодна к глубо-
кой вытяжке при изготовленви колпачков и
цилиндров, чем низкоуглеродистая сталь. На-
пример, из жести толщиной 1 мм можно
изготовить колпачки диаметром 30 мм и вы-
сотой 20 мм, с тремя промежуточными отжи-
0,01%) слитков кобальта. Смесь порошков под давле-
нием 2 т[сМ? спрессовывалась в заготовки, которые
спекали в течение 2 ч при 1350“ С в водородной печи,
ковали при 9да° С, а затем путем горячей прокатки
перерабатывали в жесть или горячей ковкой —
в стержни диаметром 2 мм. Стержни затем протяги-
вали в холодном состоянии (с межоперациониыми
отжигами) в проволоку диаметром 0,5—1,5 мм. Полу-
ченный таким образом сплав для впаев FeNiCo после
нормализации при 1 100° С в На обнаружил в свое
время хорошие производственные качества. В настоя-
щее времи, однако, несмотря на сохранившееся назва-
ние (сивар) этот сплав , вырабатывается только путем
выплавки (D.E.W., Krefeld).
‘я Для предотвращения образования мартенсита.
260
Сплавы и композиции черных и. цветных металлов
[Гл. 6
Рис. 6-1-17. Индукционная печь для плавки и отливки
металлов в вакууме (Л. 62, 97] (см. также рис. 9-2-2D
9-2-4). Слева: печь в наклонном положении во время
отливки в вакууме; справа: охлаждаемая водой из-
ложница, присоединяемая герметично к печи с по-
мощью фланца.
/—корпус печи; 2—тигель; 3—индукционная ка-
тушка; 4—экран; 5—отсоединяемая приставка с из-
ложницей; 6—гибкий резиновый шланг или сил г.-
фон для откачки; 7—ось вращения индукционной
печи; 8—фланец для присоединения изложницы; 9— из-
ложница (например, из тонкостенной меди); 10—рубашка
водяного охлаждения; 11 —спиральная перегородка
для направления потока охлаждающей воды; 12—ввод
воды; 13—выход воды.
гами, а для такой же обработки мягко отож-
женной жести толщиной 0,2 мм межопера-
ционные отжиги не требуются вообще. Штам-
повка деталей из FeNiCo из-за большой опас-
ности возникновения мелких трещин не реко-
мендуется. Напротив, обработка резаиием
всегда возможна при малых скоростях, ис-
пользовании быстрорежущей стали и смазок.
Толстые кромки коваровых цилиндров можно
затачивать для придания им эластичности,
подобно тому, как это делается для соедине-
ния медных цилиндров со стеклом при неточ-
но совпадающих кривых термического расши-
рения (см. гл. 30).
Коваровые цилиндры для впаев в стекло
обычно вытягивают из жести. Однако, как
показал опыт фирмы «Телефункен» во время
войны, для экономии материала их можно
изготавливать из лент, причем шов сваривает-
ся атомно-дуговой сваркой, а после сварки
(но перед проточкой кромок) слегка обжи-
мается на токарном станке, чтобы цилиндры
имели правильную форму. Затем путем отжи-
га в водородной печи снимают внутренние на-
пряжения, после чего детали можно обтачи-
вать, обезжиривать и, наконец, отжигать
в вакууме для удаления газов. Пытались так-
же изготовлять коваровые цилиндры из жести
со спаянным твердыми припоями швом, одна-
ко их испытания показали, что место соеди-
нения стекла с такими цилиндрами обычно
растрескивается в месте стыка.
Физические свойства. В табл. 6-1-7, 6-1-9
и рис. 6-1-15 и 6-1-18 приведен обзор важней-
ших свойств основных марок сплавов FeNiCo.
Разнообразие марок ковара частично вызвано
желанием достигнуть наилучшего приближе-
ния характеристик термического расширения
сплава к существующим техническим стеклам
(см. отмеченные ва рис. 6-1-14 и 6-1-15 харак-
теристики стекол), а также попытками в со-
ответствии с типом впая (впаивание в стекло
или изготовление внешних спаев) подобрать
спай или с наименьшим внутренним напряже-
нием илн же, напротив, такой, при котором
в стекле возникали бы напряжения сжатия
(см. гл. 30).
Заслуживает внимания, что удельное
электрическое сопротивление сплавов ковара
со стабильной аустенитной структурой по
сравнению со сплавами FeNi с таким же ко-
эффициентом расширения значительно ниже
(так, например, «Feni 42»: р=0,66 ом • мм2/м,
ковар: р=0,4—0,5 ом- мм2/м). Несмотря на
это, удельное электрическое сопротивление ко-
вара, разумеется, значительно больше, чем
сопротивление меди, что особенно неприемле-
мо при изготовлении впаев для высокочастот-
ных приборов. Поэтому часто при изготовле-
нии таких вводов ковар покрывают слоем Си,
Аи или Ag толщиной примерно 30—50 мк, чем
достигается снижение электрического сопро-
тивления впая на частотах выше 50 мгц в
10—20 раз [Л. 94]. Иногда [Л. 21] рекомен-
дуют наносить пленку золота толщиной при-
мерно 30 мк, которую «вжигают» при 95(г С
в течение примерно 2—3 мин в коваровую
подложку.
Более простым представляется метод на-
несения слоя золота, заключающийся в том,
что кусочек золота, прикрепленный к коваро-
вой детали, расплавляют в водородной печи
(см. § 4-5, раздел «Применение»).
Для вводов токов высокой частоты
(больше 10 мгц) невыгодно также и то, что
ковар при комнатной и рабочей температуре
является магнитным (ц>1). Комбинирован-
ным меднением (около 40 мк) и последующим
хромированием (около 2 мк) при спекании
каждого слоя отдельно в сухом водороде
удалось повысить в 5 раз возможную нагруз-
ку по току коваровых впаев в стекло при
120 мгц [Л. 102].
Рис. 6-1-18. Зависимость маханических свойств ото-
жженного „Ковар А“ от рабочей температуры Т. агд—
временное сопротивление разрыву; ар—предел теку-
чести; !—относительное удлинение: W—относительное
сужение [Л. 100].
§ 6-1]
Сплавы железа
261
Таблица 6-1-9
Свойства трех сплавов FeNiCo
Nilo К*) Ковар А*) Фернико №)
Состав % 29 Ni, 17 Со,-оста- ток Fe 29 N1. 17 Со, 0,3 Мп. остаток Fe 31 N1, 15 Со, 54 Fe
Удельный вес г/см* 8,2—8,3 8,3 8,24
Температура плавления °C 1 450 1450 1460
Временное сопротивление разрыву кГ1ммя 55 63 (рис. 6-1-18) 50—56
Предел текучести кГ[ммя 37 35 (рис. 6-1-18) 38,5
Предел пропорциональности кГ1мм2 — 22,6 —
Относительное удлинение % (Z = 4f^): 45 35 (рис. 6-1-18) зз-
Длительная прочность1) кГ)ммя См. рис. 6-2-ЗВ —
Модуль упругости кГ/ммя — 14 000 12 500
Твердость по Бринеллю (после от- жига при 760° С) кГ/ммя 160 140—160 —
Твердость по Бринеллю (холодно- обработанного) кГ/мм* — 200—250 —
Твердость по Роквеллу (после отжига) — — макс- —82 Hrb-K
Глубина вытяжки по Эриксену (после отжига) мм Жесть 0,25 мм: 8,6 Жесть 1,0 мм: 11 —
Температура отжига (в Н2) °C 850 4) —
Коэффициент термического расши- рения6) 1/град См. табл. 6-1-7, рис. 6-1-2 См. табл. 6-1-7, рис. 6-1-15 и 3-2-20 См. табл. 6-1-7
Удельное электрическое сопротив- ление’) ом-ммя/м 0,44—0,50 0,49; см. рис. 5-4-8 0,44
Теплопроводность (20° С) кал сМ'сек-град — 0,040s) 0,046») —
Средняя удельная теплоемкость кал /г -град — 0,16 —
Температура a-»f превращения °C —80 —80 —180 •
Магнитные постоянные ковара А ,.[Л. 99]
Точка Кюри • °C 453
Магнитная проницаемость гс/э При 500 гс: 1000 17 000 гс 213 2 000 гс: 2000 7 ОООгс: 3700 (]4 макс.) 12 ОООгс: 2 280 17 ОООгс: 213
Магнитные потери V10 при 10 000 гс в жести 0,25 мм вт/кг При 60 гц: 2,3 При 840 га: 51,3
Магнитные потери У2 (при 2 000 гс) вт/кг 5 000 га: 36,5 10 000 гц: 90
') Данные [Л. 38, 39].
>) Данные [Л. 99].
) Данные [Л. 46].
*) Отжиг при температурах 600—700° С приводит к рекристаллизации и к образованию мелкозернистой
структуры; отжиг при 1 000° С вызывает образование крупных кристаллов: при 1 100 ° зерна становятся очей -
крупными.
») По данным [Л. 103] для сплавов.
•) См. рис. 6-1-20.
’) См. рис. 6-I-11A.
262
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
При меднении необходимо учитывать, что
из-за присутствия слоя меди коэффициент
расширения в направлении, перпендикуляр
ном оси проволоки, может значительно изме
ниться в зависимости от отношения толщины
пленки меди йСи к толщине ковара <1к (см.
табл. 6-1-10).
Таблица 6-1-10
Изменение поперечного температурного
коэффициента расширения медненой ко-
варовой жести и проволоки при различ-
ных соотношениях тол цины слоя меди
dCu к толщине жести dK или радиусу
коваровой проволоки г„ [Л. 102]
аСц!аК (dCu:rK>
Жесть Проволока
0,00 50 50
0,01 53 53
0,02 56,5 56,4
0,05 65,7 65,3
0,10 80,0 78,7
0,15 93,0 90,2
Пайка сплавов FeNiCo мягкими припоя-
ми, которая редко применяется в вакуумной
технике, обычно используется при изготовле
нии кожухов приборов (например, предназна-
ченных для тропиков), чаще всего после пред-
варительного электролитического лужения148 и
немедленного последующего лужения окуна-
нием в расплавленное олово, защищенное
пленкой растопленного жира. Предварительно
луженые таким способом детали из ковара
после обезжиривания легко паяются паяль-
ником, высокочастотным нагревом или прямым
погружением припоями SnPb 50/50 или 60/40,
или же эвтектическими припоями с использо
ванием спиртового раствора канифоли в ка
честве флюса. При пайке ковара избегают
применять флюсы, содержащие хлористый
цинк. Американские специалисты не рекомен-
дуют производить автогенную сварку тонкой
коваровой жести, однако, как показывает
европейский опыт, с помощью кислородно-
ацетиленового пламени можно достаточно хо-
рошо сваривать края двух вложенных друг
в друга бесшовных трубок толщиной около
1 мм (см., например, рис. 6-1-18А).
Швы, полученные при автогенной сварке
коваровых цилиндров с толстостенными же
лезными трубками, не всегда герметичны,
так как в них часто имеются пузыри и тре-
щины. По-видимому, это является следствием
образования в зоне сварного шва хрупкого
мартенсита в результате диффузии железа
в ковар (см. рис. 6-1-12).
При электродуговой сварке использу-
ются электроды из хромоникелевой стали
(18% Ст, 8% Ni, остальное Fe). Детали
из ковара можно также сваривать друг
с другом атомно-дуговой сваркой. О дуговой
148 Для лужения американские изготовители ко-
вара используют ванны из уксуснокислого станнита
натрия [Л. 09]. Опнсание этого процесса приводит
также Пфанхаузер [Л. 73]. Другой метод лужения
см. [Л. 24].
Рис. 6-1-18А. Коротковолновая генераторная лампа мощ-
ностью 2 квгп при 150 Нгц с коваровымн спаями [Л. 6].
/ — анод с охлаждающим радиатором; 2— коваровое
кольцо, закрепленное на 3; 3—трубка из тугоплавкого
стекла; 4—коваровое кольцо, закрепленное на 3;
1—4—блок анода А', 5—коваровое кольцо (первый
ввод тока накала катода); 6—коваровое кольцо (второй
ввод тока накала катода); 7—коваровое кольцо (дер-
жатель первой сетки); 3—коваровое кольцо (держатель
второй сетки); 5—3 — блок катод—сетка В; 9— коль-
цевой герметичный спай или сварной шов места со-
единения коваровых колец 4 и 3, соединяющий части
А и В смонтированной лампы (см. также рис. 9-3-47).
сварке тонкостенных трубок в атмосфере
инертных газов см. [Л. 110]. Точечную и роли-
ковую сварку деталей из коваровой жести
с коваром или другими металлами (например,
с железом) можно с успехом производить на
сварочных станках с тиратронным управле-
нием (при давлении около 5 кГ1мм2 для жести
толщиной 0,3 мм).
Наиболее употребительным способом со-
единения коваровых деталей с изделиями
из ковара или других металлов является
пайка твердыми припоями в водородной
печи149 * *. Железо и его сплавы лучше всего
спаиваются с коваром припоем из чистой
меди путем нагревания до 1 100—1 150° С в те-
чение 5 мин (но не более 15 мин). Если не-
обходимо, можно использовать в качестве
твердого припоя также чистое серебро или
золото. При твердой пайке ковара с медными
деталями хорошие результаты дает припой
из 20% Си и 80% Au (точка плавления 890° С,
[Л. 25]). Для этой же цели особенно рекомен-
дуется припой 55% Си, 42% Аи и 3% Ag
с температурой плавления 960° С [Л. 33].
В противоположность этому эвтектический
припой (72% Ag и 28% Au) с точкой плавле-
149 Избегают пайки с помощью газовых горелок
из-за неравномерного (нагрева коваровых деталей (воз-
никновение внутренних напряжений).
§ 6-1]
Сплавы железа
263
ния 779° С, который широко применяется
в вакуумной технике для пайки медных дета-
лей, можно использовать только при выпол-
нении определенных мер предосторожности.
При использовании твердых припоев для со-
единения коваровых деталей принципиально
необходимо, поскольку это возможно, выби-
рать припои с температурой пайки (точкой
плавления) выше 850° С, в первую очередь
потому, что только выше этой температуры
происходит достаточно полное образование
сплавов ковара с припоем, а также для того,
чтобы уменьшить проникновение серебра
из припоя в пространство между зернами ко-
вара (см. рис. 6-1-19). Это явление особенно
проявляется тогда, когда припаиваемая кова-
ровая деталь находится в напряженном со-
стоянии и может вызывать хрупкость ковара
и образование в нем трещин, особенно если
коваровые детали впоследствии многократно
нагревают и охлаждают. При температурах
пайки выше 850° С эта опасность значительно
уменьшается, так как при этой температуре
вследствие отжига уже перед пайкой и во
время нее происходит более или менее пол-
ное снятие напряжений. Вообще перед каж-
дой пайкой ковара рекомендуется произво-
дить такой отжиг для снятия внутренних на-
пряжений. Если нет возможности использовать
твердый припой с температурой пайки выше
850° С, то для уменьшения возможности про-
никновения припоя между зернами коваровых
деталей необходимо перед пайкой электроли-
тически покрыть место спая слоем меди150.
Нанесенный слой меди вжигают в ковар
путем отжига в водороде при 980—1 000° С
в течение 15 мин.
При этом следует ограничить продолжи-
тельность пайки (меньше 1 мин), вести ее
в восстановительной атмосфере и принимать
во внимание, что большая разница между
температурой солидуса н ликвидуса припоев,
как показывает опыт, способствует проникно-
вению припоя между зернами. Во многих слу-
чаях для пайки покрытых слоем меди коваро-
вых деталей к меди или покрытым ею дета-
лям из других металлов хорошо зарекомендо-
вал себя твердый припой, состоящий
из 15% Ag, 80% Си и 5% Р151. Твердые при-
пои, содержащие Cd, Zn, Pb или другие ме-
таллы, отличающиеся высоким давлением на-
сыщенных паров, нельзя, разумеется, исполь-
зовать для пайки деталей, которые затем под-
вергаются нагреванию в вакууме.
Известные трудности возникают при пай-
ке больших коваровых цилиндров к медным
трубкам (например, для охлаждаемых водой
анодов генераторных ламп) вследствие разли-
чия коэффициентов расширения ковара и ме-
ди. В этом случае коваровый цилиндр также
150 Медь не проникает между зернами ковара.
1Е1 Этот припой, производства Handy—Har-
man М. J., который облагает интервалом плавления
704 — 740° С и температурой солидуса 641° С и который
дает очень хорошее соединение > 39 кГ/мм'2) меди
с медными деталями без использования флюсов, по-
ставляется под маркой „Silfos". Содержание фосрора
ограничивает его применение в вакуумной технике из-
готовлением термически ие нагруженных конструктив-
ных деталей.
Рнс. 6-1-19. Микрошлиф (увеличение 100Х), иллюстри-
рующий проникновение твердого серебряного припоя
между зернами ковара [Л. 99].
часто покрывают в месте спая толстым
слоем меди, который потом прочно вжигают
в защитной атмосфере при 900° С в течение
30 мин. После медленного охлаждения кова-
ровый цилиндр устанавливают без примене-
ния усилий с помощью специальной оправки
так, чтобы обеспечивалось хорошее совпаде-
ние с деталью, с которой он должен быть
спаян, вкладывают в шов проволочное кольцо
из эвтектического припоя AgCu и нагревают
спаиваемое место высокой частотой под квар-
цевым колпаком в потоке водорода в течение
5 мин при 830° С. Иногда пайку в .подобных
случаях облегчают тем, что между коваровым
цилиндром и медной трубкой помещают пру-
жинящий переходный цилиндр.
При изготовлении ламп СВЧ с тонкостен-
ными металлическими деталями для устране-
ния деформирующих напряжений, вызывае-
мых большим различием коэффициентов
расширения меди и ковара, оказалось целесо-
образным применение переходных колец
из металла, обладающего промежуточным
между медью и коваром коэффициентом тер-
мического расширения (так называемый gra-
ded seal).
Для изготовления таких переходов обыч-
но применяют монель-металл152 [Л. 20]. О пай-
ке коваровых цилиндров, уже соединенных со
стеклом, см. § 9-3.
Вольфрамовые прутки можно герметично
паять с коваровыми колпачками припоем
AuCu (80/20) нагреванием в течение 5 мин
при 920° С в вакуумной печи, так как, по-
видимому, никель, входящий в состав ковара,
образует сплав с вольфрамом [Л. 17]. Приме,
няемый обычно для пайки деталей из воль-
фрама припой AgPt (73/27) вследствие своей
высокой точки плавления (1160° С) для ко-
вара непригоден. О герметичной пайке берил-
лиевых окошек с коваровыми цилиндрами
с промежуточными цилиндрами из монеля
см. рис. 5-6-13 и [Л. 34].
Дальнейшие подробности о сварке и пайке
ковара с другими металлами см. табл. 9-3-12.
152 “ков = 50-Ю'7. “мон=1«Ч0-’, aCu=165-10-’t/<>C.
См. § 6-2, IV.
264
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Рис. 6-1-20. Полученная на регистрирующем устройстве
кривая термического расширения Д//1£о и зависимость
вычисленного иа нее среднего коэффициента расши-
рения <хто ковара от температуры Гд. Пунктирные кри-
вые: холодно обработанный ковар частично с мартен-
ситной структурой; кривые, изображенные сплошной
линией; тот же ковар, но нормализованный (с аусте-
нитной ^-структурой).
Химические свойства. Ковар более устой-
чив против коррозии на воздухе, чем обычная
сталь, но не так устойчив, как нержавеющая
сталь. Поэтому рекомендуется хранить кова-
ровые детали в сухом воздухе. С точки зре-
ния использования ковара, особенно в прибо-
рах с ртутным разрядом (ртутные выпрями-
тели, тиратроны, игнитроны, см., например,
рис. 6-1-40) особенно важно то обстоятель-
ство, что на него практически не действуют
ртуть и ее пары.
Сильно загрязненный ковар мо'жно очи-
стить травлением При этом можно также
удалить пленки окислов, которые образуются
на металле при впаивании. Травление лучше
всего производить электролитически или
в 10—15%-ной соляной кислоте с присадкой 1%
хлористого натрия или протравы (например,
мочевины, резорцина или фенола), или в раз-
бавленной 5—10%-ной серной кислоте с при-
садкой 1 % протравы. Процесс ведут на пере-
менном токе напряжением 10—112 в при плот-
ности тока около 1,6 о на 1 см2 поверхности
электрода. В качестве другого электрода ис-
пользуется графит или также сплав FeNiCo.
Можно использовать также обычное травле-
ние (без электролиза) в нагретом до 70° С
водном растворе ;(I : 1) 10%-ной соляной и
10 %-ной азотной кислот (в весовых концен-
трациях) при непрерывном перемешивании,
причем время травления составляет, в зависи-
мости от степени загрязнения, 2—5 мин153 154.
Иногда после травления приходится удалять
остатки окислов, протирая детали тканью или
шеткой.
Описание комбинированного процесса уда-
ления окислов с поверхности ковара, вклю-
чающего последовательное травление в сер-
ной, азотной и соляной кислотах, приведено'
в табл. 6-1-ЗА.
Детали из ковара после каждого травле-
ния в кислоте необходимо промывать в ней-
трализующем растворе, а затем в горячей и
холодной воде. Для травления ковара при
металлографических исследованиях можно
применять свежую царскую водку, насыщен-
ную СиС12, причем поверхность шлифа с лег-
ким нажимом протирают мягким сукном, про-
питанным этим раствором. Можно использо-
вать также смесь из равных частей 65%-нон
HNO3 н 50%-ной уксусной кислоты; травле-
ние продолжается примерно в течение ‘/г—
1 мин
Техническое применение. При использова-
нии для впаев в стекло все детали из FeNiCo
должны быть тщательно обезжирены в паро-
вой трихлориэтиленовой ванне164, промыты
в ацетоне, обезгажены и обезуглерожены пу-
тем отжига в молибденовых лодочках во
влажном водороде, для чего при 800—900° С
требуется 2 ч, при 900—1 000е С Чг ч и при
1 000—1 100° С 15 мин. Обезгаженные детали
сразу же после извлечения их из печи
медленно охлаждают в холодной зоне печи до>
300° С. Такой отжиг необходим после любой
значительной деформации (протяжка прово-
локи, глубокая вытяжка жести и т. п.), так
как даже в высококачественном коваре в ре-
зультате холодной обработки происходит ча-
стичный переход в a-состояние [Л. 40, 461-
Как показывает изображенная на рис. 6 1 20
кривая термического расширения этого спла-
ва, построенная с помощью авторегистрирую-
щего устройства, эту фазу удастся удалить
только «нормализацией» (отжиг и постепен-
ное охлаждение).
Рекомендуется перед использованием
вновь изготовленной или доставленной пар-
тии ковара путем снятия кривых термического
расширения при нагревании и охлаждении:
а) после отжига, б) после последующего по-
гружения в охлаждающую ванну с температу-
рой —80° С (сухой лед) и в) после погруже-
ния в жидкий воздух (—180' С) убедиться
в обратимости характеристик сплава при рас-
ширении и в том, что его структура является
аустенитной (у), точка Аг$ достаточно низ-
153 В США при травлении ковара для снятия окис-
лов применяют 50%-ную соляную кислоту с присадкой
ингибитора .Rodine о)" (производства Am. Chem.
Paint Со., Ambier, Ра). Присадка препятствует разъе-
данию кислотой основного металла. В Англии с это:)
же целью применяют травление в течение 3—5 мин
в нагретом до 50—100° С 15—30%-ном водном растворе
серной кислоты, содержащем сульфат аммония в коли-
честве 75 г на I0J мл. кислоты (Phllco, Brit. Pat. 795980).
Очистку внутренних поверхностей окисленных во время
пайки деталей из ковара иногда производят травлением
в плавиковой кислоте. После этого детали моют горя-
чей дистиллированной водой и после промывания
в спирте сушат.
154 При протяжке следует применять только та-
кие смазки, которые легко удаляются трихлорэтиле-
ном или аналогичными растворителями.
§6 1]
Сплавы железа
265
ка155, а точка Кюри Т t лежит достаточно вы-
соко.
Требующее небольших затрат времени
измерение твердости по Роквеллу (В) после
трех указанных этапов термической обработки
также дает хорошую информацию об измене-
нии структуры, так как сплавы типа ковара
в аустенитном состоянии обладают твер-
достью по Роквеллу от В 70 до В 82, а при
мартенситной структуре В 88—В 100 [Л. 61].
Об определении стабильности структуры
путем сравнительных измерений электросопро-
тивления отожженных и деформированных
при комнатной температуре сплавов см.
рис. 6-1-11А.
Более сложен, но дает лучшую информа-
цию металлографический анализ, для которо-
го приготовляют микрошлифы после отжига
в водороде примерно при 1 000° С в течение
10 мин (рис. 6-1-11,6) и после кратковремен-
ного охлаждения до —80° С (рис. 6-1-11,с).
Рентгеновский анализ по методу Дебая —
Шеррера также значительно облегчает кон-
троль ковара [Л. 46, 101].
Так как отжиг в водороде часто является
причиной появления при впаивании в стекло
многочисленных пузырьков газа у поверхности
раздела стекла и металла, то в последнее
время непосредственно перед изготовлением
спая начали применять обезгаживание ковара
в вакууме. Отожженные в вакууме или в во-
дороде коваровые детали нельзя трогать ру-
ками и их необходимо использовать в течение
нескольких часов после обезгаживания или
же покрывать защитным слоем стекла.
Хорошая дуктильность ковара и его низ-
кая стоимость по сравнению с молибденом
или вольфрамом, так же, как и то, что теперь
имеются специальные твердые стекла, кото-
рые хорошо спаиваются с коваром и обла-
дают таким же средним коэффициентом рас-
ширения и температурой трансформации, близ-
кой к точке магнитного превращения ковара,
привели к тому, что в настоящее время ковар
является наиболее употребительным металлом
для изготовления впаев в твердые стекла.
К тому же сравнительно малая теплопро-
водность ковара затрудняет передачу тепла
от нагретых частей прибора к месту спая со
стеклом, что позволяет резко сократить раз-
меры некоторых деталей. Особенно это ка-
сается генераторных ламп с медными внеш-
ними анодами, работающих при воздушном
или водяном охлаждении. Примеры кон-
струкций см. рис. 5-4-1411 и V, 5-4-15, 5-4-17А,
5-4-17С (п. 4), 5-4-17D.
Применению ковара способствует еще и
то обстоятельство, что заостренные с 1 до
0,1 леи коваровые колпачки и цилиндры легче
епаиваются с тугоплавкими молибденовыми
стеклами, чем детали из FeNi или меди; при-
155 Если точка Аг3 сплава лежит между —80 и
—180° С, то можно быть вполне уверенным в том, что
мартенсит не возникает, так как холодная обработка
(50%) хотя и вызовет в этом случае разрушение
ковара, но не приведет к .превращению Агз, т. е. ха-
рактеристика расширения всегда остается обратимой.
Имеется, одиако, опасность того, что температура
точки Кюри Ti таких сплавов может оказаться слиш-
ком низкой.
Рис. 6-I-20A. Тиратрон из тугоплавкого стекла с охлаж-
даемым воздухом внешним анодом. Анод изготовлен
из ковара и имеет железный радиатор. Сетка из никеля
и электрографита. Наполнение ртуть; оксидный катод
прямого накала; молибденовые проволочные впаи в стек-
ло служат выводами катода и сетки, максимальное за-
пирающее напряжение 20 кв, сила тока при длительной
эксплуатации 16 а, пиковое значение 80 а (изготовитель:
Tesla. Прага; тип „Г C16XF-).
чипы этого будут более подробно разобраны
в гл. 30.
Ковар в виде колпачков, изготовленных
методом глубокой вытяжки, нашел также
применение для изготовления охлаждаемых
воздухом анодов, непосредственно спаиваемых
с оболочками из тугоплавкого стекла (см.
рис. 6-1-20А).
Ковар для впаев поставляется в настоя-
щее время в виде жести, лент, проволоки,
цилиндров, трубок, колпачков и разнообраз-
ных формованных деталей, выпускаемых
в отожженном «нормализованном» состоянии.
В табл. 6-1-11 приведен общий сортамент,
а на рнс. 6-1-21 показано несколько наиболее
употребительных видов прутков, лент, колпач-
ков и цилиндров. Обзор различных марок
FeNiCo с указанием их состава и изготовите-
лей приведен в табл. 6-1-7.
V. Ферритные сплавы FeCr для спаев
со стеклом
[Л. 26, 45, 54, 65]
Создание этих сплавов было связано
с тем, что присадка хрома к чистому железу,
как известно, снижает коэффициент теплового
расширения чистого железа (аго-юо= 125 10~т
[1/сС]) до 100-10-’ [1/°С] и ниже (см.
рис. 6-1-22), т. е. до величины, которая соот-
ветствует коэффициенту расширения техниче
ских легкоплавких стекол.
Табл. 6-1-12 в группе А содержит целый
ряд данных о составе таких материалов. Со-
держание хрома в них колеблется в пределах
23—28%. При таких высоких содержаниях
266
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[ Гл. 6
Т а б л и ца 6-1-11
Сортамент ковара в США [Л. 99]
Вид Размеры’)
Проволока тянутая, бле- стящая, в катушках Диаметр 0,05—3 мм
Прутки тянутые, блестя- щие Прутки шлифованные Диаметр 1,5—25 м м Диаметр 1,25—3 мм (+0,013)
Трубки, толщина стенки 0,25 мм Трубки, толщина стенки 0,45 мм Трубки, толщина стенки 0,8 мм Внешний диаметр 2—6 мм Внешний диаметр около 6 мм Внешний диаметр около 10 мм
Жесть в рулонах, шири- на около 150 мм Жесть полосовая, макс. 1 800X330 мм Толщина 0,25—0,5 мм Толщина 0,75—2,5 мм
Колпачки с фланцами и 'без них Цилиндры с фланцами Размеры см. [Л. 99]
*) Допуски см- [Л. 99] или [Л. 24].
хрома сплавы CrFe обладают обычно, как это
видно из диаграммы состояния рис. 6-1-23,
ферритной структурой (а) во всем интервале
температур между комнатной температурой и
точкой плавления. Однако необходимо учиты-
вать, что определенные примеси, присутствия
которых трудно избежать в металлургиче-
ской практике (прежде всего С, а также N2,
Мп или Ni), вызывают при высоких темпера-
турах значительное расширение показанной
Рис. 6-1-21 Различные изделия из ковара; стержни,
проволоки, трубки, жесть, фольга, колпачки, кольца
И др.
Рис. 6-1-22. Зависимость среднего температурного коэф-
фициента линейного расширения сплавов FeCr
между 0 и 100° С [Л. 103] и между 20 и 490° С [Л. 72] от
содержания хрома mQr.
на рис. 6-1-23 у-области (I) вправо (II)156.
В этих случаях в сплавах CrFe, содержащих
более чем 23% Сг при нагревании до 800—
1 200° С возникает аустенит (у-фаза). То
обстоятельство, что аустенитное железо обла-
дает значительно более высоким коэффициеп-
Рис. 6-1-23. Диаграмма состояния железо — хром
[Л. 5. 69]. Сплавы с малым содержанием Сг при высо-
ких температурах образуют аустенит (у-фаза). Об-
ласть аустенита значительно расширяется с увеличе-
нием содержания углерода.
I—границы области у-фазы при практически пренебре-
жимо малом количестве углерода; II—те же границы
при содержании углерода 0,25%. Границы вместо одной
линии обозначены широкой граничной полосой, которая
захватывает область одновременного существования
а- и 7-фаз; М— минимум точки плавления (I 505° С) при
том расширения (а20_зоо°с= ^3 • 10~7), чем
ферритные сплавы CrFe (а20—зоо°С= (Ю8+
+ 111) • 10-7], а также то, что (особенно после
быстрого охлаждения) аустенит может сохра-
няться в сплавах даже при низких темпера-
турах, может привести к изменениям коэффи-
циента расширения и его зависимости от тем-
пературы, в результате чего материал может
156 Присутствие более ОД % N2 в CrFe, содер-
жащем 27—30% Сг, может привести мри высоких
температурах к возникновению аустенита. Предельное
содержание других присадок к CrFe с 30% Сг, при
котором можно гарантировать отсутствие аустенита,
составляет: С =+0,07%; Мп ^0,8%, Ni^0,30% [Л. 78].
Таблица 6-1-12
Состав (’/о вес.) некоторых сплавов CrFe для впаев в стекло
Группа А. Обычные сплавы с высоким содержанием хрома
Элемент Стержни, диаметр 60 мм !) Проволока, диаметр 1 мм 2) Po'di АКХЕ 3) CrFe 25 *) CrFe 30 4) GL 25 б) HD 30 ’) AISI 446 е) AISI 446 “) Стандарт Phi ips и) Немецкий стандарт 8) Стандарт США ’)
Сг 30 26 30 24—26 24,53 32,27 22,92 32,1 23—27 23—27 23,5—27 23,50— —27,00 23—30
Si 1,46 0,45 1,46 0,9 0,22 0,26 ’) 0,57 <1,0 <0,02 9) <0,609) <1,00
Мп *) 0,4 0,46 0,3 0,36 0,36 ]) 0,3 <1,0 П.5]12) <0,02 0,20 до 0,50 0,2—0,5 <2,0
С -X. 0,0025 0,1 0,025 0,15 0,13 0,12 ’) 0,37 <0,3512) <0,2021) <0,01 до 0,015 <0,20 <0,30 <0,25
Мо 0,00 — 0,00 — — — — 0,02 — — — — —
n2 0,10— —0,2513) <0,005 до 0,01 <0,10
Nb — — — — — — — — — — — — —
Al 0,00 — 0,00 — — —- — — — Ог: <0,04 ГО) <0,10») —
Ni 0,18 До 1,2») 1,1й) ’) 0 — <0,40 <0,40 —
S 0,008 ’) <0,03 <0,016 <0,025 <0,025 <0,030
P 0,013 ) <0,04 <0,008 <0,025 <0,025 <0,040
Fe Остаток Остаток Остаток Остаток Остаток Остаток 71,50- —76,50 71,50— —76,50 Остаток
Fe+Cr — — — — — — — — — — >98,59 >98,50 —
§61] Сплавы железа 267
П родолжение табл. 6-1-12
Группа В. Европейские сплавы, легированные Мо или Nb Группа С. Американские сплазы, легированные Ti, Si и Мо11)
Повар A Новар В 5) Gi II 5) I 19) п ш U>) Стандарт ASTM17) AISI— 430Ti 20) AISI 430F
Сг <9 ->,19 17,82 18,5 17,1 18,1 16—23 16—18 14—18
Si 0,5 0,5 ’) 0,29 0,84 — <1,00 <1,00 <1,00
Мп 0,25 0,25 *) 0,49 0,42 0,51 <2,00 <1,00 <1,25
С 0,09 0,09 ’) 0,08 0,06 0,08 <0,25 <0,10 <0,12
Мо -x-1 0,97 — — 0,9 ls) — 23)
Nb — 0,5—1,0 0,96 Ti: 0,62 Ti:0,68 Ti:0,35 1S) Ti®2) в 5 раз больше, чем С
Al — — —- 0,11 — — 13) — —
Ni 0,25 0,25 ’) 0,20 0,34 — — — —
S 0,01 0,006 0,008 <0,030 <0,030 <0,015
P 0,02 0,02 0,02 <0,040 <0,040 <0,06
Fe Остаток Остаток Остаток Остаток Остаток Остаток Остаток Остаток Остаток
Fe-f-Cr
*) Не определялись.
2) По данным (В. Эспе и М. Кнолль «Технология электровакуумных материа-
лов*, Оборонгиз, 1939 г.).
’) Изготовитель: Poldlna hut, Кладно (ЧСР).
•) См. (Л. 72].
5) Изготовитель: Stahlwerke Hagen (ФРГ).
’) Нержавеющая сталь марки «446* (см. [Л. 69]) применяется для изготовления
конусов металлических кинескопов (Л. 42].
’) Изготовителе Stahlwerke Ed. Ddrrenberg.
8) Проволока диаметром 1,27 мм для электровакуумных приборов.
•) Содержание S1 должно быть всегда выше содержания С.
10) Примесь А1 желательна (однако не более 0,1%), так как оиа препятствует
образованию аустенита.
“) Модификация нержавеющей стали марки «430* (США), коэффициент терми-
ческого расширения £aso.soo=(111—113М0"’'17 С.
См. [Л- 65], стр. 563,
1S) Примесь азота обеспечивает мелкозернистость структуры сплава и облегчает
его обработку, но опасна, так как способствует возникновению аустенита.
“) Очень опасен, так как способствует образованию аустенита; вводится для
уменьшения износа волок при изготовлении проволоки.
»)См. (Л. 75]. ггт „
1е) Получен вакуумной плавкой из электролитического железа и хрома [Л. 7].
>’) См. [Л. 3].
ls) Незначительные присадки Al, Nb, Мо, Ti, V, W и Та для предотвращения
образования аустенитной структуры.
'») См ]Л. 85].
”) Не нормализован, по данным [Л, 58].
21) См. сообщение о введении новой номенклатуры нержавеющих сталей
Iron Age, 175, (1955), № 5. стр. 122—123.
22) По данным Werkstoffblatt Stahl —Eisen 385-57 содержание Ti должно
в 7 раз превышать количество углерода в стали.
23) Содержание Мо или Zr по выбору должно составлять scO.60.
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
§ 6-1]
Сплавы железа
269
Рис, 6-1-24. Трещины в проволоке из сплава FeCr. Ле-
вый рисунок: поверхность проволоки, содержащей
25% Сг, впаянной в стекло (38Х). Правый рисунок:
протравленный в HaSO4 микрошлиф (46Х) проволоки,
содержащей 30% Сг с поверхностными и внутренними
трещинами.
стать непригодным для впаев в стекло. С дру-
гой стороны, существует ряд металлов, при-
садки которых в малых количествах к CrFe
способны сузить указанную область настолько,
что сплавы CrFe, содержащие 17—18% Сг, при
всех температурах, от комнатной до темпера
туры плавления, всегда будут находиться
в ферритной a-модификации. На этом осно-
вании определению аустенита в ферритных
CrFe сплавах необходимо уделять наибольшее
внимание как при их производстве, так и при
использовании (подробности см. ниже).
Сплавы FeCr как материал для впаев
в стекло получили всеобщее признание в мас-
совом производстве благодаря тому, что
из всех неблагородных металлов для впаев
они менее всего подвержены окислению, так
как образующийся зеленый или серый поверх-
ностный слой окислов хрома и железа очень
прочно удерживается на проволоке и предо-
храняет ее от дальнейшего окисления во вре-
мя процесса впаивания.
Механическая обработка. Высокое содер-
жание хрома в сплавах CrFe, приведенных
в табл. 6-1-12, группа А, приводит, к сожале-
нию, к значительной твердости, а это, наряду
с невозможностью устранить включения окиси
хрома обычными восстановителями, значи-
тельно затрудняет обработку таких марок вы
сокохро'мистого железа. Так, например, при хо-
лодной прокатке нельзя слишком сильно де-
формировать материал без частых межопера-
ционных отжигов, иначе легко возникает «те-
кстура», т. е. предел текучести материала
в различных направлениях становится неоди-
наковым. При глубокой вытяжке, например,
колпачков на кромках образуются так назы-
ваемые зубцы, а в предельных случаях и тре-
щины [Л. 12]. При протяжке проволоки
из CrFe всегда имеется опасность, что при-
сутствие твердых включений окиси хрома на
поверхности проволоки вызовет образова-
ние вытянутых поверхностных рисок (см.
рис. 6-1-24, слева) или, что еще хуже, глубо-
ких трещин и внутренних свилей (см.
рис. 6-1-24, справа), которые приводят к не-
герметичности впаев. Эти недостатки по мере
возможности стараются исключить удалением
перед протяжкой поверхностных загрязнений
путем травления или механической очистки,
а также частыми межоперационными отжига-
ми в защитной атмосфере. При промышлен-
ном изготовлении проволок часто предпочи-
тают избегать протяжки и получают прутки и
проволоки для вводов только ковкой в спе-
циальных ротационных ковочных машинах
с дополнительным удалением следов от ковки
шлифовкой. Таким способом препятствуют
возникновению рисок при протяжке. Кроме
того, включения, каждое из которых в отдель-
ности окружено металлом, становятся без-
вредными с точки зрения вакуумной техники
островками внутри или на поверхности про-
волоки. В большинстве случаев нельзя избе-
жать шлифовки поверхности даже проволоки
из сплавов CrFe, для чего используют бесцен-
тровые шлифовальные станки.
Обычно перед резкой проволоку вы-
прямляют на роликовых рихтовочных станках.
Сама резка производится не ножницами,
а вращающимися дисками из карборунда,
так как проволока может (аналогично прово-
локе из W и Мо) расслаиваться на концах.
В массовом производстве дала хорошие ре-
зультаты резка проволоки на автоматах пу-
тем локального нагревания места разреза
маленьким острым пламенем при одновремен-
ном растягивании обеих разрезаемых частей
проволоки (горячая резка). Благодаря этому
одновременно достигается необходимое за-
острение проволоки и частичное оплавление
ее концов (замыкание возможно существую-
щих продольных каналов внутри проволоки).
На рис. 6-1-25 показаны микрофотографии
концов вводов из CrFe диаметром 1,26 мм:
в первом случае после обычной резки, во
втором — после горячей резки, до и после
дальнейшей обработки выводов галтовкой
в барабанах. Как видно из рисунка, горячей
резкой получают очень хорошие и равномер-
но заостренные концы, которые полностью
пригодны для непосредственного использова-
ния в качестве штырьков цоколя.
Ферритные сплавы CrFe, содержащие
23—27% Сг, проковывают при начальной тем-
пературе 1 150—1 050° С, причем температура
ковки может с возрастанием степени дефор-
мации снижаться до 700—800° С. Тщательное
проведение процесса при этой температуре
необходимо для получения мелкой структуры
(после отжига при 780—800°С). Для глубо-
кой вытяжки тонкой жести рекомендуется
отжиг в течение 30 мин при 770—790° С
с закалкой в воде [Л. 75]. Ферритные CrFe
стали с 23—30% Сг также можно с некото-
Рис. 6-1-25. Микрофотография концов вводов из CrFe
(диаметр"! 1,35 мм).
а—отрезанные рычажными ножницами; б—автомати-
чески разорваны после нагревания в тонком газовом
пламени; в—отрезанный ввод (см. а) после галтовки;
г—то же, что б после галтовки в барабане.
270
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
{Гл. 6
рыми трудностями подвергать глубокой холод-
ной вытяжке, но значительно лучше произво-
дить их обработку (ковку) при нагревании.
Лучшей дуктильностью и более легкой
глубокой вытяжкой при незначительно изме-
ненном коэффициенте расширения отличают-
ся ферритные хромистые стали с меньшим
содержанием хрома (около 18—19%), но
с присадкой молибдена такие марки извест-
ны, например, под названием «Новар А»
(Stahlwerk Hagen), впервые с хорошими ре-
зультатами применялись в Европе во время
второй мировой войны для изготовления
крупных колпачковых впаев в баллонах ме-
таллических тиратронов (см. рис. 6-1-34,
5-3-9 и гл. 30). Состав подобного сплава при-
веден в табл. 6-1-12, в группе В.
Как уже было упомянуто, ферритные
FeCr сплавы при нагреве и сравнительно быст-
ром охлаждении, что, например, обычно имеет
место при сварке жести, обладают склон-
ностью к изменению структуры. Эта склон-
ность увеличивается с ростом содержания
углерода и уменьшением содержания хрома
(рис. 6-1-23).
При изготовлении оболочек вакуумных
приборов эту опасность можно, правда, умень-
шить дополнительной термической обработкой
(отжигом при температурах выше 900° С);
для готовых впаев в стекло это, естественно,
невозможно.
Повышения стабильности структуры мож-
но прежде всего добиться снижением содер-
жания углерода в таких сплавах (мбнее чем
0,03%), что желательно и из других сообра-
жений (исключается возникновение пузырь-
ков СО2 в месте впая в стекло, см. гл. 30);
этому же помогает химическое связывание
углерода в стабильные карбиды тантала или
ниобия. Поэтому в уже описанные молибде-
новые стали «Новар А» вводят Nb или Та
(в количестве, равном 8—12-кратному содер-
жанию С), благодаря чему появился сплав
«Новар В» — сравнительно хорошо обрабаты-
ваемый материал со стабильной ферритной
структурой, который после сварки уже не
должен подвергаться термической обработке
Рис. 6-1-26. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву предела текучести ор, относительного удли-
нения 5 и сжатия V сплава CrFe, содержащего
27—28% хрома, от температуры Г (С: 0,1—0,2%; Si:
0,5—0,7%; Мп; 0,7—1,1%; N1; 0,1—0,3%; N2; 0,13—0,15%).
Данные о агв см. также на рис. 6-1-38.
Рис. 6-1-27. Зависимость временного со-
противления разрыву агв, относитель-
ного удлинения 3 и твердости по Бринел-
лю Нв литых в вакууме сплавов CrFe
от содержания хрома mQr [Л. 7].
(Stahlwerk Hagen). Состав сплава «Новар В»
также приведен в табл. 6-1-12, в группе В.
Этот сплав во многих случаях вытеснил в ва-
куумной технике «Новар А» и выпускается
в последнее время также в виде проволоки
под маркой «GUI» (состав см. в табл. 6-1-12,
группа В).
Результаты, подобные европейским, были
получены также и в США после второй ми-
ровой войны, в особенности при изготовлении
конусов из хромистой стали |(см. рис. 6-1-38)
для электроннолучевых трубок [Л. 84, 85]. Кро-
ме Мо и Nb в этом случае оказались пригод-
ными также присадки Si и Ti (а иногда также
Al, W, V или Zr), которые улучшают обраба-
тываемость (большая дуктильность), повы-
шают качество поверхности и снижают рас-
ходы.
Благодаря этим присадкам можно умень-
шить содержание хрома до 17% без
опасности возникновения неустойчивости
структуры этих ферритных сплавов и измене-
ния их коэффициента термического расшире-
ния вследствие образования аустенита. Со-
став таких ферритных сплавов FeCr (стандар-
тизованных в США под названием «Modified
Stainless Steel Type 430», а с присадкой Ti —
«AISI Type 430 Ti») приведен в табл. 6-1-12,
группа Сив табл. 6-1-14156.
Физические свойства. В табл. 6-1-13 ука-
заны важнейшие свойства основных феррит-
ных сплавов FeCr для впаев в стекло, которые
известны под различными наименованиями
(Alleghehy-Sealmet 1, Sealmet 28, Ascoloy 446,
Carpenter 27, G1 II).
Таблица дополняется рис. 6-1-26, 6-1-27
и 6-1-28 (зависимость механических свойств 166
166 Аналогичный стабилизированный титаном
ферритный сплав «430 Ti» (16—18% Сг) с минималь-
ным содержанием Ti, равным пятикратному содержа-
нию углерода, вытесняет широко использовавшуюся
раньше сталь 18—8 CrNi [Л. 58], так как он дешевле,
дает экономию никеля, а его устойчивость против
коррозии примерно такая же, как и стали '18-8. В от-
личие от хромистой стали «430» (без Ti) можно обой-
тись без дополнительной термической обработки после
сварки; ни в шве, ни вблизи него в сплаве не возни-
кает мартенсит, как в стали «430»; структура стали
«430 Ti» всегда остается ферритной, как это убеди-
тельно видно из рис. 6-1-31А.
§ 6-1]
Сплавы железа
271
Свойства сплавов FeCr
Таблица 6-1-13
Название Хромистая стало 25 (США тип ,446“) Gl И Sealmet 1 Sealmet 28 AISI 430 Tiie; CrFe по норма- лям Philips8)
Изготовитель Vacuum- schmelze Hanau Stahlwerk Hagen Allegheny Ludlum Steel Corp. Различные
Состав, % вес 25% Сг; 75'/о Fe 23—27% Сг, 0,35% С, (остаток Fe) 18—20% Сг 1—1,3% Mo, 1—1,3% Nb (Та) остаток Fe CrFe c 28% Cr 23,5—27% Cr <0,200% C <0,4%Ni <0,1% n2
Удельный вес,г/сл«’ 7,5 (7,6) •s.7,7 7,6 7,63
Температура плавления °C 1 510 — 1 480—1 490 -K.I 490
Температура отжига, °C 760—820 845—900 800
Температура нормализую- щего отжига, °C 950г) 750—800 (10 мин) 1 100 (10 мин) —
Временное сопротивление разрыву10), **). 12), кГ/мм2 63’); (53—67); 95*)—122s) 50—60*) 52—70 (59) 46 50—55*), >90")
Относительное удлине- ние10). **). *2), % 19s) (30—20), 15—20s) 25—351) 35—25 30 20—241) 24)
Относительное сужение10), % (50—40), 45—25s) 65—45
Предел текучести10), кГ!мм2 46s), (32—42), 80*), 45—108s) 30—40*) 31,5—42 32 30—38*). °)
Предел ползучести, кГ/мм2 500° С: 1,2 600° С: 0,5*s)
Модуль упругости, кГ/мм2 (20 300) 20 000— —20 200 20 600 -к.20 500*) .
Твердость по Бринеллю11), кПмм2 (140—185); до 250s) 130—160’) 700° C около 50
Твердость по Роквеллу В 75—90") В 84’) В 90—С 23s) В 77—90 В 80
Твердость по Виккерсу 140—220 -к. 190, макс. 210
Ударная вязкость, Ю-’-кГ/сл!2 6,5
Глубина вытяжки по Эри- ксену, мм Тол- Глу- щина бина же- вы- сти, тяж- мм ки 0,35 е 0,50 7,5 1,0 8
272
Сплавы и композиции черных и цветных металлов { Гл. 6
Продолжение табл. 6-1-13
Название Хромистая стал., 25 (США, тип .446° G1 п Sealmet 1 Sealmet 28 AISI 430 Ti») CrFe по норма- лям Philips* 8 * * * *)
Температура ковкн, °C 1 100 (в начале); 820 (в конце) От 1 150—1 050 до 700—800
Удельная теплоемкость, кал/г 0,12 0,146 0,11
Коэффициент термического расширения14 i/град Табл. 6-1-14; рис. 6-1-30 Табл. 6-1-14 Табл. 6-1-14; рис. 6-1-30 0—540° С 113-10-’ Табл. 6-1-14
Теплопроводность, кал/см - сек-град 100° С: 0,050 500° С: 0,058 700° С: 0,062 20° С: 0,055 0,059 0,04
Удельное электрическое _ ом-мм? сопротивление13), ——— 0,7 (0,67) 0,6 0,72 (0,64) 0,7»
Температурный коэффици- ент электрического сопро- тивления, i/град -х.2,5-10-’ 20—500°С: 1,1-10-»
Растворимость водорода См. рис. 9-2-1
Проницаемость для водоро- н-см3-мм да’ дм*-ч-ат 400° С: 0,09 500° С: 0,33 600° С: 0,88 700° С 1,9 См. [Л. 271 и рис. 9-5-8
Примечание Сплавы обладают ферромагнитной ферритной a-структурой и не упрочняются при термической обработке, так как аустенит не образуется.
.Магнитные свойства сплава G1 II:
Точка Кюри
Коэрцитивная сила
•Остаточное намагничивание
.Минимальная индукция (при 25 ав/см}
Магнитные потери К10 (при 10 000 гс, 50 гц)
Начальная магнитная проницаемость
°C
э
гс
гс
вт/кг
гс/э
600
2,5—3,5; -4.7»)
7500—8 000
12000—13000
Для жести толщиной
0,5—1 мм:
5,5—6
250—300
") Стоженный (30 мин при 780° С).
2) Во влажном водороде.
8) Отожженная проволока диаметром 1 мм.
.*) Проволока» протянутая без нагрева. Степень деформации 65%.
ь) Холоднообработанная; в вависимостн от степени деформации.
®) Или предел текучести а02»
’) i^ll,3Kf , где L—длина испытуемого образца в миллиметрах; F—сечение образца в квадратных милли-
гметрах.
») 2.5% проводимости электролитической меди.
•) См. [Л. 75].
’°) См. рис. 6-1-26.
”) См. рис. 6-1-27.
к) См. рис. 6-1-28.
*») См. рис. 6-1-29.
“) См. рис. 6-1-30.
“) Нагрузка, вызывающая при испытании на ползучесть в течение 10 000 ч удлинение в 1% при 538° С;
5.95 кПмм’1 649° С; 1,54 кГ!ммг 732° С; 0,84 кПмм*.
«) См. (Л. 58].
§ 6-1]
Сплавы железа
273
Рис 6-1-28. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву и относительного удлинения й двух марок
холоднотянутых CrFe проволок от степени деформа-
ции Я. R « 0% означает, что проволока отожженна
и не подвергалась после этого обработке.
от рабочей температуры и степени обработки),
а также рис. 6-1-29 (зависимость удельного
электрического сопротивления от темпера-
туры). Коэффициенты теплового расширения
наиболее важных марок сплавов CrFe для
впаев в стекло приведены в табл. 6-1-14, а на
рис. 6-1-30 показаны соответствующие кривые
термического расширения.
Само собой разумеется, что эти сплавы,
так же как и другие сплавы железа для впаев
в стекло, должны быть для получения одно-
значных характеристик расширения «нормали-
зованы». У тонких проволок это производит-
ся автоматически при впаивании в стекло,
а часто и во время отжига при очистке или
предварительном окислении. При нормализа-
ционном отжиге крупных деталей после обра-
ботки вследствие плохой теплопроводности
FeCr и для предотвращения появления тре-
шин, возникающих под действием внутренних
напряжений, их рекомендуется медленно и рав-
номерно нагревать (если возможно в защит-
ной атмосфере) до 700° С, после чего нагрев
можно ускорить (около 10 мин до 800—900° С).
Последующее охлаждение необходимо прово-
дить медленно до комнатной температуры.
Однако необходимо избегать длительного вы-
держивания деталей при температуре около
475° С, так как это может вызвать хрупкость
материала.
Рис. 6-1-30. (Кривые термического расширения некото-
рых сплавов FeCr.
7. / — „Chromeisen 25е (изготовитель: Vacuuinschtnelze
Hanau); 2—ферритная сталь с 17% Сг и с другими
присадками (нержавеющая сталь, тип „43 ", США); 3—
„Sealmet 1“ (изготовитель: «Allegheny Ludlutn); 4—не-
ржавеющая сталь, тип «430—Ti*.
II. 5—феррохром 30; 6—«новар А" с 1% Мо (изготови-
тель: Stahlwerk Hagen); 7—«новар В* с небольшими
присадками Мо и Nb (изготовитель: Stahlwerk Hagen;
8—«Carpenter 27*, см. рис. 6-1-ЗВ.
Сплавы FeCr с правильно выбранным
составом должны обладать чисто ферритной
структурой и не должны содержать заметных
количеств аустенита ни после нагревания до
высоких темперадур (1 200° С) и более или ме-
нее быстрого охлаждения, ни во время охлаж-
дения и тем более после охлаждения до ком-
натной температуры (рис. 6-1-31, I и III).
Кривая теплового расширения сплава должна
18—2200
274
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Таблица 6-1-14
Средний коэффициент термического расширения ат некоторых сплавов CrFe
для впаев в стекло
Торговая марка Изго- тови- тель1) (10-7-1/°С) в интервале: См. рис.
20—100° С | 20—200“ С | 20—300“ С | 20—400“ С | 20—500“ С 20—600“ С
Vacovit [1] 103 105 107 109 111 1122) 6-1-30
США—тип „446“ [6]
G1 II (проволока) [2] 79—89 96 96—101 99 10]—[05 106 106—111 108 109—113 ПО | 112’) 6-1-31
Новар В, В207 (стержни, жесть) [2]
Sealmet 1 И 84 93 98 102 105 108 6-1-ЗВ 6-1-30
Dilver 0 [4]
Carpenter 27 И — — — — — — 6-1-ЗВ
Chrotneisen Philips [7] 4) 99 104 108
AKXE [5] 93 103 106 109 111 113
Сталь „430 Ti“ [6] I066) 108е) I085) НО6) 113s) 112е) 114s),6) (20— 460° С) 115е) 6-1-30
Технические усло- вия фирмы „Си- менс“, мин. — макс. 88,9— 106,4 97,3— 107,5 102,2— 109,9 105,0— 112,2 108,3— 115,8 109,8— 120
) Изготовитель: [1] Vacuumschmelze Hanau (ФРГ); [2] Stahlwerk Hagen (ФРГ); [3] Allegheny Ludlum Steel
Corp. (CHIA). Другое обозначение: .Allegheny HC-1“; (4] Acieries d'trophy (Франция); [5] Fold Ina hut, Кладно
(ЧСР); 16] Вырабатываются в США; [7] Подробнее см. [Л. 75]; [8] Carpenter Steel Corp.
!) а20-1 ООО" С = 137-10-’ 1/град.
°) «20— 700“ с=,,3'10"’: “20—800“ С=118’10"7 ЧгР<*д.
*) Максимальное значение ago____до° С после 15 мин отжига при t 050—1 100“ С и закалки ие должно превы-
шать 105-10-’ \!град.
8) См. 1Л. 37].
°) По данным Werkstoffblatt Stahl—Eisen 385—57 (хромистая стзль ,Х8СгТП7“).
быть обратимой, как это схематично изображе-
но на рис. 6-1-32, кривые /, иначе возникают
искажения кривой расширения, как это схема-
тично показано на рис. 6-1-32 кривыми II
и III. Из этих искажений особенно опасны вы-
званные обратным превращением у-» а скач-
кообразные изменения хода кривой расшире-
ния, которые наступают при сравнительно низ-
ких температурах, как это видно из
кривой III. Эти изменения происходят в обла-
сти температур, в которой стекло уже нахо-
дится в твердом состоянии, так что под дей-
ствием быстрого изменения размеров впаи-
ваемого металла оно растрескивается. На
рис. 6-1-31, II показана микроструктура такого
нестабильного сплава CrFe с небольшим со-
держанием Сг (117%), у которого область
у-модификации не была достаточно сужена
путем введения примесей (что при таком ма-
лом содержании хрома безусловно необходи-
мо) (рис. 6-1-23). В ферритной основе этого
сплава после нагревания до 1 200° С и закалки
появляется заметное количество аустенита167.
Этими же свойствами обладает, например,
закаленный CrFe с 26% Сг, который содержит
при таком количестве хрома слишком много
азота (см. рис. 6-1-61, IV).
На практике перед употреблением необхо-
димо контролировать структуру сплавов CrFe,
предназначенных для впаивания в стекло157 158.
Это можно сделать, помимо возможного, но
длительного анализа микроструктуры, различ-
ными методами.
По принятой методике ASTM [Л. 3, 84,
157 Для обнаружения аустенита рекомендуется
описанный ниже травитель [Л. 78], которым обраба-
тывают полированный отожженный при 650“ С обра-
зец; 20 г FeCls+60 см3 НС1+240 см3 Н2О. Аустенит
в таком растворе окисляется интенсивнее, чем феррит,
и поэтому очень хорошо виден под микроскопом.
158 Исследования микроструктуры очень важны
и для изучения процессов сварки различных марок
CrFe; это видно, например, из рис. 6-1-31А.
§ 6-1]
Сплавы железа
275
Рис. 6-1-31А. Микроструктур* (260Х) Спла-
вов CrFe с 17% Сг без присадки и с присадкой
титана (A1SI, тип „430“ и 430 Ti* ]Л 58]; V —
„430" (без Ti), отожженный и отпущенный; VI—
тот же материал в месте сварки (после дуговой
сварки в нейтральном газе); помимо роста зерен,
наблюдается образование мартенсита: VII —
„430 Т1“. отожженный и отпущенный; VIII — тот
же материал в месте сварки; наблюдается рост
зерен без образования мартенсита.
Рис. 6-1-31. Микроструктура закаленного сплава CrFe
для впаев в стекло.
I—с 28% Сг и очень низким содержанием углерода,
закалка с 1 200° С в воде; чисто ферритная структура
/ с отдельными включениями карбидов; II—с 17% Сг, но
без присадок, препятствующих возникновению аусте-
нитной структуры, закаленный с 1 200® С в воде; на
фоне феррита видно большое количество возникшего
при превращении аустенита; III—с 30% Сг1), закален-
ный с 1 230® С в солевой ванне; чисто ферритная струк-
тура; IV—с 26% Сг2), закаленный с 1 175° С в солевой
ванне; темные кристаллы аустенита иа светлом фоне
феррита (рис. I и II по данным (Л. 84], III и IV
см. ]Л. 78].
') С 0,09; Мп: 0,59; Si: 0,38; Ni: 0,15; Мо: 0,02; N2: 0,145%.
а) С 0 09; Мп-0,57; Si: 0,36; Ni: 0,36; Мо; 0,02: N2: 0,147%.
85] сплавы FeCr подвергаются трем следую-
щим испытаниям:
1. Испытание при охлаждении.
а) Нагревание на воздухе при 1 200±10°С
в течение 15 мин.
б) Перемещение в горячем состоянии
в нагретую до 550° С печь дилатометра [Л. 4],
причем материал охлаждается за 8 мин до
530±10° С.
в) При дальнейшем медленном охлажде-
нии (2 сС/мин) до комнатной температуры по
записанной кривой уменьшения линейного
размера определяют, не происходят ли поли-
морфные превращения (нарушения непрерыв-
ности кривой), обладает ли материал и после
нагревания до такой высокой температуры
18*
коэффициентом расширения “зо4-5зо=|111 ’ Ю-7
[1/град] ферритного FeCr или же (вследствие
более или менее полного превращения
в аустенитную у-модификацию) он обладает
коэффициентом расширения азо-=-53О=
= (112—126) • 10~7 [l/град]. На практике до-
пустимо присутствие незначительного количе-
ства аустенита, поэтому для максимального
коэффициента термического расширения были
установлены следующие значения:
для FeCr с 23 — 30% Сг
а3о-53о = 114-10-’ [1/град];
для FeCr с 16 — 23%
“зо-5зо= 117-10-’ [1/град].
2. Испытание при закалке.
а) Нагревание на воздухе при 1 200°С+
± 10° С 15 мин.
б) Закалка в воде.
в) Измерение кривой термического расши-
рения в обычном дилатометре до 530+10° С;
при этом кривая должна быть непрерывной,
а коэффициент расширения «зо. езо не должен
превышать величин, указанных в п. 1.
3. Испытание при глубоком охлаждении.
а) Охлаждение до —40° С.
б) Регистрация кривой расширения
в обычном дилатометре между —40 и +30°С;
при этом не должны наблюдаться никакие
разрывы непрерывности кривых, которые могли
бы означать изменение структуры сплава.
Другой способ, основанный на методах
магнитных измерений '(см., например, [Л. 93]),
используется для обнаружения возникновения
немагнитного аустенита в ферритном (при ком-
натной температуре — магнитном) сплаве пос-
276
• Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Рис. 6-1-32. Характерные кривые термического расшире-
ния сплавов железа с хромом (схематически, см. [Л. 84].
------------------- а-фаза:.........7-фаза).
I—стабильный сплав FeCr с 28% Сг. Обратимая кривая
расширения без точки перегиба н разрывов непрерывно-
сти. несмотря на нагревание до 1 200” С; коэффициент
расширения «25____ 500” (Ю8—110)*10“7 1/®С; II—неста-
бильный сплав FeCr с 28% Сг (4-0,12%С 4-0,15% N. 4-
4- 0,30% Ni); при нагревании выше 1 150” С вследствие
превращения a-фазы в 7-фазу возникает очень стабиль-
ная аустенитная структура, которую нельзя перевести
в феррит путем обычного охлаждения до —185“ С;
поэтому сплав при нагревании выше 1 200“ С приобре-
тает более высокий коэффициент расширения, прису-
щий 7-фазе («25 — 500 до 120-10—7 1/”С); III—нестабиль-
ный сплав FeCr с 17% Сг (без других присадок): на
кривой расширения при нагревании до 800“ С наблюда-
ется скачок, вызванный переходом сплава из а-фазы
в 7-фазу; одиако при охлаждении в диапазоне темпера-
тур 350—200’ С происходит обратное превращение
7-фазы в a-фазу, что вызывает недопустимые при
впаиваний в стекло изменения размеров.
ле нагревания до 1 200° С. После 15 мин на-
гревания до 1050—1 100° С и последующей за-
калки в воде полос длиной 130 мм и сече-
нием 5—30 мм? магнитное насыщение должно
наступать примерно при 4 000 гс.
Сплавы FeCr не свариваются с медью то-
чечной сваркой на воздухе, но хорошо сва-
риваются с никелем. Поэтому для соединения
выводов из CrFe с медными канатиками при-
меняют переходные трубки из никеля, кото-
рые путем точечной сварки соединяют с одной
стороны с медью, а с другой — с выводом из
CrFe (см., например, гл. 30 и [Л. 83]).
Особую проблему представляет герметич-
ное соединение хромистого железа с медью,
например, при изготовлении токоподводов в ви-
де медных прутков, которые через переходные
колпачки из CrFe-сплава герметично впаи
ваются в стеклянный баллон электронной лам-
пы. Применять прн этом пайку серебряными
припоями на воздухе нельзя, так как образует-
ся очень стабильная пленка окислов хрома.
Однако способом, указанным на рис. 6-1-33,
пайку удается осуществить. Такие комбинации
медных прутков и колпачков из CrFe хорошо
себя зарекомендовали, поскольку сравнительно
высокие точки плавления всех применяемых
металлов и плохая теплопроводность CrFe по-
зволяют производить приваривание краев кол-
пачка из CrFe к стеклу без опасности распла-
вить соединительные припои. Как правило, хо-
рошо очищенные детали из CrFe-сплавой
можно паять в вакууме с другими металлами
с помощью медного припоя [Л. 75]. Большие
детали, например толстостенные трубки, мож-
но соединять с другими частями конструкции
путем сварки в стык. О других методах со-
единения см. табл. 9-3-12.
Химические свойства. Сплавы CrFe прак-
тически устойчивы против HNO3, но на них
действуют H2SO4 и НО, тогда как сплавы
типа новара отличаются большой устойчи-
востью по отношению к большинству кислот
и щелочей.
Склонность к окислению FeCr-сплавов по
сравнению с чистым железом сильно умень-
шается с увеличением содержания хрома
(рис. 6-1-ЗЗА).
Потери за счет окисления на воздухе при
различных температурах прокаливания до
1000° С, как видно из данных, приведенных
в табл. 6-1-5, чрезвычайно незначительны. При
отжиге (мягком и нормализующем) CrFe-спла-
вов, предназначенных для изготовления впаев
в стекло, рекомендуется нейтральная, слабо
Рис. 6-1-38. Получение герметичного соединения медных вводов с колпачками из
сплава FeCr.
а — закрытый с одной стороны и обработанный пескоструйной с обеих сторон
FeCr колпачок: b—после засыпки медного порошка и буры иа дно колпачка
с помощью автогенной горелки наплавляется слой меди; с — в донышке просвер-
ливается отверстие точного размера; d—очищенный медный ввод вставляется
в отверстие и на место соединения надевается кольцо припоя AgCu (72/28);
е —нагреванием в пламени горелки или в водородной печи получают соедине-
ние FeCr с Си.
§ 6-1]
Сплавы железа
277
Рис. 6-1-ЗЗА. Зависимость степени окисления
AMCrFe/AmFe сплавов железа с хромом от содержания
хрома [Л. 14, 56].
восстановительная, а в некоторых случаях
(описанных ниже) даже слабо окислительная
атмосфера.
Особое внимание нужно уделять очистке
поверхности перед нпаинаиием в стекло, что-
бы перед впаиванием и во время этого про-
цесса возникала равномерная, хорошо приле-
гающая пленка окисла, которая необходима,
если нпаи металла в стекло должны быть
идеально герметичными |(см. гл. 30). На прак-
тике были испытаны самые различные способы,
важнейшие из которых мы приводим ниже.
а) Химическая очистка (травление) перед
впаиванием. Таков, например, представленный
на табл. 6-11-16 и хорошо зарекомендовавший
себя способ очистки нарезанных CrFe-выво-
дов плоской штампованной ножки приемно-
усилительных электронных ламп.
б) Механическая очистка. В массовом
производстве приемно-усилительных электрон-
ных ламп применяется одновременная галтовка
нескольких сот тысяч нарезанных выводов
(длиной 20 мм и диаметром около '1,27 лои)
в 5—10-л барабане из котельной стали, напол-
ненном водной суспензией порошка, электро-
сапфира 159 с величиной зерен около 50 мк.
После 2—8-дневной галковки160 при умерен-
ных оборотах (максимум около 30 об(мин,
чтобы выводы не искривились) детали выни-
мают из барабана, ополаскивают водой, про-
мывают метанолом и, наконец, высушивают
в печи при 80° С. При галтовке поверхность
штифтов стирается на глубину около 0,02—
0,03 мм, причем с нее не только удаляются за-
грязнения, но и самая поверхность становится
ровной и мелкозернистой (см. рис. 641-25),
Благодаря этому становится возможным хоро-
шее и равномерное окисление перед или во
время впаивания и, как следствие этого, уве-
личивается прочность сцепления стекла с про-
волокой. Обработанные таким образом прово-
локи нельзя, ‘разумеется, перед (впаиванием
брать незащищенными руками, их необходимо
хранить в закрытых стеклянных сосудах и
непосредственно перед использованием снова
промывать в трихлорэтилене '(см. § 9-4).
Стержни большого диаметра из хромисто-
го железа, а также колпачки, трубки, балло-
16’ При этом нельзя использовать карборундовый
(SIC) порошок, несмотря на то, что он вследствие
большей твердости дает лучшие результаты. На по-
верхности CrFe выводов оставались бы мелкие частич-
ки S1C, которые позже, цри впаивании в стекло,
привели бы к образованию пузырьков СОз на поверх-
ности соприкосновения металла со стеклом и к сни-
жению механической прочиоста влая.
1в0 В процессе галтовки поверхность CrFe обога-
щается хромом [Л. 104].
Таблица 6-1-15
Некоторые данные о скорости окисления на воздухе сплава CrFe 25/75
(см. рис. 6-1-ЗЗА)
Температура °C 900 1 000 1 100 1 200
Потеря веса в результате окисления г/м2-ч 0,3 1 3 10
Уменьшение толщины мм/год 0,4 1,2 3,6 12*)
•) При 1 150“ С образовавшаяся клейка окисла начинает отслаиваться.
Таблица 6-1-16
Травление выводов из сплавов FeCr
Ч 2 л концентрированной НС1+1 л HjO+ЗОО см* какого-либо ингибитора.
Ч 0,5 кг чистой, ие содержащей серы хромовой кислоты+5 см* концентрированной HjSO,. Объем раствора
доводят до 1 л добавлением дистиллированной воды.
278
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
ны н другие подобные детали очищают перед
впаиванием пескоструйной со стальным порош-
ком. Вследствие этого детали становятся не-
сколько шероховатыми. Некоторые изготовите-
ли непосредственно (без специального окисле-
ния) спаивают очищенные стержни со стеклом
в автоматах с кислородным пламенем. При
этом путем соответствующей регулировки пла-
мени добиваются достаточного окисления пред-
назначенных для впаивания участков деталей
еще до соприкосновения стекла с их поверх-
ностью. При ручном впаивании предваритель-
но не окисленных CrFe-деталей рекомендует-
ся, чтобы стеклодув непосредственно перед
покрытием металла стеклом окислил место,
предназначенное для впаивания, постепенно
усиливаемым окисляющим пламенем. При мас-
совой выработке, особенно при впаивании
крупных CrFe-деталей ((колпачков или трубок)
их часто подвергают специальному предвари-
тельному окислению, преимущественно в элек-
трической трубчатой печи в потоке влажного
водорода161 путем длящегося около • 15—
30 мин отжига при 950—1400° С. При такой
обработке детали CrFe одгрвременно норма-
лизуются, т. е. устраняются механические
внутренние напряжения и обеспечивается фер-
ритная структура, и очищаются от следов ма-
сел и углерода, которые, как это было уже
показано, привели бы к возникновению пузырь-
ков на поверхности раздела металла со стек-
лом. Детали из CrFe лучше всего вводить
в водородную печь в молибденовых лодочках
при не очень плотной загрузке CrFe-деталей
или выводов. Иногда отдельные детали при
этом удерживают и разделяют друг от друга
специальными шаблонами. Перед извлечением
деталей на воздух нужно охладить их в холод-
ной эоне печи примерно до 40° С.
В результате такой термической обработки
деталь покрывается плотно прилегающим сло-
ем зеленого окисла.
в) Очистка после изготовления спая.
Пленки окислов хрома, образующиеся до или
во время впаивания деталей в стекло, хотя
и обеспечивают плотное сцепление металла со
стеклом, однако вследствие своего высокого
электрического сопротивления создают труд-
ности при осуществлении электрических кон-
тактов, например, при точечной сварке с вво-
дами или в тех случаях, когда выводы плос-
ких ножек (см. гл. 30) непосредственно ис-
пользуются в роли цокольных штырьков. Уда-
ление этой пленки окисла весьма затрудни-
тельно хотя бы потому, что интенсивное
травление в кислотах всегда связано с упо-
минавшейся уже опасностью межкристаллит-
ной коррозии. В этих случаях хорошо заре-
комендовало себя кратковременное анодное
травление уже впаянных CrFe-вынодов, при
котором они через последовательное добавоч-
ное сопротивление соединяются с положитель-
ным полюсом источника постоянного тока с на-
пряжением 4—6 в и опускаются в раствор
кислоты вместе с каким-либо отрицательным
вспомогательным электродом, изготовленным
1,1 Водород лучше всего увлажнять пропуска-
нием его сквозь промежуточную колбу с водой, тем-
пературу которой поддерживают около 40° С.
из химически устойчивого материала; при
этом происходит анодное растворение плен-
ки окисла. Хорошие результаты получаются
при использовании электролита, состоящего
из 3,35 л уксусной кислоты, 2,4 л хлорной
кислоты .(НСЮ4) 162 и 1 л дистиллированной
воды с графитовым катодом при постоянном
напряжении беи продолжительности травле-
ния 8—10 мин163. При травлении поверхност-
ный слой железа растворяется, и выводы пос-
ле этого выглядят блестящими. После обработ-
ки их нужно (прежде всего ополоснуть в про-
точной, потом в дистиллированной воде и за-
тем в метаноле. После этого их высушивают
в сушильном шкафу при температуре 80—
100° С в течение 20—30 мин.
Таблица 6-1-16А
Блестящее травление FeCr-выводов перед
меднением
А) Состав раствора
1 л дистиллированной воды +100 г конц.
H,SO4.
В) Процесс травления
Штырьки плоских ножек соединяют меж-
ду собой медной проволокой и в качестве ано-
дов помещают в гальваническую ванну. Като-
дом служит пластинка из графита или железа
Армко.
Травление производят в вытяжном шкафу.
Напряжение — 4 в, ток 500 ма, продолжи-
тельность— 2 мин,
С) Чистка
Следы окислов удаляют щеткой.
DJ Мойка
Для удаления следов кислоты ножки про-
мывают в проточной воде (проба на лакмусо-
вую бумагу).
Е) Дальнейшая обработка
Непосредственно после выполнения описан-
ных операций (без сушки) выводы покрывают
медью.
Применяется также анодное травление
в 15 %-ной НС1 в течение 5—10 сек при напря-
жении 4 в и токе 11 а (для 8-штырьковой пло-
ской ножки). Для обработки штырьков, ко-
торые после протравливания нужно еще мед-
нить или серебрить, используют травление
в ванне, состоящей из 100 г концентрирован-
ной H2SO4 и 1 л дистиллированной воды164
с катодом из железной жести Армко при
длительности травления 2 мин током 0,5 а
для 7-штырьковой плоской ножки (табл.
6-1-16А). Штырьки после травления сле-
дует дополнительно очистить щеткой до
блеска, а всю ножку необходимо тщательно
промывать в большом количестве воды до
162 Хлорная кислота характеризуется тем, что она
образует очень вязкие комплексные соединения, кото-
рые хорошо растворяются в концентрированной уксус-
ной кислоте [Л, 77]. Травление этой кислотой необхо-
димо -производить осторожно (опасность воспламене-
ния, не вдыхать пары, работать в резиновых фарту-
ках й перчатках).
163 Расход электролита на травление 4 000X8 FeCr-
штырьков (диаметр 1,25 мм, длина 20 мм, стеклянная
плоская ножка см. рис. 10-131-V) составляет 10 л.
(в4 раегвор при эксплуатации окрашивается, что
для протравливания ие имеет значения.
§ 6-1]
Сплавы железа
279
Меднение FeCr-выводов* 1)
1. Состав электролита
Таблица 6-1-17
2. Меднение. Анод — электролитическая медь: ток от 30 до 80 ма на одну восьмиштырь-
ковую ножку (длина штырьков 20 мм, диаметр 1,25 мм); продолжительность операции от 5 до
45 мин.
3. Очистка. Следы щелочей удаляют сначала водопроводной, а затем дистиллированной
водой. Нанесение других покрытий (серебрение или никелирование) производят сраау же после
промывания. Если детали не подвергаются дальнейшей обработке, то их промывают в метило-
вом спирте и сушат 20 мин в сушильном шкафу при 80° С.
*) Этот же процесс пригоден и для меднения молибденовых выводов.
s) Фирменное название: Изготовитель: Schering A. G. Берлин.
9) Раствор очень ядовит. Работать в резиновых перчатках.
Серебрение FeCr-выводов1)
1. Состав электролиту
Таблица 6-1-18
2. Серебрение. Анод — серебряная жесть; ток около 60 ма на каждую восьмиштырько-
вую ножку; напряжение 1,5 в ; продолжительность операции от 8 до 10 мин при концентрации
раствора 9° Вё; плотность электролита следует поддерживать постоянной, подливая свежий
раствор концентрацией 9—12° Вё(15° С). Слой серебра должен быть молочно-белым без желтых
пятен. Покрытие не должно отслаиваться.
3. Очистка. Ножки промывают в холодной, а затем горячей проточной воде и сушат в
сушильном шкафу при 100° С.
х) Штырьки можно не покрывать предварительно слоем меди, но они должны быть очищены от окислов
желе за и хрома травлением, хорошо промыты нли, что лучше, очищены с помощью пескоструйки стальными
опил ками (предотвращение межкристаллитной коррозии).
8) Минимальное содержание серебра 30%.
Таблица 6-1-19
Химическое серебрение медненых FeCr-выводов
1. П риготовление растворов:
а)
2. Серебрение. Медненые детали погрузить на 0,5—1 мин в раствор (б) и слегка пока-
чивать их.
3. Очистка. Детали следует тщательно промыть в проточной воде, а затем в спирте,
после чего высушить в сушильном шкафу при 100° С2).
») Раствор очень ядовит, работать в резиновых перчатках.
а) Слой серебра должен быть чистым.
280
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Т а б л и ц а 6-1-20
Сортамент ферритных сплавов FeCr для спаев со стеклом
Вид Размеры
Жесть, максимальный размер 500}<(2 000 мм2 Толщина в мм'. (0,2—0,5)+0,07 (0,5—0,75)4-0,08 (0,75—1,0)+0,1 (1,5—2,0)+0,15 До 6+0,4
Кованые прутки и стержни длиной 1—4 м Диаметр до 25 лглг+0,5 и более, см. рис. 6-1-34
Холоднотянутая проволока большого диаметра в круглых бух- тах или рихтованная в виде прутков длиной 1-—2 м с шлифованной поверхностью Диаметр 1—2 jmjm+0,05*
Колпачки, цилиндры и баллоны, изготовленные из жести глу- бокой вытяжкой Толщина стенки 0,5—1,5 мм, см. рис. 6-1-34
Бесшовные трубки, горячекатаные Диаметр до 20 мм; толщина стенки 0,2—1 мм, см. рис. 6-1-34
Конусы для электронно-лучевых трубок, изготовленные из жести толщиной 2,5—3 мм См. рис. 6-1-35
Литые детали —
* Наиболее употребительные для приемно-усилительных ламп размеры: 1,27(+0,01, —0,02) и 1,0 (+0,01, —0,02) лои.
тех пор, пока совершенно не исчезнут следы
кислоты (испытывается лакмусовой бумагой!),
а потом сразу же перенести в гальваническую
ванну.
Другой, используемый на практике метод
травления (без применения электролиза), был
уже приведен в табл. 6-1-16. В табл. 6-1-17
приведено краткое описание процесса для
гальванического меднения CrFe-деталей, глав-
ным образом, штырьков, впаянных в стеклян-
ные ножки. Табл. 16-1-18 и табл. 6-1-19 содер-
жат различные рецепты серебрения, которое
производится или электролитически или мето-
дом погружения. Применение последнего ме-
тода возможно только при предварительном
меднении FeCr деталей.
При нанесении гальванических покрытий
(Си, Ag, Ni) на FeCr-детали можно
также использовать рецепты, приведенные
в табл. 6-1-6А, В и С.
Особой проблемой является удаление
изолирующей поверхностной пленки на труд-
нодоступных внутренних частях CrFe-выво-
дов, которые впаиваются в узкие трубки и
должны находиться в идеальном контакте
с ртутью (например, в ртутных переключате-
лях). В этом случае изолирующую пленку на
CrFe можно пробить частым пропусканием
электрической искры между CrFe-вводом и
ртутью при большой силе тока и высоком на-
пряжении. Еще лучшие результаты достига-
ются применением высокочастотного слабо-
точного разряда между выводом и ртутью.
Поверхность выводов можно также очистить
в вакуумном устройстве для травления и
мойки выводов, подобном описанному в § 9-4
(рис. 9-4-4).
Для снижения сопротивления вводов,
особенно в электронных лампах СВЧ, было
предложено [Л. 19] перед внапиванием покры-
вать CrFe-вводы гальваническим путем плен-
кой меди толщиной примерно 20 мк, которая
впоследствии вжигается в водородной печи
(со следами О2 или небольшим содержанием
Н2О) при 800—1 000° С в течение 45 мин.
При этом хром диффундирует сквозь слой
меди и образует зеленую пленку окислов тол-
щиной примерно 0,1—1 мк, которая хорошо
прилегает к стеклу.
Техническое применение сплавов CrFe.
Обзор некоторых марок сплавов CrFe, приме-
няющихся для впаев в стекло, приведен
в табл. 6-1-20, а на рис. 6-1-34 показаны не-
которые полуфабрикаты из CrFe и новара В
для впаев металла в стекло.
Поставляемый материал должен быть
проконтролирован, особенно на наличие гру-
бых шлакообразных примесей, на пористость,
усадочные раковины, трещины и состояние
поверхности (складки, риски и пятна ржав-
чины).
Поверхностные вмятины должны быть не
глубже 0,02 мм.
Сплавы CrFe, содержащие 23—28% хрома
и новар В с 19% Сг и присадками Мо, Nb
или Та, используются главным образом для
§ 6-1]
Сплавы железа
281
Рис. 6-1-34. Полуфабрикаты из хромистой стали и новара.
Слева направо: большой колпачок из новара В (высота
около 65 лги, диаметр 50 мм, толщина стенки 1,5 мм);
четыре ввода (диаметр 8 лги) из новара В, частично уже
вапаянные в стекло; трубка (диаметр 20 ни) из хроми-
стой стали (25/75); маленький колпачок (диаметр 25 мм)
для впаивания в стекло с герметично приваренным
вводом из чистого железа.
Рис. 6-1-35. Конус электронно-лучевой
трубки, изготовленный из хромистой
стали.
I— коиус черно-белой телевизионной
трубки (изготовитель RCA, см. также
рис. 15-55С, Z).
II—коиус трубки для цветного телеви-
дения (изготовитель: I-T-E. Circuit Brea-
ker Со., США), см. также рис. 15-51Е.
Рис. 6-1-35А. Изготовление конусов теле-
визионных трубок из хромистой стали
марки „AISI430" (см. табл. 6-142), вверху.
выдавливание кои ус а роликами на вра-
щающейся оправке. Исходный материал:
лист толщиной 3,1 мм. Диаметр вершины
конуса: 52,5 см, высота конуса 20 — ЗБслг;
внизу; окончательное формирование иа
гидравлическом 500-тоином прессе (Uni-
ted States Steel Corp.).
изготовления переходов и деталей, которые
должны быть впаяны в легкоплавкое стекло16Б,
и очень широко применяются для цокольных
штырьков диаметром от 1,25 мм в приемно-
усилительных лампах с плоскими ножками
(см. гл. 30).
Трубки из CrFe используются в металли-
ческих рентгеновских трубках (см. гл. 30»
а также [Л. 9, 74]); колпачки и диски — для
выводов в стеклянных выпрямителях и тира-
тронах.
Сравнительно толстые прутки, так же
как и полученные методом глубокой вытяжки
колпачки (см. рис. 6-1-34 и рис. 5-3-9) из но-
вара В, хорошо зарекомендовали себя при
изготовлении конструктивных элементов так
называемых «напряженных стеклянных впаев»
для охлаждаемых воздухом ртутных выпря-
мителей с металлическим корпусом, цельно-
металлических игнитронов и т. п. Дальней-
165 а= (80—1100 • 10—7 [1/град], температура транс-
формации около 550° С.
282 Сплавы и композиции черных и цветных металлов [Гл. 6
Рис. 6-1-36. Зависимость относительного коэффициента
термического расширения Д/Д^н среднего коэффициен-
та термического расширения ат двух сплавов FeNiCr
•(.V2A* н „304", США) от температуры Т. Для сравне-
ния приведена также кривая расширения чистого
железа.
Рис. 6-1-37. Зависимость твердости по Бринеллю Ид, вре-
менного сопротивления разрыву агд и относительного
удлинения 8 сплава FeCrNi (США, тип -ЗОЗ*1)) от сте-
пени деформации V (при холодной обработке).
) Состав: 18.47% Сг; 8,20% Ni; 0,11% С (при уменьше-
нии содержания С происходит более быстрое нарастание
°zB н #B!)
важные свойства, а на рис. 6-1-36 изображены
кривые термического расширения нержавею-
щих сталей двух марок в сравнении с чистым
железом. Коэффициенты расширения этих
сплавов выше, чем у чистого железа. Стали
этой группы обладают благодаря высокому
содержанию никеля у-структурой (в отличие
от CrFe, не содержащего Ni), не являются
ферромагнитными и не закаливаются, однако
упрочняются, разумеется, при холодной обра-
ботке (рис. 6-1-37).
При высоких температурах они сохраня-
ют заметную прочность (см. рис. 6-1-38 и
5-1-4А).
шие подробности о производстве таких напря-
женных впаев см. [Л. 1} и гл. 30.
Сплавы CrFe, содержащие 17—18% Сг и
присадки Ti, Мо и А1 (модифицированный
сорт «Stainless Steel 430», торговая марка
«Telemet»), используют в последнее время
для изготовления больших металлических ко-
нусов электронно-лучевых трубок (рис. 6-1-35А).
'Об изготовлении таких конусов давлением
см. [Л. 42].
CrFe используется, наконец, как материал
для антикатодов некоторых рентгеновских
трубок (Л. 32].
VI. Аустенитные хромоникелевые стали
[Л. 55, 65, 76]
Использование этих сплавов в вакуумной
технике в отличие от их роли в других обла-
стях техники сравнительно незначительно,
так как их наиболее важное свойство — боль-
шая устойчивость против коррозии редко тре-
буется в электронных лампах.
В табл. 6-1-21 и 21А приведены составы
некоторых характерных сплавов этой группы;
в табл. 6-1-22 и 23 перечислены их наиболее
Рнс. 6-1-38. Зависимость временного сопротивления раз"
рыву сгд хромистой стали (США, тип „446* с 24—
27% Сг) и сплава FeCrNt (США, тип .304" с 18% Сг
и 8% N1) от температуры Г/ [Л. 65). См. также
рнс. 5-1-4А.
§ 6-1]
Сплавы железа
283
Таблица 6-1-21
Состав некоторых аустенитных хромоникелевых сталей
Название Fe Сг Ni Ti с Мп S1 S р Zr+Mo
V2A 73,5 18 8 0 0,08—0,15 0,4 0,5 _ .
V2A Extra Остаток 18 8 0,5 0,12 0,4 0,5 —- — —-
V2A Supra Остаток 18 8 0 <0,07 0,4 0,5 — — —
Нержавеющая сталь (США), сталь V2A
*302“ Остаток 17—19 8—10 — 0,08—0,20 <2,0 — — 1 - —
,303“ Остаток 17—19 8—10 — <0,15 <2,0 — <( ),07 <0,60
„304“ Остаток 18—20 8—11 -— <0,08 <2,0 — — -—.
,304е1) Остаток 19,19 8,49 •— 0,04 0,65 0,5 0,007 0,024 —
>) Пример практического анализа.
Табл ица 6-1-21А
Состав аустенитных сталей чехословацкого производства [Л. 76]
Fe Cr Ni Mo Ti c Прочие примеси
AKS 4,5 22 0,3
AKS 2 5 25 3,5 — 0,1 Г+Cu
AKL 14 11 — — 0,1 —
AKVN AKVS Остаток 18 18 9 9 — 0,5 0,1 0,1 —
AKV Extra 18 10 2 — 0,1 —
AKV Extra S 18 10 2 0,5 0,1 —
AKOR 21 38 5,5 — 0,1 —
Таблица 6-1-22
Свойства некоторых аустенитных хромоникелевых сталей
Тип ,302“ Тип .303“ Тип ,304“ .V2A-
Удельный вес г/сл«3 7,93 7,93 7,9 7,86
Температура плавления °C 1 399—1 427 1 399—1 427 1 427— 1 510 -4.1400
Температура отжига °C 1010—1066 1 038—1 066 —
Временное сопротивле- ние разрыву: отожженные холоднокатаные кГ)мм2 56—63’) 70—153’) 56—63 Около 654) (до 240) 60—754)
Предел текучести: отожженные хол о дно катан ые кГ/мм2 25—32 35—105 25—32 26,5 20° С: 25—27 400° С: 10 900° С: около 5
Относительное удлине- ние отожженные холоднокатаные % 60—55’) 50—101) 60—50 55 40—45
284
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
П родолженае табл. 6-1-22
Тип „302“ Тип „303“ Тип .304* •V2A*
Относительное сужение: отожженные % 65—55 70—55 5)
Длительная прочность кГ/мм* См. рис. 6-2-ЗВ
Твердость по Бринеллю: отожженные холоднокатаные кГ/мм3 135—1851) 190—3301) 130—150 150—185
Твердость по Роквеллу: отожженные холоднокатаные Шкала В 75—90 92—109 72—80
Модуль упругости при растяжении кГ!мм2 20 000 20 000 19 000
Ударная вязкость кГ-м 15,2—9,7 15,2—9,7
Температурный коэффи- циент расширения8) 10-’ 1/град 0—93° С: 162 0—316° С: 171 0—538° С: 182 0—649° С — 0—816° С: 200 159 а 172 1 180 }7) 187 20—100° С: 166- 20—300° С: 181 20—500° С: 192 20—700° С: 201
Теплопроводность кал см-сек-град 100° С 0,039 300° С 0,045 500° С 0,051 700° С 0,057
Удельное электрическое сопротивление Ом-ммг/м 20° С: 0,73 700° С: 1,1
Температура ковки °C начало: 1 150° С конец: 930° С
*) См. рис. 6-1-37.
“) См. рис. 6-1-36.
’) См. (Л. 31].
*) См. рис. 6-1-38 н 5-1-4А.
®) Глубина вытяжки по Эриксену (жесть толщиной 1 мм) 13 мм.
Таблица 6-1-23
Свойства аустенитных хромоникелевых сталей чехословацкого производства
[Л. 76]
Сорт стали AKVN AKVS AKL AKV Extra AKV Extra S АКОР 1 AKS2 AKS
Плотность, г/см3 7,85—7,9 Около 8,0
Максимальная рабочая темпера- тура, °C 400 800 400 400 800 (900) (600) (600)
Временное сопротивление разрыву7), кГ/мм3 65 65 35 65 65 70 55 65
Относительное удлинение, 9И7) 55 45 52 50 35 — 40 35
Предел текучести’), кГ/мм2 25 28 20 27 30 35 24 25
§ 6-1]
Сплавы железа
285
Продолжение табл. 6-1-23
Сорт стали AKVN AKVS AKL AKV Extra AKV Extra S — AKOR AKS 2 CO <
Относительное сужение’), % 60 60 63 60 60 55 65 65
кГ-м Ударная вязкость’), cj)j2 30 25 — 30 20 15 30 30
Твердость по Бринеллю’), кГ/мм1 185 185 155 ’ 185 195 — — 185
Глубина вытяжки по Эриксену, мм 13 11 14 12 11 — —.
Удельная теплоемкость при 20° С, кал!г-град Около 0,12
Теплопроводность (20° С), кал см-сек-град 0,035—0,05 4
Температурный коэффициент линей- ного расширения при : 20—100° С, 10-’ 1/град 20—500° С, 10-’ \jzpad 150 180 150 180 150 180 150 180 150 180 130 150 145 173 170 185
Магнитные свойства Немагнитны (р = 1,001—1,04)
. Агрессивная среда, в которой сталь устойчива HN03 HNOa; H2SO4; SO2 hno8 H2SO4 MCI H2SO4 HC1
Поставляется в виде Ъ 4) =). 6) *), 2) 3), 4) 5) *) 8) *), г) 3). 4) s). e) *)• s) s). 4) 5) '), 2). ’) 4) *), 2)
*) Прутки.
2) Поковки.
’) Жесть.
*) Сварные трубки.
“) Бесшовные трубки.
”) Проволока,
’) В отожженном состоянии.
О методах обработки, в особенности пу-
тем дуговой сварки, пайки, глубокой вытяж-
ки, отжига, шлифовки и т. д., см. [Л. 55, 65
и '109] Эти стали очищают 20 %-ной HNOs
с присадкой 4% HF с дополнительным про-
мыванием водой. Иногда их сначала про-
травливают электролитически в 6—10%-ной
HNO3 и потом (не электролитически) в на-
гретой до 60—60” С 10—115%-ной HNO3 с до-
бавлением 1—2% HF. Такая предварительная
очистка рекомендуется в особенности перед
сваркой деталей из нержавеющей стали.
Техническое применение, а) Применяются
во всех случаях, когда при использовании не-
лепированного железа возможно быстрое
возникновение ржавчины после стеклодувных
работ или вследствие конденсации воды
из потока газа при впаивании системы элек-
тродов.
б) Для электродов и корпусов приборов
с внешним водяным охлаждением, например
для игнитронов (рис. 6-1-39 и 6-1-40) и дру-
гих ртутных разрядных приборов, так как
этот материал не только менее подвержен
коррозии, но и значительно замедляет диффу-
зию водорода сквозь оболочку прибора по
сравнению с чистым железом.
в) Поджигающие электроды в керамиче-
ской изоляции в импульсных газоразрядных
приборах, в которых, кроме аргона, находятся
также пары воды (как присадка, способствую-
щая быстрому прекращению разряда см., на-
пример, [Л. 30]).
г) Проволока для сеток как замена мо-
либдена, прежде всего в выпрямителях.
д) Фокусирующие электроды (цилиндры
Венельта) в рентгеновских трубках, ускоряю-
щие электроды в электронно-лучевых трубках
(см. рис. 15-65С, поз. 4).
е) Внешние кольца напряженных спаев
металла со стеклом (см. гл. 30), где преиму-
ществом хромоникелевых сталей являются
а
-'"О
—Е
--6
—К
Рнс. 6-1-39. Игнитрон с охлаждаемым во-
дой корпусом из нержавеющей стали
(часть оболочки для наглядности выреза-
на). (Изготовитель: Westinghouse Electric
Corp.. 1948) [Л. 106].
I— разрез; II—схема устройства анало-
гичного игнитрона на 400 а. Л—ввод
анода; В — спай ковара со стеклом Пай-
рейкс; С—приток охлаждающей воды
в рубашку корпуса; D — управляющая
сетка из графита; Е—главный анод из
графита; F — корпус и рубашка водяного
охлаждения из нержавеющей стали; О —
экран; Д’ —вспомогательный графитовый
анод; I—поджигающий электрод; J —
ртутный катод; К — вывод катода и цо-
коль прибора; L — графитовый анод; М—
графитовый экран.
Рис. 6-1-40. Игнитроны с водяным охлаждением.
Корпусы изготовлены из нержавеющей стали.
Средний выпрямленный ток 150 а, запирающее
напряжение 600 в (изготовитель; Siemens-Schu-
ckert-Werke, 1957).
286 Сплавы и композиции черных и цветных металлов
*“1
СП
§ 6-1]
Сплавы железа
287
Таблица 6-1-24-
Некоторые свойства закаленной холоднотянутой аустенитной стали '
CrNiMn (12/10/6), предназначенной для изготовления центрирующих и
контактных пружин электронно-лучевых приборов
Предел прочности кГ)ммг 20° С: 140 650° С: 36,5
Предел текучести кГ/мм'2 120
Температурный коэффициент термического расширения (20—300° С) 10~7 1/град 190
Удельное электрическое сопротивление ом-мм2 м 20° С: 0,70
большой коэффициент термического расшире-
ния и высокая прочность.
ж) Катоды счетчиков Гейгера — Мюлле-
ра, наполненных агрессивными газами. Иногда
изготовляются из жести, чаще в виде напы-
ленного слоя на внутренней поверхности кол-
бы. Для того чтобы избежать селективного
испарения отдельных компонентов вследствие
различия значений их упругости паров, что
приводит к изменению состава и нарушению
гомогенности осажденного слоя, испарение
должно носить характер взрыва (например,
вследствие прохождения по тонкой проволоке
короткого импульса сильного тока).
з) Конструкционный материал для индук-
ционных печей, экраны, тигли, держатели.
и) Корпуса масляных диффузионных на-
сосов167.
к) Оправки для пайки. Изготовляются
из отожженного на воздухе и слегка окислен-
ного материала со снятыми внутренними на-
пряжениями (см. рис. 9-3-40В), так как он не
смачивается припоем и поэтому не соединяет-
ся со спаиваемыми деталями. Преимущество
их использования при пайке .медных деталей
заключается в том, что сталь 18/8 имеет почти
такой же коэффициент термического расшире-
ния, как медь.
Закаленную и холоднотянутую аустенит-
ную CrNiMn-сталь [Л. 18] в настоящее время
применяют для изготовления пружин, центри-
рующих электронную оптику электронно-луче-
вых трубок в их оболочки, а также пружиня-
щих контактов между металлическими деталя-
ми системы, и электропроводящими слоями
(графит) на внутренней поверхности оболочки
(см. рис. 5-2-16). Основные свойства такой
стали приведены в табл. 6-1-24.
ЛИТЕРАТУРА
1. A d a m Н., Espe u. Е. Schwarz-
Bergkampf, Gias- und Hochvakuum-Tech-
nik, 4 (1952), 123—134; Slaboproudy Obzor, 16
(1955), 208—215 (Впаивание в стекло но®а-
ровых или FeCr-вводов).
2. Allegheny Ludlum Steel Corp., Steels
for Glass to Metal Seals (Techn. Information),
Brackenridge (Pa), 1945 (Сплавы FeNi и
FeCr).
167 Для уменьшения степени разложения масла
в процессе работы внутренние детали насосов следует
выполнять из ннкелироваиной меди илн алюминия.
3. ASTM (Amer. Soc. for Testing Materi-
als); Standard Specif, for 28 per cent Chromi-
um—Iron Alloy for Sealing to Glass; ASTM,
Designation F 257—53, Philadelphia, 1953.
4. ASTM, Designation E 80-49 T, Philadel-
phia, 1949 (Методика измерения термического
расширения).
5. В a i п Е. С. et al., Trans. Amer. Soc.
Steel Treaters, 9 (1926); Trans. AIME, 75
(1927), 166; Metals Handbook, 1948, S. 1194
(Структура сплавов CrFe).
6. Becquemont I., L’Onde Electrique,
29 (1949), 149—151 (Изготовление генератор-
ных ламп СВЧ с кольцевыми спаями ковар—
стекло).
7. В i n d е г О. W. u. S р е n d е 1 о w Н. R.,
Transact. Am. Soc. Met., 43 (1951), 759—777
(Влияние содержания хрома на механические
свойства сплавов FeCr, полученных плавкой
в вакууме).
8. В о n d 1 е у R. J., Ceramic Age, 58
(Juli, 1951), 15—48 (Хромистые стали для
спаев со стеклом).
9. В г a n d s m a W. F., Ingenieur, Haag, 49
(1934), 9.
10. Bur. of Standards, Invar and Related
Nickel Steels; Circular, 58, Washington, 1916,
1923.
11. Burger E. E., Gen. El. Rev. Dez.
1946, 22—24 (Глубокая вытяжка деталей из.
жести FeCr).
12. В u г g е г s W. G., Philips Techn.
Rundschau, 2 (1937), 158 (Глубокая вытяжка
деталей из жести CrFe).
13. Burnside D. G., RCA—Rev., 15
(1954), Marzheft, S. 46—61 (Сплавы железа
для герметичных спаев металл—керамика).
14. С а р 1 a n D. u. С о h е n М., J. Metals,
4 (1952), 1057 (Окисление сплавов CrFe, со-
держащих 11, 16 и 27% хрома в сухом и влаж-
ном воздухе при 870—1 100°С).
15. Chevenard М. Р., Rev. Nickel, 1932,
S. 55 (Электросопротивление сплавов CrFe).
16. Clark F. Н., Metals at High Tempe-
ratures, New York, 1950.
17. Collins G. B., Microwave Magnetrons,
New York, 1948 (Стр. 662—674; соединение
ковара с другими металлами путем пайки).
18. Dirbach W., Nickel—Berichte, 16
(1958), 235—'239 (Сталь CrNiMn для пружин
кинескопов).
19. Dor gel о Е. G. u. Lemmens H.J.,
288
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
US Pat. 2, 480, 453 (1943), 49 (Меднение FeCr-
вводов) .
20. Dorgelo Е. G., Vakuumtechnik, 5
(1956), 180 (Технология производства магне-
тронов) .
21. D u s i п g W., Telefunken Ztg., 26
(1953), Marzheft, 111—120 (Спаи ковара co
PT'P'K' JTO M
22. Ellis W. C„ Morgan F. L. u. Sa-
ger G. F., Renssealer Polytechn. Inst. Bull.
Eng. Sci. Ser., № 71 (1938) (Теплопроводность
никеля и никелевых сплавов).
23. Espe W., Zs. fur Feinmechanik u.
Prazision, 47 (1939), 247 (Обратимость харак-
теристик термического расширения сплавов
для впаев в стекло).
24. Espe W., Kovar uzitecny material
pro vakuovou techniku a stavbu pristroju (in
tschech. Sprache), Praha, 1953, dito: Kovar, ein
niitzicher Werkstoff der Hochvakuum- und Ge-
ratebau-Technik, Fussen in Bayern, 1956.
25. E s p e W., Pajky a pajeni ve vakuove
technice; Slaboproudy obzor 13 (1952), 155—165;
Lote und Loten in der Vakuumtechnik; Fein-
werktechnik 57 (1953), 309—319.
26. Espe W., Ferriticke chromzelezo pro
zatavy do skla v technice vysokeho vakua,
Praha. 1953; Ferritisches Chromeisen ftir vaku-
umdichte Gias—Metall—Verschmelzungen, Va-
kuumtechnik, 4 (1955), 82—100.
27. F a s t J. D., Philips Techn. Rundschau,
7 (1942), 73—81 (Диффузия водорода в хро-
мистой стали).
28. F i n е М. Е., Transact AIME, Journ.
of Metals, 188 (1950), 951—952 (Связь между
электро- и теплопроводностью сплавов ни-
келя).
29. Foley R. Т. et al., J. Electrochem.
Soc., 99 (1952), 349—353 (Серебрение железо-
никелевых вводов с нанесением промежуточ-
ного слоя индия).
30. F г е п с h 1. С., Journ. Res. Nat. Bur.
of Standards, 45 (1950), 310 (Электроды из не-
ржавеющей стали).
31. Furman D. E., Journ. Met. Transact.
AIME, 188 (1950), 688 (Термическое расшире-
ние иержавеющих сталей FeNiCr).
32. G г о г е г О. и. В е г g е г Н., Strahlen-
therapie, 48 (1933), 570 (Рентгеновские трубки
с FeCr-анодами).
33. G о о d m a n I. S., Mat. a. Methods,
August, 1948, S. 65 (Пайка ковара с медью
твердыми припоями).
34. Griffon 1 М. Е., Le Vide, № 33,
Mai, 1951, 995—1006 (Пайка ковара с берил-
лием через переход из монеля).
35. G г о v е Н. A., Metals Handbook,
1948, S. 584—586 (Очистка поверхности дета-
лей из нержавеющей стали).
36. G u i 11 a u m е С. Е. u. С h е v е -
n а г d Р., Trav. Mem. Bur. International
Poids et Mesures, 17 (1927) (Физические
свойства железоникелевых сплавов).
37. Н a g у Н. Е. u. R i 11 а п d Н. N.,
Journ. Am. Cer. Soc., 40 (1957), 58—62 (Тер-
мическое расширение сплава CrFe марки
«430» Ti).
38. Henry Wiggin a. Comp., Glass—
to—Metal Seals; Techn. Information № 307b,
Birmingham, 1949 (Сплав FeNiCo марки «Ни-
ло К»).
39. Henry Wiggin a. Comp., The Niio
Series of Controlled Expansion Alloys; Techn.
Information Birmingham, 1951 (Сплавы FeNi;
FNiCr и FeNiCo).
40. H e r r m a n п H. u. Thomas H., Z.
Metallkunde, 48 (1957), 582—587 (Необрати-
мость сплавов типа ковара).
41. Hidnert Р. u. Sweeney W. T.,
Phys. Rev., 29 (1027), 911 (Коэффициент тер-
мического расширения сплава FeNi-42).
42. Н i 1 d е b г а п d t A., Tool Engineer,
Sept., 1948, S. 20—22 (Изготовление металли-
ческих конусов кинескопов).
43. Н о m s t е a d R. FL, Sylvania Technolo-
gist, 1 (1948), 9—15 (Нанесение гальваниче-
ских покрытий на детали из FeNiCr для ламп
СВЧ).
44. Г у д р е м о н. Специальные стали, Ме-
таллургиздат, 1959.
45. Н u 11 A. W. и. В u г g е г Е. Е., Phy-
sics, 5 (1934), 384 (Ковар, фернико, хром,
CrFe).
46. Н u 11 A. W., Burger Е. Е. u. Na-
vias L., Journ. Appl. Phys., 12 (1941), 698—
707 (ковар, FeNi).
47. H и t c h e n s J. H. u. Packard D.,
El. Eng., 56 (1937), 37—40 и 66 (Применение
нержавеющей стали для корпусов иовных при-
боров) .
48. Inco (Int. Nickel Со., Inc.); Journ. of
Metals, April, 1950, 626 (Термическое расши-
рение железоникелевых сплавов).
49. Inco (Int. Nickel Co.), Mat. and Me-
thods, Jan., 1953, S. 123 (Таблицы свойств же-
лезоникелевых сплавов).
50. Ingersoll L. R., Phys. Rev., 16
(1921), 129 (Свойства железоникелевых спла-
вов).
51. Kase, Science Reports, Tohoku Impe-
rial Univ., 16 (1927), 491 (Структурная диа-
грамма сплавов FeNiCo).
52. К i e f f e r R., Metallwerk Plansee
Reutte (Tirol) (Частное сообщение, 1951 г.).
53. К i n g s t о n W. E., Trans. Amer. Soc.
Metals, 30 (1942), 47—67 (Сплавы FeNiCr
с малым коэффициентом расширения), s. a.
US Pat., 2, 371, 627, 2, 369, 146 und 2, 394,919.
54. Kinzet A. B. u. Crafts W., Alloy
of Iron and Chromium, New York, 1937.
55. К r u p p F. A. G., Nichtrostende und
saurebestandige Stahle: Druckschrift Ve, 3438
und 3439, 1934.
56. Kubaschewski O. u. Hop-
kins В. E., Oxidation of Metals and Alloys,
New York und London, 1953.
<57. Kiihlewein H._ Physik, Z. 31
(1930), 627 (Температуры магнитного превра-
щения сплавов железа).
58. L i n n e r t G. E., The Iron -Age, June,
26 (195), 97—100 (Замена хромоникелевой ста-
ли 18/18 сталью, содержащей 17% хрома и
стабилизированной титаном).
59. L о п g A. L., Journ. Soc. Glass Tech-
nol., 30 (1936), 76—78 u. 88—89 (Техника из-
готовления спаев FeNiCo co стеклом).
60. Leuerssen G. V., Gen. Electr. Rev.,
Nov. 1945; Electr. Mfg., Juli, 1945 (Применение
железоникелевых сплавов).
61. Mairs К. H., Journ. of Metals, 4
(1952), 460—464 (Сплавы FeNiCo для впаев
§ 6-1]
Сплавы железа
289
в стекло; точка трансформации; металлогра-
фические исследования).
62. Malcolm Е. D.: Journ. Scien, Instr.
Suppl. № 1 (1950), 63—66 (Вакуумная плавка
металлов).
63. McCullough Н. М.: US Pat, 2730,
260 (Сплавы FeNiCo с присадкой титана).
64. М е s s k i п W. S. u. Kussmann А.,
Die ferromagnetischen Legierungen, Berlin, 1932.
65. Metals Handbook, Cleveland, .1948,
S. 55611 (Механические свойства сплавов
CrFe и стали CrNi 18/8 при высоких темпе-
ратурах).
66. Millner Т. u. W е 1 е s z R. Н.: Acta
Techn. Acad. Scient. Hung., 14 (1956),279—291
(Влияние содержания марганца на свойства
сплавов FeNi для впаев в стекло).
67. М о h 1 е г I. В., Metal Finishing, 43
(1945), 60 (Гальваническое осаждение индия
на посеребренные детали из сплава FeNi42).
68. Mond Nickel Comp., The Physical Pro-
perties of the Nickel—Iron—-Alloy Techn. In-
form. 431a, London, 1954.
69. Newell, H. D.: Metal Progress 49
(Mai 1946) 977—1006 u. 1016—1028 s. a. Me-
tal Progress, 50 (April 1947). 617—626 (Фер-
ритные сплавы CrFe c 'll—27% Cr).
70. Nisbet J. D.: US Pat. 2564
498/1949/1951 (Сочетание вакуумной плавки
с восстановлением металла в потоке водорода
прн пониженном давлении).
71. О d s t г с i 1 В.: Im Sammelbericht
«Vyzkumne prace z oboru nezeleznych kovu»
134—140 (Изготовление .полуфабрикатов из
ковара).
72. Р а г t г i d g е J. Н.: Glass-to-Metal
Seals, Sheffield, '1949.
73. Pfanhauser W.: Galvanotechnik,
9 Aufl., Leipzig, 1949, Bd I, S. 826 (Растворы
для электролитического лужения).
74. Philips: Brit. Pat. 4 915/5/6 (Ме-
таллические рентгеновские трубки).
75. Philips Gloeilampenfabrieken Eindhoven:
Norm S 264 L. G. vom 15.3 1945 (Сплавы
FeCr для впаев в стекло).
76. Poldi—Hiitte: Antikorosni oceli (Rost-
freie Stahle) «Poldi Anticorro Techn., Informa-
tion, Praha, 1948).
77. P о p i 1 о v L. I.: Elektrolytisches Bei-
zen von Metallen (tschech), Praha, 1949.
78. Post С. В. u. E b e г 1 у W. S.: Tfansact.
Am. Soc. Met. 43 (1951), 243—255 (Условия
образования аустенита в ферритных сплавах
FeCr).
79. Post С. В. u. Eberly W. S.: US
Pat.' 2730 443 (Железоникелевые сплавы с
присадкой титана).
80. R а п d а 11, W. F. u. F о s t е г Е. М.:
Manufacture and Application of Specialized
Magnetic Materials Generally; BIOS Report
№ 8 (Обзор свойств различных 'сплавов же-
леза) .
81. Redston G. D. u. Stanworth
J. E.: J. Scient. Instr. 23 (1946) 53—57 (Анг-
лийские сплавы для впаев в стекло).
82. R ibbeck F.: Z. Phys. 38 (1926) 725;
39 (1926) 798 (Электросопротивление железо-
никелевых сплавов).
83. Roh'n W.: DRP 486 655/27/29 (Свар-
ка -меди с деталями из FeCr-сплавов с при-
менением никелевой прокладки).
19—2200
84. Rose A. S. u. Т-и г п b и 11 J. С.: RCA
Rev., Dez. 1949, 593—599 (Контроль металли-
ческих конусов для кинескопов).
85. Rose A. S.: Metal Progress, Juni 1950,
761—764 (Модифицированная сталь с малым
содержанием хрома для конусов кинескопов).
86. Rose A. S.: Ceramic Bull. 35 (1956)
№ 3, 97—104 (Применение ферритной стали
AISI типа «430» для изготовления конусов
цветных кинескопов).
87. Schwarz О.: Die technischen Werk-
stoffe, Leipzig, 1932.
88. Schwarzkopf P.: US Pat.
2172 548/1935/39 (Изготовление сплавов FeNiCo
методами порошковой металлургии).
89. Scott Н.: US Pat. 1942260/1929/1934;
US Pat. 194261/30/34; USA Pat. 2065404/30/36
(Ковар).
90. Scott H.: Trans. Amer. Inst. Min. Me-
tallurg. Eng. 89 (1930), 506—537 (Ковар; тем-
пературы точек перегиба на кривых термиче-
ского расширения ковара и железоникелевых
сплавов).
91. Scott Н_: Min. a. Metallurgy 16
(1935) 229 (Ковар).
92. Scott Н.: J. Franklin Inst. 220 (1935)
733—735 (Сплав FeNiCo—«ковар» для впаев
в стекло).
93. S impkinson Т. Y. u. Lavigue
М. J.: Metal Progress 55 (1949), 164—167 (Об-
наружение а—>у-'превращения в сплавах же-
леза магнитными методами).
94. Smith Р. Т. u. R е g b а г Н. R.: Proc.
I. R. Е. 36 (1948) 1348—1353 (Меднение кова-
ра с целью уменьшения его сопротивления то-
кам высокой частоты).
95. Stahlwerk Hagen (friiher Stahl-
werke Harkort—Eicken): Die nichtrostenden
Stahle; Techn. Information F 1272 Hagen—
Westf., 1940 («Ковар»—сплав с 18% Сг и дру-
гими присадками).
96. Stanworth J. Е.,: Journ. Scient. Instr.
27 (1950) 2826—284; s. a. Brit. Pat. 642668
(Фернихром: 47% Ni, 5% Cr., остальное Fe).
97. Stauffern R. A. u. Di Pietro:
Ind. and Eng. Chem., 40 (1948), 820 (Охлаж-
даемые водой изложницы для вакуумной
плавки).
98. S t о 1 a rz St.: Prace Inst. Mini st. Hutn.
(poln.), 5 (1953), 219—-228 (Изготовление спла-
вов FeNiCo методами порошковой металлур-
гии).
99. Stupakoff Ceramic Manuf, Comp., Bul-
letin No. 145; Sealing Class to Kovar, its Tech-
nique und Applications; Latrobe Pa (USA),
1945.
100. T h e i 1 a с k e г J. S.: Elevated Tem-
perature Properties of Kovar; Special Alloy
Memo Nr 24 der Westinghouse Electr. Comp.,
Pittsburgh 1947.
101. Thien-Chi-N: Annal. Radioelectr.,
4 (1949) 233—248 (Сплавы FeNiCo для впаев
в стекло, 'полученные методом порошковой
металлургии).
102. Tu г nbu Ll J. С.: -RCA Rev., 13
(1952), 291—299 (Хромирование и .меднение
ковара для вводов высокой частоты).
103. Vacuumschmelze A. G. Hanau: Aus1
dehnungsiegierungen und Einschmelzwerkstoffe:
Techn. Informationsschrift, Hanau, Februar,
1955.
290
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
104. Vernon W. Н. J: Journ. Iron and
Steel Inst. No. 11 (1944) S. 81 (Галтовка де-
талей из хромоникелевых сталей).
105. Werkstoff—Handbuch: Nichteisenme-
talle, Berlin 19 8.
106. White W. C.: Electr. Engineering 67
(1948) 529 (Отпаиваемый игнитрон с корпу-
сом из хромоникелевой стали).
107 Wiggin Н. a. Comp.: Nickel and
Nickel Alloys in Electronics Valves. Techn. In-
formation Nr. 5504, Birmingham 1955.
108. Williams N. T.: Rev. Scient. Instr.
18 (1950) 394 (Спаи железоникелевых сталей
с керамикой).
109. W i t h m e r W. M. Metals Handbook
1948, 8, S. 582 (Сварка и пайка нержавеющей
стали).
110 Zeno R. S., u Leslie H L. C.:
Welding Journ. 30 (1951) 986 992 (Дуговая
сварка тонкостенных трубок из фернико в
атмосфере инертных газов).
6-2. СПЛАВЫ НИКЕЛЯ
(с содержанием более 55% никеля)
[Л. 3, 6, 8, 19, 21]
Использование этих сплавов в вакуумной
технике в количественном отношении по срав-
нению с чистым никелем или молибденом
сравнительно мало и ограничивается по суще-
ству механически нагруженными деталями
электродов (проволока для сеток, поддержи-
вающие траверсы), для которых молибден
или сплавы с большим его содержанием
(§ 6-4) не нужны или слишком дороги. В не-
которых случаях сплавы, богатые никелем,
используют в качестве проволоки для кернов
оксидных катодов прямого накала, которые
обычно натягиваются при монтаже; поэтому
присадки к никелю, кроме активирующего
влияния на оксидный слой, должны прежде
всего повысить прочность проволоки на
растяжение и увеличить также ее удельное
электрическое сопротивление (см., например,
[Л. 4]).
Для целей вакуумной техники эти спла-
вы получают в большинстве случаев выплав-
кой в высокочастотных печах в защитной
атмосфере или в вакууме. Литые заготовки
перед прокаткой, ковкой или протяжкой обта-
чивают; все необходимые межоперационные
отжиги производят в чистом водороде или
аргоне.
I. Сплавы никеля, содержащие 90—99% Ni168
В табл 6-2-1 приведен обзор состава
сплавов, разработанных специально для ва-
куумной техники, сгруппированных в соответ-
ствии с их основными присадками. Сплавы
разделены на следующие группы:
Группа А. Сплавы нике л ь—а л ю -
м и н и й (см. табл. 6-2-1, раздел А) Если
никель Z и никель «Duran» предназначены
для широкого потребления, то сплав Tensite
с 2% А1 разработан в основном для прово-
лочных кернов оксидных катодов прямого на-
кала [Л. 9]. Его удельный вес равен
1М Марки никеля с меньшим количеством ириса-
док или загрязнений .и -с содержанием основного ме-
талла больше 99% описаны в табл. 5-2-2 а рассмотре-
ны в § 5-2.
8,76 г/см3, точка плавления 1 425° С, удельное
сопротивление при комнатной температуре
0,15 ол1-лии2/А1 (рис. 6-2 1). Основные свой-
ства никеля Z, содержащего 4.5% А1, приве-
дены в табл. 6-2-2 (колонка 1).
Группа В. Сплавы никель — бе-
риллий (см. табл. 6-2-1 раздел В). [Л. 11,
25, 26, 28, 29].
Присадка бериллия увеличивает прочность
никеля, однако его электрическое сопротивле-
ние при этом значительно возрастает (см.
табл. 6-2-2, колонка 2). Сплавы iNiBe исполь-
зуются вместо непригодных для термокатодов
сплавов NiMn; вероятно, присадка бериллия
повышает незначительную геттерирующую
способность чистого никеля. Способность ни-
келя поглощать газы еще больше повышает-
ся присадкой титана (0—1%).
Группа С. Сплавы нике л ь— мар-
ганец (см. табл. 6-2-1, раздел С) [Л. 20].
Присадка марганца значительно повышает
твердость чистого никеля (см. табл. 6-2-2, ко-
лонка 3 и табл. 6-2 3). Сплав с 3% марганца
используется для вводов ламп накаливания
и вместо слишком мягкого никеля (будучи
запрессован или впаян в ножки) для держа-
телей систем электродов в газополных выпря-
мителях с накаленным катодом. Как материал
для сеток он обладает немного меньшей тер-
моэлектронной и вторичной эмиссией, чем ни-
кель. Сплавы хорошо свариваются на автома-
тах. Для деталей, нагревающихся при экс-
плуатации, например для анодов и сеток элек-
тронных ламп с оксидным катодом, целесооб-
разно заменять сплав NiMn сплавом NiBe
(иначе в процессе эксплуатации снижается
эмиссия катода).
Группа D. Сплавы никель —
кремний (см. табл. 6-2-1, раздел D) Эти
сплавы используются прежде всего для про-
волочных кернов прямоначальных оксидных
катодов. Изменение удельного электрического
сопротивления сплавов NiSi двух марок
(Siliconickel и Silvaloy) при высоких темпе-
ратурах изображено на рис. 6-2-1; другие
Рис. 6*2-1. Зависимость относительного
электрического сопротивления RyfR»
сплавов никеля для проволочных кернов
оксидных катодов прямого накала от тем-
пературы Т (R20 — сопротивление при
20* С; —сопротивление при 7° С).
§ 6-2] Сплавы никеля (с содержанием более 55% никеля)
291
свойства приведены в табл. 6-2-2, в колон-
ках 4—6.
Группа Е. Сплавы никель — ти-
тан (см. табл. 6-2-1, раздел Е). Эти сплавы
с присадкой или без присадки алюминия,
твердость которых при отжиге увеличивается,
используются для пружинящих деталей при
рабочей температуре до 350° С, а также
в виде проволоки для сеток и их траверс.
Группа F. Сплавы никеля
с вольфрамом или молибденом
(см. табл. 6-2-1, раздел F). Так как вольфрам
значительно способствует восстановлению оки-
си бария, то в последнее время эти сплавы
используют как основной материал для оксид-
ных катодов прямого и косвенного накала
(см. гл. 24). Сплавы никеля с молибденом
предпочитают применять в виде проволоки
для сеток. Этот материал в настоящее время
постепенно заменяется сплавами Hasteloy
(сплавы NiFe с высоким содержанием молиб-
дена— см. § 6-4).
Сплавы никеля, содержащие от 5 до 40%
вольфрама, описаны в § 6-4-IV (см.
табл. 6-4-5).
II. Сплавы никель—хром—железо
Состав сплавов NiFeCr, используемых
в настоящее время в вакуумной технике, при-
веден в табл. 6-2-4, их основные свойства —
в табл. 6-2-5, которая дополняется рис. 6-2-2
(электрическое сопротивление) и рис. 6-2-3
(прочность при высоких температурах).
Сплавы NiCr с высоким содержанием
хрома отличаются хрупкостью, для снижения
которой к этим сплавам часто прибавляют
10—20% железа. Переплавленный в вакууме
NiCr, бедный марганцем, иногда использует-
ся для сеток усилительных ламп вместо мо-
либдена. В последнее время он был частично
заменеД сплавами NiFeMo (см. § 6-4-II), ко-
торые обладают большей формоустойчивостью.
Вследствие большой устойчивости против
окисления сплав часто используется для на-
гревательных элементов печей обезгаживания
(до 1100° С, см. рис. 9-2-7 до 9-8-8), иногда
с присадкой молибдена, а также для вакуум-
ных термопар (см. ,рис. 4-1-6) и ардо-
метров (см. рис. 4-1-7), в которых в качестве
второго плеча используется контантан, и, на-
конец (в настоящее время редко), для ме-
таллических колпачков, впаиваемых в стекло
Рис. 6-2-2. Зависимость относительного сопротивления
&RIR трех сплавов CrFeNi от температуры Т (точный
состав сплавов см. табл. 6-2-4, п. 2, би 9).
Рис. 6-2-3. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву czb (сплошная линия) и относительного удлине-
ния В (пунктирная кривая) трех сплавов CrFeNi от тем-
пературы Т.
/ — CrFeNi (16 24/60); 2—CrFeNi (15/50/35) („Нимоник D“>;
3—Инконель—CrFeNi (14/6/80); см. табл. 6-2-4.
Рис. 6-2-ЗА. Вакуумная печь для обезгаживания, изго-
товленная из инконеля толщиной 10 мм. Размер рабо
чего пространства 90Х 120 см. Максимальная темпера-
тура 1 090° С при 5-10-4 м и рт. ст. и рабочем цикле
6 — 8 ч. Загрузка 200 кГ. Печь состоит из двух колпа-
ков, гарметнчно соединенных фланцем. В нижнем кол-
паке производится отжиг деталей, после чего их пере-
мещают в верхний, где они охлаждаются. Рабочая часть
печи защищена от давления атмосферы внешней ваку-
умной рубашкой. Изготовитель: High Vacuum Equip-
ment Comp. США), см. [Л. 23].
(77% Ni, остальное Сг, см. гл. 30). В послед-
нее время удалось получить нихромовую
проволоку диаметром до 7 мк с сопротивле-
нием от 25 000 до 30 000 ом/м [Л. 22]. При
обезгаживании NiCr необходимо учитывать,
что окись хрома не может быть восстановле-
на водородом даже при 1 000е С [Л. 28].
Инконель, который также принадлежит
к этой группе (см. табл. 6-2-4), является не-
магнитным сплавом CrFeNi, весьма устойчи-
вым против окисления и обладающим высо-
ким пределом ползучести при высоких тем-
пературах.
Пластины из этого сплава толщиной 10 мм
используются для изготовления колпаков
мощных вакуумных печей сопротивления при
рабочей температуре до 1 000° С [Л. 23]. Печи
такого типа в последнее время стали часто
применять вместо водородных для обезгажи-
вания деталей электровакуумных приборов
(см. рис. 6-2-ЗА).
19*
292
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Основные сплавы никеля для электровакуумных приборов,
' Обо; зиаче- . ние Торговая марка A Изготови-' Состав, % вес.
тело1^ Ni 1 Fe | Ti 1 Al | Mg
А—Никель—алюминий
А, A25—С IV 98,1 1,9
а2 Tensite У 98 2,0
Аз Z-никель I >94 X, Около 4,1 х2
--- а; Du ran-никель ' f. V I >93 <0,6 0,25—1,0 4—4,75
В—Никель—бериллий
в/ Ве-нйкель Различ- ные >98 0—1,0
В2 To же по данным [Л. 25J VIII Остаток 0,18
С—Марганцовистый никель (см. табл. 5-2-2)
с. Inco C I >96,5 0,5—1,0
с2 Inco D I >95 0,15
.С» Inco E I >97,5 0,15
С* ’ Марганцовистый иикель ' NiMn, VII >96 Следы
С5 Inco D I >95 0,15
Се Gridnic E II -95
с? Mangrid V -93,5 0,75
по о> S * 05 Mangonic 24) Mangonic 34) Mangonic 54) XI XI XI Ni+Co >97 >95,5 >93,5 <0,45 <0,45 <0,45
D—Кремнистый никель
D> Silikonickel V 96 1
г>, Sylvaloy V 97
D, Filnic—I II -97
d4 C 43 IV 96,38
D6 Литой никель I >97 Х1 — хг х3
§ 6-2] Сплавы никеля (с содержанием более 55% никеля) . 293
Таблица 6-2-1
содержащие 90—99%61 (никеля)
Состав, % вес. p, Основное применение
Si | Мп | Си [ Прочие G 1 примеси 20° C j 800° C
Следы Проволока для кернов катодов приемно-усилительных ламп ба- тарейных серий
0,15 0,55 Проволочные керны
*г х4 *5 Ех<1,5
<1 <0,5 <0,25 <0,3 S:<0,01 См. Et
_ • 1 » - -
Be: 0,3—2,0 Аноды
0,14 0,25 0,04 Be: 2,07’ Аноды
4 *' *
<0,5 1,5—2,0 <0,25 <0,2 S : <0,035
<0,05 4,5 0,05 0,1 S: <0,008 0,14 Для держателей (более высокая температура отжига)
0,05 2 0,05 0,1 S: 0,008 Проволока для сеток и траверс (см. табл. 5-2-2, прим. 20)
— 2—4 J. r’
0,05 4,5 0,05 0,1 S: <0,008 s' 1 : » Проволока для сеток и держате- лей
4,5 0,20 0,20 0,58
0,15 4—5 0,20 0,18 0,44 Держатели
<0,25 <0,25 <0,25 1,5—2,5 2,5—3,5 4,5—5,5 <0,20 <0,20 <0,20 <0,1 <0,1 <0,1 0,145 Для сеток и держателей
' < • ь т
2,5 1,5 0,38 0,66 “Г i, .
3 0 0,27- 0,51 Нити накалят-
3 0,27 0,53 Проволочные керны для- оксид- ных катодов прямого накала
3,52 0,10 Проволочные керны катодов . вы прямителей
1,5 х4 Sx<l,5 j. . ’ _ - • к
294
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[ Гл. 6
Обо- значе- ние Торговая марка Изготови- тель1) Состав, % вес.
Ni Fe Ti А1 Mg
Е—Никель—титан
Et Никель Duran I >93 <0,6 0,25—1,0 4—4,75
е2 Никель Perman; „Z“—никель В I >97 <0,6 0,2—0,6
F—Никель—вольфрам и никель—молибден5)
Ft 213 IV 96,10 1.9
f2 N 93s) XI Остаток 1,0
Fs . N 100 III -4.96,8 1,0 0,05
XIs) Остаток 1,о 0,2
F* Никель—вольфрам VI >95 2) 2) <0,3 0,2— 0,07
Fs 213—М IV 96,75 1
’) I. Inco International Nickel Comp., Нью-Йорк, США. it. Driver Harris Como, Гаррисон. СШ1. III. RCA
(Radio Corp, of America) Victor Div. Гаррисон, США. IV. S. Cohn. Corp., Нью-Йорк, США. V. Wilbur В. Driver
Comp., Ньюарк, США. VI. Superior Tube Comp.. Норристаун США. VII. DVM, Шверте. Вестралил. VIII. Marconi
Wireless Telegraph Comp., Англия. IX. Giiby Wire S. А. Мальмезои. Франция. X. Westinghouse Electric Corp.
XI. Henry Wiggins and Co.
Пружины, изготовленные из сплава инко-
нель, могут длительное время выдерживать
нагрузку при температурах до 370° С; «Инко-
нель X» сохраняет свою упругость вплоть до
455° С и только при 650° С его (прочность на
разрыв снижается на 20% (см. рис. 6-2-ЗВ).
Пределы ползучести этих сплавов указаны
в примечании 7 к табл. 6-2-5.
Высокая термоэлектродвижущая сила
инконеля в паре с константаном и его малая
Рис. 6-2-ЗВ. Зависимость длительной прочности «д двух
сплавов .Инконель X* и .К-42-В* от температуры Тд
в сравнении с молибденом, нержавеющей сталью (18-8)
и коваром (Л. 17]. Инконель X ИК-42-В— см. табл. 6-2-4,
нержавеющая сталь—см. табл. 6-1-21; ковар—
см. табл. 6-1-7.
склонность к окислению при высоких темпе-
ратурах сделали возможным создание термо-
пар, у которых одной из ветвей служит
закрытая с одного конца тонкая трубка
из инконеля, а второй ветвью является кон-
стантановая проволока, проходящая внутри
этой трубки и спаянная с ней у закрытого
конца.
III. Сплавы никеля с кобальтом, содержащие
15—50% Со169’
Состав сплавов CoNi, используемых в ва-
куумной технике и поставляемых обычно
в виде проволок или лент, представлены
в табл. 6-2-6; нх основные физические свой-
ства указаны в табл. 6-2-7 и иа рис. 6-2-1.
Помимо редкого применения в качестве
проволоки для сеток, эти сплавы использу-
ются почти исключительно для проволочных
кернов прямонакальиых оксидных катодов
миниатюрных усилительных ламп с батарей-
ным питанием, а также в газонаполненных вы-
прямителях. Конель-металл ранее использовал-
ся главным образом как проволочный керн для
мощных оксидных катодов вместо чистого
никеля и для навивки в виде спирали на про-
волочный керн из вольфрама (оксидные ка-
тоды полукосвенного накала в тиратронах и
Содержание (Ni+Co), как правило, больше
90%. О сплавах CoNi с высоким содержанием железа
см. § 64, IV — Сплавы FeNiCo (ковар) и § 6-1, 111-
Сплавы ферникохром.
§ 6-2] Сплавы никеля (с содержанием более 55% никеля)
295
П родолжение табл. 6-2-1
Состав, % вес. р, ом-ммУм Основное применение
Si Мп Си с Прочие примеси 20® С 800® С
<1,0 <0,5 <0,25 <0,3 S:<0,01 Пружины (до 350° С), упрочня- емые путем термической обра- ботки
<0,35 <0,5 0,25 <0,4 S : <0,01 0,43
2) Желательно возможно меньшее содержание.
») См. [Л. 14].
’) По данным [Л.30].
’) См. табл. 6-4-5.
•) Сведения о сплавах, содержащих более 95% Ni, см. табл. 5-2-2.
выпрямителях, наполненных благородным га-
зом). Химическая устойчивость этих сплавов
и их способность выдерживать значительные
тепловые нагрузки (до 1 250° С) на воздухе
чрезвычайно высоки. Дальнейшие подробности
об этом материале и подобных сплавах см.
[Л. 1, 2, 12, 18, 24].
Двойные сплавы NiCo .используются, так
же как магнитные экраны, при высоких тем-
пературах. Состав определяется в этом слу-
чае рабочей температурой, при которой мате-
риал еще должен быть магнитным (см.
рис. 6-2-4).
Рис. 6-2-4. Зависимость температуры маг-
нитного превращения (точка Кюри) Tq
сплавов NiCo от содержания кобальта
тСо 1% вес-1-
IV. Сплавы микеля с медью, содержащие
20—40% Си
Монель-металл — белый слабо магнитный
природный сплав, состоящий примерно
из 2/з Ni и '/з Си с примесями и получающий-
ся непосредственно из руды. Низкая стои-
мость, сравнительно высокая прочность при
высоких температурах170, нечувствительность
к действию ртути н атмосферным влияниям
(кроме S), хорошая дуктильность и свари-
ваемость привели к тому, что в США монель
иногда применяют для анодов и держателей
приемно-усилительных электронных ламп ши-
рокого потребления; для изготовления дета-
лей с высокой рабочей температурой этот
сплав .непригоден из-за присутствия в нем
углерода и марганца. Отжиг монеля лучше
всего производить в сухом водороде, однако
материал следует предварительно тщательно
очистить от жира и масла.
Обработка монель-металла резанием
затруднена его высокой вязкостью.
Следует упомянуть основные области
применения моиель-меггалла:
1. Упругие мембраны для изменения ре-
зонансной частоты колебательных контуров,
находящихся в приборах СВЧ.
,Т0 Она, однако, ще так (велика, как прочность
ггакже немагнитного сплава инконель CrFeNi (см.
табл. 6>2-5, прим. 7).
296
• Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Таблица 6-2-2
Свойства двойных сплавов никеля, содержащих 90—99J/0 Ni
Z-никель 4,5% Ai BeNi 1.7% Be MnNi 4% Мп Si —Ni
Syiva’oy Si ico— Ni Литой никель
1 2 3 4 5 6
Удельный вес, г/см3 8,26 8,78 8,61 8,52 8,34
Температура плавления (ликв./сол.), ° С 1 446/1 435 -V. 1 430/1 400 1 420 1 420 1 425/1 345
Температура разливки, °C 1 565/1 620 1 565 1 510—1 595
Температура отжига, °C 870 (1 ч) 760—815
Временное сопротивле- ние разрыву: отожженные, кГ /мм2 нагартованные, кГ/мм2 20—40 80—105 81 >160 60—66 100—110 32—56
Относительное удлине- ние: отожженные, % нагартованные, °/о 50—25 20—7 42 40—33 30—15
Твердость по Бринеллю: отожженные, кГ/мм2 нагартованные, кГ1мм2 140—180 300—380 140 (до 600) 147 80—125
Твердость по Роквеллу: отожженные нагартованные В 75—90 С 31—40 В 70
Модуль упругости при растяжении, кГ/мм2 Горячека- таный 21 000 Отожжен- ный 17 500 Горячека- таный 21 000 15 000
Глубина вытяжки по Эриксену, мм — Жесть тол- щиной 0,5 мм отожжен- ная: 9,5
Удельное электрическое сопротивление (20° С), ом-мм2/м 0,43 0,337 0,14 0,265—0,380 см. рис. 6-2-1 0,21
Теплопроводность, кал! см-сек-град 0,115
Точка Кюри, °C 352
Температурный коэффи- циент линейного рас- ширения, 10—’ \/град Около 140 0— 100° С: 130
§ 6-2] Сплавы никеля (с содержанием более 55% никеля)
297
Таблица 6-2-3
Влияние марганца на механические и электрические
свойства отожженного чистого никеля
Содержа- ние мар- ганца» % Временное сопротивление разрыву1), кГ]мм* Относитель- ное удлине- ние, % Удельное электриче- ское сопро- тивление, ом-ммУм Температур- ный коэффи- циент элек- трического сопротивле- ния
0 43 48 0,087 4,7-Ю-3
1 51 44 -—
2 57 38 •4,0,14 0,36.10-»
3 62 35 — ——
4 66 33 -х.0.2 0,36-ю-»
’) См. рис. 3-3-5.
2. Выравнивающие напряжения переход-
ные кольца для цилиндрических спаев ковара
с медью. Подробности ом. § 6-1-IV (Ковар).
Рис. 6-2-5. Зависимость временного сопро-
тивления разрыву и относительного
удлинения а горячекатаного монеля от
температуры Т д*
смачивает вольфрам и обладает достаточно
высокой точкой плавления, он используется
в виде колпачков или переходных цилиндров
для соединения медных канатиков с вольфра-
мовыми вводами в стекло [Л. 5, 13].
Табл. 6-2-8 содержит сведения о со-
ставе наиболее важных сплавов монеля,
табл. 6-2-9 — описамие основных физических
Модификацией обычно несколько магнит-
ного монеля является К-монель (с присад-
кой А1), который представляет собой немаг-
нитный очень упругий сплав CuNi, отличаю-
щийся высокой химической устойчивостью
в условиях эксплуатации (не окисляется до
500° С) и высокой прочностью при нагрева-
нии. Твердость этого сплава можно увели-
чить нагреванием при 530—590° С в течение
6—16 ч.
Очистка поверхности К-монель-металла
перед сваркой и пайкой затруднена присут-
ствием на ней пленки окиси алюминия. Так
как сплав в расплавленном состоянии хорошо
Рис. '6-2-6. Зависимость временного со-
противления разрыву агд, отиосительио-
ного удлинения 2 и твердости по Роквел-
лу Няа холоднотянутого монеля при
комнатной температуре (степень дефор-
мации 20%) от температуры отжига Т
(длительность отжига 3 ч).
свойств, на рис. 6-2-5 и 6-2-6 показаны зави-
симости некоторых механических свойств
от рабочей температуры и от температуры
отжига.
:298
Сплавы и композиции черных, и цветных металлов
f Гл. 6
Хромоникелевые сплавы,
№ Торговое обозначение Изготовитель1)1 Состав, % вес.
N1 Сг Fe Ti Ai
1 Гридник С II ~82 15 1
2 Гридник D II | ~80 20
Tophel А IX
3 CrNi 20/80 Различные / ~80 20 0,5
1 77—79 19—20 <1,0
4 Нимоник II ~80 20 =1
5 CrFeNi Различные 77 20 2—3
6 CrFeNi Различные 60 15—16 24—25
7 Инконель4) XI >72,3’) 14—17 6—10
7а Инконель I >75 12—15 <9
7Ь Инконель, пример ана- лиза I 80 14 6 /
8 Инконель X, норма по составу I >70 14—17 <9 2,25— 2,75 0,4—1,00
8а Инконель X, пример анализа I 73 15 7,0 2,5 0,7
9 Нимоник D II 35 15 50
9а Нимоник 904) IX Со:15—21; Ост. Ni 18—21 <50 1,8—2,7 0,8—1,8
10 К-42-В 42-|-22»/0 Со 18 13,0 2,56 0,59
•) См. примечание к табл. 6-2-1.
2) Небольшая присадка, повышающая сопротивление сплава против окисления и прочность его при нагревании
’) Включая кобальт.
*) По данным [Л- 30].
§ 6-2] Сплавы никеля (с содержанием более 55% никеля) 299
Таблица 6-2-4
содержащие более 10% Сг
Состав, % вес. Удельное электрическое сопротивле- ние (20° С), ом-ммЧм Основное применение
Nb (+Та) S1 Мп Си С S
1,75 0,94
1,08 Проволока для сеток и держатели
1,25 0,2—2 1 1,03—1,08
<1,5 <2,5 <0,25 <0,03
2 1,09
<0,50 <1 <0,70 <0,20 Пружины (до 370— 455° С) (см. рис. 6-2-ЗВ)
<0,5 <1,0 <0,5 <0,15 0,015—0,02 0,98
0,7—1,2 <0,5 <1,0 <0,5 <0,08 0,01 1,20
1,0 0,4 0.5 0,04
1,0 См. рис. 6-2-ЗВ
<1,5 <1,0 <0,10
0,34 0,7 0,06
(650° С ; 63 кг,'мм9).
Таблица 6-2-5
Свойства сплавов CrNP)
CrNi 20/80 CrFeNi 20/3/77 CrFeNi 16/24/60 CrFeNi 14/6/80 Инконель CrFeNi 15/50/35 Нимоник D
Состав см. в табл. 6-2-4 № 2 и 3 № 5 № 6 № 7 № 9
Удельный вес, г/см* 8,36 8,38 8,25 8,51 7,95
Температура плавления, °C 1 400 1 540/1 510 1 425/1 395 1 550/1 525
Температура разливки, °C 1 540—1 600
Температура отжига, 0 С 870—1 040 650—1 100 3 ч: 870; 1/4 ч: 980 650—1 100
Максимальная рабочая температура на возду- хе, °C 1 200 980—1 260 870—1 260 980—1 260
Временное сопротивление разрыву, кГ!мм*\ отожженные полуотожжеиные нагартованиые 67 115 140 (см. рис. 3-3-5) 85 73,5s) 100 130 (см. рис. 3-3-5) 56—702)5) 91—123 116—130 55—742)5) 117—1292)
Относительное удлинение, отожженные полуотожжеиные нагартованиые 35-25 1—0 0 (см. рис. 3-3-5) 30s) 5—2 1 (см. рис. 3-3-5) 50—252)5) 12—З2) 10—2”) 50—25 10—22)
Предел ползучести, кГ)мм^ 8) ’)
Твердость по Бринеллю, кГ)мм2\ отожженные нагартованиые 85—90 120—170 До 290 120—1403) 170—180*) 200—2403) 250—270*)
Твердость по Роквеллу: отожженные нагартованиые В 85—90 В 100-105 В 83 В 65—85 С 8—35 В 83
300 Сплавы и композиции черных и цветных металлов
CrNl 20/81»
Модуль упругости, кГ/мм2: отожженные 21 700
_ кал Теплопроводность, см.сек.град- 100’С 600’ с 0,034 0,054
Температурный коэффициент линейного расши- рения, '10-’ \/град 20—100° С: 125 30—1 000’С: 176 20—1
Удельное электрическое сопротивление, ом-ммг!м 20’С 1 100’ С 1,03—1,08 1,13 (см. рис. 6-2-2)
Точка Кюри ’ С
>) CrFeCoNi 8/37/25/33 и CrFeNi 5/48/47 см. § 6-1-III.
2) Измерено на проволоке.
’) Измерено на прутке.
’) Измерено на жести.
5) Данные для более высоких температур см. рис. 6-2-3.
’) “30—780° С — 161 • КГ» \/град.
’) Предел ползучести сплавов ,Инконел.“ и „Инконель X' (см. рис. 6-2-ЗВ):
.Инконель* горячекатаный Температура, 0 С (1 %/10» «), кг/мм*
.Инконель Х“ упрочненный (24 ч 840° С; 30 ч 700° С) Температура, ° С ак = (0,1%/10‘ ч), кг/мм?
8) Предел ползучести сплава CrNi (20,-80):
Температура. ° С 590 600
ak (1%/Ю3 ч), кг!мм.1 8,8 5,2
П родолжение табл. 6-2-5
OFeNI 20/3/77 CrFeNi 16/24/60 CrFeNi 14/6/80 Инконель CrFeNi 15/50/35 Нимоник D
.21700
0,03 0,0325 0,036 0,031
00° С: 145 30—1 000° С : 170 20-100° С: 115 38—760° С: 161 20—300° С: 137е) 20—100° С: 158
1,09 1,21 1,12 (см. рис. 6 2-2) 0,981 1,00 (см. рис. 6-2-2)
-40
482 538 593 619 704 760 816 982
27 15 8 3,9 2.1 1,3 0,8 0.2
649 732 816
33,6 21 10,5
§ 6-2 ]_____Сплавы никеля (с содержанием более 55% никеля)
70J 800 900 1 093
2,7 1,3 0,4 0,246
Таблица 6-2-6
Сплавы кобальт—никель, содержащие 15—50% Со [Л. 9, 15]
№ Торговая марка Изго- тови- тель p, ом'МнЧм Основное применение
NI Co Fe Ti Al | SI i Mn c 20’ C | 800’ C
1 Filnic F Гридник F 11 --73 17 7,5 2,25 — — — — 0,35 1,00 Проволочные керны оксндиых като- дов, проволока для сеток
2 Hilo V,IX 75 18 5 2,0 — — — — 0,42 1,14 Проволочные керны оксидных като- дов
3 Modified Hilo V 79 18 2 0,8 — — — — — —
4 Hi lan ic IX 79 18 2 — — 1,0 — — 0,25 0,80
5 Конель2) Ti 73,07 16 — 8,8 0,26 0,55 — — 0,4 — Проволочные керны мощных оксид- ных катодов
6 531 IV 77 19 2,5 — — 1,5 — — — — Керны оксидных катодов выпрями- телей
7 N91 III -79 20 — — —- 0,10 0,10 0,04 0,14 0,67
8 N97 III -x.59 40 — — — 0,16 0,10 0,04 0,13 0,78
9 Cobanic V, IX XI3) 54,5 Остаток 44,5 40 1 — — 0,2 — 0,20 0,13 0,81 Проволочные керны оксидных пря- монакальных катодов ртутных вы- прямителей
10 Filnc M II -x.55 45 — — — — — — 0,13 0,81 Проволочные керны оксидных пря- монакальных катодов
11 K-42-B 42 22 См. табл. 6-2-4 — — См. рис. 6-2-ЗВ
12 Нимоник c Co3) XI Остаток 15,21 <5 — — — — — — — Для жаростойких пружин электро- вакуумных приборов
*) См. примечание 1 к табл. 6-2-1. •) Состав по данным (Л. 6].
’) См. (Л. 14).
302 Сплавы и композиции черных и цветных металлов
§ 6-2] Сплавы никеля (с содержанием более 55% никеля) 303i
Таблица 6-2-7'
Свойства некоторых сплавов кобальта с никелем [Л. 9, 18]
Торговое обозначение Hilo Hilanic Cobanic Конель
Химический состав См. табл. 6-2-6 - №2 №4 №9 *)
Удельный вес г/см‘ 8,56 8,71 8,84 8,56
Температура плавления °C 1 450 1 450 1500 —
Временное сопротивление раз- рыву (после отжига при 660° С) кГ/мм2 — — — 20° C: 70—75 600° C:около 54
Относительное удлинение (по- сле отжига 650° С) «/о — — — 20° C: 35; 600° С:около 25
Предел ползучести кГ/мм2 — — — 900° C: 0,6
Твердость по Бринеллю кГ/мм2 — — — 140
Модуль упругости кГ/мм* — — — 20 600
Температурный коэффициент линейного расширения 10-7 1/град — — — 0—100° C : 107; 0—700° C : 143
Удельное электрическое со- противление: 20° С 800° С ом-мм2 м 0,42 1,14s) 0,25 0,80s) 0,13 0,18s) <4-0,4
*) Укаааниые значения получены для конеля следующего состава: 70—72% Ni; 18—19,5% Со; 7—8% Fe; 2,8—
3%Ti; 0,1—0,3% Al; 0,1—0,2% Мп.
’) См. рнс. 6-2-1.
304
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Таблица 6-2-8
Сплавы меди с никелем, содержащие 20—40% меди1)
№ Торговое обозначение Состав, % вес.
NI+Co Си 1 А1 Fe Si Мп с s
1 Монель-326 (предель- ные значения) 58—61 •4,33 — <2,5 <0,5 <2 <0,3 <0,02
2 „Моиель“ (предельные значения) 63—70 •4,30 <0,50 <2,5 <0,5 <С^2 <0,3 <0,02
2а „Монель* (пример ана- лиза) 67 30 — 1,4 0,1 1 0,15 0,01
3 „Монель-К* (предель- ные значения) 63—70 •v-21 2—4 <2,0 <3 <1,5 <0,25 <0,01
За „Монель-К“ (пример анализа) 66 29 2,75 0,9 0,5 0,75 0,15 0,005
») Сведения о проницаемости различных сплавов NiCu по отношению к водороду приведены в §9-5-8.
Таблица 6-2-9
Свойства двух видов монель-металла
Марка „Монель" „Монель-К“
Состав См. табл. 6-2-8 № 2а №3а
Удельный вес г/сл’ 8,84 8,47
Температура плавления °C 1 300—1 350 Ликв. 1 349; • сол. 1 316
Температура разливки °C 1 480—1 565 , 1 455—1 510
Температура горячей обработки °C 538—1 178 730—1 175
Температура рекристаллизации °C Степень деформации 10%: 660 50%: 600 —
Температура отжига °C 750 1/2 ч: 870')
Температура упрочняющего от- жига °C — 8—16 ч- 593s)
Временное сопротивление разры- ву и относительное удли- нение 8: отожженного холоднотянутого или прока- танного пружинная проволока в упрочненном состоянии °2В^кГ1ММ^ 8 (%) °гв (КГ !мм^ 8 (%)
48—60 50—30 63—77 45—35
65—85 30—10 70—87 35—15
97—112 10—2 — —
См. рис. 6-2-5 5-1-2, 5-1-4А, 6-2-6 91—118 30—15
Твердость по Бринеллю: стоженного нагартованного упрочненного кГ1мм?
100—145 140—195
200—280 190—265
— 260—340
§ 6-2]
Сплавы никеля (с содержанием более 55% никеля)
305
П родолжение табл. 6-2-9
Марка „Монель" .Монель-К*
Твердость по Роквеллу: отожженного В60—В75
нагартованного (рис. 6-2-6) В75—В105; С8—С23
Модуль упругости: отожженные или нагартованные образцы кГ!мм2 18 200 18 200
Предел ползучести (0,1%/ЮООО ч) к Г[мм1 426° С: 13,2 454° С: 11,2
Удельное электрическое сопро- тивление (20° С) ом-мм2/м 0,482 0,583
Температурный коэффициент элек- трического сопротивления 11град 1.1.10-’ 0,18.10-’
Теплопроводность (0—100° С) кал см-сек-град 0,062 (рис. 5-4-9) 0,045
Температурный коэффициент ли- нейного расширения 10—’ 1/град 20—100° С: 140 20—300° С: 145 20—100° С: 140 20—760° С: 162
Магнитные свойства 20° С: мало магнитен 20° С: немагнитен
Точка Кюри °C +43.. .4-60 Отожженный:—129 Нагартован- ный: —ПО
1) После отжига (чтобы воспрепятствовать упрочнению при постепенном охлаждении) следует производить
закалку в холодной воде или масле (примерно в течение- 2—5 мин},
») В восстановительной атмосфере (Н2). Детали следует медленно охлаждать в печи со скоростью 8, мак-
симум 14 °С/ч до 450 °C, после чего их можно охлаждать быстро.
ЛИТЕРАТУРА
1. Austin С. R., Amer. Soc. Met. Pre-
print Nr. 20, Sept.—Okt., 1935 (Жаропрочные
сплавы конель).
2. Benjamin M., Phil. Mag. 20 ('1935)
(Содержащая титан 'проволока для кернов
оксидных катодов).
3. Bureau of Standards, Nickel and its Al-
loys; Circular № 435 (72 Seiten), Washington,
1950.
4. Challansonnet J. u. Ch amp e-
j x R., Rev. du Nickel, Juli—Aug., 1'950, S. 61—
70 (Никелевые сплавы для электровакуумных
приборов).
5. С1 a s о n С. В., Welding Engineer, 33
(1948), Dez. Heft, S. 60 u. 62 (Пайка воль-
фрама с конелем твердыми припоями).
6. Electronics Buyers Guide, Juni, 1949
M 19 (Никелевые сплавы для электровакуум-
ных приборов).
7. Е 11 i s W. С., М о г g a n F. L. u. S а-
g е г G. F., Renssealer Polytechn. Inst. Bull.
Eng. Sci. Ser., № 71 (1938) (Теплопроводность
никелевых сплавов).
8. Friend W. Z., Ind. A. Eng. Chem.
10 (1949), 2126—2132 (Никель и сплавы с его
высоким содержанием).
20—2200
9. Gilby Wire S. A., Technische Infor-
mation, Malmaison, 1946 (Проволока для пря-
монакальных оксидных катодов).
10. Guillaume С. Е. u. Cheve-
п а г d Р., Trav. Mem. Виг. International Poids
et Mesures, 17 (1927) (Физические свойства
железоникелевых сплавов).
11. Hessenbruch, W., Z. Metalkde, 25
(1933), 248 (Присадка бериллия к никелю).
12. Н u n t е г М. A. u. Jones A., Elec-
trochem. Soc. Vordruck, 66—20, Sept. 1934
(Конель).
13. Internal. Nickel Comp., Proc. I. R. E.
April, 1948, S. 33 А (К-монель).
14. Jackson K. u. Jenkins R. O.,
Electronic Engineering, Mai, 1953, S. 208—211
(Применение никелевых сплавов в 'производ-
стве электровакуумных приборов), Metallur-
gia, 47, (1953), Juni, S. 277—282.
15. Коль В., Технология материалов для
электровакуумных приборов, Госэнергоиздат,
М.—Л„ 1957.
16. Kiih'lewein Н., Phys. Z., 31 (1930),
627 (Температуры магнитного превращения
сплавов NiCo).
17. Lewin G„ Le Vide, 6 (1951), 937
(Длительная прочность мнконеля-Х).
18. Lowry Е. F., Phys. Rev., 35 (1930),
306
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
1367 (Проволока из конеля в качестве керна
оксидного катода).
19. Marsh I. S., The Alloys of Iron—
Nickel, Bd. I., Special Purpose Alloys, New
York, 1938.
20. Mudge W. A., Met. Prog. 29 (1936),
57 (Сплавы NiMn).
21. Mudge W. A. u. Lohr I. M. in Me-
tals Handbook, Edition, 1948 (стр. 1048—1061,
Сплавы никеля).
22. N. N., Feinwerk—Technik, 54 (1950), 16
(Нихромоная проволока диаметром 7 лк).
23. N. N., Electr. Manufact., April, 1956,
S. 151—152 (Применение инконеля н вакуум-
ных печах сопротивления до 1 000° С).
24. Richmond W. О., Physics, 5 (1934),
131 (сплавы конель).
25. R о b i n s о n F. Е., Marconi Rev., 12
(1949), 108 (Сплавы NiBe).
26. R о h n W„ DRP, 558, 948/29/32 (Спла-
вы NiBe и NiTi).
27. S i 1 v e r m a n L., Jnl. of Metals, 5
(1953), Mai, Sect. I. S. 631—632 (Теплопровод-
ность никелевых сплавов).
28. Wagner E. R., Electronics, 7 (1934),
104 und 213 (сплавы NiBe и NiCr).
29. W a t e r f i e 1 d A. H. u. Dani-
els N. H. G., CIOS Report № 21, London,
1945, S. 4 (Сплавы NiBe и NiCr фирмы He-
raeus) .
30. W i g g i n, Henry and Comp., Nickel
and Nickel Alloys in Electronics Valves. Techn.
Information, Nr. 5504, Birmingham, 1955.
6-3- СПЛАВЫ МЕДИ, СОДЕРЖАЩИЕ
БОЛЕЕ 50% Си»»
[Л. 2, 4, 7, 22]
При 'использовании этих сплавов171 в ва-
куумной технике и особенно при изготовлении
отпаянных электронных ламп необходимо
прежде всего учитывать, что сплавы не
должны содержать примесей или присадок
легко испаряющихся металлов, которые часто
присутствуют в обычных спланах меди и не-
редко даже желательны н металлургическом
производстве. Таковы прежде нсего Zn, Pb,
Sb, Cd, Bi, As, S, P и др. Вследствие этого
латунь (спланы CuZn), которую широко при-
меняют в машиностроении, можно использо-
вать в вакуумной технике только при низких
температурах в постоянно откачиваемых
вакуумных приборах, а также для внешней
арматуры электронных ламп (например, для
цоколей).
Сплавы меди, использующиеся н вакуум-
ной технике, можно разделить на следующие
группы:
1. Си с присадкой 1—3% Ag, Be, Мп, Fe.
II. CuNi, главным образом константан.
III. CuSn, главным образом бронза WBZ6.
IV. CuZn, главным образом томпак.
V. СиР с присадкой 8,4% Р.
VI. CuSi с 3% Si.
171 О сплавах меди, содержащих менее 50% Си,
см. § 6-2, IV (сплавы монель).
I. Медь с незначительными (1—3%)
присадками других элементов
А. Сплавы ВеСи с 2—2,5% Be иногда
с присадкой 0,25—0,35%Со или Ni [Л. 6, 11,
14]. О производстве сплавон из BeO-i-Cu (или
СиО) путем восстановления углеродом при
1 900° С см. (Л. 19]. С точки зрения вакуумной,
техники присадка бериллия н отличие от мар-
ганца не является нежелательной. Присадка
бериллия повышает прочность сплавов на
разрыв по сравнению с чистой медью при-
мерно в 2—3 раза, однако электропроводность,
при этом снижается на 20—30%. Важнейшие
физические свойства приведены в табл. 6-3-1.
Пайка в водороде без флюсов затруднитель-
на, так как окись бериллия водородом не
восстанавлинается.
Точечная сварка, напротив, легко осу-
ществима. Спланы ВеСи, содержащие 2,3—-
2,5% Be, используют в основном для мас-
сивных- держателей и мощных вводов.
Химические свойства сплавов ВеСи при-
ведены н табл. 6-3-1А. Сплавы очень чувстви-
тельны к ртути и галогенам (F, Cl, Вг, J),
но устойчивы в горячей и холодной разбав-
ленной H2SO4, холодной концентрированной
H2SO4 и холодной разбавленной НС1,
а также н холодных концентрированных и
в холодных и горячих разбавленных щелочах.
Твердость сплавов может быть повышена
термической обработкой (кратковременным
нагренанием до 756—788° С, а затем дли-
тельным нагреванием при 316±3°С; подроб-
нее см. [Л. 20]).
Перед обработкой резанием твердость-
сплавов следует понижать закалкой.
Сплавы ВеСи обычно поставляются
н виде лент толщиной до 100 мк и шириной
около 150 мм. Они нашлн применение для
изготовления сильфонов, диафрагм, трубок
Бурдона н пружин, так как усталость их
меньше, чем стальных пружин, а срок
службы гибких деталей из этих сплавов в 2D
раз превышает срок службы аналогичных де-
талей из фосфористой бронзы.
Подобными же свойствами обладают но-
вые СиВе-сплавы «10 Alloy» и «50 Alloy», со-
став которых также приведен в табл. 6-3-1,
а химические свойства в табл. 6-3-1А.
В. Сплавы AgCu, содержащие 1—7% Ag
[Л. 8]. Серебро по сравнению с остальными
присадками, например с бериллием, исполь-
зующимися для повышения прочности меди,
имеет то преимущество, что не уменьшает силь-
но электро- и теплопроводность (см рис. 6-3-1
и 5-4-8А; [Л. 3, 10, 23]). Удельное электриче-
ское сопротивление идеального сплава с 2%
Ag составляет примерно 0,018—0,022 ом • мм'2/м,
теплопроводность сплава меди с 1 % Ag рав-
на примерно 96,5% теплопроводности чистой
меди. Присадка 1,9—2% серебра повышает
температуру отжига для снятия 'внутренних
напряжений с 450° С (для чистой меди) до
600—700° С (см. табл. 5-4-ЗА и рис. 5-4-6А).
Поэтому эти 'материалы используются обыч-
но в пол-ужестком состоянии в основном для;
траверс первой сетки приемно усилительных
ламп вместо ранее использовавшейся медной
проволоки с никелевой оболочкой (см. §6-5-1);
§ 6-3]
Сплавы меди, содержащие более 50% Си
307
Таблица 6-3-1
Свойства сплавов ВеСи
Состав сплава (остаток Си) 2,25 % Ве 2% Ве+0,25% Со1) .10 Alloy" 0,45-0.60% Be. О QK 2,60%Со-3) .50 Alloy" 0,25—0,50 %Ве, 1,40—1,70% Со, 0,90— 1.10% Ag1)
Удельный вес г/сла 8,2 8,23 8,75 8,75
Температура плав- ления °C Ликв.: 955 Ликв.: 955 Сол.: 864 1 030—1 070 1 010—1 050
Температура ре- кристаллизации (1 ч) °C Степень дефор- мации 50%: 480, 75%: 430, 90%: 370
Временное сопро- тивление разры- ву: отожженный нага рто ванный упрочненный кГ/мм2 49,5 >90 120 49 75—140 28—38,5®) 45,5—56 70—84») П—91®)
Относительное уд- линение: отожженный нагартованный упрочненный % 42 1 3 50 2,8—6 50—20=) 30—10 20—8») 15—8»)
Твердость по Бри- неллю: отожженный упрочненный кГ/мм2 82 365 380—400 —
Твердость по Рок- веллу: отожженный нагартованный упрочненный В 60 В 98 >С42 В 25—45®) В 60—75 В 95— 104е)
Модуль упругости кГ/мм2 (-4,14 000) 11 900—отожжен- ный, 12 900—на- гартованный
Удельное элек- трическое со- противление при 20° С ом-мм2 м 0,075 (0,05—0,09)’) Отожженный,] 0,10, упрочнен- 1 ный 0,068— Is) 0,098 J 0,038—0,029 0,034—0,031
Удельная тепло- емкость кал/г-град 30—100° С: 0,1
Температурный коэффициент термического расширения 10—’ 1/град 175—180 20—100° С: 166 100—200° С: 172 200—300’С: 190 20—300° С: 176 20—300° С: 176
Теплопроводность кал см-сек-град 0,20 Отожженный: 0,20 упрочненный: 0,25 0,47—0,61 0,50—0,57
’) Допуски. Бе: 1.9—2,15%, Ni+Co+Fe: 0,15—0,5%.
2) В зависимости от предшествовавшей обработки: электропроводность сплава после отжига равна 17%, а
после упрочнения—21% от электропроводности медн.
3) По данным (Л. 14]. Применение: токопроводящие пружины.
*) По данным [Л. 14]. Применение: сварочные электроды с высокой проводимостью, твердостью и низким
контактным сопротивлением.
5) Детали толщиной 25 мм отжигают при 930® С в течение 1 ч, а затем закаливают в воде.
*) Отжиг после закалки (см. 6)) при 450—480® С в течение 3 ч. Затем обычное охлаждение.
7) В зависимости от термической обработки.
20*
308
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Рис. 6-3-1. Зависимость относительной электропровод-
ности Arei (чистая медь : 100%) двойных сплавов меди
с малым содержанием второго металле от количества
присадки mz [Л. 12]. См. также [Л. 23] н
рис. 5-4-8Д.
при изготовлении допуск по диаметру состав-
ляет ±0,01 мм.
Сравнительно недавно был разработан
сплав меди с 6,5% серебра [Л. 7], электропро-
водность которого (при 20° С) составляет
70% от электропроводности чистой меди. При
правильной термической обработке этого спла-
ва его прочность может достигать НО кГ/мм2.
Сплав обладает прекрасными упругими свой-
ствами, высокой коррозионной устойчивостью
и настолько дуктилен, что из прутков сплава
диаметром 6 мм протяжкой с промежуточны-
ми отжигами можно получать проволоку диа-
метром до 25 мк. Обработку сплава начина-
ют с отжига слитков при 750° С в тече-
ние 2 ч с последующей закалкой в воде.
Из закаленных заготовок путем ковки полу-
чают прутки квадратного сечения 6x6 мм,
которые' затем проковывают и протягивают
до нужного диаметра. Следует учитывать,
что для полного растворения серебра в меди
необходимо по меньшей мере три промежу-
точных отжига и что успешной обработке
весьма способствует предварительное старе-
ние материала при 400° С в водороде в те-
чение 42—-15 мин. Электропроводность обра-
ботанного таким способом материала состав-
ляет 75% по сравнению с проводимостью
«стандартной» меди, а прочность на разрыв
достигает 1115 кГ/мм2, тогда как соответствую-
щие значения для не подвергавшегося старе-
нию материала равны 72% и 86 кГ/мм2. При
очень большой степени деформации (протяж-
ка тонких проволок) для устранения хруп-
кости рекомендуется после протяжки произ-
водить отжиг проволоки при 250° С в тече-
ние 2,5 мин, при этом прочность проволоки
на разрыв несколько снижается, а ее элек-
тропроводность даже немного увеличивается.
С. Сплавы CuFe. Наряду с описанным
выше сплавом медь — серебро был разрабо-
тан сплав меди с 12,5% железа, который
вследствие меньшей растворимости железа
в меди сложнее в изготовлении и не имеет
особых преимуществ по сравнению со спла-
вами CuAg. Относительная электропровод-
ность сплава по «стандартной» меди состав-
Таблица 6-3-1А
Химические свойства сплавов СиВе
[Л. 14]
Реактив Характер взаимодействия
Вода Не действует
Соляная кислота: до 1% >1% Слабое взаимодействие Сильное взаимодействие
Плавиковая кисло- та: разбавленная концентриро- ванная Слабое взаимодействие Сильно действует
Ртуть Сильно действует
Азотиая кислота: до 0,1% >0,1% Слабое взаимодействие Сильно действует
Серная кислота: очищенная от растворен- ного воздуха с растворен- ным возду- хом Слабое взаимодействие Сильно действует
Травление Производится в 20— 30%-ной (об.) HsSO4 (уд. вес 1,83 г/см3). Детали затем промы- вают в горячей (70— 85° С) воде, после че- го ненадолго погружа- ют в 30Уо-ную (об.) HNOj (уд. вес 1,40г/слг3) и вновь промывают во- дой
ляет 50%, максимально достигаемая проч-
ность после старения равна 105 кГ/мм2.
Подробнее об этом сплаве см. (Л. 7].
D. Сплав СиМп. Полученная вакуумной
плавкой медь, содержащая в качестве раскис-
лителя 0,5—1 % марганца, вследствие отрав-
ляющего влияния марганца на термокатоды
используется только для цоколей и гильз (ра-
нее также для медных колпачков и трубок
для несогласованных спаев со стеклом)
см. § 5-4.
II. Сплавы меди с никелем. Константан
(55% Си, 45% Ni)
{Л. ,11, 45, 118, 21]
Система двойных сплавон CuNi обладает
минимумом электро- и теплопроводности при
55% Си и 45% Ni (см. рис. 6-3-2 и 6-3-3).
Как известно, в электротехнике этот сплав
(«константан») широко используется как ма-
териал для сопротивлений с малым темпера-
турным коэффициентом электрического сопро-
§ 6-3]
Сплавы меди,, содержащие более 50% Си
309
Рис. 6-3-2. Зависимость теплопроводности l сплавов
CuNi при 20 и 200° С от содержания никеля [% вес.].
тивления. Обычно. константан содержит 0,4—
0,8% Мп и 0,2—6,3% Fe. Материал, исполь-
зуемый в вакуумной технике,— «специальный
константан» или CuNi 45, содержащий 45%
никеля, неидентичен обычному константану.
Прежде всего он не должен содержать легко
испаряющихся примесей, как Pb, Zn, Мп
и т. п. Это же относится к сплаву CuNi 30
с 25—30% Ni, который иногда используется
в вакуумной технике как вакуумный твердый
припой (1 200° С) для пайки W и Мо
(см. § 9-3-VI) и который, так же как и
CuNi 45, .немагнитен (рис. 6-3-4). Важней-
шие физические свойства сплавов CuNi
приведены в табл. 6-3-2 и на рис. 6-3-2 и
6-3-4. Сплав CuNi 45 хорошо обрабатывает-
ся в холодном и горячем состоянии, легко
сваривается и спаивается без флюсов в водо-
роде или в вакууме различными припоями
с соответственно низкой температурой плавле-
ния. Отжиг сплавов CuNi также должен
производиться в защитной атмосфере. Для
производства электронных -приборов приме-
Рис. 6-3-3. Зависимость удельного электрического со-
1 dp
противления р и его коэффициента ₽ = сплавов
CuNi от содержания никеля под [% вес.].
Рис. 6-3-4. Диаграмма состояния сплавов никеля и ме-
ди: зависимость температуры ликвидуса темпе-
ратуры солидуса (Гяо/) и температуры магнитного пре-
вращения (точки Кюри) Тс от содержания никеля под
(% вес.). Выше точки Тцд—расплав; ниже —сме-
шанные кристаллы; в заштрихованной области: расплав
и смешанные кристаллы; выше Тс—парамагнитное со-
стояние; ниже T/j—ферромагнитное состояние.
няется главным образом жесть толщиной
0,1 ±0,01; (0,15—0,20) ±0,02 и 0,3±0,03 мм,
а также проволока диаметром (0,5—1,5) ±
±0,2 мм. Материал должен быть гладким;
блестящим, белым и без следов окисления.
Сплав CuNi 45 используют и основном
для изготовления немагнитных деталей откло-
няющих систем электронно-лучевых трубок
(см. рис. 5-2-16, 8-5-28, 10-2-77 и 15-65С),
а также, .вследствие его малой теплопровод-
ности, для держателей электродов и в осо-
бенности для вводов ламп накаливания172.
Проволоки соединяются с .впаянными в стек-
ло .выводами обычно путем сварки в газовом
пламени. Место спая вплавляют в стекло
прессованной ножки (рис. 6-3-5). Хотя кон-
стантан вследствие своего высокого коэффи-
циента расширения (150- 10-7) .в таких впаях
в обычное свинцовое стекло ножки (90 -10~7)
не создает герметичного перехода, однако он
плотно прилегает к стеклу, так как при впаи-
вании на поверхность сплава диффундирует
медь, которая, как у платинита, и создает
прочный контакт со стеклом173.
Константан в ииде тонкой проволоки
(диаметром 0,03 мм) используется для ва-
куумных термопар (см. рис. 4-1-6) и в ардо-
метрах (см. рис. 4-1-7), причем в качестве
второго плеча термопары используется NiCr.
172 Тянутые проволоки с временным сопротивле-
нием разрыву минимум СО кг]мл? и относительным
удлинением 2—5%, диаметром 0,2—3 мм.
173 Этот эффект для повышения качества изделий
и лредотвращеняя растрескивания стекла в спае стек-
ло — константан можно усилить электролитическим
нанесением тонкого слоя меда -на иижний конец кон-
стантановой проволоки, включая узел стыка с вводом,
(см. 1рис. 6-3-5, II).
310
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. С
Свойства сплавов меди с никелем
Таблица 6-3-2
Сплав CuNi45 (константан) CuNi30
Состав % вес. Си 55; Ni 45 Си 70; Ni30
Удельный вес г/см3 8,9 8,94
Температура плавления (ликв./со л.) °C 1 290/1 220 (см. рис. 6-3-4) 1 240/1 170
Температура разливки °C > 1 350
Температура отжига °C 550—750 650—825
Временное сопротивление разрыву: отожженный нагартованный кГ/мм2 40—50 80—95 j км. рис. 5-1-2, 5-1-3 и 5-1-4 35—40 50—55
Относительное удлинение: отожженный нагартованный °/о 50—381 2—5 см. рис. 5-1-3 и 5-1-4 До 45 5—15
Модуль упругости: отожженный нагартованный кГ/мм2 14 800 14 300
Твердость при испытании алмазной пирамидой 156
Твердость по Роквеллу: отожженный полуотожженный 4) В 35 В 80
Твердость по Бринеллю: отожженный нагартованный кГ/мм2 75—100 До 190
Удельная теплоемкость кал 'г-град 0,098 0,09
Температурный коэффици- ент линейного расшире- ния 10-’ 1/град 20— 100° С 149 20— 300° С 158 20— 500° С 163 20— 1 000°С 188 20—300°С 162
Теплопроводность кал см-сек-град 0,0546 (см. рис. 6-3-2)
Удельное электрическое сопротивление: отожженный нагартованный ом - мм2/м 0,48—0,50’).») 0.50—0,52 20°С 0,50 200°С 0,49 400°С 0,50 0,372 )
Температурный коэффици- ент электрического со- противления 1/град 20—100° С ±2-10-= 20—500°С +2,5-10-5
Точка Кюри °C —200°С(см. рис. 6-3-4) См. рис. 6-3-4
Проницаемость для водо- рода Рис. 9-5-8
х) Электропроводность равна 3,4% электропроводности чистой меди.
а) Электропроводность равна 4,6% электропроводности чистой меди.
®) См. рис. 5-4-8.
Глубина вытяжки по Эриксену (жесть толщиной 1 мм): 12 мм.
§ 6-3]
Сплавы меди, содержащие более 50°/о Си
311
Рис. 6-3-5. Стеклянные ножки с запрессован-
ными константановыми держателями.
I—не покрытые медью, возникновение мел-
ких трещин вокруг запрессованного участка;
II—медненые, стекло хорошо прилегает к
запрессованной проволоке.
III. Сплавы меди с оловом. Бронза
(94% Си, 6% Sn)
[Л. 5, 11, 21]
При производстве сплавов меди с оло-
вом наибольшие трудности создает необходи-
мость их раскисления. Вследствие большого
сродства к кислороду олово отнимает у ме-
ди всегда содержащийся ,в ней в некотором
количестве кислород. При этом образуются
пленки оловянной кислоты, которые не пере-
ходят. в шлаки, а оРтаются в виде суспензии
в расплаве, делают его вязким и затрудняют
отливку. Для (восстановления кислоты к спла-
ву добавляют раскислитель, чаще всего фос-
фор, окисел которого легко переходит в
шлак. Одновременно фосфор вызывает неко-
торое увеличение твердости сплава. Хотя со-
держание фосфора в затвердевшем сплаве
весьма незначительно (0,02—0,05%), ,все же
сплавы CuSn называют «фосфористой брон-
зой». Состав важнейших марок фосфористой
бронзы приведен в табл. 6-3-3, а их основные
свойства в табл. 6-3-4.
Бронза используется в вакуумной технике
в виде проволок, лент и жести прежде всего
для изготовления немагнитных деталей элек-
тронно-лучевых трубок. Жесть, которую при-
меняют в полутвердом и гладко прокатанном
виде, не должна иметь (Внутренних расслоев.
Материал для отпаиваемых электронных (при-
боров не должен содержать таких легко ис-
паряющихся примесей, как Zn, Pb, Sb, Мп, Bi
и As. Содержание фосфора не должно превы-
шать 0,2%. Материал (после очистки поверх-
ности протравливанием) при нагревании вы-
сокой частотой до 650—700° С в высоком ва-
кууме в течение 2—3 мин не должен образо-
вывать никаких видимых налетов на поверх-
ности стекла.
Очистку поверхности деталей из прока-
танной бронзы производят травлением в смеси
250 сл(3 разбавленной чистой HNO3 (35° Вё)
и 100 см3 концентрированной H2SO4 (66° Вё).
Травление продолжается от 3 до 8 сек, в за-
висимости от загрязненности деталей, и сопро-
вождается их непрерывным покачиванием.
После этого детали немедленно промывают
в проточной воде, нейтрализуют в растворе
Таблица 6-3-3
Состав основных сплавов олова с медью
Наименование Состав (% вес.)
Си j Sn 1 р РЬ Fe Zn Sb
Фосфористая бронза 1 98,5 1,0—1,5 Следы
Фосфористая бронза 5 Остаток 3,5—5,8 0,03—0,035 <0,05 <0,1 <0,30 «0,01)*)
Бронза для прокатки WBz 6 по данным DIN 1705 -V.94 -v.6 «0,2) 4) 4) 4)
Фосфористая бронза 8 92 7,0—9,0 0,03—0,35 <0,05 <0,10 <0,20 «0.01)*)
Фосфористая бронза 10 -v.90 9,0—11,0 0,03—0,25 <0,05 <0,10 <0,20 (<0,01)>)
Литейная бронза GBz 14 86+1 14+1 <1,0 <0,2 2) <0,23)
Литейная бронза GBz 20 80+2 20+2 <1,0 <0,3 2) <0,23)
’) Sb вводится только при выработке жести.
2) Содержание Zn составляет 1%, включая содержание всех остальных примесей (Pb, Sb. Fe, Мп, Bl, А1,
Mg, S. As).
3) Прочие примеси (%) по данным DIN 1705: Мп<0,2; Bi <0,01; Mg<0,01; Al<0,01; As<0,15; (Ni<0,5, в
случае необходимости максимум 1% Ni).
4) Для целей вакуумной техники 0,04 и меньше.
Таблица 6-3-4
Свойства сплавов олова с медью (фосфористые бронзы)
Состав сдлава % вес. 98,75 Си 1,25 Sn 95 Си 5 Sft WBz6’) 6 Sn 92 Си 8 Sn 9Э Си 10 Sn GBz 14 -14 Sn GBz 20 -20 Sn
Удельный вес г'см* 8,89 8,86 8,8 8,80 8,78 8,83 8,86
Температура плавления (ликв./сол.) ° С 1 075—1 035 1 050/950 1 020/880 1 000/845 Ликв. 970 Ликв. 890
Температура отжига ° С 475—650 475—675 475—675 475—675
Временное сопротивление разрыву: отожженный нагартованный пружинный кГ/мм2 28—32 39—45 46—55 33—35 48—60 70—98 30—505) 60—90 85—ПО5) 38—45 55—65 78—84 47—50 58—70 85—98 >20 >15
Относительное удлинение: отожженный нагартованный пружинный % 48 16—8 64—50 30—8 4—2 70—50 6—1,5 4—0,5 70—65 32—10 3—2 70—60 32—13 4—3 >з —
Модуль упругости кГ]мм2 11 200 10 000
Твердость по Бринеллю; отожженный нагартованный пружинный кГ(ммг 75—90 170—210 210—250 >85 >170
Твердость по Роквеллу: отожженный нагартованный пружинный В26—35 В70—87 В92—97 F75 В84—93 В98—100 F75 В83—88 В98—100
Удельная теплоемкость кал/г-град 0,09 0,09 0,09 0,09
Температурный коэффициент линейно- го расширения 20—300° С 10-’ 1/град 178 178 182 184
Теплопроводность кал см-сек-град 0,49 0,19 0,12 0,15 0,12
Удельное электрическое сопротив- ление ом-мм2/м 0,036*) 0,0962) 0,15—0,176) 0,133) 0,164)
*) Электропроводность равна 48% электропроводности чистой меди.
’) Электропроводности равна 18% электропроводности чистой меди.
’) Электропроводность равна 13% электропроводности чистой ме in.
4) Электропроводность равна 11% электропроводности чистой меди.
5) Прочность иа срез отожженной жести 28; пружинной твердой 45 — 50 хг]мг^.
6) Температурный коэффициент электрического сопротивления; 0.5-10"3 Цград.
По данным DIN 1705.
312 Сплавы и композиции черных и цветных металлов [ Гл.
§ 6-3]
Сплавы меди, содержащие более 5О°/о Си
313
Рис. 6-3-6. Корпус катодного осциллографа, изготовлен-
ный из фосфористой бронзы: уплотнение осуществляется
резиновой прокладкой; внутри помещается бобина для
пленки; справа—трубка для контроля вакуума [Л. 9].
аммиака и, наконец, промывают в проточной
воде, затем в дистиллированной воде и в ме-
тиловом спирте. Высушенные в сушильном
шкафу детали для очистки и удаления из них
газов отжигают в высокочастотной печи
10 мин при 700° С в вакууме под кварцевым
колпаком (см. рис. 9 2-13). После отжига на
поверхности деталей не должны появляться
цвета побежалости. Рольная бронза обрабаты-
вается только в холодном состоянии; в на-
гартованном состоянии ее можно фальцевать
в направлении прокатки. Точечная сварка
и пайка этих сплавов не вызывают трудно-
стей.
Свариваемость бронз ухудшается с уве-
личением содержания олова. После отжига
при 600—700° С сплавы хорошо обрабаты-
ваются давлением. Обработка резанием также
вполне возможна.
Литейные бронзы CuSn используют в ва-
куумной технике при изготовлении больших
разборных вакуумных приборов (например,
корпусов некоторых катодных осциллографов,
см. рис. 6-3-6, вакуумных спектрографов
и т. п.), которые эксплуатируются при по-
стоянной откачке, так как изготовленные из
литейной бронзы детали практически герме-
тичны, а медь и олово обладают сравнительно
низким давлением насыщенных паров.
IV. Сплавы медь—цинк,
содержащие 10—45% Zn
(латунь)
[Л. 5, 111, 21], стандарты
DIN 1709/1751/1755—1765/1772/1775
Составы наиболее часто используемых ма-
рок латуни приведены в табл. 6-3-5, их важ-
нейшие свойства в табл. 6-3-6 и на рис. 6-3-7.
Большие преимущества этих сплавов (деше-
визна. легкая обрабатываемость, большое от-
носительное удлинение и хорошая устойчи-
вость против коррозии) привели, как известно,
Рис. 6-3-7. Зависимость временного сопро-
тивления разрыву аг& и относительного
удлинения 8 в отожженном (w) и нагар-
тованном (/?) состоянии, а также зависи-
мость относительной электропроводности
Arel (чистая медь=100%) и теплопровод-
ности двойных сплавов CoZn (латунь)
от их состава.
к широкому применению латуни в металлооб-
рабатывающей промышленности.
В противоположность этому сплавы меди
с цинком (как и вообще сплавы, содержащие
цинк) сравнительно редко используются
в вакуумных конструкциях из-за невозможно-
сти полного удаления мз щих газов; они при-
меняются в основном только для изготовле-
ния корпусов вакуумных приборов с постоям
ной откачкой (катодных осциллографов, раз-
борных рентгеновских трубок, масс-спектро-
метров, электронных микроскопов,74. и (в
большинстве случаев после никелирования)
для деталей, не находящихся внутри ваку-
умных электронных ламп, т е для цоколей,,
защитных колпачков, дисков для защиты вы
соковольтных приборов от коронного разряда
и другой металлической арматуры (см.
рис. 9-3-29, п. 3 или рис. 9-3-40 С, п. 5).
Латунь, покрытую слоем меди, можно
использовать для изготовления корпусов
счетчиков Гейгера — Мюллера со слюдяными
окошками (рис. 6-3-7А и гл 13). Описание
опробованного на практике метода гальвани-
ческого меднения латуни приведено
в табл. 6-3-7.
Катоды описанных в гл. 13 торцовых
счетчиков радиоактивного излучения с кова-
ровыми корпусами также изготовляются из
латуни. Латунь нельзя нагревать в вакууме
до температур выше 100° С, так как цинк уже
при температурах около 200° С начинает за-
метно испаряться из сплава. По мере потери
цинка поверхность металла краснеет; винты
174 Если такой латунный корпус тщательно от-
полировать и хромировать его внутреннюю поверх-
ность, то образуется нержавеющее твердое и легко
очищаемое покрытие
Таблица 6-3-5
Состав и применение важнейших сплавов ZnCu (латунь)1)
Пример- ное содер- жанние, меди, % Обозначе- ние2) Принятое в США название (*) Состав, % Основное применение
Си Zn РЬ Fe Прочие примеси
95 ♦Gilding metal 94—96 Остаток <0,034-0,05 0,05 Холодная обработка (жесть, фа- сонные изделия, тонкая проволока, сита, фильтры)
90 Ms90 Красный томпак ♦Commercial Bronze 90 89—91 Остаток Остаток <0,05 <0,05 Сумма <0,13
85 Ms85 Средний томпак ♦Red. Brass 85 84-1-86 Остаток Остаток <0,05—0,06 <0,05 Sn:<0,15
9 80 Ms80 Светлый томпак ♦Low Brass 80 78,54-81,5 Остаток Остаток <0,05 <0,05
72 Ms72 Желтый томпак 72 Остаток Протяжка, давление, штамповка (проволока, сильфоны, жесть)
70 (Ms70) ♦Cartridge Brass (снарядная латунь) 68,5-5-71,5 Остаток <0,07 <0,05 <0,15
67 Ms67 Полутомпак 67 Остаток Глубокая вытяжка (трубки, гиль- зы, профильные изделия), припой для твердой пайки, используемый на 1 воздухе
65 (Ms65) ♦Jellow Brass 64,04-67,5 Остаток <0,14-0,3 <0,05
63 Ms63 Мягкая латунь 63 Остаток <0,5 <0,2 Протягивается, хорошо подверга- ется холодной обработке, паяется легкоплавким серебряным припоем
60 Ms60 Ковкая латунь ♦Muntz metal 60 59-г-бЗ Остаток Остаток 0,2 <1.1 0,15 Горячая штамповка, плохо под- дается обработке резанием
♦Forging Brass ~60 38 -4.2 Ковка, обработка резанием на автоматах
58 Ms 58 Твердая латунь 58 Остаток 2
*) По данным DIN 1709 и [Л.11, 21].
2) В скобках указаны марки, не применяемые’ в Европе н поэтому не нормализованные.
314___________Сплавы и композиции черных и цветных металлов
Таблица 6-3-6
Свойства важнейших марок латуни
Обозначение сплава (см. табл. 6-3-5) Ms 90/80 Ms 72 (MS70) томпак Ms 67 (Ms 65) Мз 63 Ms 60 Ms58, ковкая латунь
Удельный вес г/см* 8,8/8,67 (8,53) (8,47) <— 8,39 (8,44)
Температура плавления: ликвидус солндус °C 1 045/1 000 1 010/965 (955) (915) (930) (905) «— 905 900 895 880
Температура отжига °C 425—700 425—750 425—700 425—700 425—600 425—600
Временное сопротивление разрыву2): отожженные нагартованные кГ/мм2 25—30 35—70») 25 50—68 30—35 45—63 29—35 40—70’) 34—42 48—60 37—45 51—63
Относительное удлинение2) отожженные нагартованные % 48—35 25—3 35 10-5 30—66 10—3 40—60 5-2 30—60 10—5 25 5
Твердость ио Бринеллю, отожженные [F53/57J3) [F54] [F68] <503) <95 [F78]
Твердость по Роквеллу, нагартованные [В78/91] [В93] [B90] 130—150 125—>150 —
Модуль упругости кГ/мм2 12 600/12 000 11 600 10500 10 500 10 500
Глубина вытяжки по Эрнксеиу ММ См. рис. 5-1-6
Теплопроводность2) кал см-сек-град 0,45/0,33 (0,29) (0,28) <— 0,29 0,28
Удельное электрическое сопротивление при 20° С)2)4) ом-мм2 м 0,039/0,054 (0,062) 0,064 <— 0,062 (0,064)
Температурный коэффициент термического расширения 25-300° С 10-’ \/град 182/191 (199) 203 208
') См. рис. 5-1-2.
!) См. рис. 6-3-7.
3) См. рис. 5-1-1.
*) Соответствующие величины для образцов, подвергшихся холодной обработке (степень деформации 90%), на 20% выше.
§ 6-3]___________Сплавы меди, содержащие более 50% Си
СЛ
316
Сплавы и композиции черных и цветных металлов [ Гл. 6
А
Таблица 6-3-7
Электролитическое блестящее меднение латунных корпусов счетчиков
радиоактивного излучения^см. рис. 6-3-7А и [Л.13])
20 г бисульфита натрия (NaHSO3)
20 г оксалата меди [Си(СОО)2]
500 см3 дистиллированной воды
Раствор В при непрерывном перемешивании вли-
вать в раствор А
Раствор В
Раствор электро-
лита С
D Режим процесса:
Плотность тока: 0,2—0,3 ма)см2 по отношению к поверхности катода.
Анод: чистая медь.
Е Продолжительность: 20 мин, до образования блестящего и полностью гомогенного
покрытия.
Последующая об работка:
Промывание деталей в дистиллированной воде и абсолютированном спирте.
Сушка в сушильном шкафу (катоды счетчиков Гейгера выдерживают 45 мин при
120° С для образования тонкой поверхностной пленки окислов, которая улучшает
характеристики счетчиков с точки зрения светочувствительности и развития раз-
ряда)
припекаются и их не удается отвернуть, так
как их головка из-за испарения цинка стано-
вится мягкой.
Рис. 6-3-7А. Торцовый счетчик радиоактивного излуче-
ния, корпус которого изготовлен из латуни н покрыт
внутри слоем меди [Л. 13]1).
1 — медненый изнутри латунный корпус, служащий
катодом. Способ меднения см. табл. 6-3-7; 2 слюдяное
окошко; 3—латунное поддерживающее кольцо, для
крепления которого используют мастику „Araldit"; 4
анод в виде вольфрамовой проволоки, на конец кото-
рой наплавлен стеклянный шарик; 5—стеклянная бу-
синка с впаянным коваровым вводом и внешним кова-
ровым кольцом; 6 — место пайки мягким припоем; 7 —
медный штенгель для откачки.
См. также гл. 13.
Испарение цинка ухудшает вакуум частич-
но из-за выделения газов, частично за счет
давления собственных насыщенных паров ме-
талла и вследствие осажденця Zn на холод-
ных стенках лампы вызывает нарушение изо-
ляции и другие помехи в работе приборов.
При температуре ниже 100° С прокатанная и
тянутая латунь полностью герметична; для
отливок, однако, предпочтительнее использо-
вать фосфористую бронзу (см. § 6-3-III).
Одна из разновидностей латуни — том-
пак — используется для изготовления бесшов-
ных тянутых гофрированных трубок, в. кото-
рых имеются глубокие выдавленные канавки
в виде спирали; их применяют ь качестве гиб-
ких вакуумных трубопроводов между насосом
и откачиваемым прибором (рис. 6-3-8) или
(с параллельными гофрами) для изготовления
сильфонов 175, служащих для передвижения
электродов и центрирования отклоняющих пла-
стин катодных осциллографов (рис. 6-3-9).
Сильфоны используют также для натягивания
проволочных катодов, в качестве внешних
пружин для соединения отдельных деталей
(рис. 6-ЗЛО), для изготовления устройств для
изменения уровня жидкости (см., например,
компрессионный манометр Мак-Леода). Том- 175
175 Предельно допустимое сжатие сильфонов в на-
правлении их оси составляет 20—30% длины гофриро-
ванного участка. Одиако для обеспечения большей на-
дежности «работы сильфонов в вакуумной аппаратуре
эту величину следует принимать равной 10%. Растя-
жения сильфонов вследствие возможности неупругих
деформаций следует избегать [Л. 1].
§ 6-3]
Сплавы меди, содержащие более 50% Си
317
Рис. 6'3-8. рентгеновская металлокерамическая трубка
для целей спектроскопии, соединенная с насосом герме-
тичным гибким томпаковым шлангом [Л. 16j.
пак образует гигроскопичные окислы, которые
при напуске в вакуумную систему влажного
воздуха даже после обезгаживания снова по-
глощают воду, так что при повторной откач-
ке вследствие отдачи томпаком паров воды
может создаться впечатление негерметичности
прибора.
Рис. 6-3-9. Отклоняющее устройство с упругими томпа-
ковыми сильфонами для управления катодным лучом
осциллографа; сильфоны помещены в патрубках с внут-
ренней нарезкой [Л. 9].
При очистке поверхности латуни травле-
нием можно использовать те же растворы, что
и для меди (см. табл. 5-4-6).
V. Сплавы медь—фосфор
Двойной эвтектический сплав СпР
(91,6/8,4) с точкой плавления 714° С, так же
как и тройной сплав CuAgP (80/15/5) с темпе-
ратурой плавления ©40—704° С, используется
как наиболее легкоплавкий твердый припой
для пайки меди в холодных, не подвергающих-
ся ионной и электронной бомбардировке ме-
стах и для пайки вне вакуума вблизи от
впаев .металла в стекло, например для при-
паивания медных гибких выводов к медным
впаям ® стекло. Более подробно см. § 9-3, VI.
Рис. 6-3-10. Герметичный ввод анода
мощного выпрямителя.
а—графитовая головка анода; Ь — фарфо-
ровая изоляционная трубка; с — стенка
оболочки выпрямителя из литой стали;
d—стальной ввод; е—томпаковый силь-
фон; f — внешняя стальная пружина; g—
место пайки фарфора с металлом; h —
стальная гайка, спаянная с сильфоном с.
VI. Сплавы медь—кремний
Сплав CuSi (97/3) с интервалом плавле-
ния 970—1 027° С используется для жесткой
пайки медных деталей в защитной атмосфере.
Вследствие близости точки плавления меди
(1 083° С) необходимо точно контролировать
температуру пайки. Спаи обладают значи-
тельной прочностью при повышенных темпе-
ратурах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ardenne М., v., Tabellen der Elek-
tronenphysik, lonenphysik und Ubermikrosko-
pie. Bd. II, Berlin, 1956 (Стр. 760, Пружины).
2. Astm-—Standards, Teil 1. B., Non Fer-
rous Metals, Philadelphia, 1946 (Медь и ее
сплавы).
3. Brin J., Eng. Mining Journ., 129
(1930), 621 (Свойства сплава меди с 0,5%
серебра).
4. Fox F. A., Copper and its Alloys; Ma-
chinery (London), 52 (1938), 39—43, № 1331.
5. G e h 1 h о f f G., Lehrbuch der techni-
schen Physik, Bd. III. Die Physik der Stoffe,
Leipzig, 1928.
6. He ssenbru ch W., Z. Metallkde, 25
(1933), 248 (Присадка бериллия к меди).
7. Н о d g е W. u. Rose К., Mat. а.
Meth., 31 (1950), 64—65 (Сплавы меди с вы-
сокими электропроводностью и прочностью).
8. Hodge W.u.Jaff е .R. L., А. I. М. М. Е„
Met. Technology, 15 (1948), Techn. Publ.
№ 2366, (Проволока из сплава CuAg).
9. Knoll М., Z. techn. Phys., 10 (1929),
294 (Перемещение электродов в вакууме с
помощью пружин; оболочки из фосфористой
бронзы).
10. Malley Е., Electrical Materials,
London, 1947 (Сплавы меди).
11. Metals Handbook, Cleveland, 1948
(стр. 925: CuNi 70/30).
12. P a w 1 e k F. u. Jahn H., Metall, 4
(1950), 263—266 (Влияние небольших приме-
сей металлов на электропроводность меди).
318
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
13. Reichel R., Chem. Technik, 8
(1956), 497—498 (Изготовление счетчиков
Гейгера с латунными корпусами и слюдяны-
ми окошками).
14. Richards J. Т., Mat. a. Meth., 31
(April, 1950), S. 76—90 (Свойства и приме-
нение сплавов меди с 0,25—0,6% Ве).
15. Schwarz О., Die technischen Werk-
stoffe, Leipzig, 1932.
16. Siegbahn M., Spektroskopie der
Rontgenstrahlen, Berlin, 1931.
17. Silverman L., Jnl. of Metals, 5
(1953), Mai, Sect. 1, S. 631—632 (Теплопро-
водность медных сплавов).
18. Stauffer G. C. u. Graham W.A.,
Metals Handbook, Cleveland, 1948 (стр. 1062:
CuNi 55/45).
19. Waterfield A. H. u. Daniels
N. H. G., CIOS—Report, № 21, London, 1945,
S. 4 (Получение сплавов CuBe).
20. Wayne M., Iron Age, 153 (1944),
Part 1, S. 66 (Упрочнение сплавов CuBe в
результате термической обработки).
21. Werkstoff—Handbuch, Nichteisenme-
talle, Berlin, 1928.
22. Wilkins R. A., Bunn E. S., Copper
and Copper—Base Alloys, New-York, 1943.
23. Wyman L. L., Gen. El. Rev., 37
(1934), 120—129 (Влияние примесей на элек-
тропроводность меди).
6-4. СПЛАВЫ НЕБЛАГОРОДНЫХ
МЕТАЛЛОВ С ТУГОПЛАВКИМИ
Эти сплавы используются в вакуумной
технике главным образом для изготовления
Рис. 6-4-1. Зависимость относительного
удлинения и среднего коэффициен-
та теплового расширений а/?2 (между 20° С
и Т° С) сплава ИЕМК* от температуры Т
(Z20—длина стержня при 20° С, Aj—уве-
личение длины при Т° С}‘
вводов в стекло и в качестве проволоки для
формоустойчивых электродов. Тугоплавкой
составляющей служит обычно молибден.
I. Железо—молибден—кобальт (71% Fe,
около 10% Мо и 19% Со;
торговая марка ЕМК)
Важнейшие физические свойства и при-
мерный состав этого сплава приведены
в табл. 6-4-1. Кривая термического расшире-
ния и найденный из нее коэффициент тевлово-
го расширения показаны на рис. 6-4-1.
Этот сплав, получаемый методом порош-
ковой металлургии, используется в виде прут-
ков (диаметром 1—10 мм) или цилиндров
(диаметром 10—100 мм) для впаев в мягкое
стекло (см. гл. 30). Он очень тверд и вслед-
ствие этого трудно обрабатывается. Заостре-
ние кромок цилиндров и очистку поверхности
выгоднее всего производить шлифовкой кар-
борундовыми дисками; сверление возможно
инструментами из твердых сплавов. В прутках
из сплава ЕМК часто образуются мелкие про-
дольные трещины, которые могут приводить
к трудно обнаруживаемой негерметичности
впаев.
По отношению к ртути материал очень
устойчив, поэтому его используют преимуще-
ственно в ртутных выпрямителях в качестве
вводов к анодам и ртутным катодам 176.
II. Сплавы молибден—никель—железо
Эти сплавы, которые отличаются высокой
прочностью в горячем состоянии, используются
в вакуумной технике в тех случаях, когда
это возможно, как проволока для сеток вме-
сто молибдена [Л. 4] и как-проволочные нагре-
ватели для вакуумных печей. Состав важней-
ших сплавов приведен в табл. 6-4-2, а физи-
ческие свойства, изученные к 'настоящему вре-
мени, в табл. 6-4-3.
Особенности некоторых сплавов описаны
ниже.
А. Сплав В7М (контразид). Этот сплав
отличается высоким пределом ползучести,
который может быть значительно повышен
предварительным отжигом при температуре,
превосходящей температуры эксплуатации
и рекристаллизации (рис. 6-4-2). Аналогично
отжигу вольфрамовых спиралей с целью по-
вышения их формоустойчивости (см. § 3-2)
можно производить и отжиг готовых деталей
из проволоки В7М, так как холодная обработ-
ка после термообработки вообще невозможна
из-за хрупкости материала. Сплав используют
для изготовления нагревательных спиралей
вакуумных печей, ранее его применяли также
в виде проволочного керна, обвитого тонкой
никелевой проволокой, для мощных оксидных
катодов газополных выпрямителей.
В. Сплавы Хастеллой марок А, В и С
[Л. 2]. Это сплавы серебристого цвета, кото-
рые производятся путем выплавки. Первона-
чально они не предназначались для вакуумной
техники. Отличаются высокой прочностью
1,6 Он, однако, непригоден для фиксирования
точки возникновения дули в ртутных выпрямителях,
так как сильно распыляется; для этой цели (необхо-
димо пользоваться молибденовым острием.
§ 6-4]
Сплавы неблагородных металлов с тугоплавкими
319
Свойства сплава ЕМК
Таблица 6-4-1
Состав (примерный анализ) % вес. Fe.- 70.8 Мп Со: 19.3 W Мо: 9.9 Ni „ „ С: 0.02 Сг °-0 Si.0,01 S Си: 0.1
Удельный вес г/смг 8,0
Твердость по Бринеллю: отожженный нагартованный кГ)мм2 305—320 до 425
Температурный коэффициент линейного расширения (25—75° С)2) \ 1г рад (90—100)-10-7 *)
Удельное электрическое сопротивление ом • мм21м 0,33—0,37
Температурный коэффициент электрическо- го сопротивления (20—100° С) 11г рад (0,9—1,4). 10-’
Теплопроводность кал см-сек-град 0,4
*) После отжига и медленного охлаждения.
2) См. рис. 6-4*1.
в горячем состоянии и хорошей устойчивостью
против коррозии. Большинство кислот на эти
сплавы не действует (исключением для спла-
вов Хастеллой АиВ является HNOa). Приме-
няются в виде проволоки вместо дорогого
молибдена для изготовления сеток. Прн меха-
нической обработке спланы быстро упрочня-
ются, поэтому их нужно часто отжигать при
1 175° С; длительного отжига при 600—850"С
следует избегать. С точки зрения вакуумной
техники недостатком сплавов является то,
что они содержат углерод и марганец, перехо-
дящие в металл при его производстве.
Рис. 6-4-2. Изменение предела ползучести (1%/год)
прутков из сплава В7М в результате отжига [Л. 91.
1—нагартованный; 2—отожженный при 1 250° С! о-—
отожженный при 1 150° С; 4—отожженный при 1 ОоО С.
Дальнейшие подробности — см. следую-
щий раздел.
С. Проволока марки «А». Специальный
сплав для вакуумной техники, подобный спла-
ву Хастеллой А; однако в нем отсутствуют
примеси марганца и углерода, так как его-
изготовляют способом порошковой металлур-
гии. В продажу он поступает в виде прово-
локи (0,05—3 мм), плетеной ленты и жести.
Сплав не растворяется в НС1 и HF, с тру-
дом— в HgSC>4 и легко — в HNO3. После от-
жига (1 100—1 150° С) хорошо изгибается
и спирализуется. Механические свойства
сплав-а очень похожи на свойства молибдена
(рис. 3-3-5); по прочности при высоких тем-
пературах и формоустойчивости его превосхо-
дят только нольфрам и молибден. Из этих со-
ображений, а также вследствие малой стоимо-
сти сплава проволоку марки «А» часто приме-
няют вместо молибдена для изготовления спи-
ральных и плетеных сеток приемно-усилитель-
ных ламп (особенно многосеточных), которые
должны обладать высокой формоустойчиво-
стью для получения в массовом производ-
стве незначительных разбросов по прони-
цаемости [Л. 46]. Особенно хорошо сплав за-
рекомендовал себя при толщине пронолоки
50—60 мк для производства сеток, витки ко-
торых зажимаются в траверсах. Так как от-
носительное удлинение проволоки из спла-
ва «А» выше и равномернее, чем удлинение
молибдена, то ее применение позволяет со-
кратить брак при навивке и закреплении се-
ток.
Сплав менее пригоден для сварных сеток,
так как вследствие близости точек плавления
он с трудом сваривается с никелевыми или
железными траверсами и, по сравнению с мо-
320
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Таблица 6-4-2
Состав сплавов MoNiFe
Марка
В7М, Контразид
Хастеллой А
Хастеллой В
Хастеллой С
Проволока „А“
Биметалл^МоЮТе
Moly met,
Elgiloy
>) Изготовители: I. Heraeus Vakuumschmelze Hanau Г(фрГ).
II. Haynes Stellite Comp., Kokomo (Ind.), США.
III. Metallwerk Plansee, Reutte (Австрия).
либденом, требует большей стабильности тока
л давления три сварке, другими словами,
большей опытности '.персонала. Кроме того,
при использовании проволоки «А» вместо мо-
либдена для сварных сеток в массовом про-
изводстве брак обычно возрастает. При заме-
не молибденовой троволоки для сеток прово-
локой «А» необходимо при навивке учитывать
ее меньшее временное сопротивление разрыву
(внимательность при наладке машин!) и то
обстоятельство, что теплопроводность сплава
«А» примерно в 9 раз ниже, чем молибдена
(термоэмиссия сеток), вследствие чего прово-
локи диаметром меньше 50 мк необходимо
применять с известной осторожностью. Одна-
ко в противоположность этому материал
очень хорошо зарекомендовал себя при ис-
пользовании его в виде траверс диаметром 1
и 1,2 (±0,02) мм.
D. Сплав для биметаллов (молибдено-
никелевая сталь MoNiFe 5/27/68). Как видно
из названия сплава, он используется в биме-
таллических композициях 177 в термовыключа-
телях, обычно в паре с инваром (36 Ni, 64 Fe,
см. § 6-1-П) (см. рис. 6-4-3 и та-бл. 6-4-4).
Его удельное электрическое сопротивление
при 20°С: 0,082; при 400° С: 1,0; при
600° С: 1,08 и при 1 000° С: 1,14 ом-мм2/м.
Технические применения комбинации двух
металлов 36/74 NiFe и 5/27/68 MoNiFe: тепло-
вые защитные релейные устройства для на-
каленных катодон игнитронов; стартеры лю-
минесцентных ламп (см. рис. 5-3-12); вакуум-
ные термовыключатели; вентили для напуска
газа (см. гл. 20).
177 Биметаллы получают путем прочного соеди-
нения (сваркой и прокаткой) двух металлов с раз-
личными коэффициентами теплового расширения;
•вследствие этого пластинки из такого материала при
изменении температуры изгибаются. Это свойство
используют для измерения температуры или ее регу-
лирования (® автоматических выключателях или пре-
дохранителях). Пластинки обладают в зависимости от
своей толщины (0,1—2 мм) различной изгибающей
силой. Усилие (при прямых полосках) или момент
кручения спирально скрученных полосок при увели-
чении толщины лент возрастают приблизительно
в 2 раза по отношению к изменению толщины. Изгиб
растет примерно до 200° С почти прямо пропорцио-
нально температуре, при более высоких температу-
рах — несколько медленнее.
£. Молимет или Gilgrid является мате-
риалом для -проволок, содержащим 10% Мо,
45% Ni и 45% Fe. Применяется аналогично
проволоке «А» для сеток приемно-усилитель-
ных ла-мп.
Подробности об этом материале неизвест-
ны, его пригодность для указанной цели
вследствие низкого содержания молибдена,
вероятно, немного меньше, чем проволоки «А».
Рис. 6-4-3. Термическое расширение
инвара и MoNiFe (5/27/68) (Л. 3].
F. Элгилой (табл. 6-4-2) является недав-
но разработанным и еще не испытанным
в вакуумной технике сплавом MoCoNiCr, ко-
торый, несмотря та высокое содержание ко-
бальта, немагнитен и должен обладать боль-
шей механической прочностью, чем сталь
(временное сопротивление разрыву 250 ка/льи2,
твердость по Бринеллю 590 против соответст-
венно 225 кг]мм* и 580 для пружинной
стали!).
III. Сплавы вольфрам — никель — кобальт
Сплав, состоящий из 74—84% W, 12—
22% Ni и около 5% Со (коэффициент расши-
рения Э5 • 10—7 \[град, удельное электрическое
§ 6-4] Сплавы неблагородных металлов с тугоплавкими 321
Таблица 6-4-3
Свойства сплавов MoNiFe
Марка Хастел- лой А Хастел- лой В Хастел- лой С Проволока „А“ В7М или Контра- зид
Удельный вес г/сл3 8,80 9,24 8,94 8,8 8,4
Температура плавления: ликвидус солидус ° С 1 320 1 200 1 350 1 320 1 305 1 270 1 320 1 400
Температура отжига °C 1 175 1 175 1 220
Временное сопротивле- ние разрыву: отожженный нагартованн ый КГ1М.М2 77—84 91—98 80—90 77—84*) 105 см. рис. 3-8-5 80 138
Относительное удлине- ние: отожженный нагартованный { “/о 40—48 40—45 25—50 25—35 До 50 |См. рис. 1 5-1-4
Предел текучести: отожженный нагартованный кГ/мм2 30—37 42—46 38—45 . 33—36 до 80 30s) 22s) 125
Модуль упругости кГ1мм'г 19000 21700 20 000
Временное сопротивле- ние разрыву при тем- пературе: 800° С 900° С кГ)мм2 28—371) 39—431) 35—43*) 42 28 См. рис. 5-1-4 См. рис. 5-1-4
Предел ползучести ск (1%/год) 1,055 См. рис. 6-4-2
кГ/мм2 200—215
Твердость по Бринеллю: отожженный нагартованный 210—235 160—210 207—210 280 - -
Твердость по Роквеллу: отожженный В 94—97 В 96—100 В 84—95
Температурный коэффи- циент линейного рас- ширения: 0—100° С 0—1 000° С 10-,1/г/'а6 НО 154 100 146 113 153 107(20—300° С) 130—156
Теплопроводность кал 0,04 0,027 0,03 0,04
м-сек-граи
Удельное электрическое сопротивление: 20° С 1 050° С 1,267 1,35 1,33 1,1 1,16 1,24
Температурный коэффи- циент электрического сопротивления 20— 800° С Ijzpao 0 0 0 0
Точка Кюри °C х.0
») Относительное удлинение до 800° С: 11—27%.
2) Отожженный при 1 150° С (см. рис. 5-1-4).
3) Отожжеииый при 1 250° С (см. рис. 5-1-4).
*) агВ при 800° С: 42 кГ/ммг,
при 900° С: 28 к Г 1мм3.
21—2200
322
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. G
Таблица 6-4-4
Свойства биметалла „MoNiFe-инвар" в сравнении с другими биметаллами
Состав биметалла Удельный изгиб, мм') Удельное электри- ческое сопротив- ление (20° С), ОМ-ММ2/М Макси- мальная допусти- мая тем- пература, °C Примечания
I. Компо- нент с малым расшире- нием II. Компонент с большим расшире- нием
Сталь Латунь 0,05 0,09 500 Опасность явлений, усталости
Инвар Никель 0,1 0,15 200 Электрическое сопротивление при нагревании быстро растет (при 200° С р=0,27)
Инвар Латунь 0,14 0,11 150 Опасность явлений усталости, боль- шой изгиб, малое электрическое сопротивление
Инвар Ма рганцовисто- никелевая сталь 0,13 0,7 500 Допустимо использование до 500° С
Инвар MoNiFe (5/27/68) 0,17 0,82 1 250 Большой изгиб
*) Удельный изгиб (лл)—перемещение свободного конца закрепленной с одной стороны биметаллической
пластины длиной 100 мм и толщиной 1 мм при повышении температуры на 1° С.
сопротивление около 0,13 ом • мм2/м) был раз-
работан как материал для впаев в алюмобо-
росиликатные стекла, устойчивые по отноше-
нию к натрию, и используется, например,
в натриевых лампах [Л. 8]. Свойства этого
материала до сих пор еще мало известны. Со-
став сплава, пригодного для впаивания (про-
волока диаметром 1 мм), примерно следую-
щий: 80,0 W; 13,62 Ni; 4,70 Со; 1,26 Fe;
0,45 Si (н % вес.).
IV. Сплавы вольфрам—никель
[Л- 1]
Методами порошковой металлургии были
получены сплавы никеля с 5—40% вольфрама,
из которых путем холодной обработки изго-
товляют проволоку (диаметр до 25 jmk) и тон-
кие ленты (сечение до 0,012X4 мм), исполь-
зующиеся в электровакуумной промышленно-
сти. Основные свойства сплавов приведены
в табл. 6-4-5. С увеличением содержания
вольфрама прочность этих сплавов по срав-
нению с чистым никелем значительно возра-
стает (рис. 6-4-4 и 6-4-4А). Тепло- и электро-
проводность сплавов заметно снижаются с
увеличением количества вольфрама в сплаве
до 40% (рис. 6-4-5). Сплавы, содержащие
более 30% вольфрама, упрочняются при от-
жиге в результате выделения при этом новой
фазы. Так, например, отожженный сплав ни-
келя, содержащий 40% W, может сначала
быть подвергнут холодной обработке, а затем
упрочнен при 700—950“ С, т. е. как раз в той
области температур, которая совпадает с обыч-
ной рабочей температурой кернов оксидных
катодов. Как правило, для производства
электровакуумных приборов применяют спла-
вы, содержащие до 30% вольфрама, так как
они проще в изготовлении, чем спланы, более
богатые вольфрамом. Для изготовления тон-
костенных трубок, применяющихся н качестве
кернов оксидных катодов косвенного накала,
наиболее целесообразно использовать сплавы,
содержащие 20% вольфрама [Л. 1]. Сплавы
Рис 6-1-4. Зависимость предела текуче-
сти ар сплавов никеля с вольфрамом от
содержания вольфрама сур при двух раз-
личных температурах Т д. Данные полу-
чены на отожженных проволоках при на-
гревании в защитной атмосфере Na+Ha
(90/10) в течение 10 мин; точки X—после
старения (0,5 и, 900 ° С) (Л. 1].
§ 6-4]
Сплавы неблагородных металлов с тугоплавкими
323
Таблица 6-4-5
Свойства сплавов никель — вольфрам в сравнении со свойствами чистых
компонентов
Ни- кель (Отож- жен- ный) Сплавы никель — вольфрам Вольфрам
5%W 10%W 20%W 30%W 40%W твер- дый рас- твор 40%W соста- рен при 900° С, 30 мин
Удельный вес г'см3 8,9 9,14 9,40 9,98 10,63 11,43 — 19,3
Предел текучести: 20° С 800° С кГ/мм2 См. рис. 6-4-4
14 1,6 17,3 9,8 21,2 13,4 35,7 19,7 51,2 30,7 78,5 118 44 150
Длительная прочность См. рис. 6-4-4А
Модуль упругости кГ/мм2 21 400 — - - 23 300 24 400 — 35 700
Теплопроводность при 150° С кал См. рнс. 6-4-5 — 0,31
см-сек-град 0,16 0,102 0,062 0,046 0,034 0,029
Температурный коэффи- циент лниейного рас- ширения (20—320° С) 10-7 1/град 145 — — — 118 106,5 — 44
Электрическое сопротив- ление при: 20° С 800° С 1 000° С Ом-ММ2/м См. рис. 6-4-5 0,76 1,02 0,056 0,27 0,33
0,068 0,44 0,49 0,17 0,53 0,59 0,27 0,62 0,69 0,51 0,84 0,89 0,93 1,06 1,09 1,24 1,31
Точка Кюри °C 353 280 200 Сплавы немагнитны
Сплавы никеля или меди с вольфрамом,
так называемые «тяжелые металлы», содержа-
щие более 85% W, которые получают также
спеканием, отличаются высоким удельным ве-
сом, хорошими механическими свойстнами,
сравнительно легкой обрабатываемостью и ма-
Рис. 6-4-4 А. Зависимость времени дли-
тельной прочности t[) накаленных прово-
лок из сплавов NiW от температуры при
постоянной нагрузке а —2,7 кг (мм.2 [Л, 5].
J —1%W; 1,9% Al; i% U; остаток Ni;
2—10%W; 0,05—0,2% Al; остаток Ni;
«3—20% W; 0,05—0,2% AI; остаток Ni.
Рис. 6-4-5. Зависимость удельного электрического со-
противления р и теплопроводности Х-с плавов никель—
вольфрам от содержания вольфрама сдг при различных
температурах Тд. Точки X получены после старения
(0,5 ч, 900* С). Все отжиги производились в защитной
атмосфере [Л. 1].
21*
32 4 Сплавы и композиции черных и цветных металлов [ Гл. b
Рис. 6-4-6. Зависимость толщины слоя 50%-ного погло-
щения f-излучения dj/2 в тяжелом металле „SM"
(плотность 17 г/см3) от энергии излучения Е~ в сравне-
нии с W. U, РЬ и Fe [Л. 71.
лой проницаемостью для у-излучения (см.
рнс. 6-4-6).
Поэтому их используют для защиты от
излучения в рентгеновских трубках и для из-
готовления контейнеров для хранения радио-
активных изотопов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Davis М. et al., Jour. Inst. Metals,
84 (1955—56), Febr., S. 160—164 (Свойства
сплавов NiW, полученных методом металло-
керамики) .
2. F i е 1 d В. E., in Metals Handbook,
Edition Cleveland, 1948, S. 1054—1057 (Сплав
NiMoFe — «хастеллой»).
3. H i e m e n z H„ Festschrift W. Heraeus,
S. 77, Hanau, 1930 (Сплав MoNiFe).
4. Holladay J. A., Can. Pat., 351,
846/32/35 (Сплав NiFeMo для оксидных ка-
тодов).
5. К a t e s L. W., US Pat. 2, 720,
458/1952/1955.
6. Kieffer R. u. Benesovsky F.,
E. u. M., 65 (1948), 146 (Поглощение у-излу-
чения различными материалами).
7. Moteff J., Nucleonics, 13 (1955),
Juliheft, Nucleonics Data Sheet Nr. 5 (Про-
волока из сплава WNiCo для вводов в
стекло).
8. Pirani М. u. Wolff Н, DRP 599,
700/33/34 (Снижение ползучести металлов в
результате отжига).
9. Rohn W„ Z. Metallkde, 24 (1932),
127.
6-5. БИМЕТАЛЛЫ
[Л. 18]
Биметаллы, применяющиеся в вакуумной
технике, представляют собой материалы, со-
стоящие из нескольких слоев различных чи-
стых металлов или сплавов. Их получают
совместной прокаткой отдельных листов, про-
каткой гальванических покрытий178 или про-
тяжкой круглых металлических прутков, по-
крытых слоем другого металла.
При холодном плакировании пластичных
лент [Л. 13] их вначале подвергают тщатель-
ной химической179 и механической 180 очистке,
после чего прокатывают под очень большим
давлением до степени' деформации около 50%.
Это приводит к соединению лент, проч-
ность которого повышается путем отжига в за-
щитной атмосфере, сопровождающегося рекри-
сталлизацией одного или обоих металлов, спе-
канием и диффузией. Таким методом можно
с двух сторон покрывать, например, железо
никелем или медью, а бронзу или монель-ме-
талл 181 — серебром. Полученные ленты можно
затем обычными методами прокатывать до
толщины 0,1—0,2 мк.
При изготовлении платинита можно
использовать либо впаивание сердечника
в медную трубку, либо спекание, прокатку
или протяжку182 183 * сравнительно толстых галь-
ванических покрытий меди на основном ме-
талле.
Перечень биметаллов, применяющихся
в настоящее время в вакуумной технике, а так-
же указание разделов, в которых они описа-
ны, приведены на стр. 325 188.
Металлургические заводы поставляют
обычно биметаллы производителям- электрон-
ных ламп. Обычные гальванические покрытия,
особенно если они производятся после изго-
товления деталей из основного материала (на-
пример, золочение навитых сеток), не отно-
сятся к биметаллам.
С помощью биметаллов удалось сочетать
. свойства двух или трех чистых металлов или
сплавов, причем при их комбинации биметалл
может получить еще новые выгодные свой-
ства 18S *.
I. Никелированная медь
Медь вследствие своей высокой электро-
и теплопроводности незаменима для ряда из-
делий в производстве электронных ламп, осо-
бенно в виде проволоки. Однако она очень
невыгодно отличается от никеля своей незна-
чительной устойчивостью против коррозии на
воздухе, в особенности при высоких темпера-
турах, которых нельзя избежать при заварке
электродных систем в стеклянные оболочки.
Для этих целей хорошо зарекомендовала
себя медь с никелевым покрытием, так как
178 Обычные гальванические покрытия в боль-
шинстве случаев оказываются недостаточно плотными
для вакуумной техники. Поэтому они, как правило,
требуют дополнительной механической или термиче-
ской обработки.
178 Мойка, травление, восстановление.
180 Пескоструйной и шлифовкой.
181 В этом случае необходим промежуточный слой
медн, который наносят электролизом.
182 Например, протяжкой проволок с гальваниче-
ским покрытием медью на волочильйом стане.
183 О биметаллических припоях см. § 9-3-IV.
Биметаллы, составляющие которых резко различаются
по коэффициенту термического расширения, описаны
в § 6-4, 11.D.
185 Типичным примером является жесть Р2 г(см.
разд. III). Назначение железного кериа: замена де-
фицитного никеля; (назначение А1 --покрытия:
предотвращение выделения газа из железного керна
в вакууме; иазиачеиие комбинации: чернение поверх-
ности металла в результате происходящей при на-
гревании реакции между Fe-керном и А1-покрытием.
§ 6-5]
Биметаллы
325
Раздел § 6-5 Сердечник Покрытие Марка
I Медная проволока Никель —
II Медная проволока Железо и никель —
III Железная лента Алюминий, двустороннее по- крытие Лента Р-2 Альфер
IV Железная лента Одна сторона — алюминий, другая — никель Лента PN Альнифер
V Железная леита Одна сторона — алюминий, другая — специальное же- лезо Лента Р1
VI Железная леита или прово- лока Хром Хромированная диффузи- онным отжигом сталь
VII Железная проволока Медь —
VIII Железная лента нли прово- лока Никель Лента N2, Нипрон, Нифер
IX Проволока FeNi (58/42) Медь -)- бура Платинит
X Проволока FeNi (52/48) Платина —
XI Молибденовая проволока Золото —
XII Молибденовая проволока Платина Y-проволбка
XIII Вольфрамовая проволока Медь —
XIV Спеченный пористый вольфрам Медь, пропитка —
XV Спеченный пористый вольфрам Свинец, пропитка —
при этом удается сочетать хорошую проводи-
мость меди с высокой устойчивостью никеля
против коррозии. Слой никеля наносится ча-
ще всего электролитически. Так как такие
покрытия недостаточно плотны, проволоку
в большинстве случаев дополнительно отжи-
гают в азоте и протягивают, а жесть прока-
тывают, чтобы получить прочно прилегающее
плотное покрытие.
У обычных марок покрытых никелем про-
волок для вакуумной техники (например, так
называемые проволоки «Кульгрид») 186 слой
никеля составляет 25—30% всей поверхности
сечения проволоки; их предельная электриче-
ская нагрузка — около 70% допустимой на-
грузки чисто медной проволоки такого же се-
чения. Выпускаются проволоки диаметром
“• Производителем ранее была Callite Comp.,
в настоящее время Sylvania Elect Products, Inc., Parts
Division, Warren (Pa), США.
0,1—1,5 мм, канатики, сплетенные нз отдель-
ных .проволок диаметром 0,1—0,3 мм, различ-
ного вида и размеров (а также плетеные
плоские ленты), стержни диаметром 0,8—
12 мм и в последнее время также фольга тол-
щиной до 3 мк. Этот материал используется
прежде всего в качестве токоподводов или
гибких выводов, в особенности для ламп с обо-
лочками из тугоплавкого стекла, когда вслед-
ствие высокой температуры газового пламени
при заварке ножки электронной лампы
в баллон легко возникает опасность пережога
незащищенных медных проволок. Кроме того,
покрытые никелем медные проволоки исполь-
зуют вместо проволок из чистого никеля для
токовых вводов внутрь газополных (Ar-FN2)
ламп накаливания, так как из опыта эксплуа-
тации известно, что при использовании неза-
щищенных медных вводов вольфрамовые спи-
рали становятся хрупким-и (каталитическое
воздействие меди на образование нитрида
326
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
вольфрама прн взаимодействии с азотом).
Используется также для траверс миниатюрных
сварных сеток из молибденовой проволоки.
Проволока хорошо сваривается сама с собой,
а также с никелем, медью, молибденом
и вольфрамом.
II. Медная проволока, покрытая железом
и никелем
Эта проволока состоит из медного керна,
покрытого слоем железа, сечение которого
составляет '10% от сечения всей проволоки.
Покрытую железом проволоку после этого
электролитически никелируют (толщина слоя
никеля примерно 30 мк), а затем слой нике-
ля вжигают в подложку, нагревая прово-
локу в атмосфере азота примерно до 600° С.
Иногда проволоку рихтуют. Изготовленную
таким способом проволоку используют для
траверс сеток, охлаждаемых путем теплоот-
вода. Медный керн обеспечивает отвод тепла;
промежуточный слой железа повышает твер-
дость проволоки и одновременно предотвра-
щает сплавление меди и никеля, что могло
бы вызвать снижение теплопроводности про-
волоки, в то время как никелевое покрытие
делает невозможным ржавление железного
слоя и одновременно обеспечивает свари-
ваемость проволоки (например, с тонкими мо-
либденовыми проволочными сетками). Обычно
используемые в вакуумной технике проволоки
имеют диаметр 0,4+0,015 мм (0,5; 0,6; 0,8;
1,0; 1,2)+0,02 мм и 1,5±0,02 мм.
III. Алюминированное железо с двусторонним
покрытием («жесть Р2»)
(Л. 2, 15, 116, 21, 23, 81]
Эта жесть, которая н качестве замены
карбонизированной никелевой жести (см.
§ 9-4-1) стала очень важным материалом
для вакуумной техники, начала применяться
после того [Л. 40], как было обнаружено, что
покрытая алюминием железная жесть, разра-
ботанная перед второй мировой войной в це-
лях экономии алюминия для папиросных бан-
деролей и упаковки пищевых продуктов и про-
дававшаяся под маркой «ферран» или «трина-
лит» [Л. 25, 26, 36], при нагревании окрашива-
лась в темный цвет. Для применения в ваку-
умной технике необходимо вместо алюминия,
содержащего цинк и используемого при изго-
товлении обычной продукции, применять
алюминиевую жесть, не содержащую цинка.
Сам процесс изготовления жести ни в чем не
изменяется. Почернение вызывается образова-
нием соединения между железной основой
и алюминиевым покрытием с предположитель-
ным составом FeAls, которое возникает в ре-
зультате экзотермической реакции при высо-
ких температурах и создает на поверхности
покрытой алюминием железной жести зерни-
стую, очень шероховатую матовую 'пленку,
придающую поверхности темную синевато-се-
рую окраску187. Эта пленка возникает не
только при нагревании на воздухе; еще луч-
187 Аналогичный эффект «чернения» может быть
получен также осаждением А1 в вакууме на Fe. Дру-
гие комбинации металлов , (напри мер, N1+A1, Мо+А1.
W+A1, Со+А1) также обнаруживают подобное явление
[Л. 44], хотя условия в случае Fe+AI, прежде всего
шее покрытие получается при нагревании в
защитной атмосфере, а лучше всего — в ва-
кууме. Степень черноты повышается пример-
но до 80% полной излучательной способно-
сти черного тела. Кроме того, эта новая
жесть, вырабатываемая специально для ваку-
умной техники под торговой маркой «жесть
Р2» и покрытая с двух сторон алюминием, не
обладает в отличие от непокрытого железа,
содержащего углерод, способностью постоян-
но выделять газы. Поэтому она стала, глав-
ным образом во время мировой войны, наи-
более употребляемым материалом, заменяю-
щим никель для изготовления анодов прием-
но-усилительных электронных ламп на евро-
пейском континенте, а после войны она во все
возрастающих количествах употребляется и в
Америке [Л. 51].
Эффект почернения объясняется мелко-
кристаллической структурой очень пористого
поверхностного слоя, состоящего из конгломе-
ратов мельчайших, лежащих за пределами
разрешающей способности обычных микроско-
пов частиц FeAl3. На основании результатов
последних микроскопических и микрокинема-
тографических исследований процессов обра-
зования чернящего слоя [Л. 48] можно прийти
к следующим выводам.
Предпосылкой для создания эффекта по-
чернения является образование одного или
нескольких интерметаллических соединений
в результате реакции в твердой фазе (т. е.
ниже температуры плавления каждого из ком-
понентов). Необходимо далее, чтобы теплота
образонания этих соединений была возможно
большей уже при малых концентрациях ме-
талла, плавящегося при более высокой темпе-
ратуре. Последний н свою очередь должен
быть мало растворим в другом металле при
температурах, близких к точке его плавления,
и ни при каких соотношениях не должен обра-
зовывать с ним сплавов. При обработке жести
Р2 происходят следующие. процессы. Уже ни-
же точки плавления алюминия (685° С) про-
исходит образование кристаллов FeAl3 (тем-
пература плавления 4 180° С), которые не об-
наруживают тенденции к росту. Тепло, подво-
димое извне и выделяющееся в процессе са-
мой реакции, ускоряет (взаимодействие алю-
миния с железом. Наконец, алюминий
плавится и вся масса приходит в турбулент-
ное движение, (весьма способствующее обра-
зованию мелких кристаллов.
Процесс производства жести Р2 толщи-
ной 0,15 лои, которая главным образом
используется для электронных ламп, описан
в табл. 6-5-1 со всеми подробностями н соот-
ветствии с данными двух европейских изго-
товителей.
Кроме уже (приведенного требования,
чтобы алюминий, используемый для изготов-
ления покрытия, не содержал цинка, для
производства жести Р2 важны также указан-
ные в п. 3 табл. 6-5-1 требования, касающиеся
с экономической точки зрения, особенно выгодны. Так,
например, слой алюминия на поверхности никеля
[Л. 41} образует черное покрытие только в том слу-
чае, если его толщина составляет всего несколько
микрон, т. е. тогда, когда на поверхности никеля не
остается заметных количеств не вступившего в реак-
цию алюминия.
$ 6-5]
Биметаллы
327
Таблица 6-5-1
Процесс изготовления жести Р2 (общая толщина 0,150 мм)
[Л 15, 16, 23]
1 Торговая марка Feran ) .Железо Р2“ 2)
А. Железный сердечник и его об работка
2 Сорт железа Железо TDPT 3) Железо ТОРТ3)
3 Состав, % (остаток Fe) С 0,06 Мп 0,37 S 0,037 Р 0,039 Си 0,06 Si отсутствует свободный кислород: 0,007+0,002 С 0,08 Мп 0,60 S 0,037 Р 0,039 Си 0,06 Si отсутствует О 0,007 (в твердом рас- творе, а не в виде окисла!)
4 Размеры ленты (лш) (50—150) X 3,2 150X3,5
5 Травление Ю’/о-ная H2S04 10/о-ная H2SO4
6 Дополнительная обработка Промывание, очистка щеткой в сухом состоянии
7 Холодная прокатка До 1,8 мм
8 Отжиг В закрытом стакане
9 Очистка поверхности С обеих сторон щеткой
В. Алюминий, используемый для покрытия, и его об работка
10 Сорт алюминия Специальный сплав алюминия *)
11 Содержание основных компо- нентов, °/о Si 1,09 Fe 0,35 Zn отсутствует Si 1,0—1,5 Fe 0,6 Zn отсутствует
12 Размеры (мм) (50—150) X 0,6 150X0.2
13 Прокатка Без отжига до 0,2 мм Поставляется толщиной 0,2 мм
14 Очистка поверхности Очистка стальной щеткой поверхности, соприкасаю- щейся с железом
С. Процесс покрытия
15 Исходный размер перед про- каткой Железная лента толщиной 1,8 мм, изготовленная в соответствии с пп. 2—9, обкладывается с обеих сто- рон лентой А1 толщиной 0,2 лыи, изготовленной в соответствии с пп. 10—14
16 Размеры валков Диаметр 210 мм
17 Число оборотов валков • 24 об [мин
328
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Продолжение табл. 6-5-1
I Торговая марка Feran *) „Железо Р2* 2)
18 Холодная прокатка (без пред- варительного нагревания жести) В один переход до 0,9 мм
19 Температура валков (нагрева- ние вследствие деформации) 180—200° С
20 Дальнейшая прокатка с лю- быми переходами Без межоперационного от- жига до 0,15 мм Без межоперационного от- жига до 0,15 мм, с 5% (об) Al на каждой сторо- не, т. е. толщина слоя А1 равна около 7,5 мк (пре- делы 5—20 мк)
21 Отжиг в электрической печи (температура и время) 535+50° С, разогрев 8 ч (загрузка 700—800 кг), выдержка при постоян- ной температуре 30 ч 535+5° С на воздухе, 4—6 ч
22 Окончательная обработка — Очистка щетками с одной стороны на автомате
') Изготовитель. Wickede Eisen- u. Stahlwerke, Wickede and. Ruhr.
2) Изготовитель: Trierer Walzwcrke, Langerfeld, Wupperthal— Ruhr.
э) Изготовитель. Eisen- u. Stahlwerke, Hoesch A G. Hohenlimburg.
4) Изготовитель: Aluininium-Walzwerk, Slngen.
содержания кислорода и кремния в приме-
няемом железе и содержания кремния
в используемом для покрытия алюминии
(табл. 6-5-1, п. 11). Важна, кроме того, и со-
ответствующая точность поддержания темпе-
ратуры отжига (табл. 6-5-1, п 21).
Если же использовать обычное железо
в качестве керна и нелегированный алюминий
для покрытия, то температура, при которой
образуется FeAl3, снижается до 430° С, что
ниже температуры необходимого после про-
катки отжига, которая составляет более 500° С.
Такой материал поэтому нельзя было бы
после прокатки подвергать отжигу188 без то-
го, чтобы не возникал FeAl3, что нежелатель-
но, так как для получения чистых чернящих
слоев это соединение должно образовываться
уже после обработки, сварки и обезжиривания
деталей. Кроме того, образование соединения
вызывает определенную хрупкость металла.
При использоваиин железа и никеля, состав
которых соответствует указанному в
табл. 6-5 1, температура возникновения FeAl3
повышается до 680° С, т. е до температуры,
которая лежит значительно выше необходимой
температуры отжига (535° С).
Само собой разумеется, и при холодной
прокатке (табл. 6-5-1, п. 18) необходимо обра-
щать внимание на то, чтобы из-за слишком
сильной и быстрой деформации материала тем-
188 Отжиг пегред употреблением материала для
изготовления деталей ламп безусловно необходим уже
потому, что без лето при отжиге анода или охлаж-
дающих флажков для удаления газов из готовых ламп
часто может происходить недопустимое изменение
формы деталей под действием -внутренних напря-
жений в материале.
пература при прокатке не поднялась выше
600° С. Было выяснено, что обычно для без-
упречной совместной прокатки или сварки Fe
и А1 жести достаточно температуры прокатки
180—200° С, достигаемой без дополнительного
подогрева вследствие выделения тепла при
деформации.
Наибольшая толщина слоя алюминия, на-
носимого на каждую сторону жести Р2, была
ограничена величиной 5—20 мк (в среднем
10 мк), так как при слишком тонких слоях
возникает опасность, что при очистке мате-
риала (см. далее) алюминиевая пленка разру-
шится, .в то время как при слишком толстых
пленках алюминия на последней стадии про-
изводства возникает опасность, что при слу-
чайном слишком высоком высокочастотном
нагреве расплавленный алюминий образует
капли FeAI3, которые, стекая с анода, могут
вызвать короткое замыкание.
В случае нанесения толстых (более 30 мк)
слоев возрастает опасность того, что не весь
алюминий примет участие в реакции с желе-
зом, а частички FeAl3 будут распределены
в слое алюминия. Это не позволит получить
такую же шероховатую поверхность с высокой
излучательной способностью, как при толщине
слоя 10 мк [Л. 48].
Важно, чтобы в прокатанном материале
после отжига на поверхностях соприкоснове-
ния Fe—Al не было никаких переходных
слоев сплавов FeAl (рис. 6-5-1,а,Ь), которые
придают жести хрупкость. Простой метод ис-
пытания, с помощью которого проверяют, не
возникает ли на границе раздела между же-
лезом и алюминием какой-либо сплав FeAl,
§ 6-5]
Биметаллы
329
Рис. 6-5-1. Поперечный шлиф алюминированной железной жести.
а—шлиф протравлен в спиртовом растворе HN)S (45 )ХК /—слой А1; 2—резкая граница между алюминием
и железом без образования сплава FeAl; 3—железный сердечник с 0,1—0.3% Мп; 0,01 0,03 X, Si и 0,04
0 05% С мелкозернистый и равномерно рекристаллизованный; Ь — жесть, покрытая методом погружения
в расплавленный алюминий, после прокатки и отжига [Л. 22] с ясно выраженным переходным слоем
из соединения AlFe, которое вызывает хрупкость материала.
состоит в протравлении жести в 10%-ном рас-
творе NaOH. После этого протравливания
железная жесть должна 'быть светлой, блестя-
щей и без темных пятен. Этим способом мож-
но также надежно проконтролировать толщи-
ну алюминиевой пленки, если измерить тол-
щину жести до и после протравливания ми-
крометром.
В США после второй мировой войны
вследствие общей дефицитности никеля прово-
дили вначале опыты по использованию по-
крытого алюминием материала, который был
изготовлен так называемым методом «liotdip»,
по которому железная лента протягивается
сквозь расплавленный алюминий и при этом
покрывается с обеих сторон независимо от
толщины основы пленкой А1 толщиной при-
мерно 25 мк. При этом, однако, возникает
промежуточный слой сплава FeAl, вследствие
чего, как уже было сказано, покрытый .мате-
риал становится очень хрупким и вызывает
сильный износ штампов. Ни обильной при-
садкой кремния, ни дополнительной прокат-
кой это явление не удается в достаточной
степени устранить. Поэтому ив США с 1948г.
также перешли на холодную прокатку, при-
чем в качестве основы применяют электроли-
тическое железо, а для покрытия — алюминий
марки 2S 189 [Л. 22]. В этом материале, ана-
логично описанному выше (см. рис. 6-5-1,а, Ь),
даже после отжига .при 550° С не возникает
хрупкий сплав на поверхности раздела ме-
таллов. В последнее время этот материал из-
вестен в США под маркой «Альфер»190 [Л.
30].
При дальнейшей обработке жести Р2 воз-
никает более или менее толстая пленка окиси
алюминия, которая, особенно при большой
толщине, похожа на лаковое покрытие. Если
слой окисла не удалить вовремя, то это спо-
собствует тому, что впоследствии поверхность
160 Чистый алюминий, содержащий примерно 99,0%
Al(Fe+ Si 5^1,00%; Cu-^0,2%; С^0.10%; Zn^0.10%;
прочие примеси ^0,15%).
160 Производитель: General Plate, Attleboro (Mass.),
США.
FeAl3 оказывается менее матовой и темной
(общая излучательная способность 60—70%)-
Поэтому при обработке железной жести
Р2 с той стороны, которая в готовой детали
впоследствии должна излучать, необходимо'
этот окисел удалять стальной щеткой [Л. 45],
т. е. на жести для охлаждающих ребер —
с обеих сторон, а на анодной жести — только-
с внешней стороны. При этом .материал при-
обретает на очищенной «раскисленной» сторо-
не шелковистый вид. Важно, чтобы при этой
очистке не была повреждена пленка алюми-
ния. Поэтому жесть для анодов часто не очи-
щают на той стороне, которая обращена к ка-
тоду, чтобы предотвратить случайное обнаже-
ние даже небольших участков поверхности,,
через которые из-за отсутствия защитной
пленки алюминия, абсорбирующей кислород,,
железо могло бы выделять кислород, вредный
для оксидных катодов. Кроме того, тонкая
пленка окисла алюминия на внутренней по-
верхности анода немного снижает скорость,
испарения алюминия, что очень желательно
для обеспечения нормальной работы катода,,
находящегося внутри анода. Свойства изго-
товленной таким способом жести Р2 представ-
лены в табл. 6-5-2.
После механической очистки лент из же-
сти Р2, что, как правило, производится не-
прерывно на автоматах, жесть определенным1
способом нарезают или штампуют и формуют
(сворачивают, давят или подвергают глубокой'
вытяжке), причем необходимо обращать вни-
мание на то, чтобы у анодов наружу была
обращена раскисленная сторона, а также па
то, что жесть Р2 немного тверже и более
упруга, чем никель. Последующая точечная’
сварка деталей из жести Р2 не встречает
трудностей, однако величины давления, на-
пряжения и продолжительности .включения'
сварочных станков немного иные, чем пои
сварке никеля или непокрытого железа. Не-
обходимо также часто очищать сварочные
электроды от осаждающегося алюминия или
А12О3. Наконец, можно соединять точечной
сваркой листы уже зачерненной жести Р2'
друг с другом или с другими металлами (как-
330
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл 6
Свойства жести Р2
Таблица 6-5-2
Удельный вес г/см3 7,65
Температура плавления °C FeAl8: 1 180; Fe: 1 528
Температура отжига °C 535+5
Температура чернения °C 680—800 «900!)
Давление насыщенных паров мм pm. cm. 800° С: 10-« (А1)
Временное сопротивление разрыву кГ/мм2 Незачерненная; около 35 Черная: около 25
Относительное удлинение °/о около 6—7 около 0,5
Длительная прочность кГ/мм2 — 420° С: 2
Твердость по Бринеллю (1,25/15) кГ / мм2 65—83*) 110
Глубина вытяжки по Эриксену мм 6,8—7,1 (до 9) —
Удельное электрическое сопротивле- ние (20° С) ом-мм2 м 0,09 0,20
Полная излучательная способность °/о 20—25 Отожженная при 680° С: 80—85; отожженная при 920° С: 60
Способность к точечной сварке — Немного хуже, чем у железа Хорошая
Коррозионная стойкость — Подобно А1 —
Чувствительность к жидкой ртути — -— При 20° С за 24 ч потерн в весе не наблюдается
’) Неочищенная щеткой 65—76, очищенная 70—83.
Ni, Си и т. п.) более легко и при меньшей
силе тока, чем пезачсрнепную жесть Р2.
Мнения о том, какой из методов черне-
ния жести Р2 наиболее выгоден, до сих пор
различны. Оригинальный и возможно наилуч-
шип метод «Телефункен» состоит в том, что де-
тали, изготовленные из блестящей жести Р2
и уже сваренные, промывают в трихлорэтиле-
не и потом без предварительного обезгажи-
ванпя монтируют в электронную систему. Чер-
нение производится уже на откачном автомате
высокочастотным отжигом анода при темпера-
туре выше 680° С, т. е. немного выше точки
плавления алюминия (658° С) 191. Вследствие
того что глубина проникновения высокочастот-
ного магнитного поля при частоте обычных
генераторов значительно больше, чем глубина
алюминиевого покрытия (см. § 9-2), высоко-
частотное поле мгновенно проникает также
и в слон железа и быстро раскаляет его вслед-
ствие высокой магнитной проницаемости
железа (р 1) до температуры чернения
(680° С), которая все же ниже температуры
магнитного превращения Fe (768°С: р=1).
Поэтому чернение жести Р2 легко удается
производить в вакууме в смонтированных
191 Несмотря на это, если слой алюминия не
слишком толст (наибольшая толщина 20 мк) и высо-
кочастотный нагрев производится не слишком быстро,
•то стекания алюминия с поверхности не происходит.
приборах при использовании высокой частоты
и слой при этом получается очень равномер-
ным. В каждом случае, однако, при высоко-
частотном отжиге необходимо следить за тем,
чтобы детали, которые должны быть зачерне-
ны, не нагревались до температуры выше
900—920° С, так как при отжиге выше этой
температуры качество слоя снова ухудшается;
поверхность анода при этом становится не-
много светлее и излучательная способность
снижается с 85 до 60%. Преимущество этого
способа, кроме того, состоит в том, что при
чернении поглощается больше газа, чем выде-
ляется 192, поэтому использование жести Р2
способствует улучшению вакуума в электрон-
ных лампах [Л. 17]. Это, вероятно, является
следствием возникновения шероховатости (рез-
кое увеличение поверхности!) в момент обра-
зования FeAlg.
По другому методу, готовые и сваренные
детали из жести Р2 193 чернят .перед монтажом
192 Только непосредственно перед образованием
соединения FeAb, т. е. в момент плавления алюми-
ния, происходит незначительное выделение газов.
193 Применение метода черчения жести до изго-
товления и сварки деталей {Л. б'Ц было вызвано
недостатками методов изготовления алюминирован-
ного железа (температура чернения ниже температуры
мягкого отжига), которые .в настоящее время можно
считать преодоленными, так как даже лучшая
жесть Р2 после чернения всегда более хрупка и хуже
обрабатывается, чем подвергшийся мягкому отжигу
нечерненый материал.
§ 6-5]
Биметаллы
331
'в электронную лампу путем предварительного
отжига в водородной печи при температурах
между 680 и 900 С. Это необходимо для не-
больших деталей, изготавливаемых из же-
сти Р2, например охлаждающих ребер, кото-
рые в электронной лампе плохо прогреваются
токами высокой частоты. Однако в любом
случае предварительный отжиг в водороде, ко-
торый должен быть исключительно чистым 194,
не дает такого равномерного чернения поверх-
ности, как отжиг в вакууме. К тому же при
этом алюминий насыщается водородом, кото-
рый, как известно, выделяется вновь с трудом.
Жесть Р2 обладает по сравнению с нике-
.лем и, тем более, по сравнению с теми марка-
ми железа, которые должны были заменять
никель, рядом существенных преимуществ:
а) Ее стоимость равна только 25% стои-
мости чистого никеля и составляет только
10—15% расходов на карбонизированный ни-
кель или никелевые плетеные сетки.
б) Содержание газов в аноде, изготовлен-
ном из жести Р2 составляет только неболь-
шую часть содержания газов в равном по ве-
личине карбонизированном никелевом аноде;
соответственно сокращаются время и энергия
(температура), необходимые для обезгажи-
вания. Длительное выделение кислорода (после
обезгаживания), которое типично для непокры-
того железа, полностью подавляется покры-
тием алюминия.
в) Дорогой и не всегда удачно осуще-
ствляемый процесс карбонизации (см. § 9-4)
целиком отпадает Чернение производится как
побочная операция при неизбежном обезга-
живании; образующееся покрытие равномер-
нее и не менее эффективно, чем при карбони-
зации.
г) Материал значительно устойчивее про-
тив коррозии, чем железо, и поэтому гораздо
лучше и без смазки хранится в обычных
сухих помещениях.
д) При использовании материала Р2 бла-
годаря активирующему действию алюминия
наблюдается общее повышение эмиссионной
способности оксидных катодов по сравнению
< электронными лампами с карбонизирован-
ными никелевыми анодами [Л. 22], не говоря
уже о том, что при использовании жести Р2
отпадает возможность попадания на катод ча-
стичек углерода.
По сравнению с чистым никелем жесть Р2
все же обладает следующими недостатками:
а) Несколько повышенная чувствитель-
ность поверхности, требующая большой осто-
рожности и чистоты при монтаже (работа в
перчатках, особенно после чернения деталей).
б) Необходимость тщательного хранения,
•особенно уже нарезанных деталей, так как
тонкий слой алюминия не создает абсолют-
ной защиты (особенно на граням разреза)
против ржавления железа во влажной атмо-
сфере; сам алюминий также окисляется, что
ухудшает качество чернения.
в) Экспериментально было выяснено, что
жесть Р2 непригодна для анодов ламп, имею-
щих дистилляционные катоды. Причина этого
194 Электролитический водород после тщательной
осушки и удаления кислорода.
Рнс. G-5-2. Миниатюрные электронные лампы с анодами
из жести Р2. Слева: система перед заваркой в колбу
(анод еще блестящий). Справа: та же система, извле-
ченная из готовой электронной лампы (анод из жести
Р2 зачернен высокочастотным нагреванием).
/-—анод из жести Р2; 2— слюдяные пластинки; 3 — пла-
тинит диаметром 0,5 мм; 4 — плоская ножка из свинцо-
вого стекла; 5 — штырьки цоколя из никелевой проволо-
ки диаметром 2 мм; 6 —полочка геттера из никеля тол-
щиной 0,15 мм с двумя отрезками проволочного геттера
Феба диаметром 1 мм.
полностью неизвестна: весьма вероятно, что
определенное значение при этом имеет реакция
паров бария с алюминием в присутствии во-
дородных соединений.
г) Как оказалось, жесть Р2 не может
быть применена во многих случаях, когда рас-
стояние между анодом и оксидным катодом
очень мало, главным образом потому, что при
этом на поверхность катода может напылиться
очень много алюминия, что вызывает повы-
шение работы выхода. Поэтому в таких слу-
чаях применяют специально покрытые только
с одной стороны биметаллы, которые будут
описаны в разд. IV и V этого параграфа.
Жесть Р.2 для вакуумной техники постав-
ляется главным образом в виде лент толщи-
ной 0,15±0,02 мм и шириной 160±0,2 мм на
деревянных катушках. Поставляются также
ленты толщиной 0,3 и 0,5 мм.
Алюминированное железо Р2, или
«альфер», очень широко используют в настоя-
щее время в производстве приемно-усилитель-
ных раиоламп, а также для газонаполненных
.выпрямителей и ионных приборов (особенно
миниатюрных тиратронов), прежде всего для
изготовления анодов, экранов и охлаждающих
ребер. На рис. 6-5-2 показана радиоприемная
миниатюрная лампа с анодами из железа Р2
до и после чернения.
IV. Железная жесть, алюминированная
с одной стороны и никелированная с другой
(«жесть PN»)
[Л. 15, 16, 23, 42]
Для целей вакуумной техники изготов-
ляется несколько марок этого материала; вме-
сте с жестью Р2 (см. раздел III) они схема-
тически изображены на рис. 6-5-3. Наибольшее
332
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
а Р2 ТЕРТ 15мг, Al 120мл Ее 15мл АТ
ь PN 15мл АТ 120мл Ее 15мл Ni
с Р1а ТЕРТ ЕА 15мл АТ 15МКЕЕ 120мл Ее
15мкА1
d Р1Ь TDPT Е& 120мл Ее 15мл Ее
Рис. 6-5-3. Состав и толщина слоев ос-
новных типов железной ленты, покрытой
алюминием с одной или двух сторон, ис-
пользуемых в вакуумной технике. Air
состав см. табл. 6-5-1, п. 11. TDPT—же-
лезо: составом, табл. 6-5-1, п. 3. ЕА—же-
лезо: состав см. табл. 5-3-2» п. 11.
значение из этих односторонне покрытых
алюминием материалов приобрела только так
называемая жесть «PN» (в настоящее время
производится также в США под маркой «аль-
нифер») 195.
Этот материал, предназначенный главным
образом для охлаждающихся путем естествен-
ного лучеиспускания анодов миниатюрных
электронных ламп с оксидным катодом, со-
стоит также из железного основного слоя,
внешняя излучаюшая сторона которого по-
крыта алюминием, а другая, обращенная к
катоду сторона покрывается никелем. Произ-
водство этого .материала, по данным изгото-
вителей [Л. 23, 36], осуществляется следую-
щим образом: железную ленту толщиной
20 мм, шириной 250 мм м длиной 1 м такого
же химического состава, какой используется
для жести Р2 (табл. 6-5-1, п. 3), а также
ленту таких ясе размеров из никеля, не со-
держащего марганца, накладывают друг на
друга хорошо очищенными поверхностями и
для предотвращения .окисления оборачивают
с обеих сторон тонкой железной фольгой.
Весь «пакет» сначала отжигают в электриче-
ской печи при 1 000° С, а затем прокатывают
в горячем состоянии за 7—9 .переходов до
2,5 мм. Поверхностный слой железа удаляют
травлением, а на -непокрытую сторону желе-
за наносят алюминий способом, приведенным
в табл.6-5-1, пп. 15—22.
V. Железная жесть, алюминированная с одной
стороны, а с другой стороны покрытая
специальным железом («жесть Р1»)
[Л. 15, 16, 23, 43]
Для полноты необходимо указать, что не-
достаток никеля в конце второй мировой вой-
ны вынудил конструкторов электронных ламп
в Средней Европе заменять даже тонкие ни-
келевые покрытия в материалах PN другими
СШ ’Ю Производитель: General Plate, Attleboro (Mass.)
металлами. Это привело к разработке еще
иного биметалла под .названием .«жесть Р1»
двух типов, состав которых также приведен на
рис. 6-5-3. В первом случае основной слой
железа марки TDPT, содержащего кислород
(см. табл. 6-5-1, п. 3), делают чрезвычайно
тонким 196 и покрывают с одной стороны алю-
минием (рис. 6-5-3,с), а с другой стороны
вместо никеля — толстым слоем железа ЕА
(см. табл. 5-3-2, п 11). Во втором случае
(рис. 6-5-3,d) основной слой железа, содержа-
щий кислород, обладает той же толщиной, что
и в жести Р2, в то время как слой покрытия
из железа ЕА делается сравнительно тонким.
Оба биметалла Р1. разработанные в копне
второй мировой войны фирмой Телефупкен, не
были использованы в массовом производстве,
так как они были сразу после войны замене-
ны более надежным материалом PN.
VI. Хромированное железо
(железо с двухсторонним диффузионным
покрытием хрома)
В течение ряда лет прн изготовлении
крупных электронно-лучевых трубок вместо
толстостенных и тяжелых стеклянных конусов
используют конусы из ферритного хромистого
железа. Введением в эти сплавы присадки
1% ниобия или титана удается, не вызывая
изменения их структуры (образования аусте-
нита), уменьшить содержание в них хрома до
16—17%, что значительно облегчает их обра-
ботку давлением (см. § 6-1-V, рис. 6-1-35А)
Так как этот материал все же весьма дорог
и сравнительно тяжело обрабатывается, зна-
чительным прогрессом является освоение при-
менения вместо него железа, поверхность ко-
торого с двух сторон покрыта слоем хрома
[Л. 20].
С этой целью пластины толщиной 3 мм из
бедного углеродом (менее 0,1 % С) железа
вместе с феррохромовой рудой (с очень высо-
ким содержанием хрома) нагревают в токе
водорода в закрытой печи при 1 000° С.
В печь через определенные промежутки вре-
мени подают хлористый водород При этом-
образуется летучий хлорид хрома (СгС1з) и на
поверхности пластин происходит обмен атома-
ми хрома и железа. После возгонки и уда-
ления FeCl3 на поверхности остается слой
CrFe, толщина которого зависит от темпера
туры и продолжительности осаждения хрома
и может достигать 70—150 мк. Содержание-
крома составляет у поверхности около 30%
и постепенно убывает при удалении от поверх-
ности в глубь материала. Это обусловливает
отличное сцепление слоя с основным метал-
лом. Дальнейшие подробности об этом про
цессе см. (Л- 6, 7, 9, 28, 33].
Из покрытых хромом пластин можно, не
нарушая состояния их поверхности, изготав-
ливать колпачки, цилиндры и конусы
«• Внутренний основной слой из Ог — Fe в кон-
такте с А1, содержащим кремний, необходим также
м в железе Р1 для хорошего чернения при образова-
нии FeAl3. С другой стороны, возможно, что нанесе-
ние покрытия из железа ЕА (аналогично покрытию-
NI на жестн PN) достаточно хорошо предотвращает
выделение .кислорода из центрального слоя железа-
§ 6-5 j
Биметаллы
333
Рис. 6-5-ЗВ. Коррозионная
стойкость хромированной
диффузионным методом по-
верхности стали; при погру-
жении в кислоту растворяется
только стальной сердечник,
тогда как образовавшийся с
обеих сторон ленты слой спла-
ва CrFe остается неизменным
[Л. 20].
Рис. 6-5-3А. Изготовление конуса кинескопа из стали,
покрытой диффузионным слоем хрома [Л. 20].
1 — исходная пластина толщиной Злой; II— давленый
конус; III — конус после придания ему прямоугольной
формы и оформления бортика; /V —после обрезки
^кромки бортика; V — готовый конус до соединения со
стеклянными частями (экран, купол и горловина); VI —
^готовая металло-стеклянная трубка с конусом из хро-
мированной стали (размер экрана по диагонали 430 мм);
изготовитель: Philips.
(рис. 6-5-ЗА) |97. Высокое содержание хрома
на поверхности делает возможным осуществ-
ление отличных спаев со стеклом 19S.
При этом следует следить за тем, чтобы
поверхностный слой, насыщенный хромом, был
всегда настолько тонким, чтобы коэффициент
термического расширения материала почти не
отличался от коэффициента термического рас-
ширения чистого железа (а«130-10-7 \)град).
Для изготовления спаев с таким материалом
используют стекла специальных марок, кото-
рые в настоящее время выпускают в большом
разнообразии как с содержанием свинца, так
и без него ,99_
Электронно-лучевые трубки с круглыми
экранами и конусами из хромированной стали
одно время выпускались в массовых количе-
ствах. В связи с переходом на производство
черно-белых трубок с прямоугольными экрана-
ми их выпуск был прекращен, так как при
новой форме экрана в стекле не удавалось
достигнуть равномерного распределения ра-
диальных напряжений и производство трубок
в стеклянном оформлении оказалось более це-
лесообразным [Л. 12]. Однако с увеличением
выпуска трубок для цветного телевидения
применение хромированного железа вместо
ферритных (FeCr) .сплавов снова становится
актуальным (см. рис. 6-1-35,11).
Хромированное железо применяется также
для изготовления напряженных спаев со стек-
лом (см. рис. 5-3-9). Это объясняется, во-пер-
вых, тем, что большой коэффициент термиче-
ского расширения железа, необходимый для
изготовления таких спаев, мало изменяется
при нанесении слоя хрома, во-вторых, тем, что
обогащенный хромом поверхностный слой ме-
нее, чем чистое железо, подвержен окислению
при .впаивании .в стекло, и, наконец, тем, что
присутствие хрома существенно повышает
прочность сцепления стекла с поверхностью
металла. Вследствие высокой коррозионной
устойчивости и малой проницаемости для во-
дорода хромированное железо нашло приме-
нение для изготовления корпусов водоохлаж-
даемЫх металлических тиратронов и игнитро-
нов (см. рис. 6-1-39). 197 198
197 Поверхностный слой CrFe весьма устойчив
против коррозии (см. рис. 6-5-ЗВ) и допускает дли-
тельное хранение деталей из такого материала
198 Подробнее см. гл. 30 и [Л. 20].
169 См табл. 10-2 и 10-4, разд. А1 (марки «1990»
и «1991») разд. А2 (<542»), разд. DII («железное стек-
ло»), разд. Е1 («С41» и «С46»), разд. ЕЗ («RL 16»),
разд. 61 («L1» и «Z 601а»).
334
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Для изготовления вводов в стекло этот
материал используют также в виде проволоки
диаметром около 0,5 мм.
Толщина поверхностного слоя составляет
в этом случае 15—20 ми.
VII. Железная проволока, покрытая медью
Поставляется обычно проволока диамет-
ром 0,4±0,01 мм. Толщина слоя меди состав-
ляет 10% общей толщины проволоки. Приме-
няется в ограниченных количествах для заме-
ны никелевой проволоки. В качестве сердечни-
ка применяют проволоку из бедного углеродом
железа или, что лучше, из железа марки А
(см. табл. 5-3-2, п. 11). Медная оболочка со
стоит из электролитической меди (более
99,96% Си, остальное — Мп, Ni, Со, Bi, As).
Процесс изготовления такой проволоки заклю-
чается в заливке медью железной заготовки
в соответствующей форме и в последующей
горячей прокатке или холодной протяжке
[Л. 49].
VIII. Никелированная железная проволока
[Л. 2, 35]
Стремление использовать при конструиро-
вании электронных ламп во всех случаях, ког-
да это возможно, железо вместо никеля, даже
при условии применения безупречного в дру-
гих отношениях специального железа, часто
затрудняется опасностью его коррозии как
в процессе производства, так и при хранении.
Из этих соображений в последнее время желе-
зо тех марок, которые являются пригодными
для вакуумной техники с точки зрения обез-
гаживания и без дополнительного покрытия
(например, описанное в § 5-3 железо «Оммет»
или железо Е или ЕА), все же покрывают
слоем никеля толщиной 5—20 мк (в большин-
стве случаев—10 мк). Так, массивные желез-
ные детали (например, экранирующие колпач-
ки рентгеновских трубок, см. рис. 5-3-14) сра-
зу же после обработки резанием обезжирива
ют, .никелируют, а после этого обезгаживают
высокой частотой в водородной печи, причем
слой никеля хорошо «.вжигается», диффунди-
руя в железную подложку (образование
сплава на поверхности соприкосновения).
Такой отжиг рекомендуется в основном
для всех гальванических покрытий металлов,
Рис. 6-5-4. Микроструктура (800Х) железной проволоки,
покрытой никелем [Л. 34].
I— никелирование без дальнейшей обработки; на по-
верхности присутствует изолированная пленка никеля;
II— отожженная после никелирования до образования
сплава FeNi; это приводит к прочному срастанию пленки
никеля с подложкой.
применяемых в вакуумной технике. На
рис. 6-5-4 показана микроструктура никелиро-
ванной железной проволоки До и после тако-
го отжига, ,в процессе которого никелевая
пленка так прочно соединяется с материалом
подложки, что при перегибании или переламы-
вании проволоки она не отделяется ни при
сжатии (внутренняя сторона перегиба), ни при
растяжении (внешняя сторона).
Железная лента с никелевым покрытием
для вакуумной техники вырабатывается также
двусторонней накаткой (в горячем состоянии)
никелевой фольги. В США под маркой
«nipron» (Ni plated iron) или «pliron» (plated
iron) известна железная жесть с примерно
5%-ным Ni покрытием трех видов а) с грубо
шерховатой поверхностью; б) с гладкой по-
верхностью; в) с поверхностью, обработанной
пескоструйной. Она отжигается 6 ч при 650° С.
Свойства применяемой в Европе жести N2,
а также никелированной железной проволоки
приведены в табл. 6-5-3.
Перед обработкой материала в производ-
стве необходимо обращать особое внимание-
па качество контакта между никелем и же-
лезом. Так, например, при изгибе на 90° на
оправке с острыми кромками недопустимы
появление заметных трещин и отслоение плен-
ки никеля. После отжига в вакууме или вос-
станавливающей атмосфере при 1 000° С по
крытие должно плотно прилегать к керну и на
длине 3 и допускается наличие не более одно-
го пятна. Качество и плотность никелевой
пленки хорошо контролируются проведением
испытаний при высокой влажности.
Железная жесть, покрытая никелем,
используется прежде всего для анодов, тепло-
излучателей и экранов электронных ламп.
Она может применяться в карбонизованном.
состоянии (см. § 9-4-Х1) или покрытой гетте-
рирующим слоем (см. гл. 28); железная нике-
лированная проволока используется, например,
для траверс сеток.
О применении железной жести, покрытой
никелем, для холодных, покрытых калием ка-
тодов ламп тлеющего разряда см., например,
[Л. 10, 19].
Покрытые никелем железные электроды
вследствие их большей магнитной проницае-
мости удается, естественно, лучше обезгажи-
вать токами высокой частоты, чем электроды
из чистого никеля. Из этих же соображений
необходима осторожность при обезгаживании
высокой частотой электродов и экранов, на-
ходящихся вблизи стеклянных ножек или
имеющих с ними тепловой контакт.
IX. Сплав FeNi (58/42) с медным покрытием.
Платинит
[Л. 14, 27]
Разработка этой марки проволоки была-
вызвана тем обстоятельством, что чистая медь,
несмотря на то, что она хорошо смачивается
стеклом, обладает по сравнению с техниче-
скими стеклами («<100-10 7), значительно
более высоким коэффициентом расширения
“20—300“С= *80 • Ю~7 [1/град], чем необходимо
для успешного впаивания в стекло массивных
Таблица 6-5-3
Свойства железной ленты и проволоки, плакированных никелем
Торговое обозначение Жесть N2 Железная прозолока, покрытая никелем
Химический состав железного сер- дечника % С<0,09; Си < 0,15; А1 < 0,05; Р< 0,02; Мп <0,4; S< 0,03; Si <0,1; Fe — остаток Fe >99,74 С<0,09 Мп <0,0,9 Прочие <0,07
Никелевая оболочка Толщина 5—20 мк 10—15% диаметра проволоки
Общий размер Лента; ширина 50—200 мм, общая толщина (0,15—0,3) + 0,015 мм Диаметр (0,4—0,8) +0,01 мм
Удельный вес г/см3 •х.7,85 7,87—7,88
Временное сопротивление разрыву кГ 1ммг Полуотожженная Отожженная Особо мягкая Нагартованная Полуотожженная
42—55 37—45 32—42 60—65 42—55
Относительное удлинение ’/о — >35 >25
Глубина вытяжки по ( п ,г „ „ Эриксену при тол- ° | мм щине ( ММ — 5,6 6,5 8,2 8,8 — —
Удельное электрическое сопро- тивление (20° С) ом-мм3 м 0,096
Теплопроводность кал см-сек-град
0,174
§ 6-5 ] Биметаллы_____________________33S
336
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Рис. 6-5-5. Изготовление платинитовой проволоки.
J—керн из FeNi (58/42); 2—латунная соединительная
фольга из Ms 60; 3— внешняя трубка из бескислород-
ной меди.
медных деталей (хотя бы в виде проволоки
диаметром 0,5 мм). Поэтому был разработан
материал, обладающий небольшим коэффи-
циентом термического расширения (а~
«50- 10—7) и покрытый тонким слоем меди,
благодаря чему необходимое по величине теп-
ловое расширение сочетается с хорошим сцеп-
лением со стеклом.
Производство платинита обычно осуществ-
ляется следующим образом (рис. 6-5-5): прут-
ку из FeNi 42200 длиной около 40 см и диамет-
ром около 6 мм, отожженному в водородной
печи, сначала201 придают шероховатость с по-
мощью пескоструйки, работающей с железны-
ми опилками; затем оборачивают его соедини-
тельной латунной фольгой Ms 60 толщиной
около 50 мк (см., табл. 6-3-5) 202 и плотно на-
девают на него бесшовную трубку из бескис-
лородной или электролитической меди 99,96—
99,99% Си) с толщиной стенки 0,5 мм. Со-
бранный пакет нагревают в водородной печи
при 900° С, где покрытие прочно спаивается
< керном. Полученный таким образом полу-
фабрикат прежде всего протягивают (с меж-
операционными отжигами при 600° С в водо-
родной печи) на волочильном стане до диа-
метра 4 мм, а затем на станках многократг
него волочения до диаметра 0,8—0,35 мм. До-
пустимая деформация в холодном состоянии
между отжигами составляет вначале 10%, при
диаметре 4 мм и ниже — 20—25%, при самых
малых диаметрах — до 40%.
По другому методу железо-никелевый пру-
ток длиной 1 м и диаметром 15 см после очи1
стки его поверхности травлением и обезгажи-
вания в вакуумной печи концентрично уста-
навливают в цилиндрическую форму, внутрен-
ний диаметр которой равен 18—20 см. Форму
и пруток нагревают (лучше в вакуумной печи)
до температуры, превосходящей точку плавле-
ния меди, и в вакууме же заливают простран-
ство между ‘ прутком и стенками
формы расплавленной медью. Процесс
обычно проводят так же, как и при пайке
(см.- рис. 9-3-49). После охлаждения и извле-
чения покрытого медью прутка из формы по-
верхность его шлифуют. Затем заготовки по-
степенно прокатывают при нагревании до все
200 Состав: 41 — 43% N1; 0,5—1% Мп; около 0.2% С;
Si < 0.2%; S < 0,03%; Р < 0,025%; остаток—Fe. Вре-
менное сопротивление разрыву: 55 — 65 кГ/мм* *; относи-
тельное удлинение: 28 — 32%; средний коэффициент
термического расширения между 20 и 300° С; (404-50) X
ХЮ 7 [l/град] (подробнее см. § 6-1-1),
*01 Некоторые изготовители сначала покрывают
сердечник электролитически слоем меди, а затем проч-
но вжнгают медь в течение 1 ч при 900° С в водород-
ной печи.
*® Если использовать керн из FeNi толщиной
25 мм, можно применять также бесшовную, хорошо
подогнанную латунную трубку с толщиной стенки
около 200 мк.
меньшего диаметра между двумя вращающи-
мися в противоположных направлениях валка-
ми, каждый из который имеет полукруглую
канавку соответствующей величины [Л. 50). По
достижении диаметра около 1 см дальнейшую
обработку платинита до меньших размеров
ведут, как уже было упомянуто, холодной
протяжкой с промежуточными отжигами.
После протяжки до необходимого диамет-
ра покрытую медью проволоку окисляют
и покрывают слоем безводной буры 203 толщи-
ной около 10 мк (борирование). Окисление
производят для того, чтобы создать необходи-
мую при последующем впаивании в стекло
пленку красной закиси меди. Черная окись
меди при этом не должна образовываться.
Равномерность слоя закиси меди не должна
нарушаться в процессе впаивания платинита
в стекло. Борирование необходимо для защи-
ты пленки закиси меди от разрушения и от
воздействия атмосферы во время хранения
и Одновременно для облегчения 204 последую-
щего сплавления со стеклом вследствие обра-
зования переходных стекол с бурой. При бо-
рировании покрытую медью проволоку после
очистки поверхности травлением и обезжири-
ванием протягивают сначала на воздухе через
нагретую до 800—900° С печь, а затем через
нагретый до 750° С расплав безводной буры
(1X32640?). Захваченный при этом слой буры
расплавляют для образования стекловидной
массы на проволоке в воздушной печи при
температуре 950—I 000° С. Борирование пла-
тинитовой проволоки может производиться
также погружением ее в насыщенный водный
раствор буры, нагретый примерно до 70° С
(рис. 6-5-6) 205 *. Очень равномерное борирова-
ние удается осуществлять методом катафоре-
за. Схема устройства для этого изображена
на рис. 6-5-7. Проволоку, покрытую медью,
пропускают после сматывания с катушки /
с помощью ведущих роликов 2 через электри-
ческую печь предварительного отжига, нагре-
ваемую до 920° С. Температура этой печи,
так же как и другой печи 6, точно контроли-
руется Pt—PtRh термопарами. Потом прово-
локу через двойную роликовую контактную
систему 4, к которой присоединен отрицатель-
ный полюс источника постоянного напряже-
ния (обычно — сухая анодная батарея или вы-
прямитель), пропускают в сосуд для катафо-
реза 5. В сосуде проволока проходит сквозь
присоединенный к положительному полюсу
батареи (около 20 в) цилиндрический анод
диаметром 4 мм и длиной 20 ях. Для катафо-
реза используют суспензию безводной буры
в метаноле с присадкой какой-либо соли
(обычно L1C1). Суспензия постоянно переме-
шивается и подается в полость анода пропел-
лерным насосом. Чтобы уменьшить испарение
метанола, сосуд закрывают стеклянным колпа-
ком со щелью для прохода проволоки, но, не-
203 Точка, плавления безводной буры 741° С.
204 Кроме того, слой буры защищает от слиш-
ком сильного окисления прн впаивании (черные вво-
ды) и облегчает образование оакиси меди.
203 Покрытая бурой проволока после наплавления
буры должна постепенно и полностью охлаждаться
раньше, чем она коснется ведущих роликов или будет
навита на бобину. Конструкцию необходимого для
этой цели холодильника см., например, в (Л. 8].
§ 6-5]
Биметаллы
337
Рис. 6-5-6. Устройство для борирования
платинитовой проволоки методом погру-
жения („железная дорога*).
I—катушка с платинитовой проволокой;
2—ванна для травления в 5%-ной HNO3;
3—промывочная ванна с проточной во-
дой; 4—промывочная ванна с дистилли-
рованной водой; 5—ванна для обезжири-
вания в трихлорэтилене; 6—печь для
окисления (800—900° С); 7—ванна с на-
сыщенным раствором буры, нагретым до
70° С; 8—нагревательная спираль; 9—
подвод сжатого воздуха; 10—камера,
в которой сжатый воздух создает давле-
ние, препятствующее вытеканию раство-
ра буры через нижнее отверстие сосуда;
11— печь для оплавления слоя буры при
температуре 950— 1 000° С; /2—воздуш-
ный холодильник; 13 ~приемная катушка
с приводом от мотора; скорость движе-
ния проволоки от 5 до 10 м/мин в зави-
симости от диаметра.
смотря на это, метанол необходимо время от
времени доливать. После покрытия проволоку
протягивают на воздухе на участке длиной
около 650 мм; за это время проволока высы-
хает. после чего в печи 6 нанесенный слой
буры расплавляется при 920° С. Затем прово-
локу протягивают через ведущие ролики 7 и с
помощью намоточного устройства 8 наматы-
вают на катушку. Между отдельными слоями
проволоки на катушке при намотке вклады-
вают бумагу для предохранения слоя буры от
истирания или повреждения. Толщина слоя
буры составляет обычно 10—15 л№°в и долж-
на при производстве систематически контроли-
роваться. Скорость движения проволоки при
катафорезном покрытии бурой равна 300 м]ч=
=5 м)мин. Напряжение при катафорезе сна-
чала устанавливается равным 20 в; если ока-
жется, что толщина пленки буры готового
2М Платинитовая проволока диаметром 0,35 мм
борируется до диаметра 0,37—0,38 мм.
22—2200
платинита слишком велика или мала,, необхо-
димо соответственно снизить или повысить
напряжение. Слой буры должен равномерно
покрывать проволоку и плотно прилегать к
ней, образуя блестящую прозрачную пленку.
Ее нужно всячести оберегать от загрязнений
и повреждений. Для этого проволоку нави-
вают на катушки большого диаметра, так как
последующее прямление проволоки без по-
вреждения слоя буры затруднительно. Хра-
нить проволоку следует в абсолютно сухой
теплой атмосфере, нарезанные проволоки —
в герметично закрытых сосудах. В противном
случае пленка буры выветривается и при
дальнейшем использовании проволоки для
впаивания в стекло образуются пузыри. Часто
такую проволоку можно исправить, пропуская
ее перед (резкой через трубчатую печь,
наполненную сухим азотом и нагретую до
500° С. Может применяться и кратковремен-
ное промывание в спирте, но оно не всегда
дает хорошие результаты. Поверхность хоро-
шего платинита должна иметь неизменную
рубиново-красную окраску 207 208 209. На поверхности
проволоки должны отсутствовать следы про-
тяжки, а также черные и, насколько это воз-
можно, светлые места (рис. 6-5-8). .
Медное покрытие должно окружать FeNi
сердечник равномерным по толщине слоем
и плотно прилегать к нему; в этом следует
убеждаться для каждой поставляемой партии
путем изготовления микрошлифов20в. На
рис. 6-5-9 показаны микрошлифы проволок
с медным покрытием хорошего и плохого ка-
чества. Для грубой проверки веса слоя меди
сначала удаляют буру в 5-процентном рас-
творе НС1, а затем проволоку протравливают
в 20-процентном растворе HNO3 до тех пор,
пока вся медь не растворится200. Найденный
таким образом вес меди должен лежать в пре-
делах, указанных в табл. 6-5-4. Физические
свойства проволоки приведены в табл. 6-5-5;
кривые термического расширения в радиаль-
ном 210 и осевом направлениях показаны на
207 По степени окисления медной пленки разли-
чают три типа платинита: а) покрытый бурой до по-
темнения; б) покрытый бурой слоем светлого тона и
в) восстановленный. Последний тип изготовляется
следующим образом: проволоку после покрытия бурой
протягивают со скоростью около 14 м(мин сквозь
трубчатую печь длиной около 1 м, нагреваемую до
1 000° С и наполненную смесью газов (N2+H2). Про-
волоки с темным слоем буры используют для вводов
в стекло, покрытые светлым слоем буры—для про-
стых привариваемых контактной сваркой вводов и
восстановленные — для впаев в верхние части оболо-
чек ламп.
208 Для проверки берут обычную ножку с не-
сколькими впаянными платинитоаыми вводами, кото-
рую шлифуют карборундовым диском со стороны,
обращенной к вакууму, перпендикулярно проволокам
примерно на толщину 5 мм таким образом, чтобы
получилась ровная стеклянная поверхность с сошли-
фованными впаянными проволоками. Поверхность
потом последовательно шлифуют все более мелкими
наждачными и стеклянными шкурками, карборундо-
вой бумагой, порошком окиси хрома, восковой пастой
и пастой из порошка А12Оз. Часть впаев потом про-
травливают 20-процентной НС1, а другие — 20-про-
центной HNOs и наблюдают в мискроскоп с 40—300-
кратным увеличением.
209 После растворения меди необходимо удосто-
вериться в том, что раствор не содержит железа или
никеля.
2,0 О вычислении величины радиального коэффи-
циента термического расширения в зависимости от
химического состава керна и относительного веса по-
крытия см. [Л. 291.
338
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
Рпс. 6-5-7. Устройство для нанесения буры на платинитовую по-
волоку методом катафореза.
1—катушка; 2—направляющий ролик; 3—печь предваритель-
ного отжига для очистки и окисления слоя меди; длина пути при
отжиге 200 мм, температура отжига 920° С; 4 — двойной контакт-
ный ролик; 5—металлический анодный сосуд с катафорезной
суспензией и мешалкой; 6—печь для спекания нанесенного слоя
буры; длина пути при отжиге — около 260 мм; 7 — направляющий
ролик; 8— приемная катушка большого диаметра с приводом.
Скорость движения проволоки 5 м/мин.
рис. (>-5 10. Несмотря на то, что
вследствие применения для изготов-
ления платинита 'материалов с раз-
личными коэффициентами термиче-
ского расширения коэффициент рас-
ширения в осевом .направлении
[а = (60ч-73)-10“7] значительно отли-
чается от коэффициента расширения
в радиальном направлении {(1 —
= (50-=-100) • 10-7 [1/град]} . Кроме
того, материал керна FeNi (58/42)
обладает точкой перегиба кривой
термического расширения примерно
при 350° С, т. е. ниже температуры
трансформации обычных технических
легкоплавких стекол. Хороший кон-
такт слоя меди со стеклом и низкий
предел текучести меди делают воз-
можным изготовление безупречных
вакуумных спаев платинита с легко-
плавким стеклом в промышленном
производстве ламп накаливания на
автоматах. Однако диаметр платн-
Рис. 6-5-8. Примеры брака в производстве платинита, а — чрезмерно окисленная
проволока с черными участками, па которых слой меди частично разрушен;
b—проволока со светлыми пятнами, возникшими, веролтно, вследствие местных
механических повреждений слоя закиси меди.
Рис. 6-5-10. Коивые термического расши-
рения платинитовой проволоки в ра-
диальном (R) и аксиальном (А) направ-
лениях (Z20—длина образна при 20° С: А/—
удлинение при температуре Т).
Рпс. 6-5-9. Микроструктура платинитовой проволоки.
а и b—хорошее равномерное покрытие; с—неправиль-
ная форма сечения железоникелевого керна; d—местное
расслоение медного покрытия: {а—см. [Л. 341, b—dew.
1Л. 321).
§ 6-5]
Биметаллы
339
Рис. 6-5-1 uA. Ввод мощного 25~см магнетрона фирмы
Philips [Л. 11].
J—платинит; 2 — точеный медный конус; 3—коваровая
трубка с приваренным к ней стеклянным колпачком.
-нитовых проволок «не должен превышать
0,8 jh.ii. Поэтому в настоящее время платни-
товая проволока диаметром 0,2—0,8 мм
используется в массовых количествах в каче-
стве материала для впаев в изделия нз мяг-
кого стекла, такие, как лампы накаливания
и приемно-усилительные, главным образом
миниатюрные (см. рис. 6-5-2, п. 3). Наиболее
употребительна проволока диаметром 0,35 мм.
Обычный допуск для проволоки до 0,4 мм
составляет ±0,015 мм, для проволок больше-
го диаметра ±0,02 мм. Однако некоторые из-
готовители электронных приборов требуют
установления допуска на диаметр, равного
±0,005 мм для всех диаметров. О технике
впаивания платинита и методе травления прес-
сованных ножек, изготовленных с применением
платинита, в 20%-ной H2SO4 см. гл. 30. Же-
лезоникелевая проволока, покрытая медью, но
неокисленная и не имеющая слоя буры, на-
шла применение для выводов ламп СВЧ!
(рис. 6-5-10А), причем железоникелевый сер-
дечник обеспечивает необходимую прочность,
а медная оболочка — малое электрическое со-
противление вводов.
X. Платинированная железоникелевая
проволока
Такую проволоку сравнительно просто из-
готовляют непрерывным электролитическим
нанесением слоя платины и дополнительным
уплотнением покрытия путем отжига в водо-
родной трубчатой печи. Так как проволочный
керн и покрытие вплоть до температуры на-
чала снятия внутренних напряжений в при-
меняемых для впаивания стеклах обладают
одинаковым коэффициентом расширения
(90-10-7 \!град), коэффициент термического
расширения проволоки после нанесения покры-
тия не меняется; в отличие от платинитовой
проволоки он практически одинаков в ра-
диальном и осевом направлениях в области
температур 20—400° С. Эта проволока, перво-
Таблица 6-5-4
Вес медной оболочки платинитовых проволок различного диаметра
Диаметр проволоки 0,25 0,30 0,35 0,50 0,75
Вес меди (%) 25—35 30—32 28—30 27—29 26—28
Приблизительная толщина слоя меди (мк) 15 20 30 40. 50
Табл и ц а 6-5-5
Свойства платинитовой проволоки
Керн 42% N1; 58% Fe (см. табл. 6-1-2)
Оболочка Бескислородная медь, 25—35 % от общего ве- са проволоки (см. табл. 6-5-4)
Удельный вес. г, см3 8,9
Временное сопротивление разрыву кГ мм2 28—38 (до 50)
Относительное удлинение % 25—12
Удельное электрическое сопро- тивление ОМ-ММ2/М 0,046—0,057
Допустимая нагрузка по току1) Диаметр [ж.«] 0,3 0,5 0,7 0,9 1,0
Сила тока [а] 2 8,8 14 18,4 20
Температурный коэффициент тер- мического расширения 10"’ \:град Радиальный: 80—100 (90) Аксиальный: 60—73 (71)
Теплопроводность кал -х.0,4
см-сек-г рад
Максимальная рабочая темпера- тура °C На воздухе: 150; в вакууме: 400
1 Надежные данные, относящиеся к вводам с длиной впаянного в стекло участка 12 мм.
22*
340
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
начально служившая заменой платины при
впаях в легкоплавкое стекло, в настоящее
время почти полностью вытеснена платини-
том, но используется еще для специальных
целей, например для впаев, применяющихся
в агрессивных средах: в счетчиках Гейгера —
Мюллера из легкоплавкого стекла, наполнен-
ных парами галогенов или воды, для так на-
зываемых бусинковых впаев (непосредственно
в стеклянную стенку) очень тонких проволок,
так как в этих случаях платинит очень сильно
окисляется.
XI. Золоченая вольфрамовая и молибденовая
проволока
[Л. 4, 5]
Золочение тонких вольфрамовых и молиб-
деновых проволок производится обычно сле-
дующим образом: проволоку пропускают
сквозь трубку из тугоплавкого стекла, через
которую течет водород. Внутри трубки нахо-
дится покрытая золотом вольфрамовая про-
волока, которая нагревается выше точки плав-
ления золота, в то время как покрываемая
W или Мо проволока с помощью ведущих ро-
ликов медленно протягивается в непосредст-
венной близости от нее и покрывается тонким
слоем золота. Ведущие ролики одновременно
служат выводами тока, нагревающего воль-
фрамовую или молибденовую проволоку,
в момент нанесения покрытия.
По другому методу в керамической нагре-
ваемой извне водородной трубчатой печи по-
мещают небольшой кусочек золота, сквозь
который протягивают нагреваемую W- илиМо-
проволоку, покрывающуюся при этом равно-
мерной, прочно вжигаемой пленкой золота.
Такая проволока применяется для сеток,
расположенных вблизи оксидных катодов ко-
ротковолновых ламп, так как золото подав-
ляет термоэлектронную эмиссию, которая воз-
никает при напылении бария на поверхность
сетки. О золочении уже навитых вольфрамо-
вых сеток см. § 4-5 и 9-4-VII. О применении
золоченой вольфрамовой проволоки диамет-
ром 7 мк с толщиной слоя золота 0,5 мк для
навивки сеток с шагом 16 витков) мм см.
[Л. 39].
XII. Молибденовая платинированная
проволока
Так как платина подавляет термоэлектрон-
ную эмиссию молибденовых сеток генератор-
ных ламп с катодами из торированного воль-
фрама вследствие образования сплава Th-Pt,
отличающегося большой работой выхода,
очевидно, что вместо механически мало проч-
ной и дорогой платиновой проволоки целесо-
образнее применять для изготовления таких
сеток платинированную молибденовую прово-
локу. При этом слой платины при сварке этих
проволок с платинированными .молибденовыми
траверсами служит одновременно тугоплавким
припоем. Такие проволоки значительно облег-
чают производство некоторых типов сеток, по-
добных изображенной на рис. 5-2-15 (см. так-
же рис. 8-5-24), с большим числом сварных
соединений. Кроме того, дополнительно нано-
симый обычно на поверхность сеток порошок
Рис. 6-5-11. Схема'устройства для меднения вольфра-
мовой проволоки (Philips —1935).
/ —металлическая спускная катушка с очищенной от
графита вольфрамовой проволокой; 2 — стеклянный со-
суд с электролитом; 3 — стеклянные ролики; 4 — медный
анод; S — стеклянный сосуд с дистиллированной водой
для промывки; 6 — печь для спекания и окисления (дли-
на ,1 м, диаметр 20 мм); 7—приемная пластмассовая
катушка.
циркония спекается с платиновой подложкой
лучше, чем с непокрытой молибденовой про-
волокой.
О технологии промышленного производ-
ства такой платинированной молибденовой
проволоки, известной в США под маркой
«проволока Y»211, до сих шор нет сведений
Простое электролитическое платинирование
молибденовой проволоки наталкивается на
известные трудности. Представляется возмож-
ным непрерывное платинирование ленты ка-
тодным распылением в трубчатом платиновом
катоде в атмосфере водорода или аргона или
же термическим напылением платины в ва-
кууме, причем в последнем случае предвари-
тельно нагретая молибденовая проволока не-
прерывно протягивалась бы сквозь обогревае-
мую проволочным нагревателем платиновую
трубку испаритель. Платинирование молибде-
новой проволоки вжиганием так называемых
«платиновых масел» (см. § 10-4-П) в защит-
ной атмосфере также может оказаться воз-
можным методом изготовления проволоки Y.
Проволока Y может храниться без особых
мер предосторожности, так как она не окис-
ляется Она легко очищается химически или
электрохимически, хорошо сваривается и ока-
залась очень эффективной с точки зрения по-
давления термоэлектронной эмиссии генера-
торных ламп с WTh-катодами даже прн очень
длительной эксплуатации [Л. 3].
XIII. Вольфрамовая медненая проволока
Этот материал применяется в качестве
проволочного керна дистилляционных барие-
вых катодов (см. гл. 24). Производство про-
волоки (при непрерывном процессе) можно
вести в соответствии со схемой на рис. 6-5-11
и табл. 6-5-6. После меднения проволоку про-
тягивают сквозь печь обжига и окисления
длиной около 1 м и диаметром около 20 мм,
нагретую примерно до 600° С.
XIV. Вольфрам—медь
(Состав изменяется в зависимости от на-
значения.) Материал не представляет собой
настоящего сплава. В зависимости от приня-
211 Изготовитель: Eltel Me Cullough, Inc., San
Bruno (Cal.), США.
§ 6-5]
Биметаллы.
341
Таблица 6-5-6
Непрерывное меднение вольфрамовой проволоки с последующим окислением
поверхности (см. рис. 6-5-11)
1. Состав электролита:
125 г CuSO4-5H2C)
50 г H2SO4
50 г 96%-ного этилового спирта 1 л
дистиллированной воды
Источник постоянного тока: бес балластным
сопротивлением 800 ом
2. Вольфрамовую проволоку, включенную как катод, протягивают в ваине по стеклянным роли-
кам со скоростью 1 м/мин. Длина участка проволоки, погруженного в ванну, 420 мм. Сила
d
тока: для проволок диаметром (d)>27 мк: 8 при скорости 97,5 см/мин;
. d
для проволок диаметром (d)<27 мк: 16 при скорости 200 см) мин.
3. После меднения проволоку пропускают через две ванны с дистиллированной водой.
4. После очистки проволока проходит через печь, нагретую до 600° С (длина 1 м, диаметр
20 мм), где происходит окисление поверхности.
того метода изготовления это или суспензия
вольфрама в расплавленной меди, или запол-
ненная медью слабо спеченная вольфрамовая
заготовка (импрегнированный металл). Медь
и вольфрам смешивают
Рис. 6-5-12. Защитный
колпачок из пропитан-
ного медью вольфрама
для антикатодов рент-
геновских трубок. Из-
готовитель: Siemens,
см. также рис. 5-6-5.
в виде мелких порошков,
прессуют и нагревают в
соответствующей форме
в атмосфере водорода
до температуры, более
высокой, чем точка плав-
ления меди. Иногда бо-
лее или менее спрессо-
ванный порошок воль-
фрама (часто предвари-
тельно спеченный при
мерно при 1 800—
1900° С) после хорошего
обезгаживания при
1 800° С заливается в ва-
кууме медью. При этом
порошок или пористое
спеченное тело пропи-
тывается медью целиком
заполняющей его по-
ры 212
Композиции W—Си
можно обрабатывать ре-
занием инструментами из твердых сплавов,
например из титанита или видна. Они приме-
няются в качестве твердого припоя212 213 для
пайки деталей, имеющих высокую точку плав-
ления (см. табл. 9-3-9), а также для контак-
тов мощных вакуумных выключателей и для
электродов станков точечной сварки (10—
50% Си), так как в этом материале хорошая
теплопроводность меди соединяется с механи-
ческой прочностью вольфрама [Л. 1]. Исполь-
зуется также для колпачков антикатодов,
защищающих от рентгеновского излучения
212 Поэтому содержание меди можно достаточно
точно установить по степени пористости спеченной
вольфрамовой заготовки, т. е. из величины давления
прессования и температуры спекания.
213 Кроме Си—W, применяю; также смешанные при-
пои AgW и СиМо.
(рис. 6-5-12 и [Л. 24]). Способность к погло-
щению рентгеновского излучения у материала
с удельным весом 13,5 и толщиной 13 мм при
рентгеновском излучении с энергией 400 кв со-
ответствует слою свинца толщиной 10 мм
[Л. 37].
XV. Вольфрам—свинец
Аналогичный WCu импрегнированный ме-
талл. Применяется для внешней защиты
от излучения в рентгеновских трубках, так как
общая кривая поглощения отличается более
равномерным ходом в более широком диапа-
зоне длин волн, чем для каждого из металлов
в отдельности; используется также как мате-
риал для усиливающих экранов при рентге-
новской съемке (контактное усиление вслед-
ствие возникновения вторичного рентгеновско-
го излучения).
ЛИТЕРАТУРА
1. Aeg, DRP 436 678/24/26 (Сварочные
электроды Си—W).
2. Afetm, Preprint 61, Juni 1957 (Стр. 7—
9: алюминированная сталь; стр. 5—6: никели-
рованная сталь).
3. Ayer R. В, Proc. 1RE, 40 (1952),
591—594 (Платинированная молибденовая
проволока «У» для ламп с катодами из та-
рированного вольфрама).
4. Baker В. О, Brit. Journ. Appl Phys.
4 (1953), 311—315 (Золочение сеток ламп с
оксидными катодами).
5. В а г t о п F., Brit. Pat. 350,
938/1930/1931 (Золочение сеток).
6. Becker G et al., Z phys. Chemie, A
187 (1940), 354—362 (Диффузионное хроми-
рование стали).
7. Becker G. et al., Stahl und Eisen, 61
(1941), 289—294 (Диффузионное хромирова-
ние стали).
8. В г о c k e I W. C., US Pat.
2316, 084/1939/43 (Борирование платинита).
9. C h а р m а п R. М. et al., Report on
investigation of methods of gaseous metal
342
Сплавы и композиции черных и цветных металлов
[Гл. 6
treatment; BIOS Final Report Xs 839, London,
1946.
10. Chi 1 cot A. L., Cold-cathode tubes;
BIOS Report № 622, London, 1946.
11. Dorgelo E. G., Vakuum-Technik, 5
(1956), .180 (Платинит).
12. Duinker Ir. D. M. (Philips Rese-
arch Laboratories, Eindhoven), Частное сооб-
щение 1956 г.
13. Durst G., Journ. of Metals, 8 (1956),
328—333 (Метод плакирования прокаткой).
14. Eldred В. £., US Pat. 1140134 bis
1140136/1'913 (Платинит).
15. Espe W., Slaboproudy obzor, 11
(1950), 31—39 (Алюминированное железо).
16. Espe W. a. Steinberg E. B., Tele-
Tech., 10 (Febr. 1951), 28—30 a. 72 (Приме-
нение алюминированного железа).
17. Espe W., Knoll M. a. Wilder
M. P., Electronics, 23 (Okt. 1950), 84 (По-
глощение газов алюминированным железом).
18. Е s р е W., Slaboproudy obzor, 15
(1954), 39—44 u. 83—89, Nachrichten technik,
5 (1955), 69—74 u. 121—125 (Применение би-
металлов).
19. E v a n s R. C., German cold cathode
tubes; CIOS Report № 9, London, 1946.
20. G i e r J. de et al., Philips Techn.
Rundschau, 15 (1953), Augustheft 2, 60—71
(Хромированное диффузионным способом же-
лезо для впаев в стекло).
21. Gross М. L., FIAT Report № 560,
London, 1945 (17—20: железо «Р2»).
22. Н a a s е А. Р. u. Fehr Е. В., Tele-
Tech, Juli 1951, 33 (Американские марки алю-
минированного железа).
23. Harrison I. S. et al., BIOS Report
№ 1834, London, 1947 (Стр. 25—29: железо
P2 и PN).
24. H a u s s e r K. W., Bardehle A. u.
Heisen G„ Fortschr. Rontgenstr., 35 (1926),
643 (Защитные колпачки из вольфрама, про-
питанного медью).
25. Ноеsсh—К51п Neuessen A. G.
fur Bergbau und Hiittenbetrieb in Dortmund:
DRP 603, 748, 1929/1935 (Применение содер-
жащего кислород железа в качестве сердеч-
ника алюминированной жести).
26. Ноеsсh—Кoln Neuessen A. G.
fiir Bergbau und Hiittenbetrieb in Dortmund:
DRP 580, 270, 1930/1935 (Содержание крем-
ния в алюминии, применяющемся для плаки-
рования железа).
27. Н u 11 A. W. a. Burger Е. Е., Phy-
sics, 5 (1934), 396 f. (Платинит).
28. К е 11 е у С. F., Metals Handbook,
Edition 1948, S. 705—706 (Диффузионное
хромирование).
29. Liempt J. A. .M., van, Rec. Trav.
chim. Pays—Bas, 52 (1933), 399—402 (Расчет
радиального коэффициента термического рас-
ширения платинита по данным химического
анализа).
30. N. N., Electronics, Juni 1952, S. 66
[Характеристики биметаллов: альфер (Р2),
альнифер (PN) н нифер (нипрон)].
31. Owen Е. R., BIOS Report Xs 276,
London, 1945 (стр. 12: железо Р2).
32. Р а г t г i d g е J. Н., Glass-to-metal
seals, Sheffield, 1949 (Спаи стекла с метал-
лом, пер. с англ, под ред. Р. А. Нилендера,
«Советское радио», Москва, 1951).
33. Samuel R. L. a. Lockington
N. A., Metal Treatment, 18 (1951), August bis
Dezember; 19 (1952) Jan.—Febr. (Диффузи-
онное хромирование железа).
34. S c h г 6 t e г К. Z., Metallkde, 23
(1931) (Платинит).
35. Theisinger W. G. a. Huston
F. P., in Metals Handbook, Cleveland, 1948
(Стр. 547-—548: плакирование стали никелем).
36. Trierer Walzwerk A. G. in Trier: DRP
442, 131 (1925/1927) (Метод плакирования
железа алюминием).
37. U п g е 1 е n k A. u. W i е h г J., Z.
VDI, 74 (1930), 431 (Производство рентге-
новских трубок).
38. W а е h 1 е г t М., Nickel Handbuch,
Frankfurt, 1937, S. 21 (Производство плати-
нита) .
39. Walsh Е. J., Bell Labor. Record, Mai
1954, p. 183—187 (Сетки из золоченой воль-
фрамовой проволоки диаметром 7 лк).
40. Weber A. u. Hermann G., DRP
718, 479/1938/1942 (Алюминированное железо
для анодов, чернящееся при отжиге).
41. Weber A. u. Hermann G., DRP
744, 208/1940/1952 (Алюминированный Р-ни-
кель).
42. W е b е г A. u. Hermann G., DBPat
896 229/1940/1953 (Жесть PN; одна сторона
железной ленты плакирована алюминием, а
другая — никелем).
43. Weber A., DBPat 895, 809/1942/1953
(Жесть Р-1: одностороннее плакирование же-
лезной ленты алюминием).
44. Weber A., DBPat 868,026/1941/1953
(Чернение поверхности плакированной же-
сти в результате'образования при отжиге ин-
терметаллических соединений).
45. Weber A., DBPat 895,808/1940/1953
(Очистка поверхности алюминированного же-
леза перед чернением).
46. Weber A., DBPat 895,810/1944/1953
(Железо ЕА: плакирование алюминием с про-
межуточным слоем никеля).
47. Weber А. Р., DBPat 897,
606/1951/1953 (Алюминированное железо с
присадками Al, Be или Ti).
48. W е b е г А. Р., Telefunken-Zeitung, 27
(Juli 1954), Heft 104, S. 73—75 (Алюминиро-
ванное железо для высоковольтных вакуум-
ных приборов).
49. W h i t n e у L. C., in Metals Hand-
book, p. 548, «Copper-covered steel wire», Cle-
veland, 1948.
50. W i 1 s о n С. M., Wire and Wire Pro-
ducts, 13 (1938), 723—727 a. 746 (Производ-
ство платинита).
51. Zavarine T. N. a. Carlson R. F„
The Story of aluminized steel for anodes, Son-
derdruck der Sylvania Corp., Bayside (NY)
und Emporium (Pa), USA, 1948.
§ 7-1]
Цирконий
343
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ
В последнее время в вакуумной технике
все возрастающее значение приобретают ме-
таллы группы IVa периодической системы эле-
ментов, прежде всего потому, что они могут
связывать при нагревании значительное коли-
чество неблагородных газов .(<О2, N2, Н2 и угле-
водороды). Это прежде всего такие металлы,
как цирконий, титан и торий, которые до сих
пор относились к числу редких, хотя, напри-
мер, титан в связи с потребностью многих дру-
гих отраслей техники, использующих его
в большом количестве, в настоящее время уже
вырабатывается в виде пластичного материала
в промышленных масштабах.
Эти металлы, до сих пор применялись
в технике очень редко не из-за малочисленно-
сти месторождений их руд, а прежде всего из-
за общего свойства всех трех названных ме-
таллов — чрезвычайно малой дуктильности
вследствие их значительной склонности к по-
глощению газов. При разработке методов про-
изводства этих металлов вакуумная техника
часто оказывала существенную помощь, и ме-
таллурги, чтобы добиться достаточной пла-
стичности материалов, были вынуждены ис-
пользовать даже при массовом производстве
методы вакуумной техники. Небольшие количе-»
ства этих металлов часто и в настоящее время
получают на заводах, производящих электрон-
ные приборы.
Из этих соображенйй, а также потому, что
методы производства их еще сравнительно ма-
ло известны, в последующих разделах Zr, Ti
н Th будут рассмотрены подробно, тогда как
остальные металлы этой группы, которые в ва-
куумной технике применяются лишь изредка
(Се, In, Cd, Ga, iBi, TI, Сг и Se), описаны очень
кратко.
7-1. ЦИРКОНИИ
[Л. 2, 5, 6, 7, 17, 21, 24, 28, 39, 44, 45
52, 54, 55,-73, 75, 82]
Получение (см. также [Л. 33, 40, 53, 58,
59]). Руда, добываемая в Австралии, Брази-
лии, Индии и США; содержит 40—60% Zr
(в виде окиси); основные примеси — Fe и Ti.
Большие первичные месторождения цирконие-
вых минералов имеются также в СССР, преж-
де всего на (Кольском полуострове и в Каре-
лии [Л. 43]. Дальнейшая переработка до ме-
талла сильно' затрудняется тем, что цирконий
образует со многими элементами очень ста-
бильные соединения и вступает в реакцию
с С, Н2, А1 и Мп, а также тем, что электро-
литические способы получения или не оправды-
вают себя, или дают очень загрязненные про-
дукты.
Получение порошка циркония. Из-за боль-
шого сродства циркония к О2, N2 и другим га-
зам очищенную циркониевую кислоту восста-
навливают натрием или кальцием в вакуумных
печах. При этом получают черный или темно-
серый порошок металлического циркония.
Порошок циркония можно также получить
восстановлением двуокиси циркония магнием
[Л. 67]. Просеянную через сито (25 отв/см2)
окись циркония смешивают с порошком маг-
ния в соотношении 1:1 и восстанавливают
в стальных герметичных сосудах при 1050°С
в электрических печах. После увлажнения про-
дуктов реакции дистиллированной водой цир-
коний отделяют кипячением в соляной кислоте
и затем тщательно промывают.
Размеры зерен порошка циркония лежат
в пределах 0,4—8 мк; степень чистоты порош-
ка— до 99%. Примерный состав порошков ме-
таллического циркония различных изготовите-
лей приведен в табл. 7-1-2. ,В виде примесей
в порошке содержится главным образом ZrO2
(точка плавления 2 700®С), которая осаждает-
ся на поверхности зерен и является причиной
высокой твердости циркония, делающей невоз-
можной дальнейшую переработку в компакт-
ный металл путем спекания.
Порошок циркония для целей вакуумной
техники ие должен содержать Fe, Са, Mg, Al,
Zn, Sn, Pb, As, Sb, Ag и других легко испаря-
ющихся металлов 214, так как в противном слу-
чае при нагревании покрытых порошком цир-
кония деталей электронных приборов эти ме-
таллы будут осаждаться на стенках оболочки.
Как видно из анализов циркония, приве-
денных в табл. 7-1-2, этим требованиям
отвечают далеко не все порошки. Поэтому де-
тали, покрытые порошком не очень чистого
циркония, перед употреблением в электронных
приборах подвергают предварительному отжи-
гу в специальных устройствах '(например, в ва-
куумных кварцевых колпаках) при 1300° С
[Л. 71]. Проще производить предварительную
очистку порошка циркония перед его исполь-
зованием. При этом материал кипятят по
20 мин сначала в 10%-ной НС1215, потом
в 5%-ной НС1215 и, наконец, несколько раз
подряд в дистиллированной воде. После этого
порошок промывают кипящей дистиллирован-
ной водой215 до полного исчезновения ионов
хлора. После ополаскивания в спирте и просу-
шивания при 130° С в сушильном шкафу поро-
шок очищают от летучих примесей отжигом
при I 000° С, например под кварцевым колпа-
ком током высокой частоты в вакууме
(<10~4 мм. рт. ст. во время отжига,
<10~5 мм рт. ст. после охлаждения!). Легко
воспламеняющийся в этом виде материал не-
прерывно размалывают в корундовой или, что
еще лучше, агатовой мельнице при большом
числе оборотов в течение 1 недели под слоем
метилового спирта до тех пор, пока зерно не
достигнет величины 5—15 мк, а потом высу-
шивают. Порошки, которые должны быть ис-
пользованы впоследствии для нанесения мето-
дом пульверизации (см. гл. 28), сначала хо-
рошо высушивают и хранят в ксилоле, пред-
гн Методы контроля см., например. [Л. 27].
2,5 Всегда I весовая часть Zr иа 10 весовых
частей промывочной жидкости.
Таблица 7-1-1
Свойства циркония19) (приводимые данные, если это особо не оговорено, относятся к компактному дуктильному цирконию)
Атомный вес 91,22
Удельный вес (20° С) г[см* 6,52”) Порошок (99/« Zr): ~5,9
Температура плавления °C 1 857 (при поглощении Os повышается) [1 852±10]
Давление насыщенных паров мм рт. ст. См. табл. 7-1-3, 9-5-4 и рис. 7-1-5
Скорость испарения г см3-сек
Температура полиморфного превраще- ния °C Гексаг.->кубич. объемиоцентрир.: 863+3
Температура отжига °C Продолжительность отжига: 30 мин 15 мин 2 сек 525») 750—800”) 7008)
Механические свойства проволоки'31) Холоднотянутая диаметр 0,05—0,1 мм Отожженная 3 ч при 400° С5) Отожженная 3 ч при 495° С Отожженная 3 ч при 800° С Высоко дук- тильный Zr
Временное сопротивление разрыву (20° С) кГ/мм3 95—1004) 90”) 70’) 65”) 394) 42”) 24—32')
Относительное удлинение (20° С) % 1‘) 2”) 3*) 5,5”) 124) 14”) 28—40')
Предел текучести 0,2 (20° С) кГ/мм! 8—14')
Модуль упругости (20° С) кГ/мм1 Проволока диаметром 0,25 мм: 7 500 (6 300—8400’))
Механические свойства прутков по- сле холодной прокатки и ковки с диаметра 6 мм до Зммк) Нагартованные Отожженные при 450° С Отожженные при 790° С Жесть”)
Временное сопротивление разрыву (20° С) кГ/ммг 6322); 58,5“*); 62”) 57”) 39—4322): 17—302'); 25”) 66,5—63,5”)
Относительное удлинение (20° С) »/о 1022); 1—182'); 18’в) ' 20”) 3022); 24—54“*); 31”) 5,3—22”)
Предел текучести 0,2 (20° С) кГ1мм? 5922); 50,5“*); 49”) 38,5”) 20—2722); 7,5—18“*); И”) 54—58”)
344 Редкие металлы [Гл.
Продолжение табл. 7-1-1
Модуль упругости кГ/мм2 10 200’=) 9 800’5) 8 400—9 80022), 6 300—9 800=’), 8 00015)
Твердость по Роквеллу (см. табл. 7-1-ЗА) А 55=’) — — 92”)
В 87,4IS); 9822) 87,7’5) 83—91 ==); 30,3’«); 35—52=’)
30 т 77, Р«) 76,1’5) 29,4’5); 46,59’)
F 106,0’S) 107,1”) 75—81’)
Твердость по Бринеллю кГ/мм2 80’=) Отожженный: 67 Нагартованный: 150
Твердость по Виккерсу (нагрузка 10 кг) кГ/мм2 Йодидный; в зависимости от степени деформации: 60—220
Микротвердость (нагрузка 60 г) кГ/мм2 97’=); см. рис. 7-1-3
Глубина вытяжки по Эриксену (жесть толщиной 4,3 мм) мм Холоднокатаная с 0,4 до 0,3 мм: 2,69 Отожженная в вакууме
480° С. 30 мин 2,95 530’ С, 10 мин 4,00 900’ С, 10 мин 4,21
Температурный коэффициент линейного расширения 10-’ 1/град 20° С 63’); 49,6’); 33’) 20—200° С 54”) 20—400° С 69”) 20—700° С 89”) Для более высоких температур см. табл. 7-1-3 и 7-1-4А
Теплопроводность кал см-сек-град 50° С: 0,04 После отжига в вакууме см. рис. 7-1-4В
Удельная теплоемкость кал г-град Порошок: 0,07 Компактный: 25° С 0,0659 862’ С 0,08 1 000—1 500° С 0,113
Цирконий.
П родоЛженНе табл. 7-1-1
Удельное электрическое сопротивление ОМ-ММ1 м 20’С 0,41"); (0,51)’) (0,53—0,60)") 400’ С: 1,7 800° С: 1,43 См. рис. 7-1-4С и табл. 7-1-3, 7-1-ЗА
Температурный коэффициент электри- ческого сопротивления 1 /г рад 0—100° С: максимальная величина: 4,4-10-8 См. табл. 7-1-3
Излучательная способность (Х=6 500 А) % Гексагональная модификация <1 230° С: 482); 825° С: 43,6s) Кубическая модификация >1 230°С: 432); 1 308’ С: 42,6s)
Соотношение между яркостной в истин- ной температурами См. табл. 7-1-3
Излучаемая мощность emjcM1 См. табл. 7-1-3
Постоянные Ричардсона А а/см2-град2 330 См. табл. 7-1-3
Vo эв 4,13 Пленка Zr на W: 3,14—3,28
Растворимость водорода нем1 г См. рис. 7-1-6 и 9-2-1
Эффективное сечение захвата нейтро- нов, атомное барн 0,18+0,02
’) Поставляет Foote Mineral Со,: при высоких температурах значения ягд н яр
сильно уменьшаются (см. рис. 7-1-4, III).
’) См. 1Л. 88|.
Ч См. [Л. 13].
4) См. [Л. 28].
5) В вакууме.
•) Температура, при которой глубина вытяжки по Эриксену максимальна.
’) См. в [Л. 7] данные для протянутых проволок.
«) См. [Л. 5, 87].
’) См. [Л. 61] (Foote Mineral Со.).
») По [Л. 56] для проволок диаметром 0,4 мм. См. рис. 5-1-4А.
”) См. [Л. 56].
,!) См. [Л. 61] (без указания предварительной обработки).
|3) См. (Л. 16], рнс. 7-1-4 и табл. 7-1-3, 7-1-ЗА.
>4) См. [Л. 40].
») Изготовленный йодндным способом (содержание кислорода от 0,04 до 0,06%),
“) Несколько зависит от содержания гафния (при 2.5% вес. Hi 7 •> 6,59 г/см3).
”) Образцы изготовлены из штабиков, полученных прессованием порошка
гидрида циркония (размер зерен 8 мк) под давлением 7,5 т/см? с последующим
спеканием в вакууме в течение 3 ч при 1 250° С.
1в) Образцы изготовлены так же. как и по ”). Первая из приводимых вели-
чии — значение данного свойства после спекания, вторая — после прокатки при
800° С до степени деформации 50%.
18) См. [Л. 76].
м) См. [Л. 37].
По данным [Л. 42] для йодидного циркония.
2а) По данным[Л. 42] для хлоридного циркония.
Редкие металлы [ Гл
S 7-1]
Цирконий
347
Таблица 7-1-1А
Некоторые свойства чистого дуктильного гафния'), полученного йодидным методом
[Л. 63]
Атомный вес 178,6
Удельный вес г!см* 13,09(13,3)
Температура плавления °C 2 130+15
Температура превращения °C 1 31*0+10
Температура рекристаллизации °C 700—800
Твердость по Виккерсу — 152
Твердость по Роквеллу — А43; В78
Деформируемость О/о Макс. 30
Удельное электрическое сопротивление ом- мм2 м 20° С: 0,34(0,324)
Температурный коэффициент линейного расширения 1/град 0—1 000° С: 59-10-’
Окисляемость на воздухе После 2 ч при 950° С: глубина проник- новения 0,15 мм
Устойчивость против коррозии Очень высокая, но меньшая, чем у цир- кония
Эффективное сечение захвата тепловых нейтронов барн 115+5
Ч Изготовитель: Foote Mineral Comp.: Филадельфия (США).
варительно тщательно очищенном от следов
воды металлическим натрием (2 г на 100 см3).
Эти меры предосторожности обеспечивают хо-
рошее сцепление напыляемых иа поверхность
деталей покрытий. Порошок, который должен
быть впоследствии нанесен на детали способом
катафореза (см. гл. 28), лучше всего хранить
в изобутиловом или метиловом спирте в зави-
симости от того, какая из этих жидкостей
будет использована для изготовления суспен-
зии для катафореза.
Сухой порошок Zr в зависимости от вели-
чины зерен и содержания кислорода само-
возгорается при температурах между 180
и 285° С, а также весьма чувствителен к тре-
нию или статическим зарядам. Поэтому его
дальнейшая обработка в производстве должна
производиться с большой осторожностью. При
просеивании необходимо использовать защит-
ные очки .и избегать образования пыли; следу-
ет также по возможности избегать размола
и дробления сухого порошка. Кроме того, нель-
зя работать на деревянных столах и приме-
нять инструменты из материалов, могущих
дать искру (железо или сталь). Необходимо
иметь достаточный запас песка для тушения
случайно воспламенившегося порошка. Цирко-
ниевый порошок поэтому всегда должен при-
меняться во влажном состоянии (в большин-
стве случаев он содержит 40% дистиллирован-
ной воды). Другие средства защиты от заго-
рания или взрывов порошка циркония см. в
ГЛ. 15, 21, 35, 71].
Порошок гидрата циркония. Главным об-
разом из-за большой опасности возгорания
при работе с порошком металлического цирко-
ния в последнее время вместо него начали
применять порошкообразный гидрид циркония
(ZrH4), который при 800° С в вакууме пол-
ностью выделяет водород и превращается в ме-
таллический цирконий. Гидрид циркония полу-
чают |(Телефункен) в водородных печах
(рис. 7-1-1). спекая в течение 'I ч при 1 000° С
тщательно приготовленную смесь из 1 весовой
части ZrO<2, предварительно отожженной на
воздухе при 950° С, и 5,5 весовых частей мелко-
го порошка магния и дополнительно обраба-
тывая продукт реакции соляной кислотой (бо-
лее подробно см. [Л. 21, 34, 67]). По другому
методу получения [Л. 1] смесь ZrO2 с СаН2
нагревают в атмосфере гелия до температуры
разложения СаН2. Образующийся металличе-
ский кальций восстанавливает ZrO2 до цирко-
ния, который взаимодействует с освобожден-
ным при реакции, а также дополнительно вво-
димым в печь водородом, образуя ZrH4. Путем
обработки продукта реакции в ЙС1, H2SO4 или
CHgCOOH полученную СаО удаляют и выде-
ляют ZrH4. Состав полученных таким путем
порошков гидрида циркония приведен в по-
следних двух колонках табл. 7-1-2. Изображе-
ние зерен порошка Zr.H4 по сравнению с по-
рошком циркония, полученное с помощью элек-
тронного микроскопа, показано на рис. 7-1-2.
О преимуществах применения ZrH4 вместо
порошка металлического циркония подробнее
см. в гл. 28.
Дуктильный цирконий. В настоящее время
удалось такими же методами, как и для ти-
тана (см. § 7-2, рис. 7-2-8), получить также
348
Редкие металлы
[Гл. 7
Таблица 7-1-2
Состав порошков металлического циркония и ZrH4 по данным различных
изготовителей5)
Компонент Содержание, % вес; (—. не определялось; 4-. следы; [+]: слабые следы, обнаруживаемые только спектральным анализом)
Норма2 Порошок металлического циркония8) Порошок ZrH<4)
1 III IV V А в
Свободный Zr >70) 74—78 (около 70) (около 68) — — >80*) —
2гОг Ог 22 16,6—21,2 25,6 29,20 3,2 0,075 — 1,8
ZrH2 2—3 —
н2 — — — — 0,09 — — 1,9
ZrN 2 0,2—0,8 — — _—- — —- —
N2 — — — '— — 0,17 — *—
ZrC 0,1 0,02—0,08 . —
С — — 0,42 0,06 — 0,048 — —
Fe 0,5 0,08—0,39 1,10 (!) + <0,01 0,36 <0,05 0,04
Са 0,01 0,00 0,43 —- — 0,60
Mg 0,01 0,00 0,50 (!) .— <0,005 0,000 <0,08 0,15
Al 0,01 0,00 — — <0,01 •— — 0,03
Si - 0,20 0,8 0,03 0,13 — 0,05
Ni/Co — — +/+ +/+ — 0,02/— — —
Cr — — + + •— —. —
W — — 1+1 [+] — — —
Ti — — 1,78 —. —- — —
Pb 0,05 0,03—0,002 — _—. —
Mn 0,01 0,003—0,004 — + —. — — —
Ag/Sn 0,000 — — — — — —
Zn 0,000 — (0,60!) 1,40 (!) — —- — •—-
As 0,000 . — — —— —.
S 0,000 —- — — 0,01 —- — 0,02
K, Na 0,000 0,000 — — —. — — —
Sb 0,000 —. - - .—
Bi 0,001 0,001 — — .— — — —
Cl 0,01 0,01 — — — — — —
’) Содержание металлического циркония после полного разложения ZrH4.
2) Максимальное содержание примесей в порошке металлического циркония, применяющемся в производ-
стве электровакуумных приборов. Оптимальная величина зерен: < 25 мк: > 95%; < 16 мк: > 90%; < 10 мк: >75%;
<5 мк: > 45% общего количества.
*) Сорт I: Rlede de Наеп (собственный анализ, 1940); П. Bozel Mal6tra, Франция (1950); III: Голландский
материал (1950); IV: Foote Mineral Corp. (США), см. [Л. 13]; V: см: [Л. 13].
4) А: Телефункен (Германия), см. [Л. 34]; В: Metal Hydrides Inc. (США), см. [Л. 31], диаметр зерен 1—2 мк.
5) Помимо указанных примесей, в дуктильном цирконии всегда присутствует некоторое количество гафния
(1.5—3% в зависимости от содержания гафния в исходной руде), который отделяется от циркония с большим
трудом.
§ М]
Цирконий
349
Рис. 7-1-1. Схема устройства для получения гидри ца циркония.
/—ввод чистого водорода?(25—40 л/v); 2 —резиновая пробка; 3 — бесшовная трубка
«з нержавеющей стали; 4—конденсатор в виде спирали из железной проволоки,
обвитой асбестом; 5—нихромовый нагревательный элемент; 6—тепловая изоляция
из кизельгура; 7—молибденовый колпачок; 8—защитная засыпка из порошкообраз-
ного магния (30 г); 9—реакционная смесь, состоящая из 158 г ZrO2 (просеяна сквозь
сито№5)и864 г мельчайшего порошка магния; 10—молибденовый цилиндр диаметром
60 мм и длиной 300 лш; 11—молибденовый колпачок; 12—лодочка из чистого железа;
13—фильтр из проволочной губки; 14 — выход водорода; 15 — резиновая пробка; 16—
(промывной сосуд с водой для предотвращения проникновения мелких частичек
циркония в рабочее помещение; 17—вывод водорода в вытяжной шкаф.
компактный дуктильный металлический цирко-
ний в виде жести, фольги, прутков или прово-
лок. Для этого вольфрамовую или, что более
выгодно, циркониевую проволоку накаляют до
Рис. 7-1-2. Электронно-микроскопическое изобра-
жение порошка циркония.
А — порошок металлического циркония (вели-
чина зёрна 1 —8 мк). Изготовитель: Foote Mi-
neral Corp.; В —порошок гидрида циркония (ве-
личина зерна 1—2 мк). Изготовитель: Metal
Hydrides. Inc. [Л. 31].
1 300—1 400° С в хорошо откачанном нагретом
до 300° С баллоне с вольфрамовыми вывода-
ми216 217 *, наполненном парами ZrJ4 и порошкооб-
разным цирконием2|7. Образующиеся при тер-
мическом разложении ZrJ4 пары йода реагиру-
ют с порошком циркония и вновь образуют
ZrJ4, тогда как на поверхности нагреваемой
216 Пары йода не действуют иа вольфрам.
217 Поскольку Ti, Si, Th, В, Fe, Al, Be, Hi и P
-также образуют с йодом летучие йодиды, применяе-
мый цирконий (порошок или губка) не должен содер-
жать примесей этих элементов, так ’как иначе они
перейдут в конечный продукт.
проволоки в течение нескольких часов осажда-
ется слой циркония толщиной в несколько
миллиметров.
Схема протекания процесса может быть
представлена следующим образом:
300° С 1 300° с
Zr (т) + 2J2 (г)-->ZrJ4 (г)----»2J2 (г) +
+ Zr(T).
Полученный таким методом цирконий ('наи-
больший диаметр прутка 6—7 мм, вес 200 г)
очень дуктилен. .Из него легко удается (после
ковки) протянуть проволоку или прокатать
тонкую жесть, что, вероятнее всего, является
следствием абсолютного отсутствия кислорода
н азота. Более подробно об этом способе [Л. 3,
4, 7, 121, 25, 26]. йодидный метод позволяет по-
лучить совершенно чистый и пластичный ме-
таллический цирконий 218, но из-за периодично-
сти процесса и относительно малого количест-
ва металла, получаемого во время одной опе-
рации, он оказывается очень дорогим. В США
организовано промышленное производство цир-
кония этим методом в аппаратах из инконеля
[Л. 38, 50, 73] '(рис. 7-1-2А, 7-4-2В и табл.
7-1-2А).
Самые большие прутки циркония (зигзаго-
образной формы), полученные йодидным мето-
дом и изображенные на рис. 7-1-2С, весят
около 60 кг '(диаметр 30 мм, общая длина
15 м). Состав такого материала приведен
в табл. 7-1-2В.
Металлический цирконий можно получать,
так же как и титан (см. § 7-2), восстановле-
нием тетрахлорида циркония магнием [Л. 21,
45, 46, 86], см. также ]Л. 20], причем гафний,
вообще очень трудно отделимый от циркония,
если это необходимо, может быть удален219 *
218 Таким же методом можно получать и метал-
лический гафний [Л. 63], который до сих пор в ва-
куумной технике не применяется. Известные в настоя-
щее время свойства его приведены .в табл. 7-1--1А.
218 Так как незначительное содержание гафния
(1,5—3%) не ухудшает ни пластичность и обрабаты-
ваемость, ни геттерирующие свойства циркония, эта
примесь при использовании в вакуумной технике не
принимается во внимание. Цирконий, используемый
как конструктивный материал атомных .реакторов, где
он нашел широкое применение вследствие хорошей
проницаемости для нейтронов, не должен содержать
примеси гафния.
350
Редкие металлы
[Гл. 7
Рис. 7-1-2А. Цех массового производства чистейшего металлического циркония
йодидным методом (Westinghouse). Слева1 ряд аппаратеч длл осаждения цирко-
ния; справа: на переднем плане—подготовленный для установки в аппарат каркас
с укрепленной на нем в виде меандра тонкой циркониевой проволокой. Общая
годовая производительность цеха 75 <Ю.) кг чистого циркония. Выход по отноше-
нию к используемой циркониевой губке 95% [Л. 59].
новым, недавно описанным методом220 [Л. 57,
62]. Продукт реакции состоит из спеченных
частичек металлического циркония, смешанных
с хлоридом магния с избытком металлического
магния; после выплавки и отгонки этих приме-
сей в вакууме при 850—900° С (конструкция
дистиллятора приведена на рис. 7-2 1 А) полу-
чают «губку» из металлического циркония
(подробно см. рнс. 7 2-2), которую измель-
чают, брикетируют прессованием и пере-
плавляют в графитовых тиглях в защитной
атмосфере в компактные слитки. Полученный
таким методом металлический цирконий значи-
тельно дешевле в производстве, но не столь
чист, как материал, полученный йодидным
способом (см. табл. 7-1-2В). Однако он хоро-
шо обрабатывается и из него изготовляют
жесть, прутки и проволоку. Увеличение содер-
жания углерода в металле немного повышает
временное сопротивление разрыву, а содержа-
ние примесей кислорода и азота повышает его
твердость.
Дуктильный цирконии можно также полу-
чить из циркониевой губки дуговой плавкой
в вакууме. Для этого из порошка металла
прессуют электроды, которые помещают в
устройства, подобные показанным на рис. 3-5-3,
и плавят в высоком вакууме (Л. 78]. Слиток
циркония, полученный таким методом, изобра-
жен на рис. 7-1-2D.
В последнее время компактный дуктиль-
ный цирконий удалось получить и методами
порошковой металлургии. При этом из порошка
гидрида циркония с зернами величиной около
8 мк без связующих примесей прессуют при
давлении 7,5 т!смг штабики прямоугольного се-
чения, которые затем спекают при 1 250° С
в вакууме в течение 3 ч в лодочках из окиси
циркония или очень чистого графита [Л. 41].
Такой материал можно обрабатывать при ком-
натной температуре до степени деформации,
равной 75%. Перед дальнейшей обработкой
необходим отжиг в вакууме прн 900° С. Ми-
кроструктура циркония, полученного спекани-
ем, показана на рнс. 7-1-2F Дуктильный цир-
коний, полученный йодидным пли тетрахло-
ридным методом, можно подвергать горячей
обработке при температуре до 500° С (прокат-
ка, протяжка), так как при этом образуется
пленка окисла, которая предотвращает прили-
пание металла к инструменту. Материал вы-
держивает значительную холодную обработку
при получении очень тонких проволок и фоль-
ги, в особенности если обрабатываемый пру-
ток покрывают слоем Fe, Ni пли Си221, а так-
же глубокую холодную вытяжку. В последнем
случае перед каждой операцией вытяжки не-
обходим кратковременный отжиг на воздухе-
при температуре 600° С, при котором снима-
ются напряжения и обновляется пленка окис-
ла, играющая роль смазки. Следует учитывать,
что необходимые при обработке давлением
межоперацпонные отжиги не должны произ-
водиться в водородной печи, так как цирко-
ний при 300—400° С поглощает водород и
вследствие этого становится хрупким. Отжиг
лучше всего производить в азоте при 650° С
в течение 2—3 мин или же, как уже было ука-
зано, кратковременным нагреванием на воз-
духе.
При более длительном отжиге на возду-
хе, сопровождающемся поглощением кислорода
™ Производство циркония, не содержащего гаф-
ния, в США составляло: в 1951 г. — 99 т, в 1955 г.
450 т и в 1956 г. — 600 т [Л. 64].
221 Защитное покрытие впоследствии растворяют
в кислоте [Л. 25].
§ 7-1 ]
Цирконий
351
Рнс. 7-1-2В. Схема промышленного аппарата для получения циркония йодпдпым методом
(описание процесса см. габл. 7-1-2А).
и азота в результате диффузии газов внутрь
металла, твердость первоначально дуктильного
металлического циркония возрастает настоль-
ко сильно (рис. 7-1-3), что уже при содержа-
нии 0,2% кислорода появляются трудности при
холодной обработке [Л. 48]. Аналогично, хотя
н не так сильно, влияет поглощение азота.
Цирконий поддается обработке резанием
в зависимости от степени пластичности так
же. как латунь или чистая медь. Резание
может производиться со скоростью 30 лфшн
прн толщине стружки 3 мм и продольной по-
даче 0,8 мм!об. Скорость его может быть уве-
личена при использовании охлаждающих
эмульсий [Л. 37]; рекомендуется применять
остро заточенные резцы из твердых сплавов
(карбид вольфрама). Фрезерование и шлифо-
вание лучше производить с малыми скоро-
стями.
Физические свойства. Важнейшие свойства
циркония приведены в табл. 7-1 1; свойства его
прн высоких температурах см. табл. 7-1-3.
а также рис. 7-1-3, 7 1-4 и 7-1-5.
Все величины относятся лишь к относи-
тельно свободному от кислорода и азота цир-
конию222, так как все физические свойства
металла очень сильно изменяются с увеличе-
нием содержания кислорода (табл. 7-1-ЗА).
Как видно из группы кривых на рнс. 7-1-4,
пластичный металлический цирконий упрочня-
ется, как и обычные металлы, прн холодной
обработке, однако оп может быть легко отож-
жен нагреванием (в благородных газах, азоте
или вакууме) до температуры 600° С и выше.
222 Цирконий, полученный хлоридным методом,
содержит до 0.11е/» кислорода и 0,01 % азота; йодид-
ный цирконий содержит от 0,01 до 0,06% кислорода.
352
Редкие металлы
[Гл 7
Таблица 7-1-2А
Процесс производства циркония йодид-
ным способом по данным фирмы Вестин-
гауз (см. рис. 7-1-2А и [Л. 50], а также
§ 7-2, рис 7-2-8. получение титана йодид-
ным методом1))
А. Реактор (см. рис. 7-1-2В)
I — вакуумная камера из сплава хастеллои
(диаметр 600 мм, длина 1 650 мм); 2 — накали-
ваемая циркониевая проволока диаметром
2,4 мм. Общая длина проволоки 12X1 500 мм;
отдельные зигзагообразные участки проволоки
включены последовательно (рис. 7-1-2С) и ле-
жат по образующей цилиндра диаметром
238 мм; 3 и 4—циркониевая губка, располо-
женная на внешней и внутренней стенках ка-
меры; общий вес 150 кг; 5—вспомогательный
сосуд, загружаемый 2,5—4 кг йода; в начале
процесса охлаждается твердой углекислотой;
6 — внешний теплообменвик с солевым распла-
вом в качестве теплоносителя; 7 — главный
циркулятор для теплоносителя; 8, 9, 10—вспо-
могательный циркулятор с трубопроводами;
11 —токоподводы к циркониевой проволоке;
12—главный вентиль; 13— груз, препятствую-
щий всплыванию вакуумной камеры.
В. Описание процесса:
I. Загрузка реактора охлажденным йодом
5 и влажной циркониевой губкой 3 и 4.
II. Осушка содержимого реактора путем
откачки до 7-Ю-3 мм рт. ст. в
отдельной печи при 200° С
III. Испытание на герметичность.
IV Повторное нагревание вакуумной камеры
до 350° С прн 10-5 мм рт. ст.
V. Вентиль 12 перекрывают.
VI. Перегонка йода в вакуумную камеру.
Для этого прекращают охлаждение сосуда
5 твердой углекислотой.
VII. Эвакуированную и загруженную камеру
1 отсоединяют от насоса.
VIII. Погружение камеры 1 в солевую ван-
ну 6.
IX. Разогрев циркониевой губки 3 и 4 до
285° С.
X. Разогрев циркониевой проволоки до
1 250—1 350° С.
XI Осаждение циркония со скоростью
0,45 кг\ч при постоянных температурах
накаленных проволок и губки.
XII. По достижении мощности иакала прово-
лок 75 кет (вес осажденного циркония—
около 58 кг) нагревание прекращают.
JXIII. Охлаждение содержимого реактора в то-
ке гелия.
XIV. Заполнение реактора водой.
XV. Разгрузка реактора. Извлеченные стерж-
ни циркония немедленно промывают силь-
ной струей воды для удаления цирконие-
вой пыли и устранения опасности вос-
пламенения (см. рис. 7-1-2С).
’) Подробное описание процесса получения цнр-
-кония йодидным способом см. [Л. 79].
Измерение давления насыщенных паров
или скорости испарения циркония затрудни-
тельно. Поэтому результаты измерений, прове-
денных разными авторами, сильно различают-
ся. Например, Цвиккер [Л. 5} получил для
Рис. 7-I-2C. Циркониевые штабики диамет-
ром около ЗЭ мм непосредственно после их
получения йодидным методом. Во избежа-
ние воспламенения штабики после извлече-
ния из аппарата немедленно погружают
в воду, а затем промывают струей воды
(Westinghouse).
Рис. 7-1-2D. Слиток циркония, по-
лученный переплавкой циркони-
евой губки в дуговой печи. Диа-
метр слитка 108 мм. (Изготови-
тель: W. С. Heraeus
Platinschmelze Ханау, ФРГ
[Л. 29]).
§ 7-1]
Цирконий
353
Таблица 7-1-2В
Состав компактного циркония
Элемент Содержание, % вес. Элемент Содержание, % вес.
Йодидный цирконий1) Хлоридный цирконий®) Йодидный цирконий1) Хлоридный цирконий2)
А1 0,010 0,0010 Мп <0,001 0,002
В — 0,00002 Мо 0,001 <0,001
С <0,001 — Na <0,010 0,005
Са 0,010 — Ni 0,010 0,0002
С1 — 0,010 О2 <0,010 0,012
Сг 0,001 0,0005 Pb <0,001 0,003
Си 0,010 0,0006 Si 0,010 0,002
Fe <0,040 0,030 Sn <0,001 0,0001
н2 <0,020 — Ti <0,030 <0,005
Hi 2,4—3’) До 3 w 0,001 -—
Mg [<0,05]4) <0,003 0,080 Zn -— <0,005
’) Так называемый „стандартный цирконий" [Л. 49, 69].
®) По данным [Л. 38].
3) Разделение не производилось.
*) Цирконий фирмы Вестингауз, марка „Grade 3“ (по данным [Л. 50]).
давления насыщенных паров р (мм рт. ст.)
как функции температуры Т (°К) следующую
зависимость: lgp=O,77—13 000/7, которая, как
видно из рнс. 7-1-5, сильно отличается от кри-
вых, выражающих давления паров других ме-
таллов. По-видимому, это является следстви-
ем снижения скорости испарения, вызванного
образованием трудно удаляемой пленки окис-
Рис. 7-1-2Е. Дуктильный цирконий, полу-
ченный методом порошковой металлур-
гии (Л. 41]; см. также рис. 7-1-2F.
I — после сварки; 2— штабик с отшлифо-
ванной поверхностью; 3—пластина, по-
лученная прокаткой без нагрева (сте-
пень деформации 5J%); 4— штабик, за-
крученный на 363°
ла. На основании величин, которые приводит
Брюер [Л. 19], в твердом состоянии для дав-
ления насыщенных паров циркония справедли-
во уравнение lgp=9,38—25 870/Г; ход кривой,
полученной с помощью этого уравнения, совпа-
дает с ходом кривых давления насыщенных
паров других металлов (рис. 7-1-5). Величины,
приведенные в работах [Л. 87 и 14], для срав-
нения показаны в табл. 7-1-3.
Цирконий можно сваривать точечной свар-
кой в инертном газе i(He или Аг), а также под
слоем воды аналогично танталу'(см. рис. 3-5-6).
Исключительно хорошо он поддается точечной
сварке с вольфрамом и молибденом. Электри-
ческая дуговая сварка возможна в атмосфере
гелия электродами нз циркония, однако при
повторной сварке поверхность металла должна
быть очищена от образовавшихся окислов (см.
следующий раздел). Пайка циркония серебром
невозможна. Механические свойства чистого
циркония, в особенности прочность при высо-
ких температурах, можно значительно улуч-
шить введением небольших присадок молибде-
на или других металлов 223 '(табл. 7-1-ЗВ).
Никелированная поверхность циркония мо-
жет быть электролитически покрыта слоями
других металлов (подробнее см. [Л. 74]).
Химические свойства. Свойства дуктильно-
го циркония описаны в табл. 7-1-4. Ниже от-
дельно рассматриваются свойства порошко-
образного и компактного металла.
Порошок циркония i(b отличие от А1 и Mg)
при комнатной температуре не подвержен воз-
действию влажного воздуха, а также НС1,
HNO3 и разбавленной H2SO4; в противополож-
ность этому он хорошо растворяется в царской
водке (1 часть HNO3+l2 части HCI), плавико-
вой кислоте и концентрированной горячей
223 Путем штанки в (графитных тиглях или же
методами порошковой металлургии, разумеется в ва-
кууме (или атмосфере инертных газов.
23—2200
354
Редкие металлы
[Гл. 7
Рис. 7-1-2F. Микроструктура порошкового циркония. Изображение получено в поляризованном
свете. Увеличение 200Х [Л. 411.
1—металл, полученный спеканием порошка гидрида циркония (размер зерен 8 лж) в течение 3 ч
при 1 260° С; 2—тот же материал после прокатки без нагрева (степень деформации 75%); 3—тот
же материал после отжига при 900” С в течение 1 ч.
H2SO4 и взаимодействует с фосфорной кисло-
той. В атмосфере, содержащей кислород, он,
как уже было указано, воспламеняется очень
интенсивно прн температурах выше 180° С, об-
разуя ZrO2.
При более высоких температурах (400—
1 600° С) цирконий реагирует со всеми газами,
кроме инертных, особенно сильно с соединения-
ми, содержащими кислород. Если порошок
предварительно был обезгажен в вакууме при
температурах 1 000—1 700" С, то он связывает
в больших количествах с образованием стой-
ких соединений такие газы, как О2, N2, СО и
СО2 (см. [Л. 31] и гл. 38). Он растворяет боль-
шое количество водорода (см. рис. 7-1-6 и
9-2-11), причем неясно, образуется ли при этом
твердый раствор или химическое соединение.
Поглощение водорода начинается с боль-
Та блица 7-1-3
Свойства дуктильного циркония при высоких температурах
Истинная температура Яркостная температура Относи- тельное удлинение Скорость испарения, г!см2-сек Давление насыщен- ных паров, мм рт. ст. Удельное электриче- ское сопротивление, ОМ-ММ^/М Излучаемая мощ- ность, вт/см2 Удельная электрон- ная эмиссия, ма[см?
“С °К °C 'К Г/т — 1 1 | • 273 1 L /273 J окислен- ный ЧИСТЫЙ окислен- ный ЧИСТЫЙ
727 827 1 000 1 100 694 786 967 1 059 4,5-Ю-3 5,2-10-3 — — — — 1,31 1,43 1,68 2,27 —
927 1 027 1 200 1 300 878 969 1 151 1 242 6,2-10*3 7.1-10-3 — — — — 1,35 1,28 2,03 4,06 —
1 127 1 227 1 400 1 500 1 059 1 150 1 332 1 423 8,0 10-3 8,6-Ю-3 — — — — 1,26 1,26 5,40 7,20 0,02
1 327 1 427 1 600 1 700 1 240 1 329 1 513 1 602 — 1-ю-9 3-ю-9 3-ю-9 3- ю-8 3-ю-8 210-’ 2-10-7 2-Ю-6 1,28 1,30 10,0 13,4 0,18 1,30
1 527 1 627 1 800 1 900 1 418 1 506 1 691 1 779 — 8-10-9 2-Ю-8 1-10-’ 8-10-’ 6-Ю-7 1-Ю-9 МО-5 3-Ю-5 1,33 1,38 17,8 22,2 8,4 40,5
1 727 1 827 2 000 2 100 1 593 1 679 1 866 1 952 — 4-10-8 810-8 4-10-9 1-Ю-5 З-10-о 7-Ю-® 3-10-4 1-I0-3 1,43 1,48 28,0 34,5 160 520
1 857 2 130 1 707 1 980 — 9-Ю-8 2-Ю-о 8-Ю-9 2-Ю-3 1,54 36,5 720
[Л. 5] [Л. 87] [Л.14] [Л. 87] [Л. 14] [Л. 6]
§ 7-1]
Цирконий
355
Таблица 7-1-ЗА
Влияние кислорода на свойства свобод-
ного от водорода циркония [Л. 80]
Удельное
электриче-
ское со-
противле-
ние
0 20 4,9 32 20 0,39
0,5 27 18 16 36 0,425
1,0 35 24 7 46 0,465
1,5 41 29 5 52 0,50
2,0 49 34 4 57 0,54
2,5 57 39 3 60 0,575
«М1 (ПРП нагрузке 185 г) дуктильной
в исходном состоянии циркониевой про-
волоки от содержания кислорода
Таблица 7-1-ЗВ
Механические свойства некоторых спла-
вов циркония (изготовленных из чистого
йодидного циркония)
/. Zr Мо (1,ЗУовес. Мо) после отжига
при 700° С в вакууме
Температура °C 20 500
Временное сопротивле- ние разрыву с2В кг/мм2 84 >) 52
Относительное удлине- ние 3 °/« 8 —
Предел текучести cF KZjMM2 70 34
If. Н ременное сопротивление разрыву
с2В и предел текучести aF различных спла-
вов циркония при 500° С
Содержание второго компонента, % вес. схВ (кг/мм2) °F (кг 1мм'2)
2,0 А1 322) 22
1,3 Мо 52 34
2,2 Nb 30 25
6,4 Та 24 19
10,4 Ti 41 29
4,8 Sn 22 17
Для сравнения:
Цирковий чистый: Ю1)2) 6,2
Сталь 1015 23 14,0
Нержавеющая сталь 316 50 17,5
') Для сравнения: агВ чистого йодидного циркония
прн 20° С около 28 кг/мм*.
2) См. рис. 5-I-4A.
шой скоростью уже при 300—400° С, однако
выше 800° С адсорбированный водород снова
выделяется.
Так как всегда образующаяся на поверх-
ности циркония при комнатной температуре
пленка окислов замедляет взаимодействие
с водородом, ее следует предварительно уда-
лить отжигом материала в вакууме в течение
1 ч при температуре не ниже 500° С [Л. 30].
К ртути и ее парам цирконий инертен.
Пары ртути не снижают также способности
циркония поглощать газы.
С углеродом цирконий соединяется при
высоких температурах, образуя карбид (точка
плавления — около 3 535° С).
С никелем цирконий образует эвтектиче-
ский сплав с точкой плавления 961° С при
17% Ni, который плавится при напекании по-
рошкообразного Zr на Ni электроды при тем-
пературах спекания выше 1 000® С (рис. 7-1-7)
и почти не обладает способностью поглощать
газы.
Для того чтобы избежать неожиданностей,
связанных с образованием эвтектических спла-
вов. циркония с теми металлами, на поверх-
ность которых его наносят, и нежелатель-
ных последствий этого, следует всегда учи-
тывать приведенные в табл. 7-1-5 данные
об эвтектических сплавах циркония, могущих
представлять интерес с точки зрения вакуум-
ной техники. Из этих данных можно опреде-
лить максимально допустимые температуры
спекания, обезгаживания и эксплуатации по-
крытых порошком циркония деталей электрон-
ных приборов. Эти температуры не должны
превышать не только температуру плавления
циркония или металла подложки, но также
температуру плавления возможного эвтектиче
скогр сплава, которая иногда бывает
сравнительно низкой. Как, например, мож-
но видеть из табл. 7-1-5, цирконий об-
разует с молибденом эвтектику при 1 525° С
(сплав содержит около 30%', вес. Мо),
так что покрытые цирконием молибденовые
детали можно нагревать до 1 450° С. Однако
применение специальных приемов позволяет по
высить эту температуру до 1 600° С [Л. 18]. Од-
ним из таких методов, как это следует из
табл. 7-1-5, является нанесение на поверхность
молибдена перед цирконированием тонкого
слоя вольфрама или углерода. Цирконирован
ные детали из железа или никеля могут быть
защищены от образования легкоплавкой эвтек-
тики путем предварительного нанесения на их
23*
356
Редкие металлы
[Гл. 7
Т а б л и ц а 7-1-4
Коррозионная стойкость дуктильного циркония
Среда Концентрация Темпера' тура, °C Степень коррозии, см)год
I. Йодидный цирконий *)
Воздух 20—100 Не действует
НС1 5°/o Концентрированная Концент рированна я 20—100 20 100 Не действует 0,00004 0,00008
H2SO4 10% 10% Концентрированная 20 100 100 0,00008 0,00028 Не действует
HNO3 10% 10% Концентрированная Концевт рированна я 20 100 20 100 0,000004 0,000012 0,000004 0,00002
HSO, + небольшая примесь H2SO4 — 20 Действует
Царская водка — 20 100 Слабо действует2) Действует
HF — 20 Сильно действует
Н3РО4 10% 10% Концентрированная Концентрированная 20 100 20 100 0,000004 0,00002 0,000016 Действует
NaOH 10% 10% 50 уь Расплав 20 100 100 Не действует 0,000008 0,00007 Не действует
кон 10% 10% Расплав 20 100 0,000008 Не действует Слабо действует
KNO3 Расплав — Сильно действует
Хлорная вода Раствор FeCl3 NaCl HCl 20% I. Хлоридный цирш» 18% Концентрированная Концентрированная 100 шй [Л. 40] 19—2G 19—26 ПО Появляется хрупкость Появляется хрупкость Легкое помутнение поверхности 0,000035 (появляется хрупкость) 0,00003 Q.0075
HNO3 Концентрированная 19—26 0,00000
1HNO3 + 2HC1 — 19—26 0,00000
H2SO4 50% Концентрированная 20% Концентрированная 19—26 19—26 95—100 145 0,00000 Сильно растворяет 0,00007 Сильно растворяет
§ 7-1 ]
Цирконий
357
Продолжение табл. 7-1-4
Среда Концентрация Темпера- тура, °C Степень коррозии, см.!год
Н3РО4 35°/о 19—26 0,000008^[(потемнение поверх- ности)
FeCl, Юо/о 19—26 0,00010 (неравномервая корро- зия)
’) По данным Foote Mineral Corp-
2) Мерримен [Л. 55] указывает, что только очень чистый, необработанный металл устойчив против царской
водки, тогда как обычный холоднообработанный цирконий растворяется очень быстро.
Рис. 7-1-4. Твердость по Рок-
веллу (В), временное
сопротивление разрыву <згв9
предел текучести oq 2« предел
пропорциональности °0,02
и относительное удлинение 5
дуктильного Циркония.
1 —свойства циркония, про-
катанного при 850° С, в зави-
симости от степени деформа-
ции (R); материал получен
хлоридным методом; 7/—за-
висимость свойств этого же
материала, прокатанного до
степени деформации 80%, от
температуры отжига Ту; III—
зависимость с2В циркония от
температуры Гд; 1 — холодно-
обработанный; 2—пластичный
материал; 3—полученный вос-
становлением магнием; 4—по-
лученный из циркониевой
губки; 5-—очень чистый, по-
лученный йодидным методом
(кривые / и 2 см. ]Л. 55], кри-
вые 3—5 см. (Л. 38]).
поверхность тонкого слоя молибдена методом
шоооирования224 или осаждения из M0CI5225.
Для этой же цели иногда применяют танта-
ловое покрытие [Л. 69];
Компактный и дуктильный цирконий хоро-
шо растворяется горячей плавиковой кислотой,
устойчив по отношению к щелочам, расплав-
ленному NaOH, но менее устойчив по ютноше-
224 Описание метода см. [Л. 51].
226 См. § 3-3, рис. 3-3-7.
нию к расплавленным КОН, НС1, HNO3 н
Н3РО4 (рис. 7-1-8). На воздухе при комнат-
ной температуре он заметно не окисляется, но
в случае соприкосновения с газообразным ки-
слородом его поверхность уже при комнатной
температуре покрывается тонкой пленкой окис-
ла, которая весьма способствует повышению
химической устойчивости материала. Для уда-
ления пленки ZrO2 перед дальнейшей обработ-
кой металла рекомендуется производить трав-
ление циркония смесью HF и Pb(NO3)2.
358
Редкие металлы
[Гл. 7
Таблица 7-1-5
Температура плавления эвтектических сплавов на основе циркония
Эвтектика Легирующий компонент Цирконий
Состав % вес. Температура Температура Температура
плавления [°C] плавления [°Cj плавления рС]
ZrAu 27,5/72,5 1 250 Au 1 063 1 852
ZrBe ~99,5/-x,0,5 •X.7/-X.93 -x.960 -x.1 230 Be 1280 1852
ZrC 80.8/19,2 2 800 с 3 700 1 852
ZrCr 82/18 20/80 1 280 1 635 Cr 1 890 1852
ZrCu 9/91 47/53 63/37 79/21 965 885 928 995 Си 1083 1 852
ZrFe 16/84 84/16 1330 934 Fe 1 532 1 852
ZrMo 69/31 1 525 Mo 2 630 1 852
ZrNb 80/20») 1 750’) Nb 2 550 1 852
ZrNi 73/27 83/17 985 9612) Ni 1453 1 852
ZrTh 25/75») 1 330 Th 1 842 1 852
ZrTi 55/45 1 580’) Ti 1 690 1 852
ZrW 82/18 1650 W 3 382 1 852
О Минимум температуры плавления.
£) См. рнс. 7-71-7.
Рис. 7-1-4А- Кривые термического расширения
дуктильных титана (а, Ъ, с} и циркония (d, е)
различных производителей. Пунктирные кривые
Получены после отжига в течение 5 мин при
1 100° С на воздухе в пламени газовой горелки
1Л. 68].
Составы растворов для травления цирко-
ния, содержащих плавиковую кислоту, приве-
дены в табл. 7-1-6.
• Компактный цирконий горит на воздухе
при температуре красного каления.
При пониженном давлении заметная диф-
фузия кислорода с поверхности внутрь метал-
ла начинается при температуре выше 600° С
и значительно усиливается уже при 1000° С
[Л. 10]. Пока не будет достигнут зависящий
Рис. 7-1-4В. Зависимость теплопроводности X чистого
отожженного в вакууме при 1 000’С компактного цир-
кония от температуры Т; измерено в вакууме ]Л. 60].
§ 7-1J
Цирконий
359
Таблица 7-1-6
Состав растворов для травления компактного циркония6)
Состав (сл3] Темпера- тура при травлении I-C1 Скорость травления [мм)мин] Продолжи- тельность травления [сек] Примечания
) 2>
50 450 500 25 485 490 48“/о-ная HF HNO3 (уд. вес 1,42 г/с-м8) диет, вода 132—38’) 126—38г) *)2,5.10-а 2)1,3-10-а 1—2 Приготовленные рас- творы выдерживают дли- тельное хранение. Для их регенерации следует вводить HF")
с 3) 500 500 3 г с4) 500 500 6 г диет, вода НМО3 (кони.) NH4F 20’) 204) s)l,3-10-a 4)2,5-10-2
•) Для простых деталей.
’) Для сложных деталей.
3) Для медленного травления.
*) Для быстрого травления.
5) После травления детали следует быстро промыть (5 сек) в сильной струе горячей воды, а затем выдер-
жать по меньшей мере 0,5—1 ч в горячей проточной воде. В случае необходимости травление повторяют. Сушку
деталей производят обезжиренным сжатым воздухом.
в) Насыщение растворов фторидом циркония (выпадение кристаллического осадка) не снижает их актив-
ности.
растворимости кислорода, возникающие иногда
поверхностные пленки ZrO2 исчезают вслед-
ствие диффузии и растворения кислорода в ме-
талле; поверхность металла при этом или оста-
ется вообще неокисленной, или окисленный
цирконий (например, жесть, покрытая толстой
белой пленкой ZrO2) после кратковременного
отжига в вакууме снова приобретает чистую
металлическую поверхность без выделения ки-
слорода и вакуум. Однажды поглощенный ки-
слород невозможно выделить из металла даже
при нагревании в вакууме до очень высокой
температуры; дуктильность, сниженную погло-
щением кислорода (см. рис. 7-1-3), и низкое
начальное значение удельного электрического
сопротивления нельзя восстановить обезгажи-
ванием в вакууме. Этим объясняется то, что
проницаемость циркония для кислорода, не-
смотря иа большую скорость его диффузии в
Рис. 7-1-4С. Зависимость удельного электрического со-
противления р циркония от температуры Г [Л. 81 ]. Кри-
вая 1: цирконий с 0,04% гафния; кривая 2: цирконий
с 1,8% гафния.
металле, при высоких температурах равна ну-
лю. При плавлении циркония в вакууме в тиг-
лях из ВеО металл становится хрупким вслед-
ствие поглощения кислорода из материала
тигля. С водородом компактный цирконий со-
единяется при температурах выше 300° С '(об-
наружено на проволоках); при этом он стано-
вится хрупким, а его удельное электрическое
сопротивление повышается. Однако водород
при температуре 1 500° С в вакууме снова вы-
Рис. 7-1-5. Зависимость давления насыщенных паров р
циркония и других металлов, используемых для произ-
водства электронных приборов, от температуры Т (°C).
Zrl см. [Л. 14]; Zrll см. [Л. 87], все остальные кривые
приведены по данным (Л. 47].
360
Редкие металлы
[Гл. 7
Рис. 7-1-6. Зависимость растворимости водорода
в компактном цирконии от давления Ppj при различ-
ных температурах Т [Л. 33j.
Рис. 7-1-7. Образование легкоплавкого эвтекти-
ческого сплава при высокочастотно.м нагрева-
нии во время спекания циркониевого порошка
с никелевыми электродами. Правый элек-
трод— из окисленного никеля, температура
спекания—около 1 100° С, поверхность элек-
трода оплавлена, промежутки между отдель-
ными отверстиями частично расплавлены, спо-
собность к поглощению газов плохая. Левый
электрод — из чистого никеля, температура
в середине детали при спекании—около 1 150° С.
Наиболее нагретая средняя часть выплавилась,
образовавшийся сплав вытек на менее нагретые
части электрода.
Рис. 7-1-8. Зависимость коррозионной стойкости цирко-
ния, измеренной путем определения потери в весе
жести (мг на 1 дм2 подвергающейся воздействию по-
верхности в сутки) в некоторых кислотах, от их кон-
центрации с при 35° С [Л. 55].
деляется и металл приобретает первоначаль-
ные дуктильность и электропроводность. Ме-
таллический цирконий химически соединяется
также с азотом при высоких температурах (вы-
ше 900°С). Азот может быть впоследствии
только частично удален нагреванием в ваку-
уме.
Длительного контакта циркониевых прово-
лок или лент при температурах выше 1 000° С
с вводами или держателями из никеля следует
избегать вследствие возможности образования
эвтектического сплава с низкой точкой плав-
ления.
К ртути и ее парам цирконий (порошок и
компактный металл) безразличен. О катодном
распылении его в парах ртути см. [Л. 32]. Цир-
коний не ядовит.
Техническое применение. Так как массивный
дуктильный чистый металлический цирконий
вследствие малого коэффициента поглощения
нейтронов, относительно высокой точки плав-
ления и значительной устойчивости против
коррозии стал важным конструкционным ма-
териалом для атомной энергетики, его произ-
водство в последние годы было значительно
расширено. Обзор новейших (к 1950 г.) марок
циркония приведен в табл. 7-1-7 и на рис. 7-1-9
и 7-1-10.
Наиболее важные примеры применения
циркония:
а) В виде порошка металличе-
ского циркония или гидрида цир-
кония. Нераспыляемые поглощающие газы
покрытия на сильно нагруженных анодах, сет-
ках и вводах. Эти детали в большинстве слу-
чаев изготавливают из молибдена (см.
рис. 3-3-13А и 3-5-10) и графита -(рис. 8-5-24),
но н танталовые детали иногда покрывают
цирконием или ZrH4.
При покрытии молибденовых сеток реко-
мендуемая толщина слоя циркония составля-
ет для первой сетки 5—10 тик, а для второй
12—18 мк. Для спекания слоя, которое обычно
производят в вакууме в танталовых цилинд-
рах под колпаками из кварца или тугоплавко-
го стекла, достаточно нагревания деталей в те-
чение 6 мин при 1 060—1 070° С.
§ 7-1]
Цирконий
361
Рис. 7-1-9. Образцы изделий из йодидного циркония
(штабики, жесть, стержни, проволока) и некоторые
циркониевые детали электронных ламп (колпачки,
винты, плетеные сетки). Изготовитель: Foote Mineral
Corp.
Слой порошка циркония, нанесенный на
графитные аноды маломощных генераторных
ламп с катодами из торированного вольфра-
ма, спекают также в высоком вакууме, но при
температуре 1250—1 300°С двукратным на-
греванием (по 2 мин) деталей токами высокой
частоты. Лучшие результаты дает двукратное
катафоретическое нанесение на графитные де-
тали порошка гидрида циркония, причем после
первого нанесения детали отжигают в вакуум-
ных печах при 2 000° С для образования про-
межуточного слоя карбида циркония, а после
второго спекают под колпаком в вакууме, на-
гревая их токами высокой частоты в течение
15—30 мин при температуре 1 500е С [Л. 21].
Цирконированием достигают не только
сильного геттерирующего действия, но одно-
временно и увеличения излучательной способ-
ности поверхности деталей (эффект чернения),
а также снижения коэффициента вторичной
электронной эмиссии. Особенно действенным
оказалось покрытие порошкообразным цирко-
нием графитных анодов, которые в противном
Рис. 7-1-10. Полуфабрикаты из пластичного циркония,
полученные по методу Кролля [Л. 58]. Изготовитель:
Murex Ltd, Rainham, Essex, Англия.
1—губка; 2—брикеты, спрессованные из губки; 5—ли-
ные болванки; 4 — прокатанная пластина; 5 — прокатан-
тая жесть; 6 — кованый стержень; 7 —тянутая прово-
лока.
Таблица 7-1-7 Сортамент циркония
Вид Размеры
Порошок циркония Размер зерен 1—15 мк
Порошок ZrH4 Размер зерен 1—2 мк
Кованые штабики Диаметр 4—25 лм«; дли- на 180—SO см
Кованые прутки 1—4 мм; длина—макси- мум 2 м
Проволока тянутая Диаметр 0,075—1,0 мм1)
Жесть, ленты • Толщина 50—250 мк; площадь поверхности от 50 X 40 до Ю0Х. 200 мм
’) Применяя специальные методы, можно изгото-
вить циркониевую проволоку диаметром до 30 мк.
случае выделяют значительные количества га-
зов во время эксплуатации при рабочей темпе-
ратуре 850° С (см. § 8-5).
Для предохранения от внезапного выделе-
ния газов из металлической оболочки, а также
для облегчения конденсации ртути было пред-
ложено [Л. 85] покрывать внутренние стенки
стальных корпусов разрядных приборов, на-
полненных парами ртути, порошком циркония
или ZrHa, который при обезгаживании прибо-
ра полностью разлагается, образуя чистый
металлический цирконий. Массивные железные-
аноды (см., например, рис. 5-3-4), которые без
покрытия цирконием из-за значительного выде-
ления газов были совершенно непригодны для
вакуумной техники, после покрытия порошко-
образным цирконием могут быть использова-
ны 226 для небольших генераторных ламп.
Обычно все же отдают предпочтение приме-
нению тугоплавких металлов в качестве осно-
вы для покрытия порошком Zr, так как это-
делает возможным удаление газов из цирко-
ния при откачке. Более подробно о методах
нанесения (пульверизация и катафорез),
о наиболее выгодных температурах газопогло-
щения, а также о количественных значениях
абсорбции различных газов см. гл. 28-
и [21].
Вакуумные фотовспышки. Порошок цирко-
ния, смешанный с РЬО2, используют в виде-
покрытия на проволоке, при нагревании кото-
рой между ними происходит реакция, вызы-
вающая взаимодействие кислорода, которым'
наполнена лампа, с алюминиевой фольгой
(см. рис. 1'0-33).
Получение металлического цезия для фо-
тоэлементов путем восстановления Cs2Cr2C>7
226) Циркониевая паста для железных анодов
должна быть особенно чистой, иначе железо покры
вается цветами побежалости.
362
Редкие металлы
[Гл. 7
порошкообразным цирконием при температуре
реакции 300—800° С. Подробности см. в [Л. 8]
и § 8-8.
б) В виде компактного металла
(см. [Л. 61]). Материал для электродов. Благо-
даря сравнительно высокой точке плавления
и значительной абсорбции газов, правда мень-
шей, чем у циркониевого порошка, пластич-
ный металлический цирконий в виде прутков,
проволоки и жести применяют в качестве уни-
версального материала для электродов; но
многих случаях он может заменить тантал, по
сравнению с которым он обладает прежде все-
го тем преимуществом, что имеет значительно
меньший удельный вес i(около 1:2,5). Ши-
рокому применению циркония, однако, до сих
пор препятствует относительно высокая стои-
мость дуктильного металла. Поэтому огра-
ничиваются изготовлением из циркония только
тех деталей, которые можно эксплуатировать
при наиболее выгодных с точки зрения газо-
поглощения температурах '(например, отдель-
ные или все витки управляющих сеток;
•см. также [Л. >1'1]). Иногда параллельно с ка-
тодом располагают вспомогательные нити
накала из циркония или молибденовые нити
накала, обвитые циркониевой проволокой '(см.,
например, [Л. 20, 22, 66, 69]; более подробно
•см. гл. 28). Путем изготовления сеток гене-
раторных ламп из пластичной циркониевой
проволоки вторичную и термоэлектронную
эмиссию сеток можно снизить до практически
несущественной величины [Л. 23]. Того же ре-
зультата достигают цирконированием вольфра-
мовых проволочных сеток '(см. ниже).
Применение циркония для изготовления
эксплуатирующихся при высоких температу-
рах деталей (или их отдельных частей)
ртутных газоразрядных приборов обеспечивает
связывание следов кислорода в газовом на-
полнении и устраняет образование черных на-
летов на внутренней поверхности их оболочек,
которое обусловлено окислением ртути. Это
•сопровождается также повышением стабиль-
ности разряда (Л. 70].
Припой для пайки вольфрамовых прово-
лок сеток с вольфрамовыми траверсами. Вит-
ки сетки прикрепляют циркониевой проволокой
к траверсам и всю систему нагревают в ва-
куумной печи до 1 800° С. При этом образуется
такое прочное соединение витков с траверсами,
какого до сих пор не удавалось получить меж-
ду вольфрамовыми деталями.
Фольга из пластичного металлического
циркония толщиной '1'5—200 мк, которая успеш-
но применяется в качестве прокладки при то-
чечной сварке W с W, W с Мо или Мо с Мо
(см. табл. 9-3-12).
Фильтр для рентгеновского излучения.
Пластичная циркониевая жесть '(например, га-
зонепроницаемая фольга толщиной около
0,03 мм) применяется в рентгеновских трубках
с Мо-антикатодами в качестве фильтра для
излучения с целью повышения монохроматич-
ности, так как границы полосы /(-поглощения
циркония лежат как раз между линиями Ка
/Ср молибдена.
фотокатоды. Металлический цирконий
применяется как катод фотоэлементов, чувст-
вительных в ультрафиолетовой области спект-
ра [Л. 83].
в) В виде пленок и покрытий из
металлического циркония. Вакуум-
ные дуговые лампы. Пленка циркония осаж-
дается на тугоплавкий изолятор и использует-
ся в качестве катода для получения мощной
дуги, а пары Zr в дуге интенсивно излучают
свет [Л. 83].
Покрытые цирконием вольфрамовые про-
волочные сетки. Если вольфрамовые управляю-
щие сетки генераторных ламп с торированным
вольфрамовым катодом прямого накала по-
крыть сплошной пленкой циркония путем тер-
мического разложения йодида циркония (см.
выше), то эти сетки во время эксплуатации
генераторных ламп не активируются под дей-
ствием тория так, как Мо- или Та-ятроволоки,
и обладают поэтому весьма'малой термоэлек-
тронной эмиссией [Л. 72]; кроме того, снижает-
ся вторичная электронная эмиссия и дости-
гается улучшение вакуума в приборе.
ЛИТЕРАТУРА
1. Alexander Р. Р., US Pat. 2 427,
339 (1945/1947) (Получение гидрида цирко-
ния).
2. Am. Soc. Met., Zirconium and zirconi-
um alloys, Cleveland, 1953.
3. Ark el A. E., van, Metallwirtschaft, 13
(1934), 405 u. 511 (Получение дуктильного
циркония).
' 4. A r k e 1 A. E. van. Reine Metalle, Ber-
lin, 1939 (стр. 191—207: цирконий).
5. В о e r I. Н. de, u. Fast J. D., Z.
anorg. allg. Chemie, 153 (1926), 1; 187 (1930),
177, 207 (Окись циркония):
6. Boer 1. H. de, a. Fast J. D., Ind.
Chem., 19 (1927), 1256 (Окись циркония).
7. В о e r I. Н„ de, Foote Prints, 3, № 2
(1930), 18 (Окись циркония).
8. В о e г I. Н„ Z. anorg. allg. Chemie,
191 (1930), 113 (Применение циркония для
восстановления щелочных металлов).
9. В о е г I. Н. de, u. Fast J. D., Rec.
Trav. Chim., 55 (1936), 350—467 (а-Р-превра-
щение циркония и поглощение газов).
10. В о е г I. Н. de, u. F a s t J. D., Rec.
Trav. Chim., 59 (1940), 161 (Кислород в цир-
конии) .
11. Boumeest er H. G., Philips Techn.
Rundschau, 2 (1937), 115—121 (Циркониевая
проволока в качестве газопоглотителя).
12. Bounds А. М.- a. Cooper Н. W.,
Metal Progress, August 1950, р. 185 (Получе-
ние циркония).
13. Bradshav F. J., Proc. Phys. Soc.,
63 (1950), 576 (Спектральная излучательная
способность циркония).
14. Brewer L, The thermodynamic and
physical properties of the elements; Report for
the Manhattan Project, 1946 (Zitiert von S.
Dushman, S. 752).
15. Bureau of Mines, The explosive cha-
racteristics of Ti, Zr, Th, U and their hydri-
des; Report of Investigation 4835, Pittsburgh,
1952.
16. Bureau of Standards, Mechanical Pro-
perties of Metals and Alloys; Circular C 447,
Washington, 1943 (Свойства циркония).
§ 7-1]
Цирконий
363
17. Chambers, G. H.: Met. and Alloys
4 (1933), 199 (Металлический цирконий).
18. Do r gel о, E. G.: Philips Techn.
Rdschau 14 (.4953) 225—234 (Применение (цир-
кония в качестве газопоглотителя).
19. Д э ш м а н С., Научные основы ваку-
умной техники. И.Л., М., 1950 г.
20. Е s р е, W.: Powder Metallurgy Bull.
3 (1948) 110—111; Techn. Rundschau (Bern)
41 (1949) Nr. 5, S. 1—3; Elektrotechnik (Pra-
ha) 3 (1948) 182—187 (Цирконий как газо-
поглотитель).
21. E s p e, W.: Zirkon, jeho vyroba, vlast-
nosti a pouziti ve vakuove technice (in tsche-
chischer Sprache), Praha 1952. Zirkonium,
seine Herstellung, Eigenschaften und Anwen-
dungen in der Vakuumtechnik (in deutscher
Sprache), Fussen 1953.
22. Espersen, G. A.: Foote Prints 18
(1946) 3 (Применение циркония в электрова-
куумных приборах).
<23. Fast, J. D.: Foote Prints 10 (1937)
1; 13 (1940) 22—30 (Цирконий как газопо-
глотитель).
24. Fas t, J. D.: Philips Techn. Rdschau
3 (1938) 353—360; Philips Techn. Rev. 3
(1938), 345 (Цирконий и его тугоплавкие со-
единения) .
25. Fast, J. D.: Metallwiss. 17 (1938)
459—462 (Механическая обработка дуктиль-
ного циркония).
26. Fas t, J. D.: Metal Ind. (London) 54
(1939) 164—165 (Дуктильный цирконий).
2/. Figo u r H., u. Bonne H.: Le Vide
8, Nr. 44 (1953) 1305—1306 (Контроль каче-
ства порошка циркония, применяющегося в
производстве электровакуумных приборов.
Потеря веса после отжига порошка при
1000° С в течение 30 мин должна быть ме-
нее 0,1%).
28. Gil let, Н. W.: Foote Prints 13
(1940) 1—11 (Физические и химические свой-
ства дуктильного циркония).
29. Gruber, u. S с h е i d i g H.: Z. MetalL
kde 47 (1956) 149; ом. также «Arcs in inert at-
mosphere»—Symposium der Electro—-Chem.
Soc. Am., San Francisco 1956 (Verlag Wiley a.
Sons, New York) (Дуговая плавка титана и
циркония в вакууме).
30. G u 1 b г a n s е n Е. A. u. And-
rew К. F., J. Electrochern. Soc. 101 (1954),
S. 348—353 (Механизм взаимодействия цирко-
ния с водородом).
31. Gul dner W. G. u. Wooten L. A.
J. Electrochern. Soc. 93 (1948) 223—235 (₽заи-
модействие циркония с газами).
32. Giintherschulze, A.: Z. Physik
36 (1926) 563; 37 (1926) 868; 38 (1926) 575;
62 (1930) 607; 71 (1931) 279 (Катодное рас-
пыление циркония).
33. Hal 1, М. N. et al.: Trans. Faraday
Soc. 41 (194'5) 306—016 (Получение цирко-
ния).
34. H a r r i s о n, I. S.: BIOS Final Re-
port No. 1834, London, 1948 (Стр. 16—19: по-
лучение порошков гидрида циркония и ме-
таллического циркония. Способы нанесения
их на поверхность деталей).
35. Н а г t m а п n, I.: The Explosion Ha-
zard of Metal Powders and Preventive Measu-
res; Metals Handbook 1948, 52—54.
36. H a u s n e г, H. H. et al.: Trans.
A. I. M. E. 191 (1951) 65—633 (Порошковая
металлургия циркония).
37. H a u s n e r H. H. u. R о b о f f St. B.:
Materials for Nuclear Power Reactors, New
York 1955.
38. Hayes E. T. u. Stephens W. W.:
Met. Progress 63 (Mai 1953) S. 97—100 (Про-
мышленное производство циркония в США).
39. Hukagawa S., u. N i m b о J.: Elec-
trotechn. Journ. (Jap.) 5 (1941) 27 (Свойства
и применение циркония).
40. Jaffee R. T.: Am. Journ. of Metals,
I (1949) No. 7, Section 1, 6—9 (Состояние
исследований в области производства цирко-
ния в 1940 г.).
41. Kali sh, Н. S.: Materials and Me-
thods 37 (Febr. 1953) 101—103 (Получение и
свойства спеченного циркония).
42. Keeler, J. Н.: Product Engineering
(Aug. 1954) 183—187 (Свойства циркония).
43. Ко г ес ky J. u. Р о s р i s i 1 R.: Vzacne
kovy v technice, Praha 1948 (Стр. 69: Цирко-
ний) .
44. Kroll W. J. u. SchlechtenA. W.:
Survey of Literature on the Metallurgy Zr,
Bureau of Mines Information Circular
No. 7341, 1946.
45. Kroll W. J. u. S ch le ch t e n A. W.:
Metal Industry 69 (1946) 319—322 (Zr).
46. Kroll, W. J., et al.: Trans. Electro-
chem. Soc. 89 (1946) 263—276; 89 (1946)
317—329; 92 (1947) 99—113; 94 (1948), 1—20;
см. также Journal Franklin Inst.- 260 (1955),
169—192 (Получение дуктильного циркония
хлоридным методом).
47. Law, R. R.: Rev. Instr. 19 (1948) 921
(Упругость насыщенных паров металлов).
48. L111 i e n d a h 1, W. C., et al.: Journ.
Electrochern. Soc. 93 (1948) 235—247 (Кисло-
род в цирконии).
49. Litton, F. В.: Metal Progress Dez.
1951, S. 83 .(Состав дуктильного иодного цир-
кония) .
50. Lustman В. u. Kerze F. H.: The
Metallurgy of Zirconium, New York 1955.
51. Machenschalk, R.: Planseebe-
richte fur Pulvermetallurgie 4 (1956) 80—84
(Напыление молибденовых покрытий).
52. Mamu la M. u. V a c e k J.: Techn.
zpravy VUPM (CSR) 1956, Heft 3, S. 3—27
(Получение, свойства и применение цирко-
ния).
53. М а г d е п J. W. u. R1 с h М. N.: Ind.
Eng. Chem. 12 (1920) 651—656; Bur. Min.
Bull. 186 (1921) (Исследование свойств цир-
кония).
54. Me nt J._ de, u. Dake H. C.: Rarer
Metals, New York 1948 (Стр. 90—109: Цир-
коний).
55. M e r r i m a n, A. D.: Metal Treatment
19 (1952) 365—371 u. 413—417 (Металлур-
гия циркония, его переработка и свойства).
56. Metals Handbook, Edition Cle-
veland 1948; S. 1144 (Цирконий).
57. Miller, E. C.: Nucleonics 117 (Juli
1953) 27—31 (Разделение циркония и гаф-
ния).
58. М i 11 е г, G. L.: The Ind. Chemist 2S
(1953) 482—488; Murex Rev. 1 (1951) No. 8
364
Редкие металлы
[Гл. 7
(Получение и свойства дуктильного цирко-
аия).
59. М i И е г, G. L_: Zirconium, London
1954; Миллер Г. Л.; Цирконий, пер. с англ.,
И. Л„ 1955.
60. Moss, М.: Rev. Sci. Instr. 26 (1955)
276—280 (Теплопроводность циркония).
61. N. N.: Materials a. Methods, October
1950, 63—64 (Свойства и применение дук-
тильного циркония).
62. N. N.: Chemical Age No. 1752
(1953) 231 (Получение циркония методом
Кроля).
63. N. N.: Rev. Sci. Instr. 22 (1951) 1305
(Получение и свойства чистого гафния).
64. N. N.: Vacuum 4 Heft 1 (Jan. 1954,
publ. Juni 1956) S. 72 (Объем производства
циркония, не содержащего гафния, в США).
65. ОЕЕС (Organisation for European
Economic Co-Operation). Project No. 47:
Titanium, Zirconium and some other Elements,
1956
66. Philips: Holl. Pat. 4989/8/31;
DRGM 122287/28/32 (Цирконий в качестве
газопоглотителя).
67. Pazak, F.: Hutn. listy 9 (1954)
No. 11, S. 650—655 (Производство порошков
циркония и гидрида циркония).
68. R a w s о п Н. u. Denton Е. Р.: Brit.
Journ. Appl. Phys. 5 (1954) 352 (Данные о
термическом расширении циркония).
69. Raynor, W. М.: Foote Prints 18
(1947) 22—24 (Цирконий в качестве газопо-
глотителя).
70. R е n t s с h 1 е г, Н. С., et al.: Trans.
Electrochem. Soc. 91 (1947) 91 (Циркониевые
электроды для газоразрядных приборов).
71. Rogers, A. N.: Trans. Electrochem.
Soc. 88 (1945) 207—213 (Применение цирко-
ния и гидрида циркония в электровакуумных
приборах).
72. Rusterho 1 z, F.: ETZ 71 (1950)
453 (Ци.рконирование молибденовых сеток).
73. S с а г 1 о 11, Ch. A.: Westinghouse
Engineer, Sept. 1953, 171—173 (Массовое про-
изводство циркония йодцдным методом).
74. S ch i с kn е г, W. С., et al.: J. Elec-
trochem. Soc. 100 (1953) 289—291 (Осажде-
ние гальванических покрытий на цирконий).
75. Schulze, W.: Z. Metallkde 23
(1931) 263 (Окись циркония).
76. S с h w о р е, A. D.: Metal Progress 63
(1953) Nr. 5, S. 75—81 (Свойства циркония).
77. Sieverts, A.: Z. phys. Chem. 60
(1907) 129; 74 (1910) 277; 74 (1911) 591; Z.
Metallkde 21 (1.929) 37 (Растворимость водо-
рода в металлах).
78. S t е р h е n s, W. W., et al.: Trans.
Am. Soc. Met. 45 (1953) 862—871 (Дуговая
плавка циркония в вакууме).
79. Т h i е п—С hi, N., М. Picardеаи
и. J. Vergnolle: Ann. Radioel. 13 (1958)
50—55 (Получение циркония йодидным спо-
собом) .
80. Treco, R. М.: Transact. ASM 45
(1953) 872—890; Journ. Metals 5 (1953) 344—
348 (Влияние содержания кислорода на свой-
ства циркония).
81. USAES (US Atomic Energy Com-
mission): Reactor Handbook, New York 1955.
82. Venable: Zirconium and its com-
pounds; Chem. Soc. Monograph 5, publ. by
Chem. Catalog Co (1922).
83. Wain er, E.: Ceramic Age 48 (1946)
198—201 u. 251—216 (Технология циркония).
84. W e d e k i n d, E.: Z. fur Electroche-
mie 10 (1904) 331 (Получение циркония).
85. White, E.: US Pat. 2431 152 (18. 11.
47) (Покрытие цирконием внутренней по-
верхности стальных корпусов ртутных газо-
разрядных приборов).
86. Zeppelin Н., v.: Metall und Erz, 40
(1943) 252—254 (Восстановление хлорида
циркония магнием).
87. Zwikker, С.: Proc. Acad. Sci. Am-
sterdam 35 (19 6) 336 (Скорость испарения
циркония).
88. Zwikker, С.: Physica 6 (1926)
361 (Излучательная способность циркония).
7-2. ТИТАН
[Л. 3, 5, 6, 9, '18, 122, 25, 07, 29, 31, 32,
38, 46, 51, 55, 56, 57, 58, ,62, 71, 81, 89]
Металлический титан уже давно интересо-
вал работников вакуумной промышленности,
так как при нагревании он поглощает боль-
шое количество кислорода, азота и (уже
с 300°С) водорода (последнего — больше, чем
тантал, см. рис. 9-2-1). Титан обладает свой-
ствами, аналогичными свойствам циркония илн
тория, и дешевле, чем эти металлы. Так же
как и для этих металлов, вследствие чувстви-
тельности титана к кислороду все попытки
организовать его массовое промышленное про-
изводство долгое время Кончались неудачей,
так как уже небольшие следы примесей (чаще
всего О2, 'N2, Si, а также Н2) вызывали повы-
шение твердости и хрупкости титановых болва-
нок, полученных путем плавки (см. рис. 7-2-3
и 7-2-4). Так как в последнее время многие
отрасли промышленности остро нуждались
в больших количествах титана как для леги-
рования сплавов, так и в чистом виде вслед-
ствие выгодного отношения, его прочности
к удельному весу227 и значительной устойчиво-
сти против коррозии, то в последние годы,
прежде всего в США, титан начали выпускать
в очень больших количествах, вследствие чего
в настоящее время появился сравнительно де-
шевый металлический титан не только в виде
порошка, но и в виде компактного дуктильно-
го материала [Л. 26].
Получение. Титановые руды встречаются
очень часто223. Наиболее важная титановая
руда? ильменит i(FeO - ТЮ2) добывается в J4H-
дии, другие Ti-руды— в Бразилии, на Цейло-
не, в Южной Африке, Норвегии, Канаде, Че-
хословакии, на среднем и южном Урале
(см. (Л. 77]). Только около '10% получаемых
руд перерабатывается в чистый металл.
Получение порошка титаиа. Порошкооб-
разный титан в настоящее время получают в
промышленности главным образом способом,
основанным на восстановлении тетрахлорида
2й Для Ti огд/т = 20 кг/ллЧг/глз, для Ni —9, для
мягкого железа — около 3, для обычной стали—около 9,
для легированной стали—до 18 •
и" В ряду относительной распрострале«иости ме-
таллов в земной коре титан занимает 8-е место (см.
табл. 9-5-5).
§ 7-2]
Титан
365
ис. 7-2-1. Получение губчатого титана путем восста-
новления четыреххлористого титана магнием в аргоне
(метод Крол ля см. [Л. 68J).
/—железный реактор; 2—молибденовый тигель; 3—
индукционная нагревательная катушка; 4—трубопро-
вод для введения аргона; S —трубка для подачи TiCU;
6—трубопровод для откачки с краном1); 7—зона реак-
ции.
’) Допустимо применение только силиконовой
смазки, так как TiCU реагирует с углеводородами.
титана магнием 229 [Л. 58, 60, 20, 22, 91]; см.
также {Л. 47]. Магний230, необходимый для
реакции, помещают в герметично закрытый
стальной автоклав |(рис. 7-2-1), воздух из ко-
торого вытесняют гелием или аргоном, после
чего под давлением инертного газа 0,25—0,5 ат
магний нагревают до температуры 800—900° С.
Так как магний обладает сравнительно
низким давлением паров, стальной реактор
может иметь тонкие стенки (в отличие от ап-
паратуры, применяемой при натрийтермическом
восстановлении). Затем в жидкий магний до-
бавляется тетрахлорид титана2®1. После
окончания экзотермической реакции, при ко-
торой образуются расплавленный хлористый
магний и металлический титан, реакционную
массу охлаждают в автоклаве до комнатной
температуры и затем обрабатывают разбавлен-
ной соляной кислотой 232 233. При этом избыток
229 О лабораторном методе получения Т1С14 дей-
ствием газообразного хлора на брикеты из смеси
титановых белил (около 75% TiOs+25% BaSOi) с по-
рошкообразным углеродом ® кварцеиой печи при
400-300° С см. [Л. 80].
830 Количество примеси марганца при этом сни-
жают, применяя .магний с содержанием марганца
меньше 0,01%.
231 Чистый тетрахлорид титана—совершенно бес-
цветная жидкость, обладающая высоким коэффи-
циентом преломления и дымящаяся во влажном возду-
хе; замерзает при —23° С и кипит ’при 136° С; удель-
ный вес !1,76. Во время второй мировой войны его
применяли в больших количествах для создания ды-
мовых завес.
232 В некоторых случаях эту операцию произво-
дят при повышенной температуре- или с присадкой
небольшого количества фтористого натрия к соляной
кислоте; благодаря этому удается удержать содержа-
ние Fe в порошкообразном Т1 в пределах 0,1% (до
0,04%).
магния превращается в растворимый хлори-
стый магний, причем титан растворяется толь-
ко незначительно. Титан измельчают, снова
промывают разбавленной соляной кислотой,
высушивают и очищают дополнительным про-
каливанием в вакуумных печах.
Так как для дальнейшей обработки полу-
ченного титанового порошка особенно вреден
кислород, даже в количестве 0,05—0,1% вес.,
в последнее время вместо промывания пере-
шли на очистку продукта реакции путем ди-
стилляции в вакууме при давлении меньше
10-2 мм рт. ст. и температуре 1 000° С.
Высоковакуумный дистиллятор, предназна-
ченный для очистки металлов от примесей, по-
казан на рис. 7-2JlA. После удаления остат-
ков металла-восстановителя и солей, являю-
щихся продуктом реакции, получают титано-
вую «губку», относительно свободную от га-
зов |(рис. 7-2-2), которая после размалывания
в порошок служит исходным материалом для
дальнейшей обработки спеканием, но может
быть и непосредственно расплавлена (см.
ниже).
Порошок обычно имеет темно-серую окрас-
ку. При комнатной температуре на воздухе он
устойчив, однако при образовании статических
зарядов может самовоспламеняться, хотя и не
так легко, как цирконий; поэтому титановый
порошок необходимо, так же как и поро-
шок Zr, транспортировать во влажном состоя-
нии 232
Из этих соображений в вакуумной техни-
ке часто применяют вместо порошкообразного
металлического титана порошок его гидрида
(TiHr), который получают, так же как и ZrH4
(см. § 7-3-1, рис. 7-Л-1), восстановлением ТЮ2
гидридом кальция при нагревании в герметич-
ных откачиваемых стальных реакторах [Л. 2].
Полученный продукт очищают промыванием
в муравьиной кислоте, которая хорошо раство-
ряет СаО, но не растворяет Т1Н4. О лабора-
торном методе получения TiH4 пропусканием
смеси паров TiCl4 и водорода над порошком
магния при 480° С см. [Л. 80]. Нагреванием
полученного таким методом Т1Н4 примерно
до 800° С в вакууме можно получить очень
чистый металлический титан. В большинстве
случаев этот процесс производят уже после
нанесения порошка на соответствующие дета-
ли электронных приборов путем высокочастот-
ного нагревания этих деталей во время от-
качки.
Получение дуктильного титана. Сухой по-
рошок титана мелко размалывают, просеива-
ют (через сито 35 меш), увлажняют 5% бен-
зола и прессуют под давлением 7 т]см2 в шта-
бики весом ЮО г и размерами 0X37X75 мм.
В результате спекания штабиков в вакууме
примерно при 4-:10_4 мм рт. ст. и 1 000° С
в течение 16 ч получают дуктильный титан.
Вместо сравнительно дорогого способа
производства титана спеканием в вакууме не-
давно был разработан метод производства дук-
тильного титана, который получил название
«sheat rolling» ((прокатка в оболочке) [Л. 16,
60]. Этот метод позволяет получать заготовки
233 Вообще справедливы, хотя ие всегда в рав-
ной степени, -рецепты, указанные для порошкообраз-
ного Zr (см. [Л. 30] и § 7-1).
366
Редкие металлы
[Гл. 7
Рис. 7-2-2. Губчатый титан, полученный
методом Кролля.
Рис. 7-2-1А. Вакуумный дистиллятор для удаления из
реакционной смеси после окончания реакции примесей,
обладающих высоким давлением паров (Изготовитель:
Degussa, Ханау, ФРГ).
Вверху: схема устройства [Л. 79].
1—печь: 2 —вакуумный колпак; 3—конденсатор, иа ко-
тором осаждаются легколетучие примеси; 4 — перфо-
рированный тигель для реакционной массы, в кото-
ром остается очищенная металлическая губка; 5 — ван-
на для собирания выплавляющихся примесей; 6—к ва-
куумной системе. Вниз у: общий вид дистиллятора.
из неограниченного количества металла в обыч-
ной атмосфере. Для этого титановый порошок
засыпают в герметично закрытые [(иногда на-
полненные аргоном) оболочки из пластичной
горячекатаной стальной жести (рис. 7-2-2А)
или в тонкостенные стальные трубки. После
герметизации оболочек весь пакет подверга-
ют горячей прокатке. При этом порошок за-
щищен ют воздействия кислорода и азота воз-
духа, а отдельные зерна так плотно соприка-
саются, что при прокатке поверхностные плен-
ки отдельных зерен разрушаются и вследствие
диффузии н взаимного срастания зерен поро-
шок превращается в компактный металл. При-
менение этого способа позволяет, по сравне-
нию с методом порошковой металлургии,
обойтись без прессования, спекания и меж-
операционных отжигов в вакууме. Кроме того,
размеры заготовок, которые определяются при
спекании размерами аппаратуры, в данном слу-
чае практически не ограничены. Пакеты по-
рошкообразного титана прокатывают при тем-
пературах 800—1 000°С (обычно при 900°С).
При этой температуре на поверхности сопри-
косновения железа и титана образуется хруп-
кая пленка сплава FeTi, которую, однако,
после окончания прокатки можно легко отде-
лить. Остатки железа можно в случае необ-
ходимости легко удалить с поверхности тита-
на травлением.
Большая потребность оборонной промыш-
ленности в титане привела также к развитию-
процессов производства пластичного титана
плавкой. Плавка титана затруднительна не
из-за его высокой точки плавления, а потому,
что почти все материалы для тиглей234 вос-
станавливаются расплавленным титаном, при-
чем сам титан обогащается кислородом и ста-
новится хрупким (рис. 7-2-3 и 7 2 4). Так как
небольшое количество углерода оказывает не-
значительное влияние на твердость титана
(рис. 7 2 3), оказалось возможным получить
пластичный титан путем плавки в индукцион-
ной печи в графитовых тиглях в атмосфере ар-
гона [Л. 26] (рис. 7-2-5).
В полученном этим способом титане со-
держится 0,2—1% С. В последнее время этот
метод все более и более вытесняется мето-
дом дуговой плавки губчатого титана в ва-
234 Даже такие тугоплавкие окислы, как ВеО,
TiO2 я стабилизированная окисью магния ZrO2. Хоро-
шие -результаты могут быть 'получены в тиглях из
ZrO2+'lS% ат Ti. При этом следует избегать перегрева
расплава, насколько возможно сокращать время вы-
плавки (80 сек) и производить ее в атмосфере чистей-
шего гелия [Л. 92]. Литой титан, полученный этим
способом из йодидного титана (см. ниже), имел твер-
дость по Виккерсу 80—94 внутри слитка и 86—117 на
поверхности его.
§ 7-2]
Титан
367
Рис. 7-2-2А. Прокатка порошкового титана в защитных
оболочках [Л. 16. 60]. Слева: пустая, герметично сва-
ренная стальная оболочка, открытая с одной стороны.
Вцентре: вкладывание брикета, спрессованного из
порошкообразного титана. Справа: заполненная и за-
варенная оболочка, приготовленная для горячей про-
катки.
Рис. 7-2-4. Зависимость временного сопротивле-
ния разрыву (кг/мм2), предела текучести
azF (кг/мм2) и относительного удлинения ъ
пластичного титана от содержания кислорода
-------, азота-------и железа . . • См. [Л.37,
39. 50].
Рис, 7-2-3. Зависимость твердости по Виккерсу
Ну пластичного титана от содержания в нем m
N2, О2, С и Fe. См. [Л. 37, 39. 50] и рис. 7-2-1 ЗА.
кууме 235 [Л. 52, 85] или аргоне {Л. 26, 73];
см. также рис. 7-2-6.
Лабораторная установка для получения
из порошка небольших слитков (до 1 кг) ме-
тодом дуговой плавки показана на рис. 7 2 7
По методу, разработанному на заводе
Plansee, Reutte (Tirol)), из губчатого порошка
титана (размер зерен |2—5 мм) под давле-
нием 1 т/см2 прессуют штабики размером
40X 40 x600 Лои 236. Эти штабики, обладающие
достаточной прочностью, используют в качестве
расходуемых электродов в установках для ду-
говой плавки (см. рис. 3-5-3 и 9-2-6А). Про-
цесс ведут так же, как и при плавке молибде-
на (см. § 3-3), но в более высоком вакууме.
Плавление идет легче, и расход энергии мень-
ше, чем при дуговой плавке молибдена. Для
переплавки титановой заготовки длиной 100 мм
н диаметром 1100 мм требуется всего 4 мин,
при длине 300 мм и диаметре 140 .мм (вес око-
ло 20 кг) на это уходит около 15 мин [Л. 7].
Подобные установки, рассчитанные на плавку
слитков, вес которых превышает 1 т, выпуска-
235 Плавленный в вакууме ггитаи обладает низ-
ким содержанием Ыг и Ог; титан, (расплавленный ® за-
щитной атмосфере, обладает средним содержанием
N2 И Ог-
236 При изготовлении сплавов титана их компо-
ненты (Сг, Те, Мп, А1 и т. д. с общим содержанием
цо Ю% вес.) вводят также в -виде порошка. Негомо-
генный слиток, полученный в результате плавки, про-
ковывают и переплавляют вторично, используя его
в качестве электрода.
ются фирмой Heraeus, Hanau. Образцы слит-
ков титана, полученных двойной дуговой плав-
кой в вакууме (<10-3 мм рт. ст.)г показаны
на рис. 7-2-7А.
Наиболее чистый металл получают тер-
мическим разложением йодида титана на рас-
Рис. 7-2-5. Индукционная печь
для выплавки дуктильного ти-
тана в графитовом тигле (Du
Pont de Nemours) по данным
[Л. 87]. Емкость печи 5 кг.
См. также [Л. 11].
1 — графитовый тигель, напол-
ненный порошкообразным или
губчатым титаном: 2—графи-
товая трубка; 3—окошко для
наблюдения; 4—угольная за-
сыпка; 5—кварцевое стекло;
Ь — большой индуктор мощ-
ностью около 20 кып\ 7 — вы-
пускное отверстие тигля, за-
крытое пробкой из губчатого
титана; 8—малый индуктор,
предназначенный для расплав-
ления пробки из губчатого ти-
тана; 9—графитовая форма
или охлаждаемая водой мед-
ная изложница; 10—регули-
руемый по высоте держатель.
Сливное отверстие 7 откры-
вают включением катушки 8
только после обезгаживания
содержимого тигля 1 в тече-
ние I ч при 600° С и выдерж-
ки металла в жидком состоя-
нии около 30 мин.
368
Редкие металлы
(Гл. 7
Аргон
для
Рис. 7-2-7А. Слитки титана, получен-
ные двукратной переплавкой в ва-
куумной дуговой печи (Heraeus,
Ханау, ФРГ).
/7
6
Рис. 7-2-6. Электрическая
аргонодуговая печь для не-
прерывной выплавки дуктиль-
ного титана из титаноаого по-
рошка [Л. 68].
См. также рис. 3-5-2 и 9-2-6В.
/—бункер для титанового по-
рошка; 2—подающий шнек;
3 — корпус изложницы; 4—
вращающийся электрод; 5 —
непрерывно опускающийся
слнток титана; 6—устройство
для вращения электрода; 7—
токоподвод со скользящим
контактом; 5— окошко
наблюдения.
Рис. 7-2-7. Лабораторная дуговая печь для про-
изводства слитков весом до нескольких кило-
граммов из порошкообразного пли гранулиро-
данного материала (изготовитель: Heraeus,
Ханау, ФРГ).
каленной вольфрамовой проволоке [Л. 4, 1'5,
34, 41]
Рис. 7-2-8 дает представление об аппара-
туре, необходимой для получения наиболее чи-
стого дуктильного титана 237 йодидным мето-
дом в лабораторных условиях.
Стеклянный сосуд 1 (рис. 7-2-8) через
трубку для откачки 10 непрерывно откачива-
ют около 4 ч при 525° С до высокого вакуума
пароструйным насосом 11, причем к вакуумно-
му трубопроводу присоединена ловушка, ох
*Э7 Аналогично можно получать -и цирконий и*
йодида циркония (см. § 7-1).
§ 7-2]
Титан
369
лаждаемая жидким воздухом, /2;
давление измеряется манометром
Мак-Леода 13. После охлажде-
ния до температуры окружающего
пространства всю аппаратуру за-
полняют сжатым гелием из бал-
лона 14 через ловушку, охлаж-
даемую жидким воздухом, 12, по-
ка давление гелия (контролируе-
мое барометром и одновременно
клапаном избыточного давления 15,
не станет немного больше 1 ат.
Затем открывают пробку 16 и под
защитой медленно вытекающего
гелия в отверстие насыпают зара-
нее взвешенное количество йода
(около 100—300 г). Потом отвер-
стие для загрузки в месте суже-
ния А герметично запаивают, стек-
лянный баллон 17 охлаждают с
помощью охлаждающей смеси су-
хого льда (СО2) с ацетоном до
—86° С, вследствие чего происхо-
дит конденсация йода и давление его паров
снижается до 10—6 мм рт. ст. После вторичной
откачки до давления ниже 10-4 мм рт. ст. реак-
ционный сосуд путем запаивания суженного
участка трубки В отсоединяют от насоса и
устройства для наполнения ‘гелием. После уда-
ления охлаждающей смеси наполняют сосуд
йодом, для чего стеклянный баллон/7 нагрева-
ют умеренным пламенем газовой горелки. Нако-
нец, запаивая сужение трубки С, отделяют
устройство для наполнения баллона йодом.
Подготовленный таким образом реакционный
сосуд выдерживают около 15 ч при темпера-
туре около 600° С, чтобы обеспечить достаточ-
ную полноту реакции паров йода с губчатым
титаном, при которой образуется газообразный
йодид титана ‘(TiJ4). Только после этого при
непрерывном нагревании баллона пропуска-
нием тока нагревают вольфрамовую проволо-
ку 5 примерно до 1 400° С и поддерживают
эту температуру постоянной, контролируя ее
оптическим пирометром (при этом следует вно-
сить поправки на поглощение парами йода и
излучательную способность слоя осажденного
титана). Под действием внешнего нагрева-
ния йодид титана испаряется и диссоции-
рует на раскаленной вольфрамовой проволоке,
образуя чистый металлический титан, кото-
рый оседает в виде кристаллов на поверх-
ности вольфрамовой проволоки, тогда как вы-
деляющиеся пары йода снова реагируют с го-
рячей титановой губкой, образуя йодид тита-
на. Реакция многократно повторяется, и на
тонкой вольфрамовой проволоке за несколько
часов образуется слой титана толщиной в не-
сколько миллиметров.
Основной недостаток этого способа за-
ключается в его периодичности; при увеличе-
нии диаметра проволоки для поддержания по-
стоянной температуры разложения (1 400° С)
необходимо непрерывно увеличивать ток нака-
ла (до 250 а). При этом, естественно, возра-
стает также излучаемая проволокой энергия,
вследствие чего оболочка из губчатого тита-
на, несмотря на сокращение подвода тепла
извне, нагревается все сильнее, так что даже
при полном прекращении внешнего нагрева-
ния необходимо охлаждать сосуд, в котором
Рис. 7-2-8. Установка для получения
дуктильного титана высокой чистоты
йодидным методом [Л- 15]. 1—баллон
из тугоплавкого стекла; 2— молиб-
деновый цилиндр; 3—'Молибденовый
фланец; 4 — исходный титан; 5—нака-
ляемая вольфрамовая нить диаметром
75 мк, длина одной ветви 600 мм,
общая длина 1 212 мм', 6 — вольфрамо-
вые вводы диаметром 6 мм', 7 — кол-
пачок из тугоплавкого стекла; 8—
молибденовый диск; 9—груз из воль-
фрама; 10—трубка для откачки; 11 —
паромасляный насос; 12—ловушка
с жидким воздухом; 13—манометр Мак-Леода; 14—баллон с гелием;
15 — манометр и вентиль избыточного давления; 16—герметичная
пробка; А, В, С-—подготовленные для отпайки суженные участки
стеклянных трубок.
протекает реакция, потоком воздуха. Так как
даже эти меры при постоянно возрастающем
диаметре проволоки недостаточны, температу-
ра оболочки губчатого титана становится
слишком высокой и вместо тетрайодида тита-
на образуется труднее испаряющийся TiJ2. По-
этому реакция и дальнейшее осаждение ме-
таллического титана на раскаленной проволоке
сами по себе прекращаются. Было сделано
много попыток повысить экономичность про-
цесса и сделать его пригодным для промыш-
ленного производства. Для этого, получив
йодидным методом пластичный титан в виде
проволоки, заменяют ею накаляемую вольфра-
мовую проволоку; кроме того, можно заменить
лабораторную стеклянную установку металли-
ческими коррозионноустойчивыми аппаратами;
благодаря этому оказалось возможным полу-
чить за одну операцию стержень из чистого
титана диаметром около 12 мм и весом 1 кг.
Несмотря на это, йодидный метод получе-
ния титана не играет такой большой роли, как
аналогичный метод получения циркония (см.
§ 7-1 и табл. 7-1-2А).
Общие сведения о всех упомянутых спосо-
бах производства дуктильного титана приве-
дены в [Л. 10, 40, 53, 58, 68]; см. также [Л. 27].
Полные данные о способах, которые примени
лись в 1938—1945 гг. в Германии 238, приводят
Сматко [Л. 86] и Мак-Киллэн ]Л. 63].
Состав чистого дуктильного титана приве-
ден в табл. 7-2-2.
Заготовки из чистого титана легко обра-
батываются [Л. 33]. Прутки, а также некото-
рые конструктивные детали (см., например,
рис. 7-2-9) можно ковать при температурах
между 670 и 11 040° С с дополнительным отжи-
гом при 650—700° С [Л. 61]. Жесть, обладаю-
щая блестящей поверхностью, вырабатывается
холодной прокаткой, причем после каждого из-
менения толщины на 25% проводится меж-
операциониый отжиг в вакууме при 1000° С в
течение 6 ч. Титан можно также подвергать
горячей прокатке при 500° С на воздухе со
гае Восстановление TiCi, металлическим Na (De-
gussa, Франкфурт), восстановление Ti‘\ с помощью
CaHs (Osram, Берлин), термическое разложение TiBr,
па нагретых до 1 200 — I 400° С вольфрамовых проволо-
ках (Osram).
24—2200
370
Редкие металлы
[Гл. 7
Таблица 7-2-1
Свойства чистого дуктильного титана
I. Механические свойства титана, изготовленного различными методами
(см. табл. 7-2-1, II)
Металлокерамиче- ский1) Прокатанный в оболочке1) Выплавленный в индукцион- ной печн, отожженный8) 1 Выплавленный в ду- говой печи, отожжен- ный1) Полученный Йодидным методом, отожженный
отожженный холодноката- ный после прокат- ки прн 800® С дополнитель- но холоднока- таный
Твердость по Бри- неллю2) Твердость по Вик- керсу6) Твердость по Рок- веллу Твердость по Рок- веллу Временное сопро- тивление разры- ву2)’) Временное сопро- тивление разры- ву при длитель- ных испытаниях Относительное уд- линение (50 тиле)2)7) Предел пропорцио- нальности о0>02 Предел текучести ОС.22)’) Модуль упругости Предел ползучести Максимальная ра- бочая темпера- тура к Г /мм2 кГ/мм2 Нз „С“ HR „А“ кГ 1мм2 кГ/мм2 % кГ/мм2 кГ/мм2 кГ/мм2 кГ1мм2 °C 185’) 76 60 56е) 260 91 64 86s) 81 64—68 15 41 53 4 пред сутств! 94 90 2,6 53 78 ела те ш кисл 2282) 200—240 56 25 27 51 11 200— 11 500 кучести орода 1 000° <250 <61 49—56 28—30 40—48 10 300 С) 73 158 (см. рис. 7-2-3 и 13А) 27—34 (см. рис. 5-1-4А) 40*) 7 14—17 9 800—10 800 См. [Л. 1]
См. ри 24,7s) 41 45—50е) 11 700 5£ =. 7-2-14 7,5—12s) 59 80 75’ >0 (при от
II. Механические свойства некоторых торговых, марок чистого титана [Л. 68]
Торговая марка Образец Обработка Временное сопротив- ление раз- рыву CTzB« кПмм2 Предел текучести кПмм* Относи- тельное удлине- ние 85, % Относи- тельное сужение Ф, %
Ti-55Ai°) Жесть, леиты отожженные 45,6 33,8 26,5 —
Ti-75A>) Жесть, ленты отожженные 62,0 52,8 21,0 —
Проволока отожженная 58,4 50,6 22,5 47,5
холоднотянутая, нагар- тованная 102,0 88,0 11,5 37,5
Поковки горячекатаные отожжен- ные 56.2 42,2 25 —
§ 7-2]
Титан
371
Продолжение табл. 7-2-1
Торговая марка Образец Обработка Временное сопротив- ление раз- рыву к Г}мм? Предел текучести С0»2> кГ]мм* Относи- тельное удлинение 86. % Относи- тельное сужение Ф, %
Т1-100А10) Жесть, ленты отожженные 77,4 66,8 17,5 , —
Пластины отожженные 77,4 70,5 18,5 —
Проволока отожженная 76,0 62,0 22,5 47,5
холоднотянутая, нагар- тованная 134,0 112,5 12,5 25,0
Поковки горячекатаные, отож- женные 71,6 62,0 20,0 —
RC-551') Жесть, ленты, пла- стины отожженные 52,7 45,6 25,0 55,0
RC-70») (см. рис. 7-2-12) Жесть отожженная 63,4 56,3 20,0 50,0
полуотожженная 84,5 74,0 12,0 35,0
Поковки ’ нагартованные 63,4 56,3 15,0 30,0
MST-III18) Жесть отожженная 56,1 50,6 25,0 55,0
холоднокатанная, степень деформации 50% 88,0 77,4 12,0 30,0
MST-IV12) Жесть отожженная 70,4 59,9 .18,0 15,0
холоднокатаная, сте- пень деформации 37% 77,5 66,8 17,5 —
III. Механические свойства холоднотянутой титановой (99,893/о Ti) проволоки [Л. 72]
Нагартованная, степень деформации 84% Отожженная 30 мин при 600° С
Предел прочности кГ[ммг 83 47
Относительное удлинение (длина образца 100 мм) % 3 23
Модуль упругости (среднее зна- чение) кГ/мм2 Степень деформации 80%: 11 200 Отожжена прн 700° С 15 мин: 10 300
Модуль сдвига (среднее значение) Твердость по Виккерсу кГ/мм2 кГ/мм2 4 200 См. рис. 7-2-1 ЗА 3750
IV. Прочие свойства дуктильного титана
Атомный вес — 47,90
Удельный вес • г/см2 4,51—4,54
Твердость по Моосу — 4
Температура плавления °C 1 690 (USAEC)’4)(теплота плавления 5 ккал/грамм-атом
Точка фазового превра- , щения °C Гексагональная-^кубическая объемноцентрированная: 882+20
24*
372
Редкие металлы
[Гл. 7
Продолжение табл. 7-1-1
Давление насыщенных паров мм рт. ст. 1 134° С ю-“ 1 249 °C ю-4 1 384 °C ю-’ 1 546° С 10-’ 1 742° С 10-’ 1 965° С 1
Скорость испарения г смг-сек 1,1-10-’ 1 - ю-« 9,9-10-' 9,5-10-’ 9-Ю-4 8,5-10-’
Порог рекристаллизации °C 400—500
Температура отжига (1 ч) °C 600—800° С (до 1 000° С)
Удельная теплоемкость кал г-град 0—100° С: 0,126—0,129
Температурный коэффи- циент расширения \/град (20—300° С): 82-10-’ См. рис. 7-1-4А и 7-2-16 [Л. 36, 75]
Теплопроводность кал см-сек-град 20° С: 0,0407 См. рис. 7-2-16А
Удельное электрическое сопротивление (20° С) ом-ммг м 0,554 (по [Л. 49]) 0,475 (по [Л. 4]) Проволока: 0,79 [Л.66] нагартованный -х. 0,51 ] отожженный (600° С, > [Л. 72] 30 мин): 0,47 J См. рис. 7-2-15 и табл. 7-2-3
Температурный коэффи- циент электрического сопротивления \ 1г рад 20° С: чистейший йодидный 5,5-10-’ ~ 20° С: полученный восстановлением , о Q магнием: 3,3-10-6 7 8 * 10 табл. 7-2-3
Излучаемая мощность по сравнению с чер- ным телом °/« 880° С 35 1 030° с 44 См. [Л. 66] и табл. 7-2-3
Излучательная способ- ность (Х=6 550 А)') 7» 880° С 53,3 1 200° С 48 1 400° С 42 см. ]Л. 93]
880° С 59 1 130°С 69 См.'[Л. 66] и табл. 7-2-3
Работа выхода электро- нов эв 3 ,86 (фотоэлектрическая)
Соотношение между ис- тинной и яркостной температурами См. табл. 7-2-3
Растворимость водорода См. рис. 7-2-17 и 9-2-1 См. [Л. 35]
Эффективное сечение захвата нейтронов Атомное барн 5,6
Л1акроскопическое СМ" 1 0,31
i) Исходный материал: порошок титана, полученный восстановлением магнием.
s) Зависимость от степени обработки см. рис. 7-2-12.
а) При 400° С: 84 кг!мм* (99,8%-ный титан).
*) Получено на образцах длиной 25 мм.
6) Излучательная способность окиси титана при X = 6 500 А равна 52%.
®) Зависимость от содержания повышающих твердость примесей см. рис. 7-2-3.
7) Зависимость от содержания повышающих твердость примесей см. рис. 7-2-4. в
8) Зависимость от рабочей температуры см. рис. 7-2-13-
Исходный материал: губчатый титан, полученный восстановлением магнием. Дальнейшая обработка
производится прокаткой в оболочке |Л. 60].
10) Изготовитель: Titanium Metals Corp, of America.
н) Изготовитель: Remington and Crucible Steel.
*2) Изготовитель; Mallory—Sharon.
«j Резкое изменение коэффициента термического расширения, сопровождающее полиморфное превраще-
ние титана (882° С), с точки зрения изготовления спаев со стеклом не имеет значения, так как при столь высо*
кой температуре практически все технические стекла находятся в размягченном состоянии.
“) USAEC — Комиссия по атомной энергии США.
Состав чистого титана ’) [’/о вес.]
Таблица 7-2-2
Элемент Йодидный титан Губчатый®) [Л. 38], 1948 Порошок3) [Л. 381, 1948 По данным [Л. 13], 1950 Стандарт- ный состав Обычные торговые марки титана3) По специфи- кации ASTM В 266
по данным [Л. 38] TI-55A Ti-75\ ТММА RC-55 RC-70 MST III MST IV
Ti 99,95 99,9 99,5 99,1 Остаток 99,85 — — — — — — — >99,9
02 ? ? • ? ? 0,073 ? Следы Следы Следы 6) 6) — — <0,01’)
n2 0,002 0,002—0,009 0,01—0,03 0,006—0,03 0,19 0,005 0,02 0,02 Следы ‘) •) — — <0,01
Н2 — — 0,006 0,09—0,20 — — (0,02—0,05)’) — — — — — s)
С1 — •— 0,05—0,1 0,12—0,14 — — — - — — — — — 8)
С4) <0,03 0,02—0,03 0,01—0,05 0,01—0,04 0,059 0,03 0,02 0,02 (0,07)’) 0,02 0,2 0,2 0,25 0,3—0,8 <0,03
Fe <0,02 0,01—0,05 0,05—0,25 0,06-0,09 0,095 <0,04 0,10 0,10 0,10 ’) 6) — — <0,02
Ni Следы — — — <0,002 Следы. W: 0,02 — — — — 8)
Al <0,03 0,05—0,1 — — — <0,05 — — — — — — — <0,03
Mg — 0,005 0,01—0,05 0,35—0,50 <0,002 — — — — — — — ь)
Si <0,03 0,01—0,05 — 0,005—0,01 0,056 <0,03 (0,02—0,04)’) — — — — <0,02
W Следы — — — — Следы «0,02)’) — — — — Мп: <0,04
Mo Следы 0,05—0,1 — — — Следы — — — — — —
Pb Следы — — — — Следы — — — — — — — Прочие при- меси: <0,01
Ca Следы 0,01—0,05 — — — Следы — —. — — — — —
’) Производившийся во время второй мировой войны в Германии фирмой Degussa порошок титана содержал по данным [Л. 86] 98% Т1 + 2% Fe, тогда как фирма
Osram производила порошкообразный титан, содержавший 99% Ti и 1% окиси и нитрида титана.
®) Изготовитель: Du Pont.
®) Изготовитель: Bureau of Mines.
*) Выплавленный в графитовых тиглях титан содержит 0,2—1% С.
') По данным [Л. 68]; изготовители указаны в примечаниях к табл. 7-2-1.
•) От нескольких сотых до тысячных процента.
’) Точное определение в настоящее время нево зможно.
•) Не указывается.
’) По данным [Л. 32].
§ 7-2 ] _____________Титан
374
Редкие металлы
[Гл. 7
Рис. 7-2-9. Небольшие кованые детали из дук-
тильного титана на различных стадиях обра-
ботки .
Изготовитель: Titanium Metals Corp, of Аше-
rika [Л- 88].
сравнительно большой степенью деформации
между отдельными межоперационными отжи-
гами в вакууме. Проволоку производят из
прессованных штабиков размером 12Х12Х
Х150 мм, которые сначала проковывают на
Рнс. 7-2-10. Детали, изготовленные из пластичной титаио
вой жести методом глубокой вытяжки.
ротационных машинах, а затем протягивают
до диаметра 0,15 мм. Межоперацнонные от-
жиги, необходимые прн протяжке, произво-
дят на воздухе при 600° С в течение 20 мин.
Пленка окисла, которая при этом возникает,
положительно влияет на процесс протяжки,
Рнс. 7-2-12. Зависимость временного сопротивления раз-
рыву erzJB» предела текучести ctq 2» относительного удли-
нения S, твердости по Роквеллу Hr А и по Бринеллю
Hg титана (марка RC-70) от степени деформации V.
так как она препятствует налипанию метал-
ла на волоки. Глубокая вытяжка колпачков
и гильз ,(рис. 7-2-10) производится аналогич-
ным образом. Обработка титана резанием
возможна таким же способом, как и нержа-
веющей стали 118/8 (18% Сг, 8% Ni). Бо-
лее подробно см. [Л. 68].
Дуктильный .металлический титан бело-
го цвета и похож на полированную сталь.
На рис. 7-2-11 показана микроструктура
металла в отожженном состоянии и после
закалки.
Физические свойства [Л. 12, 14, 31, 49,
67]. В табл. 7-2-1, II сопоставлены механи-
ческие свойства чистого пластичного тита-
на, полученного различными способами; в
табл. 7-2-1, II приведены аналогичные дан-
ные для торговых нелегированных марок
Ti. Физические свойства указаны в табл.
7-2-1, III. Эти таблицы дополняются рис.
7-2-12—7-2-16А, на которые в таблицах
сделаны ссылки. Свойства титана при вы-
соких температурах приведены в табл. 7-2-3.
Удельный вес титана примерно в 1,7 ра-
за больше, чем алюминия, и почти в 2 ра-
за меньше, чем стали. Его теплопроводность
сравнительно мала и составляет ]/1б теплопро-
водности алюминия и */6—железа. Коэффицм-
циент термического расширения титана всего
на 10% меньше, чем платины. Его электриче-
ское сопротивление в 6 раз больше, чем желс-
Рис. 7-2-11. Микроструктура
чистого титана с малым со-
держанием углерода [Л. 88].
А—образец отожжен при
1 100° С и медленно охлажден
до комнатной температуры.
Структура напоминает фер-
ритную структуру отожжен-
ной эвтектоидной стали; В —
образец отожжен при 1 100° С
и закален в масле при комнат-
ной температуре; структура
аналогична мартенситу.
§ 7-2 ]
Титан
3/ 5
Таблица 7-2-3
Свойства титановой проволоки1) при высоких температурах по данным [Л. 66]а
Истинная темпера- тура Яркостная температу- ра Излучатель- ная способ- ность (6 650 А) [%] Полная излу- чательная’ способность [%] Удельное электрическое сопротивление [ом см] Температурный коэффициент электрического сопротивления [1/град]
[°К] [°C] [°К1 [°C]
300 27 . 31 0,798-Ю-4 2,18-Ю-3
400 127 —- — — 31 0,972-Ю-4 1,78-ю-3
500 227 -— — —- 31 1,145-10-4 1,51-Ю-3
600 327 — -—- -— 31 1,308-Ю-4 1,13-10-’
700 427 - — — 31 1,445-Ю-4 0,85-10-3
800 527 — — -—- 31 1,557-10-4 0,64-Ю-3
900 627 —- —— — 32 1,651-10-* 0,52-10-’
1 000 727 —- — 32 1,734-Ю-4 0,44-10-’
1 050 777 1 033 760 72 33 1,772-Ю-4 0,41 • [()-’
1 100 827 1 072 799 60 34 1,806-Ю-4 0,34-10-’
1 150 877 1 118 845 59 35 1,823-10-4 0,03- ю-’
1 200 927 1 168 895 60 37 1,815-Ю-4 —0,20-Ю-’
1 250 977 1 218 945 63 40 1,788-10-4’ -0,29-10-’
1 300 1 027 I 268 995 65 44 1,766-Ю-4 -0,20-10-’
1 350 1 077 1 317 1 044 67 — 1,753-Ю-4 -0,08-10-’
1 400 1 127 1 366 1 093 69 -— 1,730-10-4 -0,00-10-’
i) Изготовитель: Remington Arm. Corp.; способ изготовления и степень чистоты неизвестны.
4) См. также рис. 7-2-15.
за, и в 20 раз превосходит сопротивление алю-
миния. Прочность чистого титана можно зна-
чительно увеличить введением примесей дру-
гих металлов (рис. 7-2-16В).
Рис. 7-2-13. Зависимость временного сопротивления
разрыву > предела текучести и относительного
удлинения В пластичного титана (99%), полученного
спеканием, от температуры Тд [Л. 8Sj. (-----------
прокатан прн нагревании; — — — — отожженный).
Обычная титановая жесть может быть
непосредственно, без специальной очистки
поверхности, подвергнута точечной сварке
(в отличие от А1) [Л. 21], причем сила тока
п давление при сварке немного выше, чем
при точечной сварке углеродистой стали 239.
Только если пленки окисла особенно толсты.
например после прокатки при 500° С, их при-
ходится удалять перед сваркой. Наиболее про-
сто это достигается механической очисткой
или травлением в 5%-ной плавиковой кисло-
те. В противном случае металл при точечной
сварке ведет себя так же, как и нержавею-
щая сталь, а потому прочность точечной свар-
ки получается примерно такой же, как у не-
ржавеющей стали, но значительно большей,
чем у обычных легких металлов.
Рис. 7-2-13А. Зависимость твердости по
Виккерсу Нуц двух образцов проволоки
из 99,89%-ного титана от температуры
отжига Ту. Диаметр проволоки 1,5 мм-
степень деформации 89%; длительность
отжига 30 мин. См. ]Л. 72] и рис, 7-2-3.
239 При точечной сварке титановой жести толщи-
ной 0,5 мм необходимы следующие условия: давление
50 кГ, ток 200 а, время сварки 0,1 сек; временное
сопротивление разрыву полученного таким путем со
единения 235—260 кГ (другие данные о титановой
жести толщиной до 1,6 мм приведены в [Л. 94]; для
более тонкой жести данные отсутствуют).
Возможна также и дуговая сварка тита-
на в атмосфере очень чистого инертного газа
(Аг или Не). Сварку желательно произво-
дить на постоянном токе, причем катодом яв-
376
Редкие металлы
[Гл. 7
Рис. 7-2-14. Зависимость ‘ длительной прочности
титана от продолжительности действия на-
грузки t прн 390 и 550е С по сравнению с алюми-
нием н нержавеющей сталью „18-8“ (18% Сг,
8% N1) прн тех же температурах.
Рис. 7-2-15. Зависимость удельного электрического со-
противления р проволоки из чистого титана от темпе-
ратуры Т и от степени деформации А при волочении
без нагревания (измерено при 20° С).
1—проволока из технически чистого титана [Л. 661;
2—чистый титан [Л. 49]: 3—проволока из 89.89%-ного
титана [Л. 72].
ляется вольфрамовый электрод240. При ис-
пользовании расходуемого электрода титан
должен служить анодом. После окончания
сварки детали следует охлаждать в защит-
ной атмосфере до 200° С.
Обычная пайка титана на воздухе до сих
пор представляет трудности: спаи, выполнен-
ные серебряным припоем, оказываются хруп-
кими. Пайка алюминиевыми твердыми при-
поями с 4—13% Si при температуре 600—
650° С получается лучшей, но швы обладают
относительно малой механической прочностью
[Л. 17]. Возможны пайка припоем CuTi и
пайка в вакууме серебряным припоем [Л. 68].
Хорошие результаты дает пайка на возду-
хе серебряным припоем241 ацетилено-кислород-
ным пламенем с применением флюсов, содер-
жащих AgCl. При этом получают пластичные
швы с прочностью на сдвиг 22±4 кГ/мм2
[Л. 23, 24].
Аналогичные результаты дает точечная
сварка медными электродами с применением
прокладки из серебянной фольги (без флю-
са). Этот метод применим для соединения
«внахлестку» очищенной путем обработки
пескоструйкой с последующим травлением
в 10%-ной плавиковой кислоте титановой же-
сти [Л. 24]. По данным того же автора, пай-
ка деталей из титана возможна также в пе-
чах в атмосфере инертного газа. В случае
низкой чистоты применяющегося газа необ-
ходимо использовать флюсы, содержащие
AgCl. В последнее время был предложен сле-
дующий метод пайки титановых деталей друг
с другом: после очистки соединяемых поверх-
ностей в 50 %-ной ортофосфорной кислоте, на-
гретой до 65° С, между ними помещают про-
кладку из серебряной фольги толщиной 50—
1150 мк и нагревают место пайки высокой ча-
стотой при температуре 1 200—1 250° С в те-
чение 15 мин под колпаком в атмосфере
инертного газа [Л. 65]. Метод диффузионной
пайки припоем в виде порошка сплава TiNi
(70/30) и другие методы соединения титано-
вых деталей см. табл. 9-3-12. С этой точки
зрения может представлять интерес, что с ни-
келем титан образует эвтектику с точкой плав-
ления 955°С при содержании никеля 28%.
Химические свойства титана. Устойчивость
компактного металлического титана против
коррозии больше, чем нержавеющей стали:
в отличие от порошкообразного титана его
можно нагревать на воздухе до 800° С.
Хорошо обезгаженный титан, особенно
в виде порошка, поглощает большое количе-
ство водорода ((рис. 7-2-17). При поглощении
водорода, а в еще большей степени при по-
глощении Ns и Ог, например при длительном
нагревании выше 700°С на воздухе
(рис. 7-2-18), пластичный металл становится
хрупким .(см. рис. 7-2-3 н 7-2-4). В то время
как водород можно удалить нагреванием в
вакууме при 1 000° С 242, это не удается сде-
240 Угольные электроды не рекомендуются, так
как при температурах сварки углерод .может образо-
вывать с титанам хрупкие соединения.
241 При этом вследствие растворения титана
в серебре образуется химическое соединение, содер-
жащее 32% TI (точка плавления — около 1 000° С) и
обладающее заметной дуктильностью.
' 242 Оптимальная температура обезгаживания
обычного титана составляет 815° С [Л. 44].
§ 7-2]
Титан
37/
Рис. 7-2-16 Т. Зависимость теплопроводности
X чистого титана от температуры Г [Л. 49].
Рис. 7-2-16. Зависимость коэффициента термического расширения
а чистого титана от температуры Т. См. также рис. 7-1-4А.
Рис. 7-2-16В. Влияние небольших количеств присадок
mz иа предел прочности azg титана при комнатной
температуре [Л. 19].
симости от давления водорода Р при различных темпе-
ратурах Г (изотермы по данным [Л. 83]).
О— — — О------------О: кривые поглощения;
X—X—X-' кривые десорбции.
лать с кислородом и азотом. Химические
свойства титана подробно описаны в
табл. 7-2-4.
Удаление пленки окислов, например после
горячей прокатки жести на воздухе, можно
производить травлением в растворе гидрида
натрия, в NaOH или в растворе гидроокиси
калия, содержащем азотнокислые соли. Мож-
но применять также солевые ванны (МаОН+
Рис. 7-2-18. Взаимодействие чистого
компактного титана с газами, входя-
щими в состав воздуха- Зависимость
величины привеса G от продолжи-
тельности взаимодействия t при раз-
личных температурах Т [Л. 68].
378
Редкие металлы
[Гл. 7
Таблица 7-2-4
Химические свойства чистого титана
Реактив Характер взаимодействия
HNOS, 65%, кипящая 95%, 20° С Достаточно устойчив Полностью устойчив
НС1, разбавленная: концентрированная, 20° С: концентрированная, горячая Достаточно устойчив Сильно действует Быстро растворяет
H2SO4, 10%, 20° С: концентрированная, 145° С: 10%, 158° С Достаточно устойчив Сильно действует Сильно действует
Царская водка, 30° С (3HC1+1HNO3) (1HC1+3HNO3) Устойчив
НЕ, 1%, 20° С 100 %, 20° С Быстро действует Очень сильное взаимодействие
Кислота хромовая, 10%, кипящая Устойчив
Кислота уксусная Действует незначительно1)
Фосфорная кислота 85%, 20° С Сильное взаимодействие
Перекись водорода (Н2О2), 20° С Сильно действует
Трихлорэтилен, кипящий Не действует
Сера, расплавленная, 240° С Не действует
Морская вода Устойчив, не теряет блеска
СаС]2, 28%-ный раствор, 20° С Устойчив
КОН, разбавленный раствор Устойчив
(NHJ ОН Действует незначительно1)
NaOH, 10%-ный раствор Достаточно устойчив1)
КОН, разбавленный раствор Практически устойчив
Воздух, 20° С Блестящая поверхность металла не изменя- ется сколь угодно долго
150—200° С Светло-серые цвета побежалости
>500° С Желто-оранжевые цвета побежалости
600° С Голубое окрашивание
700° С Вновь серое окрашивание
>700° С Со временем полное окисление
О2, 250—600° С Образование прочного слоя окислов (рис. 7-2-18)
О2, >800° С Воспламенение
n22) до 600° С Незначительное взаимодействие
600—800° С Образование нитрида, слой которого постепенно распространяется в глубь металла, см. рис. 7-2-18
§ 7-2 ]
Титан
379
Продолжение табл. 7-2-4
Реактив Характер взаимодействия
Н23) Поглощается с внедрением в решетку титана (см. рис. 7-2-17)
.Хлор, газообразный, насыщенный парами во- ды, 75° С Не действует
Хлор, газообразный, сухой (0,005% Н2О), 30° С Сильно действует
’) Потеря веса титана составляет около 0,05 г/дм^ поверхности взаимодействия в сутки.
2) При длительном нагревании выше 700° С металл приобретает хрупкость (см. рис. 7-2-3 и 7-2-4).
3) Причиной того, что поглощение водорода вызывает хрупкость титана, является резкое уменьшение рас-
творимости гидрида титана в титане в области температур от 300 до 100° С. При охлаждении водород выделя-
ется в виде чешуек гидрида титана, что снижает пластичность металла. Уже содержание 0,005% Н2
снижает ударную вязкость йодидного титана до 7з еР значения для свободного от водорода металла.
+ NaNO2) или смеси плавиковой и азотной
кислот [Л. 53].
Для травления микрошлифов применяет-
ся смесь -HF, HNO3 и глицерина [Л. 61].
По другому методу травление произво-
дят сначала в смеси 20% HF + 20% HNO3 +
+ 60% глицерина, а затем в смеси
35% NH4OH+35% Н2О2+30% Н2О.
снижается 243. При условии значительного уде-
шевления дуктильного металлического титана
можно полагать, что его применение расши-
рится, в том числе и в вакуумной технике.
К настоящему времени известны следующие
примеры использования титана.
Применение компактного дуктильного ти-
тана. Аноды, сетки и другие детали вакуум-
Рис. 7-2-19. Примеры деформации деталей из дуктильного титана в результате погло-
щения газов [Л. 54J.
7—-анод генераторной лампы средней мощности, изготовленный вместо молибдена
из тонкой титановой жести и деформировавшийся после 100 ч эксплуатации; 11—
узел катода генераторной лампы с деформировавшимся вследствие поглощения
газов в процессе эксплуатации титановым центральным штабиком.
Техническое применение [Л. 42, 74, 82].
Чистый титан поставляется в виде губки или
порошка, а также в виде массивных стерж-
ней, проволок, жести и фасонных изделий
в небольших количествах, уже начиная
с 1948 г. [Л. 26]. Его стоимость до сих пор
еще сравнительно велика, но благодаря по
стоянно возрастающему спросу и улучшению
методов производства она систематически
ных генераторных ламп средней и малой мощ-
ности вследствие хорошей абсорбции небла-
городных газов, главным образом кислорода
и азота [Л. 29].
Примером использования тигана в
электровакуумной промышленности может
243 Годовая продукция губчатого тята-на в США
в 1948 г. составляла 3 т, в 1952 г. — 1 075 т,
в 1957 г. — 22 000 т и в 1958 г. — более 100 000 т.
380
Редкие металлы
[Гл. 7
Рис. 7-2-20. Триод СВЧ (тип 6PY4), изготовленный из
чередующихся титановых и керамических дисков (общая
высота 10 мм. диаметр — около 8 мм.) Температура
обезгаживания 800° С. Откачка и пайка производятся
под стеклянным колпаком, что позволяет обойтись без
применения штенгеля.
1— выводы подогревателя; 2— вывод катода: 3 — вывод
сетки: 4—анод; детали 1—4 изготовлены из титана;
5, 6 и 7—керамические кольца; 8— подогреватель; 9—
катод; 10—плоская сетка [Л. 45].
служить конструкция миниатюрного триода
6BY4 (RCA). В этой лампе из титана выпол-
нены анод и выводы подогревателя, катода
и сетки.
Корпус лампы состоит из керамических
и титановых деталей. Это было вызвано, с од-
ной стороны, близостью коэффициентов тер-
мического расширения титана и керамики,
а с другой — тем, что титановые детали обез-
гаживаются при более низких температурах,
чем температура активации оксидного катода.
При использовании компактного титана
для изготовления тонкостенных деталей, та-
ких, как аноды и держатели, следует учиты-
вать возможность их коробления вследствие
поглощения газов (рис. 7-2-4 9). Эти деформа-
ции удается устранять нанесением на поверх-
ность детален путем спекания тонкого слоя
порошка титана, который поглощает основ-
ную массу газов [Л. 54].
Подобные конструкции не нашли еще ши-
рокого применения, так как стоимость дук-
тильного компактного титана и его обработ-
ки еще выше, чем молибдена244 245. Это, ра-
зумеется, не относится к электровакуумным
приборам для военных нужд, схема одного из
которых изображена на рис. 7-2-20.
Тонкие титановые проволоки с успехом
применяют в качестве газопоглотителя, на-
вивая их на нагревающиеся участки держа-
телей катодов.
Металл для присадки в важнейшие спла-
вы вакуумной техники, например для обла-
дающего высокой прочностью при нагревании
конель-мета лла (см. табл. 6-2-6), которые
используются для несущих конструктивных
деталей и проволочных кернов оксидных ка-
тодов электронных ламп, см. [Л. 8, 78].
Электроды газоразрядных ламп. см. [Л. 76].
Материал для антикатодов рентгеновских
трубок. Так как титан обладает сравнительно
плохой теплопроводностью, его необходимо
наносить в виде тонкого слоя на охлаждае-
мую водой медную подложку.
Катоды большой мощности на основе алю-
мината бария в спеченной пористой титановой
оболочке, косвенно подогреваемой накален-
ной вольфрамовой проволокой. В процессе
эксплуатации барий диффундирует сквозь по-
ристую оболочку 243 и образует на ее поверх-
ности непрерывно обновляющуюся пленку ба-
рия с большей эмиссионной способностью.
Применение порошков титана и гидрида
титана. Нераспыляемый газопоглотитель. Для
чернения .(увеличение излучающей поверхно-
сти) и для достижения эффекта газопоглоще-
ния порошок титана наносят аналогично по-
рошку циркония (см. § 7-11 и гл. 28) на по-
верхность анода и спекают в вакууме прн
высоких температурах (иногда с присадками,
облегчающими спекание)'. Прн этом часто
вместо титана применяют гидрид титана
с 98% Ti-H4, который поставляется в виде мел-
кого порошка, напоминающего по виду ме-
талл (диаметр зерен меньше 10лк), и воспла-
меняется труднее, чем порошок металлическо-
го титана. На воздухе он не изменяется и
не поглощает влаги. Гидрид титана разлагает-
ся в вакууме пли аргоне при 800—1 000° С,
выделяя содержащийся в нем водород и пре-
вращаясь в металлический порошок. Такие
газопоглотители из порошкообразного TiH4
исследовались во время войны в электронных
лампах из тугоплавкого стекла фирмой Теле-
функен, однако выяснилось, что их абсорбци-
онная способность не выше, чем гидрида цир-
кония.
Соединение металла с керамикой можно
производить, используя суспензию гидрида
244 В настоящее время стоимость титана ниже
стоимости .молибдена. (Прим, ред.)
245 В последнее время изготовляют титановые
трубки диаметром 1,1 мм с толщиной стенки 55 лк.
(Изготовитель: Superior Tubes Comp., USA).
§ 7-2]
Т итан
381
титана в нитроклетчатке (см. [Л. 43] и гл. 32).
Генераторы водорода в тиратронах. На-
пример, в виде нагреваемой ампулы, запол-
ненной гидридом титана или титаном, кото-
рый после основательного обезгаживания то-
ками высокой частоты при 800° С поглощает
во время охлаждения и после него от 40
до 80 нем3 чистого водорода на 1 г ме-
талла.
Восстановитель для бариевых геттеров
служит для облегчения образования бария
при высокочастотном нагревании геттера в
приборе. Для этого порошкообразный титан
спрессовывают в небольшие таблетки с со-
единениями бария i(cm. гл. 27).
Восстанавливающая и «успокаивающая»
присадка к углеродистому железу вместо алю-
миния для получения сортов железа, исполь-
зуемых в вакуумной технике, так как в этом
случае железо не обладает такой склон-
ностью к длительному выделению газов, как
обычное углеродистое железо (так называе-
мое железо Е пли ЕА, см. § 5-3).
Тонкие слои порошка титана наносят на
управляемую сетку для подавления вторичной
электронной эмиссии.
В настоящее время титан находит широ-
кое применение для изготовления титановых
сорбционных и ионно-сорбционных высокова-
куумных насосов (см., например, В Гейнце,
Введение в вакуумную технику, т. 1, гл. 8,
Госэнергопздат, 1960). (Прим, ред.)
ЛИТЕРАТУРА
1. Adenstedt Н., Metal Progress, Nov.
1949, 658—660 (Ползучесть титана при ком-
натной температуре).
2. А 1 е х a n d е г R. R, US Pat.
2427, 338/1945/1947 (Получение гидрида тита-
на).
3. А11 е n N. Р., Metal Treatment, 20
(1953), 245—252 (Получение и свойства тита-
на н его сплавов).
4. Arkel А. Е. van, и. В о е г I. Н., de,
Z. anorg. allg. Chem., 148 (1925), 345 (йодид
ный метод).
5. Arkel А. Е. van, Reine Metalle, Berlin
1939, S. 181—190.
6. В a r k s d a 1 e J., Titanium, its occurence,
Chemistry and Technology, New York, 1949.
7. Benesovsky F. et al., Berg- und Hiit-
tenmannische Monatschefte, 100 (1955), 219—224
(Получение дуктильного титана дуговой плав-
кой в вакууме).
8. Benjamin М., Phil. Mag., 20 (1935),
1 (Проволока с присадкой титана для кернов
оксидных катодов).
9. Boer I. Н„ de, u. Clausing Р., Phy-
sica, 10 (1930), 267 (Титан).
10. Bounds А. М. a. Cooper Н. W.,
Metal Progress, August 1950, 185 (Производ-
ство титана)
11. Brace Р. Н., Induction melting and
casting of titanium alloys, Metal Progress, 55
(1949), 196—-197 (Плавка и литье титана в ин-
дукционных печах).
12. Bradford С. I., Catlin J. Р. а.
Wemple Е. L., Metal Progress, 55 (1949),
348—350 (Свойства технически чистого тита-
на).
13. В г a d s h a v F. 1., Proc. Phys. Soc.,
63 (1950), 573 (Излучательная способность ти-
тана) .
14. Bureau of Standards, Circular C 447
(1943) (Механические свойства титана).
15. Campbell I. E. et al., Journ. Elec-
trochem. Soc., 93 (1948), 271—285 (Получение
и свойства чистого йодидного титана).
16. С 1 a u s е г Н. R., Mat. a. Methods, 29
(1949), Mai, 85 (Производство титановой же-
сти методом прокатки металла в защитной
оболочке).
17. Claus er Н. R., Mat. a. Methods, 35
(1952), Marz, 117 (Пайка титана).
18. С 1 a u s i n g P. u. M о u b i s G., Phy-
sica, 7 (1927), 245 (Титан).
19. С r a i gh e a d С. M. et al., Trans.
Aime, 188 (1950), 485, 541 u. 539 (Двойные,
тройные и четверные сплавы на основе ти-
тана).
20. D е a n R. S. et al., Metals Technology,
Febr. 1946, Aime, Techn. Publ., № 1965 (Полу-
чение и свойства дуктильного титана).
21. Dea n R. S. et al., Transact. Am. Inst.
Min. and Met. Eng., 171 (1947), 431—438 (То-
чечная сварка титана).
22. Dean R. S. a. S i 1 k e s В., Metallic
titanium and its alloys; US Dep. Inf. Bur. of
Min. Inform. Circular 7381, Nov. 1946 (Титан
и его сплавы).
23. De С е с с о N. А. а. Р а г k s J. М., Mat.
a. Methods (Juni 1954), 109—111 (Пайка ти-
тана твердыми припоями).
24. D е Сессо N. A. a. Parks J. М.,
Welding Journ., 32 (1953), 1071—1081 (Пайка
титана).
25. D и - М о n t Ch. S., Bibliography on
titanium, its production, properties and uses
(1900 bis 1946); Batelle Memorial Institute, Co-
lumbus, Ohio (USA), 1947.
26. Du Pont de Nemours E. I.,
Electronics, 22 (1949), 207 (Применение тита-
на).
27. E s p e W. u. Kratochvil V., Slabo-
proudy obzor, 11 (1950), 132—139 (Получение,
свойства и применение титана).
28. Е s р е W„ Knoll М. a. Wil-
der М. Р., Electronics, 23 (1950), 84 (Приме-
нение титана в качестве газопоглотителя).
29. Espe W., in С. Agte: Kurs praskove
metalurgie, Lehrgang fur Pulvermetallurgie,
Praha, 1951 (Ti: 194—199).
30. Espe W., Zirkon, jeho vyroba, vlast-
nosti a pouziti ve vakuove technice, Praha, 1952.
Zirkonium, seine Herstellung, Eigenschaften und
Anwendungen in der Vakuumtechnik.
31. Everhart J. L., Mat. a. Methods,
35 (1952), № 5, p. 117—132 (Титан и его спла-
вы).
32. Everhart J. L., Tatanium and tita-
nium alloys, New York, 1954.
33. F a s t J. D., Metallwiss., 17 (1938),
459—462 (Механическая обработка дуктиль-
ного титана)
34. F a s t J. D., Uber die Darstellung der
reinen Metalle der Titangruppe durch thermische
Zersetzung ihrer Jodide; Abs. V.: Titan. Zs. f.
anogr. u. allg. Chemie, 241 (1939), 42—56.
35. F a s t J. D., Philips Techn, Rund-
schau, 7 (1942), 73—81 (Растворимость водо-
рода в титане).
382
Редкие металлы
[Гл. 7
36. Fast J. D., Z. anorg. Allg. Chem., 241
(1939), 42 (Термический коэффициент расши-
рения титана).
37. F i n 1 а у W. L. a. Snyder J. А.,
Journ. of Metals, 188 (1950), 277—28$ (Влия-
ние Nj, О2 и С на свойства титана).
38. Gee Е. A. et al., Mat. a. Methods, 27
(1948), 75—78 (Титан).
39. Gee Е. A. et al., Ind. Eng. Chem., 42
(1950), 243—248 (Влияние углерода на свой-
ства титана).
40. Gee Е. A. et al., Journ. Electrochern.
Soc., 97 (1950), 49—53 (Обзор методов полу-
чения титана).
41. Gons er В. С., Metal Progress, 55
(1949), 193—'194 (Получение титана йодидным
методом).
42. Greenwood A., Metallurgia, 36
(1947), № 211 (Применение и свойства тита-
на).
43. Greenwood Н. W., Electronic Eng.,
20 (1948), 100 (Применение TiH4 для полу-
чения герметичных спаев металла с керами-
кой).
44. G г i f f i t h С. B. a. Millet M. W.,
Vacuum degassing of titanium; in: Vacuum Me-
tallurgy-Symposium of the Electrothermics and
Metallurgy Div. Electrochern. Soc., New York,
1955, p. 147—154.
45. H о p f D. in Handbuch ffir Hochfrequ-
enz und Elektro-Technik, Bd IV, Berlin, 1957,
S. 169—170 (Металлокерамические триоды
с титановыми деталями).
46. Hunter М. A. a. J о n е s A., Electro-
chem. Soc. Vordruck, 66—О, Sept. 1934 (Титан,
конель).
47. Н u n t е г М. A., J. Amer. Chem. Soc.,
32 (1910), 330 (Восстановление натрием под
давлением).
48. Huschke Е. G. a. Hop pin G. S.,
Weld. Journ., 37 (1958), 233s—240s (Пайка ти-
тановых деталей в вакууме твердыми припо-
ями).
49. Imperial Chemical Industries: Wrough
titanium, London, 1955.
50. Jaffee R. I. a. Campbell I. E„
Journ. of Metals, 185 (1949), 646—654 (Влия-
ние Os, N2, H2 на свойства йодидного тита-
на).
51. Еременко В. Н., Титан и его спла-
вы, Изд. АН УССР, Киев, 1955.
52. Kessler Н. D. et al., Journ. Metals,
7 (1955), 242—246 (Получение дуктильного
титана дуговой плавкой в вакууме).
53. Kieffer R. u. Benesovsky F.,
Berg- und Hiittenmannische Monatshefte, 101
(1956), 292—300 (Обзор методов получения
титана).
54. К о n с z I., Acta Techn. Hung., 15
(1956), 169—178 (Титан в производстве элек-
тровакуумных приборов).
55. К о г е с к у J. u. Р о s р f s i 1 R.,
Vzacne kovy v technice, Praha, 1948, 61—67.
56. К о p н и л о в И. И., «Успехи химии»,
1954, № 5, стр. 529—,546 (Получение, свойства
и применение титана).
57. К г о 11 W. J. a. S с h 1 е с h t е п A. W.,
Metal Industry, 69 (1946), 319—322 (Титан).
58. К г о 11 W. J., Journ. Franklin Institute,
260 (1955), 169—192 (Исторический обзор раз-
вития метода Кролля).
59. L i 11 о n F. В. a. G о n s e г В. W.,
Metal Progress, 55 (1949), 346 (Свойства
йодидного титана).
60. Long J. R., Metal Progress, 55 (1949),
191 (Прокатка дуктильного титана в защитной
оболочке).
61. MaltzJ. a. Pierre V., de, Metal
Progress, August 1950, 189—191 (Горячая ков-
ка титана).
62. М с Q u i 11 a n A. D., A survey of Ger-
man research and development work on titani-
um; BIOS Final Report Ns 1179, p. 1—20.
63. M c Q u i 11 a n A. D. a. McQuil-
lan M. K., Titanium, London, 1956.
64. M e n t J., de, a. Dake H., Rarer Me-
tals, New York, 1946.
65. M e r e d i t h H. L., Welding Journ., ЗЗ'
(1954), 537—542 (Пайка титана серебром или
сплавом AgMn в атмосфере гелия).
66. М i с h е 1 s W. С. a. W i 1 f о г d S.,
Journ. Appl. Phys., 20 (1949), 1223—1226 (Фи-
зические свойства дуктильного титана).
67. М i 1 е k J. Т., Titanium; in Metals
Handbook, Editon 1948, Cleveland, p. 1143.
68. N i с о 1 a u s H. O., Techn. Rundschau
(Bern), 44 (1952), № 38, S. 1^3; № 40, S. 9—
13; № 41, S. 3—5 (Получение, свойства и при-
менение титана).
69. N. N.: Techn. Rundschau (Bern), 1949,
№ 35, 17—18 (Получение, свойства и приме-
нение титана).
70. N. N.: Mat. a. Methods, 39 (1954), № 6,
р. 8 (Цены на губчатый титан).
71. ОЕЕС (Organisation for European Eco-
nomic Co-Operation) Project № 247: titanium,
zirconium and some other elements, Paris, 1956.
72. Pfiitzenreuter A., Techn. Mitt.
Krupp, 14 (1956), 115—120 (Свойства титано-
вой проволоки).
73. RadtKe S. E. et al., Journ. Metals,
3 (1951), 620—624 (Дуговая плавка титана
в атмосфере аргона или гелия).
74. Ralston О. С. a. Cserveny-
ak F. J., Ind. Eng. Chem., 42 (1950), 214—
218 (Применение титана).
75. R a w s о n H. a. D e n t о n E. P„ Brit.
Journ. Appl. Phys., 5 (1954), 352—353 (Терми-
ческое расширение дуктильного титана).
76. Rentschler Н. С., Henry D. Е.
a. L i 11 i е п d a h 1 W. С., Trans. Electrochern.
Soc., 91 (1947), Preprint (Титановые электроды
для газоразрядных приборов).
77. R i с h m о n d J. T., Production of ti-
tanium oxide at aussig, BIOS Final Report
№ 1410, London, 1947, 1—4.
78. R о h n W„ DRP .558948/29/32 (Сплавы
NiBe и NiTi для электровакуумных прибо-
ров).
79. Scheibe W., Giesserei, 43 (1956),
8—17 (Плавка и литье титана).
80. S с h n е i d е г P. u. В u k F., Slabopro-
udy obzor, 14 (1953), 284—285 (Получение хло-
рида и гидрида титана).
81. Schulze W., Z. Metallkde, 23
(1931), 263 (Титан).
82. S c h u 1 z e W. M. H., Elektrotechn. Z.
(ETZ), 72 (1951), 51—54 (Применение титана
в электротехнике).
83. S i е v е г t s A., Z. phys. Chem., 60
(1907), 129; 74 (1910), 277; 77 (1911); Z. Me-
§ 7-3]
Торий
383
tallkde, 21 (1929), 37 (Растворимость водорода
в металлах).
84. Silverman L., Journ. Metals, 5
(1953), Mai, Sect. I, S. 631—632 (Теплопро-
водность титана).
85. Simmons О. W. et al., Metal Pro-
gress, 55 (1949), 197—200 (Получение титана
дуговой плавкой).
86. S m a t к о J. S., FIAT Final Report № 798
(1946) (Производство титана в Германии).
87. S u 11 о n J. В. a. M с К i п 1 e у T. D.,
Metal Progress, 55 (1949), 195 (Получение
титана в индукционных графитовых печах).
88. Tiffin W. Т., Hoffman Р. С., Mat.
a. Methods (1951), Febr., 57—59 (Свойства
99%-ного титана).
89. Vogel F., Titan, seine metallurgische
und chemische Darstellung, Halle, 1950.
90. Wain er E., Ceramic Age, 48 (1946),
196—201 u. 215—216 (Технология титана).
91. W a r t m a n F. S., Metal Progress, 55
(1949), 188 (Получение титанового порошка
восстановлением). •
92. W е b е г В. С, et al., Journ. Amer.
Ceram. Soc., 40 (1957), 363—373 (Плавка ти-
тана в тиглях из ZrOsH-15%> ат. Ti).
93. Went I., zitiert in A. E. Van Arkel:
Reine Metalle, Berlin, 1939, 187 (Спектральная
излучательная способность титана).
94. West Е. G., Sheet Metal Industries,
25 (1948), 1624—1626 (Точечная сварка тита-
новой жести).
7-3. ТОРИЙ
[Л. 2, 6, 8, Т1, ИЗ)
Основной рудой, содержащей торий, яв-
ляются: монацит-фосфат редкоземельных эле-
ментов, содержащий 0,5—16% тория 246, торит
(ThSiO4) и торианит (ThOs+UOs), представ-
ляющие собой аллювиальные отложения, об-
разовавшиеся при выветривании горных по-
род. Важнейшие месторождения монацитовых
песков находятся в Индии, Бразилии и Се-
верной Каролине (США), залежи торита и
торианита — на Цейлоне. Первоначально их
использовали почти исключительно для изго-
товления калильных сеток газовых светиль-
ников и только позже окись ггория начали
использовать в производстве жароупорных
тиглей и для получения сплавов редкоземель-
ных элементов, а в последнее время — при
решении ряда проблем в атомной энер-
гетике247. Полученный из руд концентрат
[Th (NO3)4 6Н2О] затем химически перераба-
тывается в чистые соединения тория, из ко-
торых для получения металла используется
прежде всего окись тория (ТЬОг).
Получение порошкообразного тория. Ме-
таллический торий в больших количествах
производили для вакуумной техники во вре-
мя второй мировой войны в Германии [Л. 9,
16]. По использовавшемуся тогда способу по-
рошкообразный торий получали восстановле-
нием ThC>2 кальцием (см. также [Л. 12]); при
246 Одновременно и церий, который в составе так
называемого мишметалла имеет определенное значе-
ние в вакуумной технике как компонент специальных
геттеров (см. гл. 28).
247 Из этих соображений в настоящее время
в США разработка всех руд. содержащих более 0,05®/о
Th, -находится под государственным контролем.
этом в отдельных емкостях смешивали 100 кг
ТЬОг с 33 кг размельченного кальция и 25 кг
хлористого кальция, запрессовывали смесь в
железный тигель и затем нагревали в вакуу-
ме до 1 100° С в газовой печи. После окон-
чания реакции, длившейся 10—30 мин, темпе-
ратура во время которой достигала примерно
1 400° С, тигель наполняли аргоном. После ох-
лаждения продукта реакции его извлекали из
печи, дробили, размалывали, промывали, при
непрерывном перемешивании, водой, очищали
соляной кислотой, снова промывали, просеи-
вали и окончательно высушивали. Получен-
ный таким способом порошок содержал обыч-
но 99,5% тория. Примеси состояли из кисло-
рода (в виде ТЬОг), Са, Na и около 0,1% Fe.
Особое внимание необходимо уделять содер-
жанию кальция, которое для дальнейшего
производства дуктильного металлического то-
рия способами порошковой металлургии не
должно превышать 0,5%. Содержание железа
не должно превышать >1%, однако по-
рошок тория с большим содержанием железа
можно использовать для производства поверх-
ностных геттеров (см. гл. 28). С другой сто-
роны, присадки ТЬОг снижают дуктильность
металлического торня меньше, чем соответ-
вующие окислы у Zr и Ti, так как ТЬО2
в металлическом тории не растворяется, а рас-
полагается по границам зерен [Л. 12].
По разработанному в США промышлен-
ному методу производства ториевого порошка
(см. [Л. 17]) в последнее время для реакции
применяется смесь из 100 весовых частей
ТЬОг и 60 весовых частей порошкообразного
кальция. Смесь нагревают в молибденовом
стакане (рис. 7-3-1) под колпаком из туго-
плавкого стекла сначала при 700°С в ва-
кууме для обезгаживания материала, а за-
тем вводят аргон под давлением немного
ниже 1 ат и доводят температуру до 800—
900° С. Собственно экзотермическая реакция
продолжается около 10 мин при 1400° С и
вследствие присутствия 1100% избытка каль-
ция протекает в расплаве. После окончания
реакции и удаления колпака продукт реакции
обрабатывают разбавленной уксусной кислотой,
затем последовательно водой, спиртом и эфи-
ром на нутч-фильтре. Полученный порошок
тория сушат в вакууме. Таким способом полу-
чают торий со степенью чистоты 99,5—
99,8% и примесями кальция (ниже 0,005%).
молибдена (около 0,005%), железа (около
0,005%), SiO (около 0,01%), содержащий
также следы Ni, Си, А1 и ТЬОг.
Необходимо отметить, что в последнее
время металлический торий получают также
электролизом из расплавов фторидов натрия
и торня [Л. 44] или смеси ТЬС14 — NaCl
[Л. 1].
Обзор современных методов получения
порошка тория см. [Л. 3].
Получение дуктильного тория. Из порош-
кообразного тория, просеянного таким обра-
зом, чтобы диаметр зерен не превышал
60 мк, без добавления присадок на гидрав-
лическом прессе под давлением около
3000 кГ/см? спрессовывают заготовки, вели-
чина которых достигала, например у фирмы
Телефункен, 150X25X25 мм и веса 550 кг.
Эти заготовки предварительно просушивают
[Гл. 7
384
Редкие металлы
Рис. 7-3-1. Установка для получения
металлического тория [Л. 17].
1 — высоковакуумный насос; 2— ло-
вушка с жидким воздухом; 3~раз-
рядная трубка в качестве индикато-
ра вакуума; 4—баллон чистого арго-
на (99,7%) с редуктором; 5—вентиль
избыточного давления (столб ртути);
6—трехходовой кран; 7—ртутный
манометр; 8—охлаждаемая водой
плита основания; 9—колпак из туго-
плавкого стекла (96% SiO9); 10—ва-
куумное уплотнение; 11 —индуктор;
12—молибденовый стакан; 13—кера-
мическая изоляционная трубка; 14—
смесь окиси тория и гранулирован-
ного кальция.
в вакуумной трубчатой печи при 60° С, а за-
тем спекают в вакуумной печн в течение 3 ч
при 1320—1360° С. Усадка при спекании со-
ставляет примерно 13%. Спеченные заготовки
можно вынимать пз вакуумной печи только
после окончательного охлаждения. В послед-
нее время удалось получить дуктильный то-
рий также путем плавки в вакууме при
5 • 10~2 мм рт. ст. в тиглях из ВеО. Получен-
ный таким способом торий содержит только
спектроскопически обнаруживаемые следы
бериллия.
Металлический торий, обладающий плот-
ностью, близкой к плотности литого металла,
может быть получен путем прессования при
комнатной температуре или в горячем состоя-
нии. iB последнем случае прессование произ-
водят в вакууме или в атмосфере инертного
газа. Иногда материал дополнительно уплот-
няют горячим прессованием. Применяющийся
для прессования исходный порошок тория
должен содержать не более 5% ThO2.
Для получения тория можно использо-
вать и йодидный метод, принцип которого по-
дробно описан в § 7-1 и 7-2 [Л. 20]. Полу-
ченный этим методом металл отли-
чается высокой чистотой и содержит только
0,020%, С, <0,01% О2 и <0,01% N2. Свойства
его приводятся в табл. 7-3-1.
Механическая обработка спеченных заго-
товок дуктильного тория. Чистый торий очень
пластичен и из него легко получать жесть,
стержни, проволоку и другие виды полуфаб-
рикатов. Так как о способах обработки то-
рия до сих пор известно очень мало, ниже бу-
дет описан опыт фирмы Телефункен, получен-
ный в '1940—1944 гг. {Л. 7].
а) Ториевая жесть. После скругления ре-
бер спеченных штабиков их подвергали холод-
ной проковке на ротационных машинах до
диаметра примерно 18 мм и длины 180 мм
или нарезали на стержни произвольной дли-
ны, а потом подвергали холодной прокатке
в направлении длины примерно на 25—30%
первоначальной толщины '(за четыре перехо-
да). Затем в вакуумной печи при 1 330° С про-
изводили межоперационный отжиг, длившийся
около 1 ч. При прокатке штабиков толщиной
18 мм в жесть толщиной 1 мм необходимо
было провести девять межоперационных от-
жигов. При прокатке жести тоньше 1 мм тол-
щина уменьшается за каждые три-четыре пе-
рехода между межоперационными отжигами
только на 45—20%. Таким путем оказалось
возможным прокатать в холодном состоянии
жесть высокого качества толщиной до 0,05 мм
между двумя валками диаметром 200 мм и
длиной 230—300 мм. При межоперационном
отжиге жесть вкладывали в вакуумную печь
в свернутом виде. Полученную таким путем
жесть можно было в дальнейшем легко обра-
батывать.
б) Ториевые прутки и проволоки. Фирма
Телефункен вырабатывала их, как правило,
из специально изготовленных для производ-
ства проволоки прессованных штабиков весом
около 50 г и размерами 180X7X7 мм. исклю-
чительно путем холодной ковки, а не протяж-
ки, как это принято в производстве вольфра-
ма и молибдена. Как и при прокатке про-
изводились межоперационные отжиги, причем
количество необходимых отжигов в значи-
тельной степени зависело от качества обраба-
тываемого материала '(малое содержание уве-
личивающих хрупкость примесей, например
Fe и Са!). При. очень хорошем исходном ма-
териале при изготовлении прутка диаметром
4,5 мм было необходимо производить одии-
два межоперационных отжига. Наименьший
диаметр проволоки, полученной только ков-
кой, достигал 0,5 мм. Наиболее выгодное
уменьшение диаметра .прутка при ковке за
один переход для диаметров до 4,5 мм ока-
залось равным 8%, для проволок меньших
диаметров — несколько выше.
По методам, применяемым в США для
производства проволоки, в качестве исходного
материала пользуются спеченными штабика-
ми сечением 9X9 мм, из которых ковкой или
прокаткой в холодном состоянии получают
тонкие прутки. Из них холодным волочением
без промежуточных отжигов получают прово-
локу диаметром до 0,75 мм, но только в том
случае, если исходный материал отличается
высокой чистотой. Если проволока подверга-
лась отжигу, то перед дальнейшей обработкой
ее следует «упрочнять» прокаткой или ковкой.
Дуктильный торий так же хорошо под-
§ 7-3]Торий 385
Таблица 7-3-1
Свойства дуктильного тория (99,5%)
Атомный вес 232,05
Удельный вес г/см3 11,7*)
Температура плавления °C 1 842+30 1 690+10(USAEC)
Температура фазового превращения °C 1 400° С (куб. гранецентр.-»куб. объемноцентр.)
Температура спекания °C Для чистого порошка; 800, обычно 1 350° С
Давление насыщенных паров4) мм рт. ст. 1 686° С ю-’ 1 831° С ю-4 1 999° С 10-’ 2196° С 10-’ 2 431° С 10-’ 2 715° С 1
Скорость испарения г см2-сек 2-10“’ 1,9.10“® 1,9-10-’ 1,8-10-4 1,7.10-’ 1,6-10-’
Временное сопротиале- ние разрыву кГ/мм2 Отожженный; (56); 24,4 [14]’)
Относительное удлине- ние % Отожженный 40 Относительное сужение: 48%; [60%]’)
Предел текучести кГ/мм2 Отожженный 19
Модуль упругости кГ/мм2 7 000
Твердость по Бринеллю кГ/мм2 Отожженный; 150 (60)
Твердость по Виккерсу кГ/мм2 Отожженный: 39
Микротвердость (60 г) кГ/мм2 Отожженный: 54
Температурный коэффи- циент линейного рас- ширения 1 /г рад 20—100° С 113-10-’ 100—200° С 119-10-’ 200—300° С 131.10“’
Теплопроводность кал см-сек-град 0,09
Удельное электрическое сопротивление ом-мм2 м 0,18 (99,8%: 0,13)
Температурный коэффи- циент электрического сопротивления 1/град 3,4-10-’(99,8%; 3,96.10~4)
Излучательная. способ- ность (5 500 А) % 800° С; 36... 38’) (см. [Л. 22])
Работа выхода электро- нов3) эв Чистый компактный металл: 3,36 Фотоэлектрическая: 3,68
Линия Ка А 0,134
Растворимость водорода См. рис. 9-2-1
*) Удельный вес порошка, зерна которого покрыты пленкой окисла, 11,2 г/см2.
О
2) Излучательная способность окиси тория при 5 500 А: 69%
s) Об электронной эмиссии пленки тория на вольфраме и окиси тория см. гл. 23.
*) См. также рис. 9-5-4.
5) Йодидный торий.
25—2200
386
Редкие металлы
[Гл. 7
дается обработке резанием, как латунь. То- прутков, (диаметр 2—5 мм) и проволок (диа-
метр 0,5—11 мм). Его широкому применению
препятствует высокая стоимость, а в последнее
время и дефицитность вследствие растущего
потребления в атомной энергетике. В вакуум-
ной технике известны следующие случаи его-
использования.
Применение порошка тория. Нераспыляе-
мые геттеры (см. также [)Л. 5, 110, 16, 18,21])-
В виде нанесенных способом катафореза, а за-
тем спеченных покрытий (максимально
2,5 мг/см2) для поглощения остаточных га-
зов и повышения излучательной способности
анодов нз никеля, железа или графита в мощ-
ных электронных приборах или миниатюрных
электронных лампах с высокой температурой
аиода. Кроме того, как покрытие толщиной
5—10 мк геттерирующих накаленных прово-
лок ^подробнее см. гл. 28).
Составная часть нераспыляемых геттеров:
«Цето» i(cm. гл. 28) и распыляемых геттеров
«Бато» (см. гл. 27).
Кроме того, тс ий используется как ак-
тиватор люминофс ов (см. гл. 16) и в виде
Th(NO3)4 как пржадка, увеличивающая элек-
тронную эмиссию и одновременно тормозящая
рекристаллизацию вольфрамовых накаливае-
мых катодов (см. гл. 23) или тел накала элек-
трических ламп накаливания (см. § 3-2).
Применение компактного тория. Электро-
ды из ториевой жести в магнетронах (Теле-
функен, см. {Л. 9, 16].
Детали электронных ламп СВЧ (прутки'
и жесть).
Накаленный проволочный геттер, особен-
но для поглощения О2, N2 и СО2 в высокова-
куумных электронных приборах [Л. 23].
Фотоэлектрические катоды для измерений
ультрафиолетовой области спектра.
Зеркала антикатодов '(или покрытия}
рентгеновских трубках '(длина волны
риевые детали со сложным профилем могут
быть очень точно изготовлены из стержней
или болванок; при холодной обработке твер-
дость металла увеличивается до твердости
холодно обработанной меди.
Физические свойства. Известные к настоя-
щему времени свойства тория приведены
в табл. 7-3-1 (см. также [Л. 19}). Количест-
венные данные о механических свойствах
пластичного тория до сих пор почти отсут-
ствуют в литературе.
Химические свойства. Чистый порошко-
образный торий пирофорен и легко загорает-
ся в сухом состоянии при трении. .Поэтому
необходимо предотвращать скопление по-
рошкообразного тория '(как и циркония) в
вентиляционных трубах при отсасывании па-
ров метилового спирта ют катафорезных сус-
пензий тория, применяющихся для покрытия
анодов. Участки, на которых работают с по-
рошкообразным торием, необходимо оснастить
устройствами для быстрого получения за-
вес COs. Работать следует обязательно в за-
щитных очках248. Компактный металлический
торий окисляется при высоких температурах
без возгорания и очень интенсивно сгорает
только при красном калении, образуя ThO2.
С неблагородными газами, например Ns и Иг,
торий реагирует при высоких температурах.
Хорошо обезгаженный торий |(например,
зеркало, полученное испарением с вольфра-
мовой спирали) уже прн комнатной темпера-
туре хорошо абсорбирует Ог и H2; абсорб-
ция СО2 наблюдается только выше 650° С.
В присутствии паров ртути абсорбция кисло-
рода зеркалом тория снижается, а способ-
ность поглощать водород вообще полностью
исчезает. Более подробно о газопоглощении
см. гл. 28.
Остальные химические свойства тория и
его взаимодействие с различными реагентами
описаны в табл. 7-3-2.
в
Таблица 7-3-2
Химические свойства чистого тория
в
Ка' 0,134 А). Из-за сравнительно низкой точ-
ки плавления тория фокус не должен быть
слишком маленьким; нельзя также допускать
испарения тория, так как оно вызывает боль-
шие изменения электронной эмиссии накален-
ного вольфрамового катода.
Реактив
Взаимодействие
Н2О (20—100° С)
НС1, концентрирован-
ная
НС1, разбавленная
HNO,
H2SO4, разбавленная
Царская водка
Водяные растворы ще-
лочей
Расплавленные ще-
лочи
Не действует
Растворение
Незначительное рас-
творение
Быстрое растворение
Незначительное рас-
творение
Растворение
Устойчив
Разрушение
Техническое применение. Торий постав-
ляется в виде порошка, жести (0,05—1 мм)„
** Другие защитные мероприятия — такие же,
как и для циркония (см. $ 7-1, а также [Л. 4, 15).
ЛИТЕРАТУРА
1. Abraham L. et al., Journ. Electro-
chem. Soc., 104 (1957), 724—726 (Получение
тория электролизом расплава смеси ThCl4—
NaCl).
2. А г k е 1 А. Е. V а п, Reine Metalle, Ber-
lin, 1939.
3. В е a v е г W. W. et. al., J. Metals, 8'
(1956), Heft № 4, p. 445—454 (Получение то-
риевого порошка и прессование заготовок из=
него).
4. Bureau of Mines: The Explosive Charac-
teristic of Ti, Zr, Th, U and their hydrides; Re-
port of Investigation 4835; Pittsburgh, 1952.
5. Espe W., Elektrotechnik (Praha), 3:
(1948), 182—187; Powder Metallurgy Bulletin,
3 (1948), 100—111; Techn. Rundschau (Bern),
41 (1949), № 5, p. 1—3 (Применение тория в
качестве составной части газопоглотителей).
§ 7-4]
Церий
387
6. Espe W, Slaboproudy obzor, 11 (1&50),
107—108 (Получение, свойства и применение
тория).
7. Espe W, in C. Agte: Kurs praskove
metallurgie (cech.), Lehrgang fur Pulvermetal-
lurgie, Praha, 1951 (Th: 191—194).
8. Gmelins Handbuch der anorg. Chemie,
System Ns 44: Thorium und Isotope, Weinheim,
1955.
9. H a r r i s о n J. S., Production and use
of getter materials in German radio .valves;
BIOS Final Report № 1834, London, 1948
(стр. 19—22: Получение и применение то-
рия).
10. Hunt' G. L., CIOS Final Report №30,
London, 1945 (стр. 12—14: Применение тория
в качестве газопоглотителя).
11. Когеску J. u. Pospisil R., Vzac-
ne kovy v technice, Praha, 1948, 53—60.
12. Mardeп I. W. u. Rentschler H.,
Ind. Engng, Chem., 19 (1927), 97 (Получение
тория путем восстановления ThO2 кальцием).
13. М е n t J. De a. Dake H. C, Rarer
Metals, New York, 1946.
14. M i 11 e r G. L„ Ind. Chem., 26
(1950), Oktoberheft (Получение металлическо-
го тория).
15. N. N, Metal Ind, 81 (1952), 148 (Явле-
ния взрыва металлической пыли и аварии
в производстве при использовании Zr, Th, U
и гидридов).
16. Owen Е. R, Telefunken special ma-
terials for radio valves; BIOS Final Report
Ns 276, London (Производство тория на пред-
приятиях фирмы Телефункен; газопоглоти-
тель «Цето»).
17. Rеntsch 1 ег Н. S. et al, Wes-
tinghouse USA Pat. 2 466 062/1945/1948 (Ме-
таллокерамическое производство тория).
18. Robinson N. W, BIOS Report
№ 501, London, 1945 (стр. 2—3; Применение
тория в качестве газопоглотителя).
19. Thompson J. G, Metals and Alloys,
4 (1933), 114 (Свойства дуктильного тория).
20. Veigel N. D. et al, Journ. Electro-
chem. Soc, 102 (1956), 687—689 (Получение
тория йодидным методом).
21. Wagener S, Brit. Journ. Appl.
Phys, 1 (1950), 225 (Применение тория в ка-
честве газопоглотителя).
22. Whitney L. V, Phys. Rev, 48
(1935), 458—461 (Спектральная излучатель-
ная способность тория).
23. Wild R, Le Vide, 2 (1947), №9,
252—257 (Применение ториевой проволоки
для нераспыляемых газопоглотителей).
7-4. ЦЕРИЙ
Этот редкоземельный металл получают
главным образом из монацитовых песков, наи-
более значительное и богатое месторождение
которых находится в Траванкоре (Индия).
Встречаются они также и в Чехии. Основные
свойства церия описаны в табл. 7-4-1.
Церий достаточно устойчив в сухом воз-
духе при комнатной температуре, однако он
воспламеняется уже при 165° С, а в хлоре —
при 20° С.
Компактный церий разлагает кипящую
воду, а порошкообразный взаимодействует
с нею даже при комнатной температуре. Сла-
бые кислоты растворяют церий. 'В чистом ви-
де церий в вакуумной технике почти не при-
меняют. Его используют как активный ком-
понент газопоглотителей, сплавы для кото-
рых получают путем электролиза расплава
редких земель (Л. 28]; в пиротехнике они бы-
Таблица 7-4-1
Свойства церия
Атомный вес 140,13
Удельный вес г/сл1* 6,75—6,9
Температура плавления °C 8151) 600+502) 775*)
Давление насыщенных паров3) мм рт. ст. 1 004° С 10-» 1 091° С ю-* 1 190° С 10-3 1 305° С ю-2 1 439° С 10-1 1599° С 1
Скорость испарения г см2-сек 1,9 10-’ 1,9-10-» 1,8- 10-s 1,7-10-* 1,7-10-» 1,6-10-»
Удельное электрическое сопротивление ом-мм2 м 0,77
Твердость по Бринеллю кГ1мм2 Около 20
Удельная теплоемкость кал г-град 0,042
Растворимость водоро- да См. рис. 9-2-1
') См. [Л. 28].
2) См. [Л. 331.
3) См. [Л. 7] И рис. 9-5-4.
*) По данным Хонига (см. § 9-5-4).
25*
388
Редкие металлы
[Гл. 7
Таблица 7-4-2
Состав некоторых торговых марок мишметаллов
Элемент Содержание. % вес.
Мишметалл!1) Мишметалл IIs) Мишметалл ПР) Мишметалл IV*)
Церий 40—50 45—50 50—60 50
Иттрий 2—4 —• — —
Лантан 39—46 22—26 25 25
Неодим — 15—17 —
Празеодим — 20
Тербий — | 8—16 15 \ 3
Самарий — 1
Кремний 0,1—0,3
Fe и незначительное количество 7 0—5 1—2 около 3
других металлов
>) Применяется главным образом в пиротехнике.
2) Применяется главным образом в качестве легирующей присадки.
з) См. [Л. 49].
*) Для газопоглотителей.
ли известны под названием «мишметалл». Со-
ставы трех образцов мишметалла приведены
в табл. 7-4-2. О применении мишметаллов в
качестве нераспыляемых геттеров совместно
с торием см. гл. 28, разд. «Цето».
Литературу см. в конце § 7-11.
7-5. ИНДИЙ
[Л. 115, 28, 30, 31]
Индий в виде примесей сопровождает
в рудах другие металлы. Его отделение за-
труднительно и требует многократного элек-
тролиза, химического осаждения и (иногда)
дистилляции в вакууме. Перед второй миро-
вой войной в Германии производилось 5 кг
индия в год |(встречается в незначительных
количествах в мансфельдской медной руде).
В настоящее время индий производится
в США в больших количествах и поставляется
в виде проволоки и жести со степенью чи-
стоты 99,8% 249. Основные свойства индия
описаны в табл. 7-5-1. Данные о составе
см. табл. 7-5-2. В чистом виде индий мягок,
как воск, т. е. мягче, чем свинец. Методом
прессования из Него можно изготовить гибкую
проволоку и мягкую жесть. Индий, однако,
нельзя подвергать обработке резанием. На
воздухе при комнатной температуре он устой-
чив, окисляется при нагревании, а при тем-
пературе каления горит синим пламенем, пре-
вращаясь в 1пйОз- 'В воде, не содержащей
воздуха, он не растворяется до .100° С; в хо-
лодной НС1 и .H2SO4 он растворяется незна-
чительно, в концентрированной HNOa — быст-
ро. .При высоких температурах он реагирует
с галогенами и. серой. С ртутью индий обра-
зует амальгамы. Пленки индия на металлы
можно наносить путем диффузионного отжига
при 170—180° С, причем источником индия
служит фольга толщиной максимум 50 мк. Эти
пленки очень 'устойчивы ио отношению к орга-
ническим кислотам и растворам солей.
ы» Изготовитель: Cerro de Pasco Copper Corp, of
America, Utica 4 (NV), США.
Применение индия в вакуумной технике
ограничивается производством термометров
для высоких температур, наполненных спла-
вом InZnGa, и использованием в качестве
«припоя» '(или уплотнения) для соединения
стекла с металлом, а также в виде уплотняю-
щих прокладок в металлических фланцах. .(Бо-
лее подробно см. гл. 29.)
Индий также нашел применение в ме-
таллических вакуумных затворах [Л. 1, 27, 41],
подвижный клапан которых удерживается
в закрытом состоянии слоем твердого индия.
Для того, чтобы открыть вентиль, индий пла-
вят с помощью внешнего нагревательного эле-
мента. Расплавленный и тщательно очищен-
ный от газов путем нагревания на масляной
бане при 200° С индий может применяться
вместо ртути в качестве рабочей жидкости
с очень малым давлением насыщенных паров
в вакуумных затворах с электромагнитным
управлением и в вентилях-натекателях для
напуска газов (Л. 37].
Индий и его сплавы являются превосход-
ными низкотемпературными припоями, осо-
бенно для нанесения тонких пленок металлов
или полупроводников на стекло, кварц и ке-
рамику, даже в тех случаях, когда толщина
металлических пленок составляет всего не-
сколько ангстрем. Поскольку расплавленный
индий хорошо смачивает стекло250 и, по-види-
мому, способен проникать в тонкие слои ме-
таллов, прочность таких соединений на раз-
рыв составляет 0,35 кГ/мм2. Кроме того, обе-
спечивается хороший электрический контакт.
Обзор материалов, которые можно паять ин-
дием и его сплавами, приведен в табл. 7-5-3.
Подлежащие пайке участки поверхности сле-
дует предварительно очищать. Для очистки
стекла можно, как обычно, использовать хро-
мовую смесь с последующим промыванием
его водой (см. § 4 0-4-4) либо применить
отжиг.
250 Так как он обладает большим сродством
к окислам металлов, входящих в состав стекла
[Л. 5].
Таблица 7-5-1
Свойства индия
Атомный вес 114,76
Удельный вес ZjCM3 7,31
Температура плавления °C 156,17+0,05 Температура кипения: >1 450 (около 2 000)
Временное сопротивление разрыву кГ)мм* Около И
Твердость по Бринеллю кГ/мм2 Около 1
Давление насыщенных паров1) мм рт. ст. 540° С 10-’ 600° С ю-« 667° С 10-' 746° С 10-4 840° С 10-« 952° С 10-’ 1 088° С 10-« 1 260° С 1
Скорость испарения г см2 сек 2-Ю-’ 2-10-‘ 1,9-10-’ 1,8-10-* 1,7.10-’ 1,6-10-’
Удельная теплоемкость ккал г-град 20° С: 0,057
Удельное электрическое сопротивление ом-мм2 м 0° С: 0,0837 155° С (расплав): 0,29
Температурный коэффициент линейного термиче- ского расширения 1/град 20° С: 330-10-’
Т еплопроводность кал см-сек-град 20° С: 0,057
*) См. рис. 9-5-4.
Сл
Индий
390
Редкие металлы
(Гл 7
Таблица 7-5-2
Состав индия nq данным различных
изготовителей
Эле- мент Технически ' чистый, % вес1) Особо чистый, % вес1) Технически чистый, , % вес.2)
Ag 0,0004 0,0001 о.ооб
Cu 0,0006 ' 0,0002
Pb 0,006 0,0003 Следы
Sn 0,005 0,000 0,01
Zn 0,000 , 0,000 0,01
Cd 0,010 0,000
TI 0,003- 0,000 }
In3) 99,975 с 99,999
") По данным [Л.40].
’) По данным (Л. 4]; изготовитель; indium Corp, of
Amer. Утика, США. .
®) По развести.
*) Йе определялось.
Сплав Snln (50/50) SS1 с точкой плавления
116° С и точкой течения 127° С обладает до-
Стабилизированная гальваническая ванна1) для осаждения индия
1. Состав электролита (на 1 л раствора)
15—30 г индия,
140—160 г цианистого калия (KCN),
30—40 г едкого кали КОН,
20—30 г декстрозы
Рн^И.О
Таблица 7-5-3
Материалы, соединение которых с ин-
дием и его сплавами1) осуществляется
путем пайки2)
По данным [Л.4]')
I. Компактные металлы и сплавы: Ag,
Al, Au, Bi, Cd, Co, Cu, Fe, Ge, Mg, Mn, Mo,
монель, латунь, Ni, [РЫ, Pd, Pt, [Sb], Si, Sn,
сталь (нержавеющая), Ta4), Ti, W, [Zn], Zr.
И. Тонкие слои металлов на стекле, квар-
це или керамике: Ag’), Al, Au, Cd, Cr, Cu, Fe,
Ge, Mg, монель, латунь, Ni, [Pb], Pd, Pt.
III. Неметаллы: Окислы: Al, Си, Fe, Ge, Mg,
Ni, Ti, Zr. Силикаты: стекло, слюда, [гра-
нит], [мрамор], фарфор, кварц и т. д.
’) Помимо чистого индия, были испытаны следу-
ющие сплавы: In Ag с 5—10% Ag (температура пла-
вления 145—144° С) In Al 95/5 (151,5° С), InCu 99/1
(153,5® С) InSn 50/59 (116® С) и InPb. Припои, содер>кй-
, щие индий, описаны в табл. 9-3-9.
’ *) Пайка производится без флюса небольшим па-
яльником.
®) Припоем InAg (см. примеч.1)
*) Паяется только без флюса.
ь) Вещества, ие представляющие интереса с точ-
ки зрения вакуумной техники, заключены в квадрат-
ные скобки.
' Таблица 7-5-4
2. Процесс приготовления:
3. Режим осаждения:
Аноды: стзЛь,
Температура электролита: комнатная.
Плотность тока*) 1,5—3 а/дм2
Цвет осадка: белый (даже при старом электролите).
’) По данным [Л. 35]. Для стабилизации электролита использована декстроза. Обычные электролиты, приме*
няемые для осаждения индия, не являются стабильными (Л. 20].
*) Пользоваться металлическим индием необязательно, для приготовления раствора можно применять так*
же хлористый индий.
а) Указанна^ величина выхода по току сохраняется в течение 3 дней после приготовления растворов. При
яастом использовании через 7 мес. выход падает до 34%. Раствор при этом становится светло-желтым и содер-
жит следы осадка.
*) Выход на катоде снижается с увеличением плотности тока.
статочно низким давлением насыщенных па-
ров '(см. величины для Sn и In в табл. 9-3-4А)
Я1 Торговая марка »Cerroseal-35“, изготовитель:
Сегго de.Pasco Copper Corp.
и может использоваться как припой для стек-
ла, слюды, кварца и глазурованной керами-
ки [Л. 36].
Оловянно-свинцовый припой, содержащий
индий '(состав: 37,5% РЬ, 37,5% Sn, 25% In),
§ 7-5]
Индий
391
дает хорошее, устойчивое по отношению
к щелочам соединение, но он гораздо доро-
же, чем припой >(50/50) PbSn [Л. 21]. О со-
держащих индий припоях для вакуумной тех-
ники см. табл. 9-3-9.
Электролитичеокие тонкие слои индия тол-
щиной 0,2—0,5 мк на -посеребренных деталях для
впаев из сплава FeNi (58/42) обеспечивают
прочный контакт впаиваемого металла со стек-
пом при изготовлении так называемых литых
спаев стекла с металлом («cast glass bus-
hings», см. [Л. 4'1]).
Для таких спаев применяют боросили-
катные стекла, не содержащие свинца. Слой
индия препятствует диффузии кислорода
сквозь серебро и тем самым предотвращает
коррозию железо-никелевого сплава.
О производстве таких покрытий, вклю-
чая предварительное серебрение см. [Л. 16] и
табл. 6-.1-1А; о составах электролита гальва-
нических ванн для нанесения индия см. {Л. 35]
и табл. 7-5-4.
О применении индия в виде ленты тол-
щиной 0,25 мм для прокладок во фланцевых
соединениях (например, в счетчиках Гейге-
ра— Мюллера) см. [Л. 47].
Индий может быть использован вместо
зоЛота для поглощения паров ртути [Л. 24].
Литературу см. в конце § 7-11.
Таблица 7-6-1
кадмия
Свойства
Атомный вес 112,4
Удельный вес г/см* 8,65
Температура плавления °C 320,9+0,1 Точка кипения: 765
Давление насыщенных паров1) мм рт. ст. 148° С ю-5 180° С 10-4 220° С ю-’ 264° С 10"» 321° С ю-1
Скорость испарения1) г см*-сек 3-10-’ 2,9-10-« 2,8-10-’ 2,7-10-4 2,5-10-’
Временное сопротивление раз- рыву кГ/мм2 Литой: 2—7 (й=50Уо); нагартованный: 10—22
Твердость по Бринеллю кГ/мм2 35 | Литой: 21—23
Модуль упругости при растя- жении кГ/мм2 5 200—5 600
Модуль упругости при сдвиге кГ/мм2 2300
Удельная теплоемкость кал г-град 0,055
Теплота плавления кал/г 13,2
Теплота испарения кал/г 286,4
Удельное электрическое со- противление ом-мм* м 0° С: 0,068»)
Температурный коэффициент линейного расширения 1/град 20° С: 298-10"’
Теплопроводность кал см-сек-град 20° С: 0,22 440° С: 0,115
Порог фотоэлектронной эмис- сии А 3 040—3 250
Работа выхода электронов эв Около 4,1
Отражательная способность °/о 2 500 А 36 3 570 А 60 10 600 А 71 30 600 А 93 93 800 А 98,4
Эффективное сечение захвата нейтронов Атомное барн 3500
Макроскопи- ческое см-1 180
См. [Л. 26} и рис. 9-5-4.
*) Электропроводность равна 25,2% электропроводности меди. •
392
Редкие металлы
[Гл. 7
7-6. КАДМИЙ мер, мансфельдская медная руда253 содер- [Л. 9, 29] жит ок°ло 3-10-2—8-10-50 галлия. Минерал «германит» содержит около 0,8% ба. Такая Кадмий является спутником цинка и по- 1незначительная концентрация галлия в рудах этому производится главным образом из цин- является причиной его высокой стоимости 254 * новых руд. Его важнейшие свойства, пред- Основные свойства галлия приведены в ставляющие интерес для вакуумной техники, табл. 7-7-1. представлены в табл. 7-6-1. Температура плавления галлия ниже, чем Техническое применение. Для фото- всех прочих металлов, исключая ртуть и це- элементов. Напыленная в высоком ва- зий. В сухом воздухе он устойчив, во влаж- Таблица 7-7-1 Свойства галлия
Атомный вес 69,72
Удельный вес г/см* 5,91 Расплав: 6,08
Температура плавления °C 29,78+0,02
Давление насыщенных паров1 мм рт. ст. 1 о "о 859° С 10-* О И- ОУ О СИ 1 о "О 1 093° С 10-» 1 248°С 10-* 1 443° С 1
Скорость испарения г см2-сек 1,5-10-’ 1,5-10-» 1,4-10-» 1,3-Ю-4 1,3-10-» 1,2-10-»
Точка кипения °C 2 070
Теплота плавления кал/г 19,2
Удельное электрическое сопротивление оммм2 м 0°С: 0,53 20° С: 0,568
Удельная теплоемкость кал г-град 0,079
Температурный коэффи- циент термического расширения 1 См. [Л. 71 и рис. 9-5-4. 11г рад 20° С: 180-10-’
кууме иа стекло пленка кадмия обнаружи-
вает фотоэлектронную эмиссию при длинах
волн менее 3 200 А.
Для газоразрядных ламп. Раз-
ряд в парах кадмия дает красное излу-
чение 262.
Необходимо учитывать, что пары кадмия
действуют при длительном горении разряда
на все стекла, в том числе и на кварц. Бо-
лее подробно см. гл. 20.
Для поглощения паров ртути.
Ловушку, наполненную кадмием и нагретую
до 300—400° С, помещают между пароструй-
ным насосом и реципиентом. Ближайшие
к ней участки системы охлаждают водой (по-
дробнее см. {Л. 50]).
Литературу см. в конце § 7-11.
7-7. ГАЛЛИИ
[Л. 2, 112, ИЗ]
Следы галлия встречаются в бокситах,
а также в цинковых и медных рудах. Напри-
252 Красная линии кадмия 6438,4696 А является
одним из эталонов в спектроскопии.
ном — мутнеет; в разбавленных кислотах
вследствие пассивирования в большинстве слу-
чаев не растворяется, однако растворим в го-
рячих кислотах и водных растворах щело-
чей; в холодном состоянии реагирует с хло-
ром и бромом, а при более высоких темпе-
ратурах и с йодом; при 150° С образует с во-
дородом гидрид, а при высоких температурах
с газообразным аммиаком — нитрид. Приме-
нение галлия в вакуумной технике весьма
незначительно:
а) Рабочая жидкость кварцевых термо-
метров для температур от +30 до 4 050° С.
<б)' Нетоксичная жидкость, применяющая-
ся в затворах аппаратуры для измерения объ-
емов при высоких температурах.
в) Катоды электронных приборов, напол-
ненных парами (металлов; в смеси с алюми-
нием для терапевтических ламп накаливания
с излучением в синей и красной области;
с присадкой Bi, Cd и Hg также и для обыч-
ного освещения.
553 VEB Mansfelder Hutten-Kombinat Wilhelm Pieck.
254 Мировое производство составляет несколько
десятков килограммов в год.
§ 7-8]
Висмут
393
г) .Предложен также вместо ртути в диф-
фузионных и пароструйных насосах.
Литературу см. в конце § 7-11.
7-8. ВИСМУТ
Висмут легко получить со степенью чи-
стоты 99.9% (Л. 18].
Его важнейшие свойства представлены
в табл. 7-8-.1.
тодов счетчиков у-, а- и p-излучения с энер-
гией менее 1 Мэв с целью повышения кванто-
вого выхода, который у висмута при у-излу-
чении с энергией около 0,5 Мэв в 3 раза
больше, чем у меди или латуни.
Вследствие хрупкости и потому, что вис-
мут не поддается ни пайке, ни точечной свар-
ке, его применяют для таких катодов в виде
покрытия на медной ткани |(см. [Л. >19]) или
напыляют в вакууме иа стенки стеклянной
оболочки счетчиков >(рис. 7-8-1).
Свойства висмута
Таблица 7-8-1
Атомный вес 209,0
Удельный вес г/см3 9,8
Температура плавле- ния °C 271,3+0,1
Давление насыщен- ных паров1) мм рт. ст. 474° С 10-5 536° С 10-* 609° С 10-’ 698° С 10-2 802° С 10- 1 934° С 1
Скорость испарения г см2-сек 3,1-10-’ 3,0-10-' 2,8-Ю-5 2,7-10-* 2,6-10-’ 2,4-10-2
Точка кипения °C 1 420
Удельная теплоем- кость кал гград 0,034
Теплота плавления кал1г 12,5
Удельное электри- ческое сопротивле- ние ом-мм3 м 20° С: 1,07
Температурный коэф- фициент термиче- ского расширения 1/град 20° С: 133.10-’
Теплопроводность ккал см-сек-град 20°С: 0,020
Порог фотоэлектрон- ной эмиссии А 3 075 (у=4,00 за)
Эффективное сечение захвата нейтронов (атомное) барн 0,015
*) См. рис. 9-5-4.
Чистый висмут в вакуумной технике до
сих пор применялся очень редко, например,
для напыления в вакууме на алюминиевые
шайбы для выпрямителей, которые затем
покрывают слоем селена (см. § 7-14), для ка-
Кроме того, висмут используется в ва-
куумной технике во многих конструкциях
в виде одного из компонентов легкоплавких
припоев (сплав Вуда); подробнее см. § 9-3-VL
Литературу см. в конце § 7-11.
394
Редкие металлы
[Гл. 7
Рис. 7-8-1. Счетчик для изме-
рения жесткого Р-излучения
радиоактивных жидкостей
(например, Р32 и т. п.), катод
которого представляет собой
слой висмута, нанесенный иа
внутреннюю поверхность обо-
лочки.
I. Схема устройства: 1— слой
висмута, нанесенный, напри-
мер, испарением в вакууме
(см. гл. 10, табл. 10-27); 2 —
слой серебра, служащий для
создания электрического кон-
такта с висмутом; 3—анод
из вольфрамовой проволоки;
4—пружина для подвески ано*
да; 5—стеклянный экран; 6—
тонкостенная (0,1 — 0,2 мм)
часть1 стеклянной оболочки
счетчика; 7—пространство для
исследуемой радиоактивной
жидкости (отсутствует у счет-
чиков погружения). II. Внеш-
ний вид счетчиков фирмы
Sieroens-Reinjger Werke, Эр-
ланген (ФРГ).
1 Плотность 20—50 мг!см*.
Счетчики с более толстыми
стенками применяются только
для обнаружения гамма-излу-
чения. Подробнее см. [Л. 44].
7-9. ТАЛЛИИ
[Л. 2, 28]
Таллий получают в основном из пылн и
апламоз, образующихся в свинцовых камерах
при производстве серной кислоты (около
3,5% Т1). Легко получить металл со степенью
чистоты 99,95% (остальное — главным обра-
зом свинец).
Его свойства, очень сходные со свойства-
ми сзннца, описаны з табл. 7-9-4.
Таллин мягче свинца и из него можно
изготовлять жесть и проволоку. Так как на
воздухе ом сильно окисляется, его необходимо
хранить в парафине, глицерине или керосине.
Легко растворяется в HNO3, труднее —
® H2SO4 и очень мало — в НС1 и HF; прн
комнатной температуре реагирует с серой, но
не взаимодействует с Н2, N2, СО2. Таллий и
его сплавы очень ядовиты!
В вакуумной технике таллий применяется
как материал для катодов газоразрядных ис-
точников света и как составляющая сплавов
со ртутью в. термометрах для низких темпе-
ратур, так как прн добавлении 6% Т1 точка
затвердевания ртути снижается до —59° С.
Литературу см. в конце § 7-11.
7-10. ХРОМ
[л. 46] ;
Чистый, практически не содержащий уг-
лерода хром обычно получают восстановлением
его окиси порошком алюминия. Образующий-
ся при этом хром собирается у пода печи и
после охлаждения может быть легко отделен
механически от находящегося над ним слоя
шлаков. Это хрупкий нетоксичный 235 металл
с блестящей серебристой поверхностью изло-
ма. Технический хром содержит обычно 98—
99% Сг (остальное — Fe, Si и Al). Более чи-
стый и соответственно более пластичный хром
можно получить спеканием или дуговой плав-
кой в инертной атмосфере порошка, получен-
ного электролитически. Предварительно этот
порошок полностью освобождают от окислов,
восстанавливая его в быстром потоке абсо-
лютно сухого 2 256 водорода. Из полученных
спеченных или литых заготовок путем козкн
и прокатки получают жесть, которая хорошо
обрабатывается при 200° С. В последнее вре-
мя удалось получить хром, дуктильный даже
при комнатной температуре [Л. 25].
Чистый хром редко применяется в ваку-
умной технике. Гораздо чаще его используют
для легирования сплавов 257 и для нанесения
диффузионных покрытий на стальные конусы
электронно-лучевых трубок (см. § 6-5-VI). Вы-
сокая коррозионная стойкость позволяет при-
менять хром для изготовления зеркал (испа-
рением на стекло в вакууме, см. § 10-4-V),
для полученных гальванически или напыле-
нием катодов счетчиков Гейгера — Мюллера
с агрессивным газовым наполнением и для
обычного хромирования внешних деталей
электровакуумных приборов с целью защиты
от коррозии. Хром используют также как ма-
териал для антикатодов рентгеновских
трубок.
Основные свойства технически чистого хро-
ма приведены в табл. 7-10-1. Если поверхность
хрома хорошо очищена, его можно паять се-
ребряными припоями в восстановительной ат-
мосфере, а также на воздухе, используя в этом
случае фтороборат калия з качестве флюса и
производя пайку в восстанавливающем пламе-
ни. Химически хром сравнительно устойчив.
Он не взаимодействует с сухими парами хло-
ра и брома, с СО2, SO2 и HNOg, но реагирует
с НС1. Для растворения хрома можно исполь-
зовать смесь соляной и серной кислот. Чистый,
2SS В отличие от его соединений.
25в См. рис. S-2-18.
257 См. $ 6-1-1, сплавы FeNI с малым содержанием
хрома; III, FeNiCr; V, ферритная хромистая сталь; VI.
аустенитная хромоникелевая сталь; § 6-2-П, CrFeNi,
а также CrNi.
•§ 7-10] Хром 39 5
Таблица 7-9-1
Свойства таллия
Атомный вес 204,39
Удельный вес г/смг 11,85
Температура плавле- вня °C 300+3 Точка кипения: 1 460° С
Давление насыщен- ных паров3) мм рт. ст. 405° С 10-5 461° С 10-4 527° С ю-8 606° С ю-2 702° С 10-1 821° С 1
Скорость испарения г см2 сек 3,2-10-’ 3,1 - ю-в 3,0-10-5 2,8-10-4 2.7-10-8 2,5-10-2
Временное сопротив- ление разрыву кГ/мм2 9,8
Твердость по Брннел- ’ ЛЮ кГ/мм1 Около 3
Удельная теплоем- кость кал гград 0,031
Теплота плавления кал! г 7,2
Т еплопроводност ь кал см-сек-град 0,5') 0.0952)
'Температурный коэф- фициент термиче- ского расширения 1/град 280-10-’
Удельное электри- ческое сопротивле- ние ом- ммг м 0,15—0,18
'Работа выхода элек- тронов эв 3,6
’) По данным [Л. 2, 28].
“) По данным [Л. 33].
3) См. рнс. 9-5-4.
свободный от углерода 258 хром выше 700° С
заметно окисляется и его можно считать хоро-
шим геттером для кислорода, так как образую-
щаяся окись хрома очень устойчива 259. Выше
•Й25° С наступает заметное испарение металла
4 Л. 22], которое не уменьшается и в случае
присутствия на поверхности слоя окиси или
нитрида.
Результаты измерений упругости паров
хрома, полученные разными исследователями
1Л. 10, 22], различаются почти на 2 порядка
(см. § 9-5-4).
Для получения более надежных впаев
в стекло медную поверхность металлов иногда
предварительно покрывают тонким слоем хро-
ма (см. [Л. 48] и § 6-1-IV). В табл. 7-10-2,
258 Если в металле илн на его поверхности при-
сутствует углерод, то окисленный хром при темпера-
туре выше 700° С и внешнем давлении СО менее
.10 6 мм пт. ст. выделяет окись углерода:
Сг2О3 + ЗС = 2Cr + ЗСО.
288 Давление кислорода над системой Сг2Оа + Сг
три 1 000° С составляет всего лишь 10 20 мм рт. ст.
<см. рис. 9-2-18).
пп. А и В приведены два испытанных режима
хромирования.
Электролитическое осаждение черного хро-
ма применяется для чернения никелевой анод-
ной жести и вольфрамовых проволочных сеток
(Л. 3, 36, 43]. Метод осаждения является моди-
фикацией известного способа блестящего хро-
мирования.
Подлежащие чернению детали электроли-
тически обезжиривают и покрывают тонким
(3 мк) матовым слоем хрома i(cm. табл. 7-10-2,
п. С). После основательной промывки в ди-
стиллированной воде детали покрывают элек-
тролитически (табл. 7-10-2,п. D) мелкодиспер-
сным слоем чистого хрома (не окиси хрома,
толщина 6 мк) от темно-коричневого до черно-
го цвета. Этот слой прочно удерживается на
поверхности. Затем детали хорошо промывают
в дистиллированной воде и сушат. Удаление
хрома с поверхности тех участков деталей,
к которым должны быть приварены держате-
ли, достигается погружением деталей в элек-
тролитическую ванну при обратной полярно-
сти. «Покрытия из черного хрома в отличие от
черных слоев окислов не разрушаются при на-
Таблица 7-10-1
Свойства технически чистого хрома
Удельный вес г/см3 7,19 При содержании 0,8% О2; 6,9а)
Температура плавления °C 1 890+10 При содержании 1 % окиси хрома: -чЛ 770
Теплота плавления кал',г 75,6
Точка кипения °C При 760 мм рт. ст.: 2500
Теплота испарения кал!г В точке кипения: 1 470
Давление насыщенных паров3) мм рт. ст. 907° С 10-5 992° С 10-4 1 090° С 10-3 1 205’ С 10-2 1 342° С 10-' 1 504° С 1 1 900’ С 64
Скорость испарения г см2 • сек 1,22-10-’ 1,18-10-’ 1,14-10-’ 1,09-Ю-4 1,05-10-’ 1,0-Ю-2 —
Временное сопротивление разрыву кГ /мм3 Электролитический: 10—56 То же после отжига (1 ч, 1 200° С): 18—49 }>
Модуль упругости кГ/мм3 25 000 Электролитический: 7 000—23 0002) То же после отжига (1 ч, 1 200° С): 21 600—26 0002)
Твердость по Бринеллю кГ/мм3 Литой 110-170 Гальванические покрытия: 500—1 250') Отожженные гальванические покрытия: 70—90
Микротвердость по Кноопу (500 г) Nr В зависимости от содержания О2 (0—0,8%) 1 200-1 000 / 2)
Температура ковки °C 1 250
Температура спекания °C 1 300° С до полного удаления газов, затем спекание в аргоне при 1 600—1 700° С
Температурный коэффициент терми- ческого расширения 1/град Линейный: 62-10—’
Удельная теплоемкость кал; г 0,11
to
оо
СП
05
Редкие металлы_______ [ Гл
Продолжение табл. 7-10-1
Теплопроводность кал см-сек - град 0,16
Удельное электрическое сопротивление ом-мм2 м Электролитический хром в зависимости от содержания О2 (0—0,8»/о): 0,13—0,17 Очень чистый, отожженный: 0,13 (28° С)2)
Температурный коэффициент электри- ческого сопротивления Х'град 5,88.10-’
Растворимость водорода См. рис. 9-2-1
Отражательная способность % 3 000 А 67 5 000 А 70 10 000 А 63 40 000 А 88
Излучательная способность % 6 500 А { Тве0^4ый Расплав 0,39
Работа выхода электронов эв Фотоэлектрическая: 3,84
!) В зависимости от содержания водорода.
й) По данным [Л. 6].
3) По данным (Л. 10]; см. также [Л. 22], где приведены на два порядка меньшие значения давления насыщенных парбв (см. рис. 9-5-4).
§ 7-10] Хром
СО
СП
398
Редкие металлы
[Гл 7
Таблица 7-10-2
Процесс гальванического хромирования
А. Блестящее хромирование в холодном
элект ролите
Состав элект роли-
та:
450 г хромовой кис-
лоты чистейшей
(DAB6);
10 г арсената натрия
чистейшего кристал-
лического;
2,6 г мышьяковистой
кислоты в виде по-
рошка;
3,4 г сернокислого
хрома;
1 л дистиллированной
воды
Температура элек-
тролита-. 20—25° С
Сила тока (например,
в случае 8-штырько-
вой ножки) 300 ма.
П родолжителъность:
3 мин.
Последующая обра-
ботка: 4-кратное
промывание в ди-
стиллированной воде
В Блестящее хромирование в горячих
растворах') [Л. 14, 38]
Состав электроли-
та:
350 г хромовой кисло-
ты чистейшей;
1 л дистиллированной
воды,
8—12 смг H2SO4
Плотность: 28° Be'
Температура рас-
твора: около 36° С
(подогревать!)
Аноды: пластинки из свинца с 7% Sb; по-
верхность анодов должна составлять г/г по-
верхности катода.
Плотность тока около 0,1 а[смг.
Источник напряжения: 8 в; напряжение
на ванне: 3 в3).
Продолжителъность (при чернении прово-
лочных сеток); около 15 мин.
Выход: 12—20J/o. Последующая обработка:
4-кратное промывание в дистиллированной
воде.
С. Матовое хромирование
Так же, как и в П. „В“ за исключением бо-
лее низкой температуры электролита
(20—25° С). Образующиеся шероховатые по-
крытия можно использовать как подложку
при черном хромировании (см. п. »D“).
D. Черное хромирование [Л. 38, 43, 51].
Рецепт электролита тот же, что и в п. „В“,
но с введением уксусной кислоты. Концентра-
ция раствора 28° Be'4), температура<15° С
(водяное охлаждение).
Аноды: свинцовые пластинки.
Плотность тока 0,8—1 а!смг (поддержи-
вать низкую температуру!).
Источник напряжения: 11—14 в; напря-
жение на ванне: около 9 в. Продолжитель-
ность процесса: около 30 мин-').
греванни в вакууме (см. § 9-4-IX). Новые со-
ставы электролитов для чернения, содержащих
примеси никеля и ванадия, указаны в [Л. 39].
Один из ннх приведен в табл. 7-10-2, п. Е.
Полученные таким методом покрытия .по-
сле отжига в водороде меняют не только цвет,
[Л. 39]
Температура»
. электролита-
| 30—35° С
)
,г
Е. Черное хромирована
Состав электролита:
200 г хромовой кислоты;
20 г хлористого никеля;
2 г ванадия в виде азотнокис-
лой солн;
6 см ледяной уксусной кислоты;
1 л дистиллированной воды.
Плотность тока: около 1 a/cj
’) Перед погружением покрываемых деталей реко-
мендуется в течение 30 мин .тренировать* ванну при
токе 0.2 а со вспомогательными катодами нз никеле-
вой жести.
2) Если удельный вес электролита понижается до-
250 Бе', то раствор следует освежить введением так
называемой „усилительно!! соли*.
2) Однако не ниже 2, 8 е, так как иначе осаждение
хрома прекращается.
*) Электролит выдерживает длительную эксплуата-
цию, если по мере понижения его удельного веса до-
250 Be' в него вводят „усилительную соль*.
5) Необходимо предусматривать хорошую вытяж-
ную вентиляцию для удаления тумана, образующегося
вследствие выделения водорода.
но и прочность сцепления с подложкой. Это-
позволяет предполагать, что они состоят из-
очень мелких частичек хрома и никеля с при-
месями окислов этих металлов.
Литературу см. в конце § 7-11.
7-11. СЕЛЕН
Селен получают главным образом нз анод-
ных осадков, образующихся прн электролити-
ческой очистке меди, путем их растворения
в цианистом кални (SeCNK) н осаждения со-
ляной кислотой. Мировое производство селена
составляет 200 т/год (Канада, США, Герма-
ния). Обычный материал содержит 99,5% Se-
(основная примесь — SiO2). Однако содержа-
ние селена можно повысить до 99,92%. Селен,
применяющийся для изготовления выпрямите-
лей, дополнительно очищают дистилляцией’
в вакууме при 270—300°С. После этого к нему
добазляют небольшие колнчестза галогенов-
(С1, Вг нли J).
Основные свойства селена приведены’
в табл. 7-11-1. При быстром охлаждении паров
нлн расплава образуется аморфная модифика-
ция, которая в результате длительного нагре-
вания при 150° С переходит в серый гексаго-
нальный металлический селен
Селен представляет интерес потому, что
современные способы изготовления селеновых
выпрямителей и фотоэлементов основаны не-
применении методов вакуумной техники [Л. 34,
45]. При этом селен обычно активируют при-
садкой жидкого брома 26°, вводя в расплавлен-
ный в железном тигле и нагретый до 240° С
на газовом пламени селен (^99,95% Se) око-
ло 0,025 см3 жидкого брома (на 1 кг). Для
этого после прекращения нагревания расплава
внутрь него вводят стеклянную ампулу, на-
полненную необходимым количеством брома.
Ампулу вскрывают прн непрерывном переме-
260 Темная красно-коричневая жидкость с точ-
кой плавления —7,3° С и температурой кипения!
58,8°. Уже при комнатной температуре образует агрес-
сивные ядовитые бурые пары, которые при попадании
на кожу оставляют тяжелые ожоги.
§ 7-11 ]Селен 399
Таблица 7-11-1
Свойства селена
Атомный вес 78,96
Удельный вес г/см3 4,81
Температура плавления °C 220+5
Точка кипения °C 680 при 760 мм рт. ст.
Давление насыщенных паров мм рт. ст. См. рис. 9-5-4 и [Л. 8]
Температурный коэффициент термического расширения 1/град 370-10-’
Удельная теплоемкость кал /г 0—40° С:0,084
Теплота плавления кал/г 6,6
шивании массы, которая за счет выделенного
при реакции тепла нагревается на 70—80° С.
Активированный селен выливают в алюминие-
вые плоские сосуды, где он затвердевает в ви-
де слоев толщиной 5 мм. Охлаждение следует
производить быстро, чтобы образовывался
аморфный селен. Затем селен переносят в же-
лезные тигли (см. табл. 10-27) и при 272° С
в вакууме напыляют на предварительно покры-
тые висмутом алюминиевые пластинки261 262.
Последние в свою очередь нагревают специ-
альными излучателями до 110° С (см. рис.
10-212В). Расстояние между испарителем и по-
верхностью конденсации равно 3 см. Толщина
слоя селена 30—40 мк.
Установка, специально предназначенная
для н'апыления селена, изображена на рис.
7-11-1. Схема несколько иной по конструкции
установки приведена на рис. 10-212В. Получен-
ные напылением осадки аморфного селена пе-
реводят в кристаллическое состояние, для чего
их отжигают на воздухе сначала 20 мин при
140° С, а после охлаждения — 4 ч при 217° С.
Затем на слой селена напыляют сплав Bi Sn Cd
(53/26/21), служащий вторым электродом, и,
наконец, подвергают шайбу электрической об-
работке для образования запорного слоя.
Первые этапы изготовления селеновых фо-
тоэлементов аналогичны процессам изготовле-
ния выпрямителей (VEB Carl Zeiss, Jena):
круглые или прямоугольные алюминиевые пла-
стинки, предварительно покрытые в высоком
вакууме слоем висмута толщиной 1 мк, покры-
вают, как было описано выше, слоем селена,
активированного бромом (0,001—0,005% вес.
Вт) Х2, после чего формируют (20 мин, 440° С;
261 Толщина этих пластинок составляет 0,8 мм-,
их предварительно обезжиривают трихлорэтиленом,
обрабатывают с обеих сторон пескоструйной '(кварце-
вый песок: размер верен 0,3 мм), отжигают 1 ч при
200° С и покрывают в высоком вакууме слоем висму-
та толщиной 0,3 мк. Висмут при напылении нагре-
вают до 570° С.
262 Применяется также селен, активированный
хлором (0,015—0,030% вес. С1).
1 ч, 210—218°С). Затем на поверхность селена
с применением маски, закрывающей края пла-
стинки, наносят прозрачный слой кадмия ме-
тодом катодного распыления в аргоне или воз-
духе при низком давлении (см. § 10-4-IV).
Этот слой, толщина которого составляет
5 • 10-6 см, повышает чувствительность фото-
элементов и предотвращает явления «устало-
сти» [Л. 42]. Поверх слоя кадмия, также ка-
тодным распылением, наносят прозрачный слой
золота (5 • 10-6 см), служащий вторым элек-
тродом, и, наконец, края пластинки покрывают
контактным слоем сплава SnCd (68/32). Элек-
трического формирования при изготовлении фо-
тоэлементов не производят.
Селеновые выпрямители и фотоэлементы,
следует оберегать от контакта с ртутью и тал-
лием, а также с их парами. Нежелательно*
также длительное нахождение их в условиях,
повышенной влажности.
Рис. 7-11-1. Аппарат для нанесения селена на
алюминиевые шайбы испарением в вакууме-
(Heraeus. Ханау, ФРГ); см. также рис. Ю-212В._
400
Редкие металлы
[Гл. 7
ЛИТЕРАТУРА
1. А г den ne М. v., Tabellen der Elek-
tronenphysik, Bd II, Berlin, 1956 (S. 787)
(Вакуумный затвор с индием).
2. А г k е 1 А. Е. V а п, Reine Metalle, Ber-
lin, 1939 (S. 465—469: In; 457—465: Ga; 436—
440: Cd; 469—478: TI).
3. A r n d t К., u. E n d r a s s H., Z. Me-
tallkde, 30 (1938), 21—24 (Черное хромирова-
ние).
4. В els er R. B., Rev. Sci. Instr., 25
(1954), 180—183 (Применение индия в каче-
стве припоя для соединения тонких металли-
ческих пленок со стеклом, кварцем или кера-
микой) .
5. В е 1 s е г R. В., Ceramic Age, 62 (Okt.
1953), 15—16, 18—21 u. 29—30 (Качество
сцепления индия с очищенной поверхностью
стекла).
6. В г е n n е г A. et al., Journ. of Research
Nat. Bur. Stand., 40 (1948), 31—59 (Физиче-
ские свойства гальванических хромовых по-
крытий).
7. В г е v е г L. (См. С. Д э ш м а н, Науч-
ные основы вакуумной техники, ИЛ, М., 1950.
Давление насыщенных паров церия и индия).
8. В г о о k s L. S., J. Am. Chem. Soc., 74
(1952), 227 (Давление насыщенных паров се-
лена).
9. В u d g е n N. F., Kadmium, London,
1924.
10. Д э ш м а н С., Научные основы ваку-
умной техники, ИЛ, М., 1950.
11. Easley J. К., Electr. Mfg., 41 (1948),
112 (Сплав Fe Ni 58/42 для вводов в стекло).
12. Е i п е с k е Е., Das Gallium, Leipzig,
1937.
13. Ei песке E., Metallwirtschaft, 18
(1939), 302 (Свойства галлия).
14. E1 s s n e r G., VDI-Zeitschrift, 78
(1934), 415 (Различные способы хромирова-
ния).
15. E n s s 1 i n F.: Angew. Chemie, 55
(1942), 437—439 (Получение и применение ин-
дия).
16. F о 1 е у R. Т. et al., Journ. Electro-
chem. Soc., 99 (1952), 349—353 (Серебрение
-вводов из FeNi 58/42 с применением прослой-
ки индия).
17. Gilbert Н. L. et al., Trans AIME
Journ. Metals, 197 (1953), 63—65 (Дуговая
плавка хрома в атмосфере инертного газа).
18. Gmelins Handbuch der Anorg. Chemie,
'Bd, 19: Wismuth, Berlin, 1927 (Стр. 19: мето-
ды получения висмута).
19. Good W. М. et al., Rev. Sci. Instr.,
17 (1946), 262 (Применение висмута для из-
готовления катодов счетчиков излучения).
20. Gray D., Transact. Electrochern. Soc.,
65 (1934), 377—385 (Стабилизированные глю-
козой электролиты для осаждения индия).
21. Grymko S. М. a. Jaffee R. I.,
Mat. a. Methods, 31 (1950), 59—60 (Индиевые
припои, не содержащие щелочных металлов).
22. Gulbranson Е. A. a. And-
rew К. F., Journ. Electrochern. Soc., 99 (1952),
•402—406 (Упругость паров и окисление хро-
ма).
23. Hampel С. A., Rare Metals Hand-
book, New York, 1954.
24. H e у d i n g D. a. Flood E. A., Ca-
nad. J. Chem., 32, № 6, (1956). 591—592 (Ис-
пользование индия для поглощения паров
ртути).
25. J о h a n s е n Н. a. A s a i G., Journ.
Electrochern. Soc., 101 (1954), Dez.—Heft, 604—
612 (Получение дуктильного при комнатной
температуре хрома).
26. Kelley К. К-, Bureau of Mines Bul-
letin, 383 (1935) (Упругость паров кадмия).
27. К n u d s е n A. W., Rev. Sci. Instr., 23
(1952), 566—567 (Применение индия для ва-
куумных затворов).
28. Ко reeky J. u. Pospisil R., Vza-
che kovy v technice, Praha, 1948 (S. 53: Ce;
S. 42: In; Ga; S. 50: TI) (Редкие металлы
в технике).
29. L i е b i g R. G. M., Zink und Cadmi-
um, Leipzig, 1913.
30. L о w i c k i N., Erz u. Metall, 3 (1950),
94—95 (Свойства и применение индия).
31. Ludwick М. Т„ Indium (The Indium
Corporation of America). Utica N. Y_. I960.
32. M e n t J. De a. D a k e H. C„ Rare
Metals, New York, 1946.
33. Metals Handbook, Edition Cleveland,
1948 (Редкие металлы см. стр. 20—21; кад-
мий см. стр. 1134—1135).
34. М i е г d е 1 G. и. К г о с z е k J., Se-
lenove usmernovace, Praha, 1955.
35. Mohler I. B., Metal Finishing, 43
(1945), 60, (Стабилизированные декстрозой
электролиты для осаждения индия).
36. N. N„ Mat. a. Methods, 33 (1951), Heft
1, S. 97 und 99; Heft 2, S. 97 nnd 99; Engg
File Facts, № 204: solders and brazing mate-
rials.
37. L. P a t у a. Schfirer P., Rev. Sci.
Instr., 28 (1957), 654—655 (Применение рас-
плавленного индия в вакуумных затворах).
38. Pollack A., Chem.-Ztg; 59 (1935),
56 (Черное хромирование).
39. Quae ly М. F., Plating, 40 (1953),
982—985 s. a. US Pat. 2739109 (Электролиты
с присадками никеля или ванадия для черно-
го хромирования).
40. Q u а г m Т. A. A., A method for the
preparation of high-purity Indium, Metal. Bull.
Inst. Min. and Metallurgy Transact., 60 (Dez.
1950), 77—80.
41. Reynolds F. L., Vakuumtechnik, 4
(1956), 181 (Металлический вентиль с индие-
вым затвором).
42. Sanner Н. G„ Ann. d. Phys., 7
(1950), 416 (Селеновые фотоэлементы с кад-
миевым промежуточным слоем).
43. S i е m е n s u. Halske: DRP 607
420/29/35, DRP 611 200/31/35 (Черное хроми-
рование деталей).
44. S i е m е n s u. Halske: Techn. Informa-
tionsschrift SH 4929a (Ausgabe 1957): «Gei-
ger—Muller—Zahlrohre».
45. S n у d e r C. L. a. О d a r e n k о T. M.,
FIAT Final Report № 278, S. 4—5, London,
1946 (Метод напыления селена в вакууме по
данным AEG).
§ 8-1]
Магний
401
46. Салли А., Хром, Металлургиздат,
1958.
47. Т е г - Р о g о s s i а n М. et al., Rev. Sci.
Instr., 20 (1949), 289—290 (Уплотнения из ин-
диевой жести для счетчиков Гейгера).
48. Turnbull I. С., RCA Rev., 13
(1952), 201—299 (Меднение и хромирование
ковара для вводов СВЧ).
49. V о о г h i s С. С. V a n et al., Rev. Sci.
Instr., 5 (1934), 367 (Очистка инертных газов).
50. Wil пег T., Rev. Sci. Instr., 20 (1949),
27 (Кадмиевые ловушки для ртутных паров).
51. Wright L. et al., Trans. Faraday
Soc., 2, 31 (1935), A Brenner, Journ. of Rese-
arch Nat. Bur. Stand., 40 (1948), 31—59 (Рас-
творы для черного хромирования).
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ПРОЧИЕ МЕТАЛЛЫ И УГЛЕРОД
8-1. МАГНИИ
Получение [Л. 1, 2, 4, 10]. Магний получа-
ют чаще всего электролизом расплавов содер-
жащих его минералов (бишоффит: MgCl2+a<?).
Количество примесей, уменьшают плавлением
и промыванием жидкого металла в смеси со-
лей. После второй мировой войны в США на-
чалось промышленное производство магния из
морской воды, которая содержит около 0,5%
MgCl2. Магний можно получить и восстанов-
лением MgO углеродом или кремнием [Л. 4].
Магний поставляется в виде слитков, по-
рошка, лент и проволок. Обычный компактный
металл имеет степень чистоты 99,7%, специаль-
ные сорта — 99,85% Mg и примеси Мп, Si, Fe,
Cu, Ni, Al, N2 и Cl (содержание ни одного
из металлов не превышает 0,02%, см.
табл. 8-1-2). Однократной дистилляцией в ва-
кууме можно достичь степени чистоты 99,99%.
Этот материал, который фирма Gilby Wire из-
готовляет для вакуумной техники, содержит
99,95% Mg. Путем многократной дистилляции
в вакууме можно получить спектрально чистый
металл [Л. 5].
Таблица 8-1-2
Состав чистого магния
(по данным ASTM В 92-45)
Содержание (%)
Элемент
Лента, проволока
>99,80
<0,02
<0,001
Общее содержание
<0,20,
включая Cu-f-Ni
Порошок
марки
„Grade С“
Mg
Си
Ni
Fe
Al
Мп
Si
Масла и
жиры
Нераство-
римый
остаток
>96
0,05>)
<0,402)
<0,10
<0,020
<0,25
1 Металлическое железо.
1 Включая окислы железа.
Свойства. Важнейшие физические свойства
приведены в табл. 8-1-1. Обращает на себя
внимание сравнительно высокое давление на-
сыщенных паров магния, которое при почти
одинаковых точках плавления примерно
в 7 раз выше давления насыщенных паров
алюминия, в 1—2 раза выше давления паров
щелочноземельных металлов (Ba, Sr и Са) и
немного меньше давления паров щелочных ме-
таллов (см. рис. 9-5-4). Поэтому даже при
обычном нагревании для обезгаживания элек-
тронных приборов из легкоплавкого стекла при
400° С, а при длительной • эксплуатации элек-
тронных ламп уже при температурах выше
200° С наступает заметное и часто приводящее
к помехам в работе ламп испарение: магний
конденсируется на холодных изоляционных де-
талях приборов и создает проводящие мо-
стики.
Чистый магний можно использовать, как
и алюминий, для производства жести, прово-
лок и лент. Компактный металл устойчив
в сухом воздухе; во влажном воздухе на по-
верхности его возникают белые пятна окисла;
поэтому материал, предназначенный для ва-
куумных приборов, следует хранить в хорошо
закрытых сухих сосудах. Незащищенный слоем
масла порошок металлического магния на воз-
духе не сохраняется, тогда как сплав 45% Mg
и 55% А1, который благодаря его твердости,
близкой к твердости стекла, удается раздро-
бить до величины зерна 70 мк, очень устойчив.
Применение магния в вакуумной технике.
Вследствие высокого давления насыщенных па-
ров магний нельзя использовать для производ-
ства электронных ламп как обычный конст-
рукционный материал. В виде тонкой прока-
танной ленты со степенью чистоты 99,95% он
применяется до сих пор как материал для
геттеров в газоразрядных лампах с накален-
ным катодом, наполненных ртутью, и ® виде
порошкообразного сплава AlMg (55/45) в каче-
стве так называемого «формиргеттера» в при-
емно-усилительиых лампах с оксидным като
дом. Более подробно см. гл. 27.
Магний применяют также для изготовле
ния катодов фотоумножителей и счетчико!
Гейгера — Мюллера, предназначенных для ре
гистрации излучений, лежащих в коротковол
новой области спектра [Л. 3]. Подробнее см
гл. 25.
Магний стал очень ценным материале»
как раскислитель никеля вместо непригодной
для вакуумной техники марганца и как вое
станавливающая присадка к никелевым кер
нам оксидных катодов (см. § 5-2 и гл. 24).
О сплавах Mg-Ba см. § 8-2.
26—2200
Свойства магния (99,8%)
Таблица 8-1-1
Атомный вес . 24,32
Удельный вес г/см* 1,74
Температура плавления °C 650 Точка кипения: 1 107° С
Давление насыщенных па- ров1) мм pm.cm. 287° С ю-5 331° С ю-4 382° С 10-’ 443° С 10-’ 515° С 10-‘ 605е С 1 651е С 2,2 См. рис. 9-5-4
Скорость испарения г смг-сек 1,2.10-’ 1,2.10-' 1,1-10-® 1,1-10-4 1,0-10-’ 9,7-10-’
Теплота испарения кал/г I 316
Временное сопротивление разрыву к Г /мм? Литой Отожженный Нагартованный
11—13 17—19 21—26
Относительное удлинение % 7-5 До 16 9-4
Модуль упругости кГ /мм- 4 300 4 530 4 500 См. рис. 5-2-3
Твердость по Роквеллу Шкала Е До 16 36 59
Твердость по Бринеллю . кГ/мм- 30 33-40 40—50
Температура рекристаллиза- ции5) °C 99,85% Mg: 177 99,99% Mg:93
Прочие металлы и углерод___________________I Гл.
Температура .отжига °C 1
Удельное электрическое со- противление8) ом-мм2 м
Теплопроводность кал см-сек-град
Температурный коэффици- ент линейного расшире- ния 10-’. Х/град ’о—100° С:261
Работа выхода электронов 36 Чистый: 3,60!)
Порог фотоэлектронной эмиссии А Чистый: 3 430+202)
Отражательная способность ’/о 5000 А 72 10000 А 74
Растворимость водорода
Ч См. [Л. 6] и рнс. 9-5-4.
»( Тм. 1Л. 3].
•) См. |Л. 7].
«) См. ;
•) Холоднообработанный (степень деформации 30%). и отожженный в течение 1 ч.
•) Электропроводность* магния составляет 38,6% электропроводности меди.
Продолжение табл. 8-1-1
. 345
20° С:0,0446 См. рис. 5-4-8
100° С:0,376 См. рис. 5-4-9
0—500° С:298 См. рис. 3-2-20
3,68’)
Активированный Н2 и Оа:4 500’)
30 000 А 80 90 000 А (9 мк) 93
См. рис. 9-2-1
§ S-1 ] Магний
404
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
ЛИТЕРАТУРА
1. В u 1 i а п W. u. Fahrenhorst Е., Ме-
tallographie des Magnesiums, Berlin, 1942.
2. Ch a udr on G., Magnesium; in A. E.
Van Arkel, Reine Metalle, Berlin, 1939,
S. 111—126.
3. C u s h m a n R. J. u. H u x f о r d W. S.,
Phys. Rev., 48 (1935), 734 (Фотоэлектрическая
работа выхода магния).
4. Harvey W. G., The magnesium in-
dustry; in Metals Handbook, Cleveland, 1948,
3 967 ggg
5. Kaufmann W. u. Siedler Ph., Z.
Elektrochem., 37 (1931), 492 (Очистка магния
дистилляцией в вакууме).
6. Kelley К. К-, Bureau of Mines Bull.,
№ 383 (1935) (Давление насыщенных паров
магния).
7. М a n n М. М. u. du Bridge L. А.,
Phys. Rev., 2 (1935), 120 (Работа выхода элек-
тронов магния).
8. Miller G. L., Vacuum, 2 (1952), 19—
24 (Получение магния нагреванием смеси
кальцинированного доломита и ферросилиция
при 1 170° С в вакууме; восстановление MgO
кремнием).
9. Р a n n е 1 i Е. V., Magnesium, its pro-
duction and use, London, 1944.
10. S chi ch tel G., Magnesium-Taschen-
buch, Berlin, 1954.
11. Schulze R., Z. Phys., 92 (1934), 212
(Длинноволновый порог фотоэффекта магния).
8-2. ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ:
Ba, Sr, Са
Обращение со щелочноземельными метал-
лами вследствие их большой чувствительности
к кислороду требует особой осторожности.
Их получают из более или менее устойчивых
на воздухе соединений в вакууме или инертном
газе (чаще всего в Аг). До помещения в элек-
тронный прибор и его откачки щелочноземель-
ные металлы защищают от быстрого воздейст-
вия кислорода воздуха покрытиями, металли-
ческими оболочками или спрессовывают с ме-
таллическим порошком, устойчивым на воз-
духе.
Никогда не следует промывать щелочно-
земельные металлы и наполненные ими прибо-
ры четыреххлористым углеродом или трихлор-
этиленом, так как при этом образуются взрыв-
чатые соединения [Л. 33]. Для промывания
применяется очень чистый, нагретый до 35° С
эфир.
Важнейшие свойства отдельных щелочно-
земельных металлов, представляющие интерес
для вакуумной техники, сопоставлены для
сравнения в табл. 8-2-1 и 8-2-2. Подробное
описание химических свойств приводится, на-
пример, в [Л. 11, 26].
Щелочноземельные металлы применяются
в вакуумной технике прежде всего как газопо-
глотители (см. гл. 28) и в меньшей степени
для изготовления дистилляционных и спечен-
ных катодов (см. гл. 24). При этом барий бла-
годаря более высокой активности и меньшей
работе выхода электронов почти полностью
вытеснил из употребления два других щелочно-
земельных металла — Sr и Са.
1. Барий и стронций
[Л. 7, 8, 21]
Применяемый в вакуумной технике ба-
рий 263 в компактном состоянии получают поч-
ти исключительно в вакууме алюминотермиче-
скими методами 1Л. 42] путем реакции, кото-
рая .начинается при достижении 1 050—1 150° С
и протекает экзотермически:
ЗВаО + 2А1 = А1гО3 + ЗВа,
причем весовое отношение А1 к ВаО равно
1 : 8,5. Если алюминий содержит хотя бы не-
много водорода, то для предотвращения обра-
зования водяных паров рекомендуется брать
его в избытке, т. е., например, отношение А1
к ВаО должно составлять 1 : 6,5.
При сравнительно простом лабораторном
способе получения процесс ведут следующим
образом: измельченную очень чистую окись ба-
рия 264 обезвоживают в вакуумной печи при
800° С, смешивают с крупными промытыми
в эфире алюминиевыми опилками в указанном
соотношении и спрессовывают в брикеты. Бри-
кеты сначала тщательно обезгаживают, нагре-
вая их высокой частотой в кварцевой трубке
с железным вкладышем в вакууме при 800° С.
После повышения температуры примерно до
1 050° С начинается описанная экзотермическая
реакция. Образующийся барий при 1 100—
1200° С отделяют от продуктов реакции воз-
гонкой и конденсацией на охлаждаемой по-
верхности. Конденсат извлекают из печи под
защитой инертного газа (например, аргона),
так как коллоидальный барий реагирует очень
быстро даже с азотом. Потом производят даль-
нейшую очистку дистилляцией с одновремен-
ной переплавкой в компактные заготовки.
Фирма Телефункен пользовалась (по дан-
ным [Л. 14]) брикетами ВаО—А1 величиной
2,5X2,5X20 см3 (также с избытком А1). Брикет
вкладывали в железную реторту, закрывав-
шуюся крышкой, в которую была вмонтирова-
на охлаждаемая водой выступающая в ваку-
умное пространство трубка, на поверхности ко-
торой конденсировался барий. Реторту при
непрерывной откачке нагревали до 1 100° С
в электрической печи в атмосфере азота. По-
сле начала реакции и конденсации бария на
охлаждаемом отростке в реторту вводили СО2.
Конденсированный барий в атмосфере СО2 из-
влекали из реторты и переплавляли в стержни
диаметром 15—20 мм в железной лодочке
в трубчатой железной печи. Таким путем полу-
чали очень чистый барий, чрезвычайно мало
загрязненный алюминием, причем выход коле-
бался от 30 до 40% теоретического.
По другому методу [Л. 19] барий получа-
ли в трубке из хромистого железа (15% Сг,
следы Si, остальное — Fe) диаметром 10 см и
длиной 2 м, которая была наполовину запол-
нена хорошо измельченной смесью ВаО с А1
и после откачки нагревалась до 1 200° С, при-
263 Так как стронций весьма близок по своим
свойствам к барию, а применявшиеся раньше спла-
вы В a Sr в настоящее время уже почти не исполь-
зуются, в дальнейшем мы ограничимся в основном
описанием Ва.
264 Полученную из ВаСОз обжигом в вакуумной
печи примерно при 1 300° С или обжигом стехиометри-
ческой смеси ВаСОз+углерод (ламповая сажа) при
1 000° С в вакууме.
§ 8-2]
Щелочноземельные металлы
405
Таблица 8-2-1
Свойства бария, стронция и кальция
Ва Sr Са
Атомный вес 137,36 87,63 40,08
Удельный вес г!см3 3,75; 3,6 2,63 1,55
Температура плавления °C 7041) 771') 849«)
Давление насыщенных паров мм pin. ст. См. табл. 8-2-2 и рис. 9-5-4
Скорость испарения г см2-сек
Точка кипения °C 1 537—1 696 1 380 1 440—1 700
Коэффициент термического расширения 10~7- Мград 0—300°С 170—210 — 0—300° С 220
Удельное электрическое сопротивление ом-мм2 0,5 0,23—0,30 0,034—0,041
м
Температура разложения азидов °C BaNe:120 SrN6: НО CaN6:100
о По данным Гозмана’[Л. 18]. Щелочноземельные металлы часто загрязнены нитридами: прн этом
точка плавления Ва и Са понижается примерно на 30° С, a Sr—примерно на 15° С по сравнению с приведенными
данными.
чем один конец реторты свободно выступал
из печи и служил охлаждаемым воздухом
конденсатором для бария, который испарялся
из реагирующей смеси. Восстановление про-
изводилось в вакууме при давлении 1 мм рт. ст.
Полученный таким путем металлический барий
хранился и транспортировался в тонкостенных
стальных цилиндрах под слоем жидкого пара-
фина.
На рис. 8-2-1 показана современная уста-
новка для получения и очистки дистилляцией
щелечноземельных металлов при температурах
до I 100° С. Установка имеет внешние нагре-
ватели из нихромовой проволоки и охлаждае-
мый водой конденсатор, установленный внутри
вакуумной системы.
Рис. 8-2-1. Вакуумная печь с дистиллятором для
получения щелочноземельных металлов при тем-
пературах до 1 100° С (изготовитель: Degussa
ФРГ).
Металлический барий в настоящее время
поставляется в виде блоков величиной около
1 см3 со степенью чистоты 97—99,5%.
Двойные сплавы бария с алюминием или
магнием при комнатной температуре сравни-
тельно устойчивы; при испарении последних,
кроме паров бария, образуются также пары
магния. Для получения сплавов применяют
также алюминотермические методы: в смесях
ВаО с А1 или ВаО с Mg в атмосфере аргона
проводят термитную реакцию, причем восста-
новитель (А1 или Mg) всегда находится в сте-
хиометрическом избытке. Барин образует сплав
с избыточным алюминием или магнием и со-
бирается в расплавленном состоянии под слоем
шлаков А12О3 или MgO.
После охлаждения из полученных сплавов
штампуют небольшие таблетки. Они получа-
ются настолько устойчивыми на воздухе при
комнатной температуре, что их монтаж в элек-
тронные приборы допустим без защитной обо-
лочки 265. Однако хранить их длительное вре-
мя меобходимо в закрытых сосудах или еще
лучше в вакууме.
Весьма устойчивыми при комнатной темпе-
ратуре оказались сплавы бария с небольшим
(около 3% вес.) количеством меди [Л. 17],
небольшая присадка которой повышает темпе-
ратуру распыления газопоглотителей всего на
10—20° С. Наиболее простым методом получе-
ния таких сплавов является плавление бария
в специальном устройстве i(cM. рис. 8-2-2), на
265 Если все же при монтаже электронной лампы,
например при заварке ножки, нельзя избежать на-
гревания таких газопоглотителей на воздухе, их не-
обходимо защищать от окисления металлическими
оболочками.
406
Прочие металлы и углерод
[ Гл. 8
Рис. 8-2-2. Устройство для наполнения металлических
трубок барием.
1—загрузка в виде кусков бария; 2—сливная воронка
с вмонтированными металлическими трубками; 3—за-
крытые снизу трубки, наполняемые барием; 4—внут-
ренняя излучательная печь с нагревательной спиралью;
5—охлаждаемый водой корпус с крышкой 7; патру-
бок для откачки и напуска аргона; 8—резиновое уплот-
нение; 9 — окошко для наблюдения.
дне воронки 2 которого помещают медную
стружку, легко растворяющуюся в расплавлен-
ном барии.
Из компактного чистого металлического
бария для использования в вакуумной техни-
ке штампуют под парафиновым маслом ма-
ленькие таблетки или наполняют им предвари-
тельно промытые трихлорэтиленом закрытые
с одной стороны бесшовные трубки из Ni, Fe
или Си диаметром около 2 мм [Л. 31]. Для на-
полнения барием трубки свивают в виде спи-
рали и вводят в продолговатую расположен-
ную вертикально закрытую снизу и наполнен-
ную блоками бария железную реторту так,
чтобы их открытые концы находились в ниж-
ней части реторты. После удаления воздуха из
реторты барий плавят, н открытые концы трубок
оказываются погруженными в расплав. Затем
реторту наполняют аргоном, под давлением
которого жидкий барий проникает в откачан-
ные металлические трубки. По другому спосо-
бу толстостенные закрытые с одной стороны
никелевые, железные или медные трубки
(с толщиной стенки около 1 мм) большого
диаметра (около 6 мм) и длиной около 55 см
наполняют металлическим барием, после чего
трубки протягивают до малого диаметра (0,6—
2 мм) с толщиной стенки 0,1—0,3 ми266. На-
полнение таких толстостенных трубок барием
производится также заливкой (см. [Л. 30] и
рис. 8-2-2). Для этого трубки своим слегка рас-
ширенным открытым концом плотно заделы-
вают смесью А12Оз и жидкого стекла (4:1)
266 Отрезок трубки при длине 1 см п диаметре
6,5 мм содержит около 2,3 мг металлического бария.
Рис. 8-2-3. Два типа металлических трубок, наполнен-
ных барием, с односторонне ослабленной стенкой.
1—так называемая геттерная проволока ЮС: 2—гет-
терная проволока с продольной канавкой.
в отверстия в дне железного цилиндра, кото-
рый служит воронкой. Внутри воронки распо-
лагают плавильный тигель с отверстиями, на-
полненный плотными кусками бария. Все
устройство сначала нагревают в кварцевой или
керамической трубчатой печи в вакууме до
650°iC для обезтаживания, а затем барий пла-
вят в аргоне или вакууме при температуре вы-
ше 7.10° С. При этом барий стекает через от-
верстия плавильного тигля в воронку и напол-
няет металлические трубки (ем. также [Л. 5]).
Никелевые, медные или железные трубки,
наполненные барием, изготовляют самых раз-
личных сечений и любой длины под наимено-
ваниями «Ниба», «Куба» и «Феба».
Дозировку бария для вакуумных электрон-
ных ламп производят, отделяя тупыми кле-
щами отрезок соответствующей длины от та-
кой трубки, причем концы ее при этом зажима-
ются, что в некоторой степени защищает ба-
рий от воздействия кислорода воздуха. Затем
отрезки трубки в зависимости от их назначе-
ния (в качестве геттера или источника бария
для дистилляционных катодов) монтируют
в соответствующем месте электровакуумного
прибора. При откачке пары бария получают
путем нагревания оболочки токами высокой ча-
стоты. Давление паров и скорость испарения
бария см. в табл. 8-2-2.
Чтобы облегчить выход паров бария из
закрытых с обоих концов трубок и направить
их в нужном направлении, часто стенку внеш-
ней оболочки делают на некотором участке не-
много тоньше, например сошлифовывая ее по
образующей или выдавливая на ней продоль-
ную канавку (рис. 8-2-3). Ослабленный уча-
сток прорывается давлением паров бария при
нагревании в вакууме. О применении таких на-
полненных барием трубок в качестве газопо-
глотителей см. гл. 27.
Небольшое количество чистого бария мож-
но получить также непосредственно в разряд-
ной трубке термитным способом (см. [Л. 4, 25]).
Для этого 1 весовую часть мелкого порошка
алюминия 267 смешивают с 6,5 весовыми частя-
2Ю Например, «алюминиевой бронзы», которую
промыванием в спирте и просушкой <в вакууме при
200° С можно освободить от следов масла и керосина.
Из-за опасности воспламенения на воздухе необходи-
мо обрабатывать одновременно только небольшое
количество порошка и постепенно впускать воздух
в вакуумную печь.
Давление насыщенных паров р и Скорость испарения II? щелочноземельных металлов
прн различных температурах Т (см. рис. 9-5-4)
Таблица 8-2-2
Ва>) Ва») ' Sr’) Са’) Са4)
т, р, 47, Г. р. W, Т, р, W5 Т. р, 47, Т, р.
°C лии рт. ст. г/см* сек °C мм рт. ст. г/смесей °C мм рт. ст. г/см*, сек °C мм рт. ст. г/см'-сех С мм рт. ст.
418 10-5 2,6-Ю"7 485 10“’ 361 10“5 2,2.10"7 408 10“’ 1,4-Ю-7 462 10-’-
476 10-* 2,5-10-’ 549 10-* 413 10-* 2,1-10-’ 463 . 10-* 1,4-10-’ 523 10-*
546 10-3 2,4-10“’ 625 10-3 475 10-3 2,0-10-’ 528 10“’ 1,3-10-’ 594 10-’
629 10-’ 2,3-10-* 716 10-’ 549 10-’ 1,9-10-* 605 10-’ 1,3-10-* 680 10-’
730 10-’ 2,2-Ю-3 829 10“’ 639 10-’ 1,8-Ю-3 700 10-' 1,2.10-’ 784 10“’
858 1 2,0-10“’ 961 1 750 1 1,7-10-’ 817 ' 1 1,2-10“’
1 027 2,2 4,3-10-’
1 127 7,6 1,5-10“’
1 227 22,1 4,3-10-’
1 327 56 1.1
1 427 128 2,5
1 527 267 5,2
1 627 514 10
1 727 925 18
') Си. [Л. ‘21.
•) См. (Л. 24, 28].
») См. ГЛ. 20(.
<) См. (Л. 29].
§ 8-2 ] Щелочноземельные, металлы 407
408
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
Таблица 8-2-3
Схема получения бериллата бария ВаВеО2 [Л. 23]
50 г чистейшей ВеО
158 г чистейшего ВаСО3
। 500 см3 метилового спирта
I (дважды дистиллированного)
Размол в литровой шаровой
мельнице с 15/10/5 шт. фар-
форовых шаров диаметром
10/20/30 мм в течение 18 ч
при 60—65 об/мин')
Фильтровать
на фильтре
Бюхнера
Сушка при 60° С
в сушильном
шкафу
Спекание в водороде в
никелевых лодочках в тече-
ние 1 ч при 1 065° С
Спекание в течение 4 ч в
печи в воздушной атмосфере
при 1 250—1 275° С в иегла-
зурованном фарфоровом тигле
Измельчение в агатовой ступке и размол в сухом виде в корундовой
мельнице емкостью 1 л с 20/12/10 корундовыми шарами диаметром
20/30/10 мм в течение 20—30 ч при 60—65 об/мин
Выход: 200 г ВаВеО2.
«) Либо размалывание 10-кратного количества в
10-15/20—25/30—35 мм.
ми измельченного порошка окиси бария и за-
прессовывают смесь в небольшие никелевые
колпачки или же прессованием изготовляют
из нее маленькие таблетки, которые затем
укрепляют на анодах или в, специальных дер-
жателях. Из-за большой чувствительности оки-
си бария к парам воды открытую поверхность
таблеток защищают слоем парафина (DAB 6,
точка плавления—'около 70°С). При откачке
приборов во время обычного обезгаживания
при 400° С с помощью внешнего источника
тепла парафин удаляется из электронной лам-
пы, после чего «термитную смесь» нагреванием
подложки высокой частотой, электронной бом-
бардировкой или особой внутренней подогрев-
ной спиралью доводят до температуры, при
которой начинается реакция (около .1 000° С).
Так как в результате реакции выделяется
большое количество тепла, для дальнейшего ее
протекания внешнего нагревания более не тре-
буется (таблетка быстро раскаляется). По
окончании реакции барий дальнейшим нагрева-
нием держателя таблетки испаряют и осаж-
дают на катоде. По сравнению с примене-
нием чистого бария (например, проволока Ни-
ба), термитный способ вследствие высокой тем-
пературы реакции обладает тем преимущест-
вом, что все металлические детали электрон-
ной лампы можно хорошо обезгазить отжигом
при 900° С, прежде чем образуется свободный
барий. Недостатком этого способа является
то. что ВаО может во время обработки погло-
тить значительное количество воды, вследст-
вие чего выход бария может практически
упасть до нуля.
Известны и другие термитные реакции,
которые лишены этих недостатков и дают воз-
можность получать достаточные количества
металлического бария восстановлением его
мельнице емкостью 5 л с 20/15/15 шарами диаметром
стабильных соединений уже в откачанных при-
борах без возникновения нежелательных по-
бочных явлений 1Л. 6]. Таков, например, «ба-
таловый» геттер, который применяется в про-
изводстве металлических приемно-усилитель-
ных ламп (Л. 22]. По этому методу на опреде-
ленной стадии откачки прямым пропусканием
тока нагревают тонкую танталовую ленту
(1 Л4Л1Х25 лгкХЗО мм), покрытую смесью устой-
чивых на воздухе карбонатов бария и строн-
ция 268, сначала до 800—1 100° С, причем угле-
кислые соли разлагаются с образованием со-
ответствующих окислов. После откачки выде-
лившегося СО2 температуру ленты повышают
до 1 300° С и тантал восстанавливает окись ба-
рия до металлического бария, который испа-
ряется и образует налет на стенке лампы. Вы-
ход составляет 40% теоретического. Таким
способом достигают отличных результатов. Не-
достатком метода является образование угле-
кислого газа, который должен быть удален
прежде, чем приступают к восстановлению.
Поэтому в последнее время вместо угле-
кислых солей применяют бериллат бария
[Л. 23], который при определенном способе по-
лучения вполне устойчив на воздухе и восста-
навливается танталом с выходом около 60%
бария. Бериллий не вызывает каких-либо помех
и благодаря сравнительно малому давлению
насыщенных паров испаряется незначительно.
Бериллат бария (BaBeO2) можно получать,
в соответствии со схемой, приведенной в табл.
8-2-3. При температурах около 1300° С его
можно восстаиавливать также торием или ти-
таном. Поэтому приготовляют смеси измель-
ченного ВаВеОг с порошком этих металлов,
268 1 моль BaCos+1 моль SrCOs (смешанные
карбонаты), причем присадка SrCO3 предотвращает
плавление ВаСО3.
§ 8-2]
HJелочноземельные металлы
409
наносят их в виде таблеток или пасты на ме-
таллические (нагреваемые впоследствии высо-
кой 'частотой) держатели и проводят .реакцию
восстановления яри откачке. Более подробно
о применении таких газопоглотителей см. гл. 28.
Другой, в настоящее время уже частично
оставленный способ получении небольших ко-
личеств бария в самих приборах — это так на-
зываемый азидный .метод, при котором барин
получают термическим разложением азида ба-
рия (BaN6) примерно при 120° С. Азид бария
получают введением азотисто-водородной кис-
лоты (NSH) 200 в раствор соединений бария см.
[Л. 10]. Из-за исключительной ядовитости и
взрывчатости азотисто-водородной кислоты
процесс можно проводить только в герметично
закрытой стеклянной аппаратуре (с соедине-
ниями на шлифах) в вытяжном шкафу 269 270 271 при
малых количествах реагирующих веществ.
В табл. 8-2-4 показаны конструкция такого
устройства н процесс получения BaNe, причем
иногда рекомендуют дополнительно вводить
пары воды, чтобы воспрепятствовать излишне-
му увеличению концентрации N3H. Азид бария
нельзя хранить в сухом состоянии, а только
в виде водного раствора (16—17% BaNe) ап-
В этом состоянии или же при увлажнении 10%
воды он не взрывчат.
Для введения в электронную лампу рас-
твор разбавляют спиртом, причем BaNe из-за
незначительной растворимости в спирте выпа-
дает в осадок в виде мелкого порошка. После
промывания в спирте влажный порошок ази-
да бария наносят на электрод, который необ-
ходимо покрыть, или на вспомогательный элек-
трод, с которого должен быть испарен барий
(например, на внутреннюю поверхность анода,
к которой для увеличения шероховатости при-
варивают проволочную сетку). При нагрева-
нии электронных ламп в печи во время откач-
ки азид примерно при 120° С диссоциирует,
образуя барий и очень чистый азот 272 273 1, который,
удаляют откачкой (подробнее см. [Л. 15]). На-
пыление самого бария на нужную деталь, на-
пример на катод, производится в большинстве
случаев высокочастотным нагреванием метал-
лической подложки (см., например, (Л. 16]).
Недостатки азидного метода заключаются
в том, что из-за низкой температуры разложе-
ния азида бария невозможно осуществить хо-
рошее обезгаживание деталей электронной лам.
пы путем отжига, не вызвав этим выделения
бария, а также в том, что вследствие непол-
ноты разложения сохраняется значительное ко-
личество нитрида бария (BasNs) который
при последующем нагревании может выделять
269 Точка (плавления —80° С, точка кипения
+37° С.
270 Лучше всего в камере с хорошо закреплен-
ной толстой 'Передней стеклянной плитой и тонкой
задней стеклянной стенкой, причем обслуживающий
персонал должен работать в защитных масках.
271 Для транспортировки (рекомендуется плотно
закрытая стеклянная посуда с резиновой пробкой,
уложенная в хорошо заполненный стружками и за-
паянный жестяной ящик, который получатель должен
разрезать, а не распаивать!
272 Разложение .BaNe поэтому можно использо-
вать и для получения очень чистого азота для на-
полнения газоразрядных приборов см. гл. 20).
273 По этой опричине -выход бария при азидном
методе его получения достигает только 25% теорети-
ческого [Л. 13].
1. Установка (см. рис.).
А—делительная воронка с 4 л (4п—)H2SO4;
В—кран; С—колба емкостью 10 л с 800 г ази-
да натрия NaN3, 2 л дистиллированной воды
с керамикой для предотвращения выбросов
при кипении; D—горелка Бунзена; Е—холодиль-
ник; F—колба емкостью 10 л с 2 «г гидрата
окиси бария и 7 л дистиллированной воды-
(насыщенный, отстоявшийся в течение 24 ч
раствор); G и Н—сосуды для промывания, на-
половину наполненные раствором из F.
2. Процесс получения'
а) Открыть кран В и медленно сливать сер-
ную кислоту, пока в воронке А не останется
небольшое количество ее, препятствующее
проникновению воздуха в колбу С.
б) Зажечь горелку D и перегнать -у жид-
кости из колбы С в колбу F через холодильник Е.
в) Удалить горелку D, открыть кран В;
снять холодильник Е.
г) Жидкость в колбе F перемешивать элек-
трической мешалкой до исчезновения розово-
го1 окрашивания.
д) Пропускать углекислоту из баллона в
колбу F до полного превращения избытка
Ва(ОН)2 в осадок ВаСО3 (раствор вновь окра-
шивается в розовый цвет2).
е) Дать осесть ВаСО3, раствор профильтро-
вать®, осадок промыть, на фильтре дистилли-
рованной водой.
ж) Упаривать фильтрат на водяной бане в
фарфоровой чашке до обесцвечивания раство-
ра н возрастания его удельного веса до
1,135 г/см3 при 18° С (контроль ареометром!).
з) Повторно профильтровать раствор®.
и) Готовый 16—17«/о-ный раствор азида ба-
рия (около 7 л) разливать в банки (1 л), плот-
но закрывающиеся резиновой пробкой. Каж-
дую банку укладывают в отдельную пдртно
прилегающую жестяную коробку. Простран-
ство между банкой и стенками коробки за-
полняют диатомитом. При транспортировке
коробку запаивают.
1 Скрашивание появляется вследствие 'присутствия
свободного NH8 и следов железа.
2 Вновь выделяется NHa.
в Прежде чем выбрасывать использованную фильт-
ровальную бумагу, ее следует хорошо промыть водой-
410'
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
азот. Кроме того, нагревание необходимо про-
изводить очень медленно, чтобы избежать бур-
ного разложения азида, вследствие чего обра-
зующийся барий мог бы с электродов напы-
.литься на стеклянные стенки оболочек ламп.
При больших количествах азида быстрое воз-
растание давления выделяющегося азота мо-
жет разрушить электронную лампу. ,
II. Кальций
Кальций получают' электролизом расплав-
ленного чистого хлористого кальция (99%
СаС12, остальное — вода) при 780—800° С и
высокой плотности тока (околю >100 о/слг2),
используя графитные электроды [Л. 3, 19].
Обычно металл содержит около 98% Са; ос-
1 иовные загрязнения — щелочные и щелочнозе-
мельные металлы, а также соединения углеро-
да и азота. Для вакуумной техники он очи-
щается дистилляцией (установка, аналогичная
применяемой для очистки бария).
Таблица 8-2-5
Состав алюминотермического кальция
после однократной дистилляции [Л. 9]
Элемент Содержвние, % вес Элемент Содержанке, % вес
Са 99,48 А1 <0,01
Fe 0,045 n2 0,032
Мп 0,0025 С 0,030
Ni 0,03 Н2 0,032
Сг 0,004 о2 0,16
Si <0,002
Кальций можно также получать аналогич-
но барию (см. разд. ( этой главы) восстанов-
лением СаО алюминием в вакууме [Л. 27].
После однократной дистилляции получают ма-
териал со степенью чистоты 99,5% Са. При-
мер анализа приведен в табл. 8-2-5. Компакт-
ный, чистый серебристо-белый на поверхности
греза металлический кальций в отличие от ба-
рия и стронция окисляется на воздухе за ко-
роткое время только на поверхности. Поэтому
из него можно .получать прутки и жесть. В
этом виде он обладает неплохими Механиче-
скими свойствами, которые наряду с удельным
электрическим сопротивлением указаны в табл.
8-2-6. Прочие свойства приведены в табл. 8-2-1
и 8-2-2.
Компактный металл можно использовать
для изготовления деталей электронных ламп
без специальных защитных мер. Для длитель-
ного хранения кальция следует использовать
герметично закрытые стеклянные сосуды.
Можно также’получить кальций в неболь-
шом количестве в самой электронной лампе
термическим разложением азида кальция
(CaNe), который можно синтезировать точно
так же, как и BaNe, способом, описанным
в предыдущем разделе этой главы (см. табл.
8-2-4). При этом, однако, необходимо учиты-
вать, что CaNe еще более взрывчат, чем BaNe
или SrNe- Диссоциация азида кальция начи-
нается примерно при 100° С и продолжается
при 80—100° С. Полное разложение образую-
щегося при этом CasNs наступает только при
250° С и выше [Л. 1]; при слишком быстром
или слишком сильном нагревании, так же как
и у BaNe, происходит бурное выделение азота,
подобное взрыву. В нагретом состоянии каль-
ций поглощает СО2 (с образованием СаО и
СаС2), водород (с образованием СаН2) и азот
(с образованием CasN2). Поэтому его приме-
няют в виде блоков в качестве холодного ка-
тода для газоразрядных ламп, наполненных
инертными газами, для очистки этих газов
в так называемой ячейке Бориа (см. гл. 20).
В качестве распыляемого геттера кальций поч-
ти не применяют с тех пор, как была освоена
техника использования для этой цели гораздо
более активного бария. То же относится и
к сплавам СаВа с содержанием 50% бария и
более, которые получают при взаимодействии
расплавленной смеси из 88% ВаС12 и 12% BaF2
с техническим кальцием при 1000° С в ат-
мосфере аргона в железном тигле м используют
после очистки дистилляцией в виде маленьких
таблеток (диаметром 3—4 мм).
Таблица 8-2-6
Некоторые свойства чистого кальция в виде прутков и жести [Л. 9]
Холоднокатаный Отожженный1 Вид
Временное сопротивление разрыву Относительное удлинение (25 мм) Предел текучести Твердость по Брииеллю Твердость по Роквеллу Глубина вытяжки по Эриксену Удельное электрическое сопротивле- ние (20° С)3 кГ /мм2 % кГ /мм2 к Г/мм2 кГ/мм2 мм ом-мм2 м 11,7 7 8,7 - Литой: 17 Литой: В 36—-40 3,55—3,60 0,0424—0,0450 4,9 53—60 1,4 2 11,1 0,034—0,041 1 Прутки > диаметром 1 4 мм Жесть 0,8 мм
1 30 мчн прн 490° С в аргоне.
2 Материал слишком мягок для измерения твердости.
3 Примерно в 2,6 раза больше удельного сопротивления меди. При одинаковых весе и длине оэразца: 0,46
удельного сопротивления медн.
§ 8-3]
Щелочные металлы
411
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев К. К., «Физический журнал»,
6 (1934), 121 (Азид кальция).
2. В г е w е г L., The thermodynamic and
physical Properties of the elements, Report for
the Manhattan Project, 1946 (Давление насы-
щенных паров бария и стронция).
3. Chaudron G., in А. Е. V a n Ar-
kel, Reine Metallen, Berlin, 1939, S. 126—135.
4. Co'op er H. S., USA Pat. 1721544/27/29
(Смесь Al+BaO для газопоглотителей).
5. D i e s i n g H. et al„ DDR—Pat. 418/1949
(Наполнение металлических трубочек барием).
6. Espe W. u. Kolligs H., DDR
628305/1929/36 (Получение бария восстанов-
лением ВаСОз или солей бария типа ВаМОх
алюминием в вакууме).
7. Espe W., Electrotechnik (Praha), 3
(1948), 182—187, 5 (1950) 243—246; Powder
Metallurgy Bulletin, 3 (1948), 100—111; Techn.
Rundschau (Bern), 41 (1949), № 5, 8. 1—3
(Газопоглотители).
8. Espe W., Rnoll M, a. Wilder
At. P., Electronics, 23 (October 1950), 80—86
(Газопоглотители для электровакуумных при-
боров).
9. Everts А. Н. a. Bagley G. D.,
J. Electrochem. Soc., 93 (1948), 265—271
(Свойства чистого кальция).
10. Fleischner R. u. Teichmann
Н., Die lichtelektischen Zellen und ihre Her-
stellung, Dresden und Leipzig, 1932.
11. Gmelins Handbuch aer anorganischen
Chemie, 8, Auflage, Berlin, 1926—1940.
12. G о 1 d s c h m i d t K-, Aluminothermie,
Leipzig, 1925.
13. G e n t e r R. et al., Z. Electrochem, 36
(1930), 211 (Диссоциация азида бария).
14. Harrison I. S., BIOS Report No
1834, London, 1947 (Получение бария иа за-
водах Телефункен).
15. Harvey F. Е., Trans. Faraday Soc.,
29 (1933), 653 (Диссоциация азида бария).
16. Hertz G., DRP 443323/23/27 (Полу-
чение оксидных катодов азидным методом).
17. Hix Р. u. Horacek V., CSR—Pat.
84949/1953/1955 (Газопоглотители «Куба»).
18. Н о f f m a n n F. u. Schulze A., Z.
Metallkde, 27 (1935), 155 (Температуры плав-
ления щелочноземельных металлов).
.19 . Hunter R. M., The electrochemical
industry in the Bitterfeld—Areal; CIOS Report
XXIV-22, London, 1946 (Получение бария и
кальция).
20. К i 11 е у К- К., Bureau of Mines Bull.
NI. 383 (1935) (Упругость паров кальция).
21. Kroll W. J„ US Bur. Mines I. C„
7327 (1945): Processes for making barium and
its alloys.
22. Lederer E. A. a. Wamsley H. C.,
RCA Rev., 2 (Juli 1937), p. 117 (Баталовый
газопоглотитель).
23. Lederer E. A., RCA Rev., 5 (Jan.
1940), p. 310; s. a. US Pat. 2173258 (Получе-
ние бария путем восстановления бериллата
бария).
24. Liempt J: А. М. Van, Rec. Trav.
Chim., 55 (1936), 468 (Давление насыщенных
шаров бария).
25. Marden I. W., Brit. Pat. 267902/26/28
(Получение щелочноземельных металлов пу-
тем термитной реакции).
26. М е 11 о г I. W., Inorg. a. Theor. Che-
mistry, 1941 (т. VIII, стр. 619—908: щелочно-
земельные металлы: Ba, Sr, Са).
27. Miller G. L., Vacuum, 2 (1952),
24—26 (Получение кальция путем восстанов-
ления СаО алюминием).
28. Rudberg Е. a. Lem pert I., J.
Chem. Phys., 3 (1935), 627—631 (Давление
насыщенных паров бария)..
29. Rudberg Е., Phys. Rev., 46 (1934),
763 (Давление насыщенных паров кальция).
30. Schoell er A., DRP 721911/1937/1942
mit Zusatzpatent DRP 745577/1939/1944 (За-
ливка металлического бария в трубки).
31. Schroter F„ DRP 383269/22/23
(Бариевый проволочный газопоглотитель).
32. Ver. Gliihlampen—El. Ges., Ujpest:
DRP 593719/27/34 (Сплавы Ba—Mg).
83. Wegener X., Z. Metallkde, 23
(1931);, 285 (Мойка металлических деталей).
8-з. Щелочные металлы
[Л. 2, 16, 29]
Обработка щелочных металлов из-за их
легкой воспламенямости требует еще более
тщательных мер предосторожности, чем обра-
ботка щелочноземельных металлов. При всех
работах со щелочными металлами, в особен-
ности когда речь идет о большом их количест-
ве, необходимо пользоваться защитными очка-
ми, а для тушения воспламенившегося метал-
ла всегда необходимо иметь большой запас
заранее приготовленного песка; водой гасить
щелочные металлы нельзя.
Щелочные металлы, как и щелочноземель-
ные, следует промывать не в четыреххлори-
стом углероде или трихлорэтилене, а в су-
хом 274 чистом подогретом до 35° С эфире иди
бензоле.
Очистку щелочных металлов методом ди-
стилляции необходимо вести в вакууме. Высо-
кое давление насыщенных паров и низкая точ-
ка плавления позволяют применять стеклян-
ную аппаратуру (лучше всего из йенского стек-
ла или пайрекса). Необходимо принимать во
внимание, что щелочные металлы, особенно
в нагретом состоянии, сильно действуют на
свинцовые стекла (см. § 10-2-ХХ). Щелочные
металлы можно хранить только без доступа
кислорода воздуха, т. е. под защитой- слоя
жидкости или в очищенном состоянии в отка-
чанных стеклянных ампулах. Имеющие наи-
большее значение для вакуумной техники
свойства щелочных металлов приведены
в табл. 8-3-1.
Поскольку расплавы щелочных металлов
в последнее время нашли применение в каче-
стве теплоносителей и охлаждающих сред
атомных реакторов [Л. 9], в табл. 8-3-IA со-
браны данные, которые могут представлять ин-
терес с этой точки зрения.
Величины давлений насыщенных паров
и скоростей испарения приведены в табл. 8-3-2.
274 Его высушивают путем встряхивания с хло-
ристым кальцием с последующей фильтрацией.
412
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
Таблица 8-3-1
Свойства щелочных металлов
Na10 К Cs Li Rb
Атомный вес Удельный вес Температура плавления г/см3 °C 22,997 0,97+0,2 97,7+0,2 39,096 0,86 63+0,1 132,91 1,87 28+2 6,940 0,534 186+5 85,48 1,53 39+1
Давление насыщенных паров Скорость испарения мм рт. ст. г/см9 • сек См. табл. 8-3-2 и рис. 9-5-4
Точка кипения °C 878—892 757—770 690—720 1 370—1 320 680—700
Твердость по Бринеллю кГ)мм2 0,07
Твердость по Моосу <^1.2
Температурный коэффи- циент линейного рас- ширения (20—25° С) Удельное электрическое сопротивление (20° С) Теплопроводность Вязкость Теплота плавления Порог фотоэлектронной эмиссии6 * Температура разложе- ния азидов 10-7-1/град ом-ммг м кал см-сек-град спз кал [г о А °C 710 0,042s 6° С:0,32; 88° С:0,29 а 27,5 6 000 NaN, 2754 830 0,062’ 0,24 3 14,5 7100 KN3 355 970 0,19 3,8 9 000 CsN3 390 560 0,086 0,17 159 5100 900 0,125 6,1 8 100 RbN3 395
1 Свойства паров натрия см. гл. 20; данные для расплавленного Na и сплавоз Na—К приведены в
табл. 8-3-1 А.
* Убывает в последовательности Li—Na—К—Rb—Cs.
* См. [Л.6] и табл. 8-3-1 А.
1 Прн 330“ С равновесие смещается в сторону образования азида.
5 Температурный коэффициент ——— = 5,46-10"3; ^КИДК = 1,451 (при температуре плавления).
Ро Ртверд
6 См. [Л. 35].
’ Температурный коэффициент: 5,42-10"э.
I. Натрий и калий
Эти металлы обычно получают электроли-
зом расплавленных гидроокисей (см., напри-
мер, [Л. 2]; калий получают также метода-
ми восстановления 1(см., например, (Л. 12];
хранят эти металлы в виде блоков размером
в несколько кубических сантиметров в керо-
сине. Для использования в вакуумных при-
борах после отрезания необходимого коли-
чества мягкого, как воск, металла в керосине,
последующего быстрого промывания в двукрат-
но сменяемом бензоле и просушки фильтро-
вальной бумагой металл очищают от водорода
и углеводородов дистилляцией (часто много-
кратной) [Л. 1, 36, 41]. Простое лабораторное
устройство для многократной дистиляции на-
трия показано на рис. 8-3-1. Калий или
натрий можно ввести в вакуумный прибор
перегонкой (рис. 8-3-2) или в маленьких стек-
лянных ампулах (рис. 8-3-1, справа; см. так-
же гл. 20 и 25)27s. Для наполнения ампул ме-
талл перегоняют в вакууме в объем (С на
рис. 8-3-3), в котором находится несколько за-
крытых с одной стороны стеклянных капилля-
ров или стеклянных трубок, разделенных, су-
жениями на несколько отдельных ампул, рас-
положенных открытым концом вниз. После
перегонки жидкий металл под давлением впус-
каемого в установку аргона заполняет стек-
лянные трубки. Горловины трубок заливают
парафином, после чего ампулы можно сколь
27Б Так как щелочные металлы растворяются!
в жидком аммиаке, их в растворе можно ввести в
электронную лампу (например, фотоэлемент), испарить
аммиак в вакууме и после откачки (произвести воз-
гонку щелочного металла на нужный электрод [Л. ЗЦ»
§ 8-3]
Щелочные металлы
413
Таблица 8-3-1А
Некоторые свойства расплавов щелочных иеталлов прн высоких
температурах!
Свойство Темпера- тура, °C Na К KNa2) 78/22 NaKs) 56/44 Li
Удельный вес г,1 см* 100 500 700 0.928 [0,8881 0,780 0,819 0,676 0,874 [0,838] 0,703 0,846 [0,50]
Вязкость спз 70 104 500 700 0,69 [3,8] 0,18 0,515 0,136 0,47 [2,8] 0,15
Теплопроводность кал 100 200 400 500 600 0,21 [0,194] 0,16[0,19] 0,107 0,085 0,058 [0,066] 0,064 [0,067]
см-сек-град
Удельная теплоем- кость кал гград 75 100 500 800 0,33 [0,315] 0,30 0,196 0,188 0° С: 0,238 [0,222] 0,213 [0,258] [1,00]
Эффективное сечение захвата нейтронов, атомное барн 0,45 2,5 1,1 65
1 Расплавы щелочных металлов находят применение в качестве теплоносителей в атомных энергетических
установках. Основная чаете данных почерпнута из отчетов Комиссии по атомной энергии США. Величины, по-
мещенные в скобки ([ ]), приведены по данным [Л. 19].
2 Температура плавления (эвтектика):—12,5° С.
3 Температура солидуса: 4-7° С.
угодно долго хранить на воздухе. Для введе-
ния щелочных металлов в прибор берут труб-
ку необходимой длины и после откачки прибо-
ра испаряют металл.
О введении калия или натрия в электрон-
ные приборы методом электролиза стекла см.
гл. 25; о получении малых количеств калия
из КО с помощью бария см [Л. 3]; о получе-
нии натрия и калия азидным способом (тем-
пература разложения азидов приведена в табл.
8-3-1) см. [Л. 37]; о получении калия при ре-
акции 1 части К2СГО4 с 4 частями циркония 276
при 800° С см. [Л. 4]. Простая лабораторная
установка для получения металлического калия
показана на рис. 8-3-4. В ней смешивают по-
рошкообразный КС1 и кусочки кальция в ве-
совом отношении 3,7: 1, наполняют этой
смесью стеклянную трубку, закрытую с одной
стороны, и нагреванием в вакууме вызывают
реакцию. Полученный путем восстановления
металлический калий перегоняют в ампулу,
запаивают в ней и обрабатывают далее по ме-
тоду, указанному на рис. 8-3-1. Нельзя уста-
навливать слишком высокую температуру ди-
276 При малых количествах циркония реакция
приводит ко взрыву.
стилляции, так как это может вызвать возгон-
ку кальция 277.
Натрий — металл серебристо-белого цве-
та, в очень чистом виде — розовый, в присут-
ствии азота—-золотисто-желтый. Тонкие осаж-
денные на стекле пленки натрия в 'отраженном
свете блестящие и серебристые, а в проходя-
щем свете — синие. В сухом воздухе натрий
покрывается пленкой окисла и не воспламе-
няется. Даже сухой кислород действует на не-
го только при высоких температурах. Натрий
горит светлым желтым пламенем, образуя
NazO и NasOj. С водородом натрий реагирует
при температуре выше 200—350° С с образова-
нием NaH. С водой реагирует бурио с образо-
ванием Нг и NaOH и загорается на мокрой
фильтровальной бумаге. Хлорированные угле-
водороды реагируют с натрием очень бурно
(поэтому при ликвидации возгорания натрия
нельзя пользоваться огнетушителями с четы-
реххлористым углеродом!). СО и СОг реаги-
руют с Na; особенно быстро реагирует твердая
Я7При давлении насыщенных паров 1—10 мм
рт. ст. для возгонки калия требуется температура
340—400° С. При этой температуре давление насыщен-
ных паров кальция составляет только 10“7 10"1 мм
рт. ст.
414
Прочие металлы и углерод
[ Гл. 8
Рис. 8-3-1. Установка для многократной дистилляции
натрия или калня.
1— резервуар с колпачком, укрепленным замазкой; 2—
очищенный щелочной металл, предназначенный для
дистилляции; 3—перетяжка для отпаивания; 4—пер-
вый сборник; 5—электрически нагреваемый н изолиро-
ванный асбестом трубопровод для паров металла; 6—
перетяжка для отпаивания; 7—второй сборник; 8—то
же, чт® и 5; 9—то же, что 3 и 6; 10—последний сбор-
ник; 11—то же. что и 3' 12—трубопровод к вакуум-
ному насосу. Описание процесса: установку откачи-
вают, щелочной металл 2 расплавляют мягким газовым
пламенем и переливают в 4, после чего сосуд 2 отпаи-
вают; включают Нагреватель 5, сборник 4 нагревают
с помощью надвигающейся на него печи примерно до
200—300° С до тех пор, пока весь металл не будет пе-
регнан в сосуд 7, после чего 6 запаивают и производят
вторичную перегонку из 7 в 10, 9 запаивают. 11 запаи-
вают. Сборник 10 отпаивают в виде ампулы с тонким
носиком. Как видно нз правого рисунка, перед исполь-
зованием ампулы 10 для наполнения разрядной трубки
13 ампулу вскрывают в вакууме с помощью магннта и
железного бойка 14, вложенного в стеклянную трубку.
углекислота (сухой лед) с жидким на-
трием. Поэтому для тушения натрия нельзя
также пользоваться огнетушителями с СОг.
Наилучшим гасящим средством является заве-
са из сухого азота, под которой можно пла-
вить натрий без опасности окисления. Наибо-
лее простым средством оказывается засы-паиие
горящего натрия сухим чистым песком. Сухие
углеводороды, как, например, бензол, толуол,
ксилол и -рафинированные минеральные масла,
с твердым натрием ие реагируют и поэтому
пригодны для применения в качестве жидко-
стей, защищающих металл от доступа возду-
ха, и промывочных жидкостей, с помощью ко-
торых удаляют жиры и масла с поверхности
Рнс. 8-3-2. Устройство для непосредстт
венной перегонки щелочного металла в
электронный прибор.
1—щелочной металл до перегонки; 2 —
промежуточные объемы для улучшения
степени очистки путем многократной
дистилляции; 3—электронный прибор;
4—трубопровод к вакуумному насосу.
CN Ef S С : 'гиэ ‘ud ww’d юполнительиые данные о давлении паров цезця см. [Л, 26].
Э ъ 'J.
Таб 1ых температурах Т 1 »..ИК 1 язз-ъкз1г 'ш in co co b- CC XT CO
i, -из -wd кк'd
Э. ‘J . ssss'Sssi
1 с из -ud кк ‘d
Э. ‘1
и о ч S 4 S I 3 - а г о 5 язз-^кз/г 'w 'tss-ss-si-
'шэ -iua ww ‘d
Э. ‘1
рения m щс 1 ЦезнЙ3 - из -ud kw -d
Э. "J
>в р и скорость йена; I Цезий» яга‘и
•из -ud як'd
Э. ‘J
а насыщенных парс 1 Калий1 яэз-^кэ/г 'и
шэ 'iud wvr'd
Эо ‘J.
S я Ч I язз-г,кз/г ‘ш ььььььь 55.5.5.5. 55555
'из -ud ww ‘d Э. -J co — — — — —
§ 8-3 ]
Щелочные металлы
415
Рис. 8-3-3. Устройство для перегонки и дозировки ще-
лочных металлов в ампулы [Л. 34].
Помещенный через трубку А в установку неочищенный
металл В после откачки устройства (трубопровод D)
перегоняют, нагревая его в печи /, в пространство С,
плавят в печи 2 и давлением аргона, подающегося по
трубке D, заполняют им расположенные открытым кон-
цом вниз откачанные стеклянные ампулы; после
охлаждения установки ампулы извлекают через горло-
вину Е,
натрия. Со спиртами натрий взаимодействует
с образованием водорода и алкотолятов. Прн
очистке сосудов с остатками натрия их необ-
ходимо оставлять открытыми. С ртутью натрий
соединяется с выделением большого количест-
ва тепла и света, образуя твердую амальгаму
натрия. Свойства сплавов, NaHg меняются
в зависимости от содержания натрия: мини-
мальную точку плавления (21,5° С) имеет
амальгама с 39,5% вес. Na, а наивысшую
(335° С)—амальгама с 5,5% вес. Na.
Калий. Калий — серебристо-белый ме-
талл; на воздухе теряет свой блеск, сначала
становится синеватым, покрывается коркой и
потом легко воспламеняется. В. кислороде сго-
рает красно-фиолетовым пламенем, образуя
КгО м высшие окислы. Калий не реагирует
с абсолютно сухим кислородом м сухим возду-
хом даже при высоких температурах (.горение
калия немедленно прекращается в сухом кис-
лороде!). С азотом калий также не реагирует.
Металл устойчив против сухого хлора вплоть
до точки плавления [Л. 2]. С водородом при
200° С калий реагирует медленно, а при 350—
400° С—быстро с образованием КН. С ртутью
образует амальгамы, твердые при содержании
Рис. 8-3-4. Лабораторная установка для получения не-
больших количеств металлического калия ’{Л. 36].
1—толстостенная трубка из тугоплавкого стекла; 2—
Закрытая снизу железная трубйа со ёмесыо. KCI и Са;
3—газовая горелка; 4~участок первой конденсации,
откуда калий путем постепенного нагревания всего
патрубка газовой горелкой перегоняют в ампулу 5: 6—
сужение-для отпайки; 7—ловушка с жидким воздухом;.
8—трубопровод к вакуумному иасосу.
Рис. 8-3-5. Диаграмма состояния системы
натрий—калий (кривые ликвидус).
калия выше 1,5% по весу и комнатной темпе-
ратуре и обладающие максимальной точкой
плавления 270—280° С примерно при 9% вес. К.
В разрядных трубках, наполненных ларами
натрия или калия, применяют главным обра-
зом вольфрамовые, молибденовые илн желез-
ные электроды-. При использовании железа
следует тщательно устранять пленки его окис-
лов (отравление холодных калиевых катодов
на железной подложке из-за образования чер-
ного окисла калия из Fe2Oa и К). Медь вооб-
ще нельзя применять в качестве материала
для электродов в приборах, содержащий ка-
лий.
Никель становится хрупким вследствие
диффузии щелочных металлов по границам зе-
рен, поэтому его можно применять только в ви-
де массивных деталей. Жидкий калий легко*
проникает в графитовые электроды (причем-
при избытке щелочного металла получается
•масса с металлическим блеском), а пары калия
разрушают графит. С алюминием щелочные
металлы образуют сплавы.
Применение натрия и калия. Катоды фо-
тоэлементов см. гл. 25; наполнение натриевых
ламп см. гл. 20; катоды камер Гельгоффа для
очистки инертных газов [Л. 34] см. гл. 20;
электроды в разрядниках [Л. 10, 33] см. гл. 26.
В технике часто применяют также сплавы
калия и наТрия. Так, например, сплав с
ртутью, содержащий около 18% калия, кото-
рый плавится примерно при 180° С и не воспла-
меняется при соприкосновении с водой, приме-
няют для катодов разрядников, (см. [Л. 33] и
гл. 26). Амальгамы калия и натрия применяют
также в газоразрядных выпрямителях Жаргон-
ное наполнение) в качестве жидких катодов.
Подробнее см. гл. 26. Об использовании спла-
вов А1—К в .технике см. (Л. 40] и гл. 26. Спла-
вы К—Na 273), жидкие при 0° С при содержании
калия от 67 до 81 % вес. (рис. 8-3-5) с эвтек-
тической точкой при —12,5° С также исполь-
зуют в вакуумной технике, например при очи-
стке аргона, который для этого пропускают 278
278 Такие сплавы получают, например, путем
плавки натрия в парафиновом масле при постепен-
ном добавлении кусочков калия.
416
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
сквозь жидкий сплав (см. [Л. 18, 27] и гл. 20).
Натрий и калий можно применять для по-
глощения паров ртути, заменяя ими ловушки
с жидким воздухом [Л. 32]. Давление паров
ртути над образующимися амальгамами очень
мало (от 10-6 до 10~7 мм рт. ст. по ионизаци-
онному манометру). Однако поверхность тако-
го «щелочного геттера» после соприкосновения
с воздухом следует «реактивировать» дистил-
ляцией в вакууме. Это не требуется в случае
применения полужидкого при комнатной тем-
пературе сплава NaK (95/5) с интервалом
плавления от +7 до 86° С, так как поверх-
ность его сама «реактивируется» уже при ком-
натной температуре [Л. 21].
II. Цезий
Цезий получают главным образом из мине-
рала поллукита — алюмосиликата цезия, мес-
торождения которого находятся на о. Эльба,
из минералов, добываемых в Мэйне (США), и
из вод природных источников. Мировая добы-
ча цезия незначительна, так как металл в дру-
гих областях техники применяется мало.
Из-за очень большой химической активно-
сти цезия его можно получать из соединений
только в вакууме. Это производится или не-
посредственно в дистилляционном отростке га-
зоразрядного прибора, или в специальной ап-
паратуре. В последнем случае металл перего-
няют в маленькие стеклянные ампулы, которые
помещают в прибор и вскрывают в вакууме
(см., например, [Л. 14]). Для получения цезия
применяют следующие методы [Л. 13]:
,1. Восстановление 1 части двухромовокис-
лого цезия (СэгСггО?) 10 частями циркония 279
при 380° С или 1 весовой части хромовокисло-
го цезия (Cs2CrO4) 4 весовыми частями цир-
кония при 725° С; вещества должны быть хо-
рошо перемешаны и спрессованы, лучше всего
в закрытой с одной стороны никелевой или же-
лезной трубке, нагреваемой высокой частотой
(рис. 8-3-6) или накаленной спиралью; в пер-
Рис. 8-3-6. Аппаратура для получения’ цезия и пере-
гонки его в фотоэлементы.
1—никелевая трубка с реакционной смесью: 2—индук-
тор для нагревания реакционной смесн и возгонки це-
зия в шаровой сосуд 3; 4—фотоэлемент, час!'» стек-
лянной оболочки которого покрыта слоем серебра 5,
служащим подложкой для цезия.
вом случае ампулы со смесью укрепляют вну-
три спирального индуктора (см. гл. 25).
Рекомендуется также восстановление 1 ве-
совой части хромовокислого цезия смесью 6 ве-
совых частей окиси хрома и 2,5 весовых частей
S7S См. [Л. 4]. При неблагоприятном весовом
соотношении смеси (при слишком низком содержании
циркония) реакция протекает со взрывом вследствие
большой теплоты образования окиси циркония. Ино-
гда для предотвращения этого в смесь вводят поро-
шок вольфрама или тантала, которые замедляют
процесс восстановления.
порошкообразного алюминия [Л. 42], а также
восстановление бромистого цезия (10 мг) дву-
мя-тремя кусочками кальция (2X1X1 мм).
2. Разложение хлористого цезия (CsCl)
барием [Л. 3]. Для этого раствор 1,3 г хло-
ристого цезия в 5 см3 16%-ного водного рас-
твора азида бария (см. табл. 8-2-4) выкристал-
лизовывают испарением в вакууме во вспомо-
гательном сосуде при комнатной температуре.
При нагревании этой смеси в вакууме в отро-
стке сосуда, который должен быть наполнен
цезием, вследствие разложения азида при
120° С образуется чистый мелкозернистый ба-
рий, который при 250° С вытесняет из CsCl
чистый цезий 28°. Цезий затем перегоняют при
350—400° С в электровакуумные приборы без
опасности одновременной 'перегонки бария.
3. При меньших требованиях к чистоте
хлористый цезий восстанавливают опилками
кальция '(аналогично рис. 8-3-4). При этом,
например, из смеси 4 г сухого металлическо-
го кальция и 9 г CsCl получают около 6 г
Чистого цезия [Л. 4].
4. Термическое разложение азида цезия
(CsN3) в электронной лампе медленным на-
греванием примерно до 390° С [Л. 37]. Метод
получения CsNa аналогичен получению азида
бария '(см. рис. 8-2-4).
Цезий по сравнению с остальными Щелоч-
ными металлами отличается низкой точкой
плавления >(см. табл. 8-3-1) н высоким дав-
лением насыщенных паров >(см. табл. 8-3-2).
По сравнению с другими металлами цезий об-
ладает наименьшей работой выхода электро-
дов (см гл. 21). Цезий мягок, как воск, и вос-
пламеняется при окислении на воздухе. С во-
дой реагирует очень бурно и сгорает при этом
красно-фиолетовым пламенем. При использо-
вании цезия в электронных лампах, имеющих
внутри пленки графита (см. § 8-5-IV), необхо-
димо иметь в виду, что эти пленки сильно
адсорбируют цезий.
Применение металлического цезия в тех-
нике. а) Главным образом дли пленочных ка-
тодов фотоэлементов, в телевизионных пере-
дающих трубках [Л. 43, 44] и фотоумножите-
лях [Л. 11]. Подробнее см. гл. 25.
В последнее время большое количество
сплавов цезия с висмутом и сурьмой (Cs3Bi
или Cs3Sb) применяется также для фотоэле-
ментов.
б) Наполнение специальных источников
света (см. гл. 20).
в) Холодные катоды из соединений цезия
в газоразрядных приборах (см., например.
[Л. 15]).
г) Наполнение парами цезия низковольт-
ных выпрямителей с накаленным катодом, где
цезий служит <не только для образования плаз-
мы, мо и создает <на никелевом накаленном ка-
тоде прочную пленку с весьма .малой работой
выхода электронов (1,63—1,7 эв) (см. [Л. 20,
23] и гл. 23). 280
280 В смесях хлористых солей й азидов щелочных
металлов необходимо обращать особое внимание на
то, чтобы температура разложения азида была ниже
температуры восстановления щелочного металла и
чтобы «температура испарения» (температура явной
возгонки) восстановителя была значительно выше,
чем у восстанавливаемого металла, (например: у ба-
рия 700—800° С, у цезия — около 110° С.
§ 8-3]
Щелочные металлы
417
III. Литий
[Л. 21
Литий в отличие от остальных щелочных
металлов можно получить электролизом не-
водных растворов (например, LiCl в безвод-
ном пиридине прн плотности тока на катоде
0,2—0,3 а/дм2 и напряжении 14 в). Для ваку-
умной техники и в малых количествах литий
лучше всего получать восстановлением 1 ча-
сти LijCrO, 6—8 частями циркония при 450—
600° С в железной трубке в вакууме, ио выход
его при этом незначителен281. В больших ко-
личествах литий получают электролизом рас-
плавленного L1C1 с присадкой КС1, снижаю-
щей точку плавления, последующей переплав-
кой в парафиновой ванне при 180—200°С,
промыванием в бензине и очисткой путем по-
вторной переплавки. Такой материал постав-
ляется в виде кубиков со степенью чистоты
99% '(основные загрязнения—К, 'Na, Li3N,
следы SiO2, FeaOs, АЬО3). Дистилляция лития
в вакууме производится в железных сосудах
при температуре выше 780° С.
В последнее время очень чистый метал-
лический литий удалось получить восстанов-
лением Li2O кремнием или алюминием [Л. 25].
Для этого 1л2СОз смешивают в отношении
11 : 1,5 с окисью кальция, брикетируют и на-
гревают в вакуумной печи при 850° С до
прекращения выделения 002. Образовавшую-
ся смесь Li2O—СаО извлекают после охлаж-
дения печи и измельчают. В смеси содержит-
ся также небольшое количество СО2. Полу-
ченный порошок смешивают с измельченным
и просеянным сквозь сито Ю0 меш кремни-
ем, причем последнего берут на .10% больше,
чем это следует из левой части уравнения
2Li2O + 2СаО + Si = SiO2-2CaO + 4Li.
Смесь брикетируют и нагревают 15 ч при
950—1 000° С в вакууме при давлении менее
10-3 мм рт. ст. Восстановление протекает по
приведенной выше реакции. Образующийся ли-
тий возгоняется и оседает на холодных стен-
ках печи. Выход металлического лития со-
ставляет более 80%. Металл содержит толь-
ко 0,01% Si, 0,01% Al и 0,04%, Са при пол-
ном отсутствии хлора.
При восстановлении алюминием для про-
ведения реакции
ЗЫ2О + СаО + 2А1 = СаО - А12О3 -f- 6L1
также берут аналогичным образом приготов-
ленную смесь с алюминиевым порошком
(в 10%-ном избытке) и после брикетирования
проводят восстановление в вакууме при
900° С. Выход лития составляет также около
80%.
Литий —'мягкий, вязкий металл, более
твердый, чем все остальные щелочные метал-
лы, .ню более мягкий, чем свинец. Из него мож-
но путем прессования или протяжки получать
проволоку, а также прокатывать тонкую
жесть. Литий следует хранить в бензине или
керосине.
По своим химическим свойствам литий
больше похож на магний и щелочноземельные
металлы и значительно устойчивее осталь-
ных щелочных металлов. Поверхность свеже-
го среза имеет серебристо-белый цвет с жел-
тым оттенком; на воздухе она сначала стано-
вится желтой, а затем быстро сереет '(обра-
зование нитрида). После этого в сухом возду-
хе поверхность лития остается более или ме-
нее неизменной. В сухом воздухе литий мож-
но плавить и отливать. По отношению к су-
хому кислороду до 200° С литий почти инер-
тен. Выше 200° С он загорается и сгорает
спокойным плам'енем, образуя JLi2O. 'Во влаж-
ном воздухе он образует гидроокись, но мед-
леннее, чем остальные щелочные металлы.
В водороде при '500—800° С образуется LiH;
в сухом азоте уже при комнатной температу-
ре литий образует нитрид. С водой литий
реагирует бурно '(но не плавится), вытесняя
из нее водород. Расплавленный литий не дей-
ствует на железо и никель, но взаимодейству-
ет с платиной. Кварцевые сосуды устойчивы
при соприкосновении с литием только до
285° С; стеклянные и фарфоровые сосуды раз-
рушаются уже при температурах выше 150° С!
В ртути при комнатной температуре раство-
ряется только 0,036% вес. лития. Ряд амаль-
гам HgLi обладает уже при содержании
3,34% вес. лития точкой плавления около
600° С.
Применение лития в вакуумной
технике
1. Катоды фотоэлементов (см. гл. 25).
2. Окошки для рентгеновского излучения
в экспериментальных приборах [Л. 7], при этом
металл предохраняют от окисления поверх-
ностной пленкой крановой смазки.
3. Очистка благородных газов от азота
с помощью лития в результате образования
LiN [Л. 30].
4. Получение больших количеств чистого
водорода нагреванием LiH 282 в вакууме при
'1 000° С. LiH получают из лития, нагревая его
при 700—800° С в потоке водорода.
IV. Рубидий
Рубидий содержится в ряде минералов
(лепидолит и карналлит). Его получают или
путем реакции iRbCl С барием '(см. разд. II
этой главы), или при взаимодействии в смеси
1 части iRb2Cr2O7 с '10 частями циркония (тем-
пература реакции — около 370° С) или 1 ча-
сти Rb2CrO4 с 4 частями циркония '(темпе-
ратура реакции — около 700°С). При меньших
требованиях к чистоте рубидий можно полу-
чать восстановлением хлорида рубидия каль-
цием (например, 6 г RbCl с 1 г Са, выход —
около 4 г рубидия). Рубидий, так же как и
цезий, мягок, как воск, и воспламеняется при
окислении на воздухе.
Применение в технике. Катоды фотоэле-
ментов (см. гл. 25) и наполнение некоторых
источников света (см. гл. 20).
По данным Осборга [Л. 30] 2 кг LIH виде-
281 Возможный вообще метод получения лития ля-ют столько водорода, сколько помещается в сталь-
из его азида не применяется вследствие большой ной бомбе весом 80 кг, содержащей 5,6 л газа под
взрывоопасности этого соединения. давлением 120 ат.
27—2200
418
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
ЛИТЕРАТУРА
1. Angerer Е. v, Technische Kunstgrif-
fe bei physikalischen Untersuchung, 9. Aufl.,
Braunschweig, 1954.
2. А г к e 1 A. E. Van, Reine Metalle,
Berlin, 1939 (Na: S. 50—76; K: S. 77—88; Rb.
u. Cs: S. 88 bis 98; Li: S. 47—50).
3. В о e r I. H. De et al., Z. anorg. Chem.,
160 (19 7), 18 (Получение Cs, Rb и К из хло-
ридов.
4. Boer I. H. De et al., Z. anorg. Chem.,
191 (1930), 113 (Использование циркония для
восстановления щелочных металлов).
5. В г е w е г L, по С. Д е ш м а и, Науч-
ные основы вакуумной техники, ИЛ, М,
1950 (Давление насыщенных паров цезия и
рубидия).
6. С h i о n g Y. S, Proc. Roy. Soc. (Lon-
don), A, 157 (1936), 64—77 (Вязкость натрия
и калия от точки плавления до 360°С).
7. Clay R. Е, J. Sci. Instr., 11 (1934),
371—37 (Литиевые окошки разборных рент-
геновских трубок).
8. Ditchburn R. W. a. Gilmour
J. С„ Rev. Mod. Phys., 13 (1941), 310—317
(Давление ларов одноатомных газов).
9. Е s р е W, и. К и h n A., Elementare
Grundlagen der Kemphysik, Aufl., Leipzig, 1958.
10. Evans R. C, CIOS Report XXXI-50
(Активированные калием катоды релейных
ламп, наполненных инертными газами).
11. Farnsworth Р. Т, Journ. Frank-
lin Inst., 218 (1934), 411 (Вторичная элек-
тронная эмиссия цезия).
12. Flat Report 695: Potassium metal via
thermic Reduction, London, 1946 (Методы по-
лучения калия).
13. F 1 e i s c h e г R. u. T e i c h m a n n H.,
Die lichtelektrischen Zellen und ihre Herstel-
lung, Dresden und Leipzig, 193.
14. Gen. El. Co., DRP 512262/17/30 (Ме-
тод вскрытия в вакууме стеклянных ампул с
цезием).
15. G е г m е г s h a u s е п К- I. a. Ed-
gerton Н. Е, El. Eng, 55 (1936), 790—794
а. 809 (Холодные катоды на основе соедине-
ний цезия).
16. Gmelins Handbuch der anorganischen
Chemie, 8 Aufl, Berlin, 19 6—1940 (Очистка
N2, H2 и инертных газов путем пропускания
их сквозь расплав Na-K).
17. Gor li ch Р, Die Photozellen, Leip-
zig, 1951.
IB. Harrison E. R, J. Sci. Instr, 29
(1952), 595. (Очистка N2, H2 и инертных га-
зов пропусканием их сквозь слой сплава
Na—К). См. также Journ. Sci. Instr. 30 (1953),
38—39.
19. Hickey J. S, J. Appl. Phys., 4
(1953), 131—1317 (Применение расплавлен-
ных щелочных материалов в качестве тепло-
носителей).
20. Н u 11 A. W, Burger Е. Е. а.
Tur rent! ne R. E, Gen. El. Rev, 54 (1951),
№ 8, p. 16— (Цезиевые газотроны с нака-
ленным катодом).
21. Hunt еп К. W. et al. Rev. Sci. Instr,
18 ’ (1947), 84—844 (Применение сплава
Na К/95/5/ в качестве самовосстанавливающе-
гося поглотителя паров ртути).
22. К i 11 е у К. К, Bureau of Mines Bull,
№ 383 (1935) (Давление паров Na, К и Li).
23. Kesselring F, Techn. Mitteilungen
SPTT, Bern, 28 (1950), 97—303 (Цезиевые га-
зотроны с накаленным катодом).
24. Killian Т. 1, Phys. Rev, 27 (1926),
578 (Давление паров рубидия).
25. К го 11 W. J. u. Sc hl echten A. W,
Am. Inst. Min. and Metallurg. Engineers,
Techn. Publ. № 179, Juni 1947, s. a. Metal
Ind, 70 (1947) № 22 |(Получение лития вос-
становлением Li2O кремнием или алюминием).
26. L i е m р t J. А. М. Van, Rec. Trav.
Chim, 55 (1936), 157 (Давление паров цезия).
27. Lyon R. N, Liquid Metals Handbook,
Washington, 1950 (Сплавы Na-K).
28. M a r d e n J. W, Brit. Pat. 267
902/26/28 (Получение Cs, Rb и К путем тер-
митных реакций).
29. М е 11 о г I. W, Inorg. and Theor.
Chemistry, vol. II, New York, 1941, p. 419—880
(Щелочные металлы).
30. О s b о r g H, Trans. Electrochem. Soc,
66 (1934) (Применение лития).
31. P a t i n A., DRP—Anm. P 64 613/32/35
(Методы введения лнтия в электровакуумные
приборы в виде аммиачного раствора).
32. Р о i n d е х t е г F. Е, et al, J. Opt.
Soc. Am, 9 (1924), 629; Phil. Mag, 50 (1925),
423 (Применение натрия и калия для погло-
щения паров ртути).
33. Schroter F, Z. techn. Physik, 4
(1923), 208 (Защита электродов из щелочных
металлов инертными газами).
34. S ch rote г F, Handbuch der Bildte-
legrafie und des Fernsehens, Berlin, 1932.
35. Schulze R, Z. Phys, 92 (1934), 223
(Длинноволновая граница фотоэффекта щелоч-
ных металлов).
36. Стронг Д, Техника физического
эксперимента, пер. с англ, Лениздат, 1948.
37. Suhrmann R. u. Clusius R,
Z. anorg. Chem, 152 (1926), 52 (Получение
натрия и калия азидным методом).
38. Taylor J. В. a. Langmuir I,
Phys. Rev, 51 (1937), 753 (Давление насы-
щенных паров цезия).
39. US Atom. Energy Comm, Reactor
Handbook, Mai 1955 (Свойства расплавов Na
и К).
40. Vatter H. (Siemens u. Halske),
Franz. Pat. 7 75170/33/34 (Сплав Al—К для
ламп тлеющего разряда).
41. Wiedemann G. u. Hallwachs W,
Verh. dtsch. Phys. Ges, 16 (1914), 107 (Ди-
стилляция калия и натрия).
42. Я р в у д Дж, Техника высокого ваку-
ума, пер. с англ. Го знергоиздат, М,—Л,
1960 (Стр. 80, получение цезия из его соеди-
нений).
43. Z w о г у k i n V. К. u. W i 1 s о n Е. D,
Photocells and their application, London, 1930.
44. Z w о г у к i n V. K, Electronics, 7
(1934), 303 (Иконоскоп с цезиевым фотокато-
дом).
8-4. РТУТЬ
[Л. 5, 01, 38, 46, 61, 62, 65]
Получение. Добывается из киновари HgS
(Италия, Испания, Чехословакия, Мексика,
Калифорния). Чистый металл обычно получа-
421
§ В-4]
Ртуть
Рис. 8-4-1. Устройства для механической очистки ртути
(все размеры—в мм).
1 — стеклянная воронка с замшевым фильтром; II—
стеклянный фильтр диаметром 30 мм из йенского
стекла (средний диаметр пор 40—90jwk) для пропуска-
ния ртути под действием собственного веса; ///—стек-
лянный фильтр диаметром 30 мм из невского стекла
(средний диаметр пор 15—40 мк) для отсасывания
ртутн под действием вакуума; IV—воронка для осушки
с бумажным, имеющим мелкие отверстия фильтром,
заполненная мелкими кусочками фильтровальной бу-
маги. Кран не смазывают.
ют из руды путем нагревания на воздухе
(HgS+O2=Hg+SO2, температура реакции —
около 500°С), причем ртуть испаряется и
осаждается в конденсационных камерах. Ртуть
поставляется в стальных баллонах (содержа-
щих обычно 34,5 кг ртути) или после предва-
рительной очис'тки как «химически чистая»
ртуть в маленьких керамических сосудах
(6 кг ртути); такая ртуть содержит еще
в малых количествах Pb, iBi, Zn, Sn и другие
металлы.
Очистка. [Л. 3, 21, 33, 36, 59]. Для целей
вакуумной техники можно использовать толь-
ко тщательно физически и химически очищен-
ную ртуть.
Сильно загрязненная ртуть должна быть
прежде всего подвергнута механической очист-
ке; для этого ее пропускают через воронку
с узкой трубкой длиной около 1 м, закрытую
на конце очень пористым кожаным фильтром
(рис. 8-4-1, /). Более мелкие механические
загрязнения лучше удаляются специальным
стеклянным фильтром для ртути (рис. 8-4-1,
II, III).
При химической очистке ртути следует
учитывать, что Pb, Sn, Zn, Cd, а в меньшей
степени Си и А1 легко растворяются в ней.
Это снижает поверхностное натяжение ртути
и приводит к образованию на ее поверхно-
сти пленок окислов, в результате чего ртуть
мутнеет. Загрязненная ртуть оставляет на по-
верхности стекла темные следы. После удале-
ния пленки окислов она более или менее бы-
стро образуется вновь, так как атомы приме-
сей постепенно диффундируют на поверхность
ртути и окисляются. В то же время чистая
ртуть при комнатной температуре не образу-
ет окислов даже при длительном хранении
на воздухе или в кислороде. Это свойство
ртути можно использовать для ее очистки
от сравнительно больших примесей неблаго-
27*
Рис. 8-4-1 А. Прибор для очистки ртути продуванием
горячего воздуха [Л. 25],
1 — подача воздуха; 2—подлежащая очистке ртуть, на-
гретая до 150—160° С; 3— песчаная баня; 4—газовая
горелка; 5—конденсатор для сокращения потерь ртути
вследствие испарения; 6—к водоструйному насосу.
родных металлов путем продувания сквозь
нее чистого воздуха. Процесс очистки уско-
ряется применением нагретого воздуха, обога-
щенного парами кислот. При использовании
этого способа можно в результате пропуска-
ния нагретого до 150—160° С воздуха в те-
чение 10 ч полностью удалить содержащийся
в ртути свинец. Необходимая для этого ап-
паратура изображена на рис. 8-4-1 А. После
продувания воздуха ртуть на несколько ча-
сов заливают чистой концентрированной со-
ляной кислотой. После этого собирают обра-
зовавшийся на поверхности ртути шлам, со-
стоящий из ее мельчайших капелек, и промы-
вают ртуть дистиллированной водой. Посколь-
ку ртуть не взаимодействует с соляной кисло-
той, потери ее при очистке не превышают
2% вес. Продуванием в течение <12 ч горяче-
го воздуха (160°С), пропущенного предвари-
тельно через сосуд с дымящей соляной ки-
слотой, можно очистить ртуть от примеси
олова.
Описанные методы очистки, несмотря на
то, что они не приводят к потерям ртути, ча-
сто неприменимы из-за их малой производи-
тельности. Поэтому часто используют предва-
рительную очистку ртути 10%-ной азотной кис-
лотой. Потери ртути, например при удалении
свинца, в этом случае могут достигать 4%
[Л. 17]. Для ускорения процессов очистки рту-
ти кислотами (й другими моющими средства-
ми) следует увеличивать поверхность сопри-
косновения с ними ртути. В изображенном на
рис. 8-4-1В приборе это достигается тем, что.
тонкая струя ртути попадает поочередно иа
внутренние выступы стеклянной трубки, напол-
ненной разбавленной азотной кислотой, и раз-
бивается при падении на мелкие капли. Менее
удачной следует считать конструкцию, в кото-
рой перемешивание ртутн с жидкостью осуще-
ствляется продуванием сжатого воздуха
(рис. 8-4-2), хотя при этом и осуществляется
дополнительная очистка от примесей в резуль-
тате их окисления.
Еще лучшие результаты дает устройство,
(рис. 8-4-2А), которое используют для пред-
варительной очистки ртути, применяющейся
в полярографии. Очистка производится следу-
Прочие металлы и углерод
[ Гл. 8
Рис. 8'4-1 В. Колонка Фрндрихса для очи-
стки ртути в разбавленной азотной кис-
лоте [Л. 18].
1—стеклянная воронка с ртутью; 2—
стеклянная трубка с чередующимися
внутренними выступами; 3—направление
падения капель ртути; 4—очищенная
ртуть: б—сборник.
ющим образом: благодаря образующемуся при
откачке через трубку 5 вакууму несколько ка-
пелек ртути из циркуляционного сосуда 3 по
трубке 4 переходит в очистительную колон-
ку 2. При этом уровень ртути в сосуде 3 по-
нижается, трубка 4 перестает касаться ртути
и отсасывание ртути прекращается. В труб-
ке 2 ртуть проходит сквозь слой стеклянных
или керамических колец Рашига, введенных
для увеличения поверхности и времени сопри-
косновения реагирующих веществ и залитых
разбавленной азотной кислотой. Промытая
ртуть попадает обратно в циркуляционный со-
суд. Благодаря этому уровень ртути снова
повышается и несколько капелек ее снова
втягивается во входную трубку. Так продол-
жается до тех пор, пока поддерживается ва-
куум; если хотят применить прибор для про-
мывания или очистки методом противотока, то
можно присоединить сосуд с промывной жид-
костью к внешнему крану 8 очистительной
колонки; под действием создаваемого водо-
струйным насосом в очистительной колонке
вакуума промывная жидкость проходит че-
рез колонку 2 навстречу потоку ртути. В этом
случае перед насосом рекомендуется устано-
вить предохранительный сосуд, в котором со-
бирается промывная жидкость и осаждается
небольшое количество увлеченной -ею ртути.
Прибор может быть изготовлен в любой лабо-
ратории собственными силами.
Основательно и сравнительно быстро
ртуть можно очистить анодным окислением
содержащихся в ней примесей неблагородных
металлов. Несложный прибор, который можно
использовать для этого, изображен на
рис. 8-4-2В.
Мелкие капли ртути падают на поверх-
ность ртутного анода. В момент соприкосно-
вения с анодом ртуть, входящая в амальга-
мы, быстро окисляет неблагородные металлы.
Окислы растворяются и осаждаются на по-
верхности анода, а чистая ртуть опускается
вниз и через соответствующую трубку выво-
дится из .прибора. Ртуть, образующую анод,
следует время от времени обновлять. Особая
конструкция катода позволяет удерживать
амальгамы, иногда образующиеся в процессе
очистки. Разумеется, и этот метод не дает
Рис. 8-4-2. Устройство для промывания
ртути.
1—промывная жидкость; 2—загрязнен-
ная ртуть; 3—подвод обезжиренного
сжатого воздуха; 4—капилляр.
возможности очистить ртуть от примесей бла-
городных металлов. Тем не менее очищенная
таким способом ртуть при полярографическом
испытании на присутствие неблагородных ме-
таллов не обнаруживает никаких заметных
«волн» на полярограммах, хотя этот метод на-
столько чувствителен, что позволяет обнару-
жить присутствие менее чем Ю-5 части цинка.
Ртуть можно прекрасно очистить электро-
литически в установке, схема которой показа-
на на рис. 8-4-2С. В качестве электролита
используют смесь из 1120 г окиси ртути (чи-
стейшей) и 230 ой3 дистиллированной воды,
в которую добавляют 160 см3 хлорной кисло-
§ 8-4]
Ртуть
421
ты (70%, чистая, уд. вес 1,675 г/см3). После
нагревания смеси до полного растворения всех
составляющих добавляют еще 230 см3 дистил-
лированной воды, после, чего раствор фильт-.
руют. Ртуть, предварительно очищенная хими-
чески, представляет собой анод и находится-
в TiopHCTOM алундовом тигле, который она за-
полняет на. 3/4 его объема, но не менее чем-ДО •_
половины; так как иначе образуется солевиД-.
ный осадок. Уровень электролита должен
быть примерно на 3 см выше уровня ртути
в. тигле. В электролит следует время от вре-
мени доливать дистиллированную воду, чтобы -
восполнять потери от испарения во время экс-
плуатации. Производительность такого устрой-
ства достигает примено 400 г очищенной рту-
ти в неделю; выпуск ртути производится еже-
недельно.
Напряжение на электролизере составляет
обычно 1 в. Для предотвращения электроли-
тического переноса неблагородных металлов
величину напряжения иногда рекомендуют
снижать до 0,5 в, хотя это замедляет и без
Рис. В-4-2А. Автоматическая установка для промывания
ртути [Л. 16J.
/ — резервуар для загрязненной ртути: 2— колонка, на-
полненная стеклянными керамическими кольцами Ра-
шнга и разбавленной HNO3 (или водой) для промывания;
3—циркуляционный сосуд; 4—трубка для подъема
ртути; 5—к водоструйному насосу; 6—воздушный
фильтр, наполненной ватой; 7—кран для выпуска очи-
щенной ртути; 8—кран для сливания кислоты из ко-
лонки, а также для пропускания промывочной жидко-
сти (дистиллированной воды) при отмывке колонки от
кислоты; в последнем случае использованную жидкость
отсасывают через трубку 5 и защитный объем 9.
Рис. 8-4-2В. Стеклянный прибор для очистки ртути от
примесей неблагородных металлов методом анодного
окисления [Л. 6].
1 — сосуд с 10%-ной азотной кислотой; 2—ртутный
анод; 3—токоподвод из никелевой проволоки в изоли-
рующей стеклянной трубке; 4—ртутный катод (увели-
ченное изображение см. в правой нижней части ри-
сунка); 5—стеклянная оболочка катода; 6—иижнее от-
верстие, служащее для подвода тока; 7—верхнее от-
верстие для удаления пузырьков газов; 8—никелевый
ввод; 9—делительная воронка с загрязненной ртутью;
10—капилляр; 11—регулировочный кран (смазка ие
применяется); 12—слой воды, предохраняющий от об-
разования окислов ртути, которые постепенно могли
бы закупорить капилляр 10.
того уже медленный процесс очистки. 'Кроме
того, необходимо выключать ток на 1 день
еженедельно, а после 6—8-недельной работы
тщательно очищать тористый тигель в течение
30 мин крепкой HNO3 с дополнительным кипя-
чением и промыванием дистиллированной во-
дой от следов кислоты и последующей (тща-
тельной просушкой в сушильном шкафу. Сте-
клянные части установки необходимо про-
мывать в 3%-ной плавиковой кислоте, а потом
в хромовой смеси и, наконец, в дистиллиро-
ванной воде, после чего их погружают в 96%-
ный этиловый спирт 283 или ацетон и сушат.
Установку после этого 'наполняют свежим
электролитом. Электролитически очищенная
ртуть должна быть промыта в стеклянном
закрытом сосуде путем встряхивания с ди-
стиллированной водой, не содержащей хлора
283 Применение эфира не допускается (см. ниже).
422
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
Рис. 8-4-2С. Устройство для электролитической очистки
ртути (размеры в мм).
'I — положительный электрод в изолирующей стеклян-
ной трубке; 2—стеклянный держатель; 3—стеклянный
сосуд; 4—пористый алундовый тигель (например, про-
изводства Norton, тип 6945 RA 98); 5 —стеклянное
кольцо для установки тигля; 6—электролит (раствор
окиси ртути в разбавленной хлорной кислоте); 7—за-
грязненная ртуть; 8—катод нз чистой ртути с вводом
из платиновой проволоки; 9— кран (не смазывать) для
выпуска электролитически осажденной ртути.
(контроль применяемой воды AgNO3!), а за-
тем высушена.
Другой, более сложный метод электроли-
тической очистки ртути сообщает Ханке [Л. 4].
В последнее время были изготовлены ап-
параты '(рис. 8-4-3, слева), в которых с по-
мощью мотора осуществляется настолько ин-
тенсивное перемешивание загруженной в них
ртути (от .2,5 до 70 кг в зависимости от типа
прибора), что полное окисление примесей не-
благородных металлов происходит за 2—6 ч.
После обработки ртуть отстаивается в тече-
ние 42—24 ч в специальных бачках, в резуль-
тате чего окислы собираются на ее поверхно-
сти и удаляются затем фильтрованием 284.
Этот способ также непригоден для очистки
ртути от серебра и других благородных ме-
таллов, а также меди.
Помимо удаления примесей металлов,
ртуть следует также очистить от органиче-
ских примесей, особенно от следов жнров н
масел. Для этого рекомендуется промывание
ртути бензином, раствором едкого кали, спир-
том или разбавленным раствором пермангана-
та калия в аппарате, ранее уже описанном
(рис. 8-4-2). В любом случае после очистки
ртуть следует промывать дистиллированной
водой и тщательно высушивать. Общая схема
очистки ртути приведена в табл. 8-4-2.
При более высоких требованиях и практи-
чески для большинства случаев применения
в вакуумной технике необходимо проводить
очистку ртути перегонкой в вакууме, так как
из ртути не удается удалить химическим пу-
тем такие благородные металлы, как плати-
на или золото. При выборе температуры пе-
регонки необходимо учитывать, что хотя при
высокой температуре скорость процесса возра-
стает (рис. 8-4-4), однако увеличивается и
опасность одновременной перегонки металли-
ческих примесей28s. Технически приемлемая
минимальная температура дистилляции при
наивысших требованиях к степени чистоты
ртути лежит между 480 и 200° С. Установка,
284 Для этой цели также имеются специальные
приборы (рте. 8-4-3, справа), которые задерживают
не только частички окислов я пыли, то и следы воды,
масел, смазок и т. п
285 В особенности это относится к цинку и кад-
мию, которые образуют летучие окислы, перегоняю-
щиеся со ртутью. Так как эти металлы легко уда-
ляются путем химической очистки, очевидно, что очень
чистую ртуть можно получить только сочетанием
химических методов с дистилляцией.
Рис. 8-4-3. Промышленные приборы для очистки ртути.
Слева: прибор для очистки ртути путем окисления примесей. Емкость 2,5 кг
ртути. Полное окисление примесей неблагородных металлов производится за
2—6 ч. Справа: прибор для фильтрации очищенной методом окисления примесей
ртути сквозь золотой Фильтр с целью отделения воды н масел. Производитель-
ность 2,5 кг ртути в 2 мин. Изготовитель: Bethlehem Apparatur Comp. Heller-
town Pa (США); в Европе: G. Pleuger S. А., Антверпен.
Свойства ртути
20’ С
Атомный вес 200,61
Удельный вес г/слР 13,55
Температура плавления °C —38,89
Точка кипения °C 356,7
Давление насыщенных паров мм рт. ст, 1,3-10"’
Скорость испарения г/смг'сек
Теплота испарения кал/г 78
Удельная теплоемкость кал/г-град 0,0335
Коэффициент объемного расширения 10-7- 1/град 1 820
Вязкость при 1 ат спз 1,554
Теплопроводность кал см-сак-град 0,027
Удельное электрическое сопротивление ом-мм2 м 0,958
Температурный коэффициент электрического сопротивления 1/град 0—300° С;
Поверхностное натяжение (20° С) дин см
1 При 142® С
Табли'ца 8-4-1
100° с 200° С 300° с 360° с Примечания
13,35 13,15 12,88 12,74
3-10-1 17 246 803 Табл. 8-4-3; рис. 9-5-4
Табл. 8-4-3; рис. 8-4-4 и 9-5-4
721)
(0,032) 0,032
1 826 1 841 1863 Рис. 3-2-20
1,240 1,0 Табл. 8-4-4
0,035 150° С: 0,0385 См. [Л. 23]
1,03 1,14 1,28 Рис. 5-4-8
а=0,9098-10-2; ₽=0,811-10-6
В вакууме: 475
На воздухе: 500—400
§ 8-4 ] Ртуть 423
424
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
Процесс очистки ртути1
Таблица 8-4-2
№ п/п. Операция Прибор Удаляемые загрязнения
1 Грубая фильтрация сквозь замшу Воронка2 Грубые загрязнения (пыль, графит)
1а Тонкая фильтрация Стеклянный фильтр3
2 Продувание воздуха РЬ, частично Си
2а Продувание горячего (160° С) воз- духа в течение 10 ч Сосуд для промывки5 РЬ (почти полностью)
2в Продувание горячего (160° С) воз- духа, насыщенного парами НС1, в течение 12 ч Сосуд для промывки5 Sn (полностью)
3 Промывание бензином Сосуд для промывки4 Масла и жиры
За Промывание едким кали Масла и жиры
4 Промывание спиртом Масла и жиры
4а Промывание 2% раствором мар- ганцевокислого калия Сосуды для промыв- ки 4 ИЛИ 6 Органические примеси
5 Промывание 10°/о-ной HNO38 Zn, щелочи
6 Промывание 80“/о-ной H3SO4 РЬ
7 Промывание дистиллированной водой Следы кислот
8 Сушка 3 воронки7 н2о
9 Дистилляция в вакуума Дистилляционный аппа- рат8 Sn, благородные металлы
1 Комбинированием, а иногда и многократным повторением или изменением последовательности отдельных
операций можно добиться полной очистки ртути от любых примесей. Особенно рекомендуется 2—3 раза повто-
рять операцию 7.
2 См. рис. 8-4-1 (Z).
в См. рис. 8-4-1 (II и HI).
* См. рис. 8-4-2.
6 См. рис- 8-4-1 А.
6 См. рис. 8-4-2А.
1 См. рис. 8-4-1 (IV)', в некоторых случаях для осушкн ртуть продувают сухим теплым воздухом или нагре-
вают иа песчаной бане до 110—120° С.
8 См. рис. 8-4-5,£ и 7.
• Потери ртути можно существенно сократить, применяя для ее промывания вместо азотной кислоты вод-
ный раствор нитрата серебра, подкисленный HNO>.
в которой можно точно поддерживать эту
температуру, показана на рис. 8-4-5. Она име-
ет, правда, низкую производительность, но
обладает тем преимушеством, что после от-
качки, благодаря наличию капиляра 6, дейст-
ствующего как капельный насос, и автомати-
ческой регулировке температуры она работа-
ет практически без насоса и не нуждается
в наблюдении.
Установка, удовлетворяющая меньшим тре-
бованиям к ртути, работающая при темпера-
туре дистилляции около 500°С и производи-
тельностью .'(при потребляемой мощности
40 вт) около 1'20 см? ртути в час со степенью
чистоты, достаточной для манометров Мак
Леода и насосов, изображена на рис. 8-4-6.
Большие количества ртути, необходимые для
мощных ртутных выпрямителей, могут быть
подвергнуты дистилляции в сравнительно про-
стых установках, в которых внутри трубки
из тугоплавкого стекла между двумя электро-
дами из чистой ртути создается дуга посто-
§8-4]
Ртуть
425
Рис. 3-4-4. Зависимость скорости испарения и| ртути
от температуры Т.
явного тока [Л. 26]. Принцип устройства та-
кой установки производительностью 120 см3(ч
на одну ветвь показан на рис. 8-4-7.
Простая установка для перегонки ртути,
имеющая водоструйный насос, описана Ветце-
лем (Л. 63]. Нагревание испарителя ртути
в ней производится газовым пламенем. Для
получения ртути высокой чистоты необходимо
точно контролировать температуру испарителя.
В США известны приспособ-
ления для очистки ртути дистил-
ляцией, отличающиеся тем, что в
ходе процесса перегонки сквозь
испаряемую ртуть через тонкие
стеклянные капилляры продувают
пузырьки воздуха [Л. 29]. Эти
установки особенно хороши для
очистки ртути от примесей кадмия
и цинка. Возможность разбрызги-
вания и перебрасывания неочи-
щенной ртути в конденсат устра-
няют применением индукционного
нагрева, который вызывает и пе-
ремешивание ртути. Установка
имеет устройство для автоматиче-
ского регулирования уровня ртути
и обладает производительностью
около 2,5 кг/ч [Л. 40].
При очистке и хранении рту-
ти рекомендуется соблюдать сле-
дующие правила:
1. Все установки для очистки
ртути следует время от времени
очищать горячей (40—50° С) хро-
мовой смесью, а капилляры дис-
тилляционных установок — 20%-
ной состаренной плавиковой кис-
лотой 288 в соответствии с рис.
8-4-5.
2. Все процессы очистки рту-
ти необходимо производить не в
общем помещении химической лаборатории,
так как имеется опасность, что содержащиеся
в атмосфере пары сероводорода или водород-
ных соединений фосфора могут загрязнять
ртуть.______
2“ Полученной растворением кусочков стекла
в чистой плавиковой кислоте.
3. Для хранения чистой ртути необходимо
использовать тщательно очищенные стеклян-
ные банки с притертой, но не смазанной сте-
клянной пробкой. Для очистки банок их сле-
дует наполнять на 24 ч хромовой смесью,
а затем тщательно промывать дистиллирован-
ной водой, 96%-ным этиловым спиртом и аце-
тоном и просушивать в электрическом сушиль-
ном шкафу в течение 24 ч.
Осушку сосудов, предназначаемых для
хранения ртути, нельзя производить эфиром,
так как он образует на поверхности ртути
черные пятна [Л. 51]. По-видимому, это объ-
ясняется присутствием в эфире соединений,
содержащих серу.
Контроль чистоты. Как уже упоминалось,
присутствие в ртути металлических примесей
легко обнаруживается по темным следам, ко-
торые загрязненная ртуть оставляет на чистой
белой фильтровальной бумаге или на белой
глазурованной поверхности фарфора. Посколь-
ку этот метод позволяет надежно определять
1—2 части свинца или цинка на 4О6 частей
ртути, его можно считать более точным, чем
большинство обычных химико-аналитических
методов. Еще более точным является метод
[Л- 1], заключающийся в испарении (без ки-
пения) с нагретой фарфоровой пластинки 10—
20 г ртути. Во Время этой операции поверх-
ность ртути должна оставаться чистой и на
ней не должно возникать никаких налетов
—---300мм
<7>8мм
Рис. 8-4-5. Вакуумный дистиллятор для полу-
чения ртути высокой чистоты [Л.52].
/—неочищенная ртуть; 2—разборная печь
с нихромовым нагревателем; 3—стержень
из инвара; 4—терморегулятор, установлен-
ный на 180—200 С“; 5—конденсатор (диаметр
40 мм); 6—капилляр (диаметр 1,5 мм), дей-
ствующий как капельный насос; 7—сосуд
с фосфорным ангидридом для осушки при-
бора; 8—трубопровод к вакуумному насосу
для предварительной откачки; 9—очищенная
ртуть.
Все шлифы и краны уплотняются ртутью, а ие смазкой.
и пленок. По чувствительности этот метод
превосходит все химико-аналитические спосо-
бы (1—2 части примеси на 107 частей ртути)
[Л. 40].
Физические свойства. Перечень важней-
ших свойств приведен в табл. 8-4-1, допол-
ненной табл. 8-4-3 и 8-4-4.
426
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
В вакуумной технике очень часто вызывает
большие помехи сравнительно высокое собст-
венное давление паров ртути :(табл. 8-4-3),
из-за которого при использовании ртути
в ртутных диффузионных насосах, миномет-
рах, барометрах и запорных вентилях
•(с ртутью в роли уплотняющей жидкости)
часто приходится между источником ртутных
паров и последующими частями приборов по-
мещать ловушки с жидким воздухом. Поэтому
вместо ртути стали использовать насосные
масла с низким давлением паров. В простых
U-образных манометрах образование паров
ртути практически можно исключить слоем
апьезонового масла «В» толщиной около 3 см,
налитого поверх ртути в обоих коленах труб-
ки (см. гл. '18 и [Л. 4]), так как диффузия
ртути сквозь слой масла незначительна. Прав-
да, ртуть легко реагирует с маслом, но за-
грязнения поверхности не уменьшают заметно
точности показаний манометра. Необходимо
все же учитывать то, что апьезоновое масло
«В» и подобные ему масла сами растворяют
некоторое количество газов. В герметичных
соединениях, полученных с применением при-
поев, содержащих Zn, Sn, Au или Ag в при-
сутствии ртути, даже когда место соединения
непосредственно не соприкасается с жидкой
ртутью, из-за высокого давления ее насыщен-
ных паров возникает опасность образования
амальгам, а из-за этого и возможность нару-
шения герметичности соединения. Этого легко
избежать, защитив место соединения асбесто-
вым вкладышем (см. гл. il4). Высокое поверх-
ностное натяжение ртути способствует тому,
что ртуть, даже при разности давлений 1 ат,
не проникает сквозь стеклянный фильтр № 4,
Рис. 8-4-6. Вакуумный дистиллятор для перегонки
ртути при 300° С [Philips!.
1—сосуд1 из тугоплавкого стекла с неочищенной
ртутью, помещенный в трубчатую печь; 2—обогревае-
мый трубопровод; 3—воздушный холодильник: 4—ох-
лаждаемый водой конденсатор; Б—очищенная ртуть;
6—диффузионный иасос; 7—к насосу предваритель-
ного разрежения.
ггов
Рис. 8-4-7. Вакуумный дистиллятор для очистки ртути
при невысоких требованиях к степени чистоты. Нагрев
производится электрической дугой (Philips). См.
также [Л.26].
1 —три электрические дуги постоянного тока между
ртутными ^электродами в трубках из тугоплавкого
стекла, включенные последовательно (схема включения
приведена внизу слева): 2—трубопровод для ртутных
паров; 3—конденсатор для паров ртути, к которому
присоединены трубопроводы А, В в С для ртутных
паров; 4—кольцеобразный распределитель воздуха для
охлаждения сосуда; 3; 5—трубчатый распределитель
для воздушного охлаждения вакуумного трубопровода;
6—конденсированная после перегонки ртуть; 7—
ртутный диффузионный насос с ловушкой для ртути;
8—к насосу предварительного разрежения; 9—отаод
к манометру Мак Леода.
средний диаметр пор которого равен 5—
15 л№37. Поэтому фильтры такого типа мож-
но использовать в качестве обратных вентилей
или запорных газовых вентилей (см. рис. 8-4-8)
Химические свойства. Эти свойства ртути
приближаются к свойствам благородных ме-
таллов. При комнатной температуре на ртуть
не действует сухой воздух, не содержащий се-
ры. Сообщалось, например, что точность ртут-
ного барометра Национального Бюро Стан-
дартов (США) не изменилась за 25 лет его
эксплуатации. Поэтому принятую в некоторых
лабораториях замену воздуха, использующего-
ся для поднятия уровня ртути в манометрах
Мак Леода, азотом явно можно считать из-
лишней.
Только при точке кипения '(350° С) ртуть
начинает взаимодействовать с воздухом; то
же справедливо для ртутных разрядных тру- 287
287 Следует помнить, что это справедливо только
для сухой (поверхности стеклянных фильтров. Если
поверхность фильтра хорошего ртутного обратного
вентиля станет влажной, то из-за образования пленки
жидкости в порах фильтра он может начать пропу-
скать ртуть [Л. Б8].
§8-4]
Ртуть
427
Таблица 8-4-3
Зависимость давления насыщеаных паров р и скорости испарения m ртути4
от температуры Т (см. [Л. 10, 12])
Т. “С р. мм рт. ст. т г! см** сек Т. «с Ре мм рт. ст. Ш, г {см* • сек Т. ”С Ре мм рт. ст. т, г [см*» сек
—180* 2-10-»’ (10-«) 48 1-10-* 4,6-10-* 400 • 2
—78* 3-10-» (10-**) 82 1-10-1 4,4-10-» 450 4,3
—38,93 2,5.10-а 1,3-10-’ 126 1 4,1-10-* 500 7—8
—23,9 1 -10-s 5,2-10-’ 200 17 6,5-10-1 600 22
—5,5 Ы0-‘ 5,5-10-* 300 246 800 86—102
0 1,8510-* 356,7 760 920 Около 200
18 1-10-» 4,8-Ю-5
1 При температуре жидкого воздуха.
2 При температуре сухого льда (СО,) в ацетоне.
а Точка плавления Hg.
* Уравнения, связывающие давление насыщенных паров р мм рт. ст. с температурой Т [’К]:
для твердой ртути (ниже—38,9” С)
!g />=12,453 —0,2011 lg Т—6,558-10-* 7 —:
для эючдкой ртути (выше—38,9° С)
1g />=13,377-—0,82511g Г— ,
Таблица 8-4-4
Зависимость вязкости т) ртути
(при 1 ат) от температуры Т [Л. 15]
Т. ”С спз Т, °C 7], СПЗ Г. °с спз
—20 1,855 30 1,499 80 1,298
—10 1,764 40 1,450 90 1,268
0 1,685 50 1,407 100 1,240
10 1,615 60 1,367 110 1,21
20 1,554 70 1,331
со ртутью не взаимодействуют. Амальгамиро-
вание молибдена, которое является условием
хорошей фиксации катодного пятна на жид-
ких ртутных катодах с устанавливающим яко-
рем из молибдена, удается осуществить при
его термической обработке в хорошем ваку-
уме (воздействием ионизированных ртутных
паров на постепенно обезгаживаемую и очи-
щаемую поверхность молибдена!).
Таблица 8-4-5
Химические свойства ртути
Реактив
Взаимодействие
бок, в которых образование черных пленок
«а стекле нли кварце свидетельствует о нали-
чии в лампе кислорода .(неплотные спаи). По-
ведение ртути по отношению к обычным реак-
тивам хорошо видно из табл. 8-4-5.
Большинство металлов растворяется в рту-
ти с образованием амальгам, особенно Zn,
Sn, Pb, Cd, Ag, Mg, чистая Cu, Al и Pt, а так-
же все щелочные и щелочноземельные метал-
лы, в меньшей степени — Ni 288. С натрием и
калием ртуть образует амальгамы с выделе-
нием большого количества тепла, что в при-
сутствии кислорода может привести к воспла-
менению (приготовление таких амальгам не-
обходимо производить в защитной атмосфере
аргона в кварцевых сосудах, охлаждаемых во-
дой). Железо, вольфрам и графит практически
288 Более значительное амальгамирование нике-
ля, иногда желательное для специальных -целей в при-
борах с ртутным разрядом, может быть достигнуто
следующим способом [Л. 8]: а) погружение детали
в концентрированную HNOa; б) промывание в ди-
степлированной воде; в) погружение в {концентриро-
ванную НС1; г) погружение в сосуд с разбавленной
НС1, на дне которого находится слой ртути; д) пере-
нос Ni детали из слоя кислоты сразу в слой ртути.
Сухой воздух и Оа до
300° С
Н2О до 100° С
НС1 разбавленная
НС1 концентрированная
H2S04 разбавленная
H2SO4 концентрирован-
ная
Царская водка
HF разбавленная
Кислота уксусная
Раствор аммиака
Раствор КОН
Раствор марганцовисто-
кислого калия (2°/о)
Не действуют
Не действует
Не растворяет
Растворяет
Не растворяет
Растворяет
Растворяет
Не растворяет
Не растворяет
Не растворяет
Не растворяет
Не растворяет
Меры предосторожности при работе со
ртутью. [Л. 5, 13, 20, 54, 57]. Проникновение
ртути в организм человека может привести
к явлениям отравления *89. Поглощение жид-
SM Повышенное слюнотечение, ослабление стами-
ти, общее утомление, опухащие десен, выпадение зу-
бов, заболевания почек и печени.
428
Прочие металлы и углерод
[ Гл, 8
Рис. 8-4-8. Ртутиые обратные вентили
со стеклянным фильтром № 4 (диаметр
30 леи) из йенского стекла 1бШ (средний
диаметр пор Б—15 мк), не пропускаю-
щим ртути.
кой ртути пищеварительным трактом незначи-
тельно (вследствие образования каломели) и
поэтому не очень вредно. В противополож-
ность этому вдыхание ртутных паров очень
опасно. Поэтому открытую поверхность ртути
в рабочих помещениях нужно, насколько это
возможно, полностью закрывать парафиновым
маслом или йодированным углем [Л. 55], на-
пример при уплотнении шлифов, или ограни-
чивать испарение ртути (закрытые манометры
Мак Леода!). Все работы со ртутью необхо-
димо производить на деревянных столах, име-
ющих по краям предохранительные бортики;
стеклянные сосуды с большим количеством
ртути должны быть окружены защитными
оболочками, непроницаемыми для ртути. Для
постоянной работы со ртутью |(например, очи-
стка) следует отводить отдельные помещения;
пол не должен иметь щелей '(линолеум).
При работе с загрязненными ртутью де-
талями нельзя курить, так как ртуть может
попасть на папиросу, а с нее, испаряясь, про-
никнуть в органы дыхания. Выхлопные па-
трубки вращательных насосов, работающих
в паре с ртутными диффузионными насосами,
следует выводить из рабочего помещения. Не
следует также вскрывать для загрузки или
разбирать установки, на которых производит-
ся дистилляционная очистка ртути до тех
пор, пока они полностью не остынут.
Опасная концентрация '(верхний предел)
при постоянном пребывании ® помещениях,
атмосфера которых содержит ртуть (по дан-
ным [Л. 57], для людей с повышенной чувст-
вительностью и таких, которые уже однажды
перенесли отравление ртутью, составляет око-
ло 2—20 мкг ртути/м3 .воздуха, для здоровых
людей (см. [Л. 54])— 100 мкг/м3. Об измере-
нии содержания ртути в воздухе 290 на рабо-
чих местах путем конденсации ее в холодиль-
нике, охлаждаемом жидким воздухом, и рас-
творения в хлорной воде см. [Л. 56]; о каче-
ственном определении с помощью SeS2291 см.
[Л. 47, 49]. В последнее время очень быстро и
точно определяют количественно концентрацию
ртути в воздухе путем измерения поглощения
линии 2 537 А ртутной кварцевой лампы в воз- 200 * * * * *
200 Насыщение прн комнатной температуре —
около 15 000 мкг!м? воздуха!
И1 Активированный SeS! — желтый порошок;
если его нанести тонким слоем на бумагу, то в при-
сутствии паров ртути уже при давлениях 10"s—10"1 мм
рт. ст. он превращается в черный HgS.
духе с помощью фотоэлемента (с катодом
CsSb и кварцевым баллоном). Более подроб-
но см, [Л,..41, 43, 60, 64]).
Защитные мероприятия против отравления
ртутью: хорошее проветривание заводских
помещений, хорошее питание (особенно моло-
ко), тщательная общая гигиена (умывание
рук, чистка зубов); необходимо избегать при-
ема пищи в рабочих помещениях. Если нель-
зя избежать работы в атмосфере паров ртути
(очистка мощных ртутных выпрямителей,
длительное пребывание в помещениях для
очистки ртути), необходимо пользоваться за-
щитными масками с фильтрами из активиро-
ванного угля с примесью 5% йода (см.
[Л. 55] и рис. 9-4-8).
Применение в технике. Ртуть, так же как
вольфрам, молибден, никель и стекло, являет-
ся основным материалом вакуумной техники.
Кроме того, она особенно важна как вспомо-
гательный материал для получения и измере-
ния вакуума. Развитие вакуумной техники до
ее современного уровня было бы невозможно
без ртути. В настоящее время она несколько
утратила свое монопольное положение в связи
с получением масел с низким давлением па-
ров, таких, как апьезоновое или силиконовое
масло.
Потребление ртути в США в 1953 г. со-
ставляло около 500 000 кг, причем только на
наполнение ртутных и люминесцентных ламп
было израсходовано 1 000 кг ртути [Л. 9]. Вся
вакуумная промышленность в целом (произ-
водство насосов, выпрямителей, выключателей,
термометров и т. п.) использовала около
100 000 кг ртути.
Из примеров технического применения
ртути кратко укажем наиболее важные.
Высоковакуумные пароструйные и диф-
фузионные насосы292 (см. [Л. 12, 19, 32]).
Основные преимущества ртути по сравне-
нию с органическими рабочими жидкостями:
устойчивость к перегреву и малая склонность
к растворению газов. Недостатки: сравнитель-
но высокое давление паров (10~3 мм рт. ст.,
тогда как упругость паров масел для диффу-
зионных насосов не превышает 10-6 мм рт. ст.,
см. рис. 18-1) и в связи с этим необходимость
применения охлаждаемых ловушек, что удоро-
жает производство и снижает скорость от-
качки.
Вакуумные манометры '(по Мак Леоду)
для измерения давлений от 1 до 10-6 ммрт. ст.
(см. [Л. 12, 21]); о выборе их размеров см.
(Л. 34, 35].
Наиболее удачные конструкции маномет-
ров, обладающих максимальной чувствитель-
ностью, изображены на рис. 8-4-8А и 8-4-8В.
Барометры для измерения давлений 760—
1 мм рт. ст.; для более низких давлений —
обычно в укороченном виде (см. например,
[Л. 65]).
Затворы и вентили. Как рабочая жид-
кость в так называемых барометрических за-
творах (см. рис. 7-3-1); в управляемых элек-
тромагнитных вентилях для напуска газов
(см. гл. 20) и в сочетании со стеклянными
фильтрами (рис. 8-4-8).
Применять только дважды перегнанную ртуть!
§8-4]
Ртуть
429
Рис. 8-4-8 А. Манометр Мак Лео да с ма-
ксимально достижимой чувствитель-
ностью.
V—измерительный объем емкостью 2 л\
Kt и —капилляры (измерительный и
сравнения) диаметром 1 мм (в случае
обработки внутренней поверхности высо-
кой частотой для придания ей шерохо-
ватости внутренний диаметр может
быть уменьшен до 0,6 мм). R —сосуд
для ртути. Емкость 3,8 л, наполнение
40 кг ртути; D—дросселирующее суже-
ние трубопровода; А — устройство для
корректирования измерительного уровня
при изменении внешнего давления; Ях и
/7S—двухходовые краны (Hs не смазы-
вать!); Н8—трехходовой кран1; L—на-
пуск воздуха через капилляр, вставлен-
ный в отрезок резинового шланга; F—
к насосу предварительного разрежения.
Сосуды V и R помещают в деревянные
держатели, заполненные смесью асбово-
локна с гипсом. Чувствительность при
отсчете 1 мм: для капилляра диаметром
1 мм 4-Ю’7 мм pm. cm.t дли капилляра
диаметром 0,6 мм 1,1 -10~8 мм pm, cm.
1 Если при сообщении крана На
с воздухом уровень ртути под дейст-
вием высокого внешнего давления под-
нимется выше уровня X, то следует
снизить давление в объеме А, соединив
его через край Н8 с насосом предвари-
тельного разрежения. При этом кран Hi
должен быть открыт, а Ня—закрыт.
После этого следует повторить измере-
ние давления и если наивысший уро-
вень ртути окажется ниже уровня х, то,
осторожно открывая кран //2, поднима-
ют ртуть в капилляре; когда при низком
внешнем давлении ртуть при измерении
не доходит до уровня х, сосуд А через
краиы Ht и Нз сообщают с воздухом
(кран Ня закрыт). Затем кран Hi за-
крывают и при последующем измерении
осторожно открывают край Яа. При
этом некоторое количество ртути
переходит из А в Я и уровень ртути
в капилляре поднимается. По достиже-
нии уровня х кран На закрывают.
Рис. 8-4-8В. Манометр Мак Леода,
показания которого практически ие за-
висят от внешнего давления [Л.51]. Это
Достигается вследствие большого отно-
шения величины поверхности ртути
в сосуде А к кольцеобразной поверхности
в трубке Г, присоединенной к резер-
вуару U. D—служит для точного на-
полнения манометра ртутью; С—измери-
тельный капилляр; В — капилляр сравне-
ния.
Уплотнения стеклянных шлифов и герме-
тичные разборные соединения металлов со
стеклом (см. гл. 29), а также уплотнения гер-
метичных вводов вращающихся осей в ва-
куум.
Термометры, обычно применяемые вплоть
до температур кипения ртути в вакууме (око-
ло 200° С); заполняются и запаиваются под
вакуумом; для более высоких температур
(примерно до 600° С) для предотвращения ки-
пения заполняются азотом (до 40 ат); (о ме-
тодах изготовления см. [Л. 65]). Контактные
термометры для дистанционного управления
см. рис. 8-4-9.
Выключатели со ртутью в качестве кон-
тактной жидкости. Для вводов с целью обес-
печения лучшего контакта со ртутью в прибо-
рах из тугоплавкого стекла применяют воль-
фрамовые прутки, а в приборах из легкоплав-
430
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
кого стекла — прутки из FeNi (50/50). Вводы
из хромистого железа нежелательны, так как
их окисленная, с трудом восстанавливаемая по.
верхность создает значительное контактное
сопротивление. Между металлическим вводом
и ртутью при размыкании не должно возни-
кать искрового разряда, приводящего к рас-
пылению материала ввода. Часто для предот-
вращения окисления контактного материала
и ртути выключатели наполняют нейтральным
защитным газом, например водородом. Вы-
бором конструкции насадок или поплавковых
вентилей можно достигнуть сильного замедле-
ния процессов включения и выключения.
Из большого количества различных кон-
струкций ртутных выключателей укажем сле-
дующие:
а) Перекидной выключатель с корпусом,
целиком или частично изготовленным из квар-
цевого стекла (см. гл. 11) или керамики (см.
гл. 12).
б) Электромагнитные ртутные реле, преи-
мущественно с железным поплавком, который
как вытесняющее тело повышает или пони-
жает уровень ртути и этим создает или пре-
рывает электрический контакт .(рис. 8-4-10).
в) Газовые термореле, в которых газ, на-
греваемый накаленной проволокой, служит
вытесняющей средой. Конструк-
/гл тивное оформление см. на
CqD рис. 8-4-11 и 8-442.
“1 г) так называемые кольцевые
_. реле для электрической дистан-
ционной передачи данных меха-
нического движения (например,
-•Z3S угла поворота электрических из-
мерительных устройств) см.
рис. 8-4-13.
1 ’ Выпрямители тока (управ-
ляемые и неуправляемые) с
ЖИДКИМ ртутным КЭТОДОМ [Л. 11,
14, 22, 26, 30, 42, 45, 50, 53]. При-
меняемая ртуть должна быть осо-
:’=э® бо чистой и не должна содержать
г- S никаких органических .примесей
(опасность обратного зажига-
ния!). При использовании стек-
! о лянных оболочек наполнение
обычно производят путем дистил-
о1Д ляции. На рис. 8-4-14. показано
,хорошо зарекомендовавшее себя
на практике устройство для дози-
рования количества перегоняемой
ртути.
Подробнее о жидких ртут-
ных катодах и об устройстве
зажигания (поджигающие элек-
трод вводы, фиксирование ка-
тодного пятна, .присадки и т. п.)
см. гл. 26. Игнитрон с ртутным
катодом показан на рис. 6-1-39.
Источники света с ртутным
катодом: кварцевая лампа (гор-
ное солнце), см. гл. 11.
Рис. 8-4-9. Контактный ртутный термо-
метр с электрической диствнционной
сигнализацией для регулирования темпе-
ратуры печей. Изготовитель; Umenauer
Glas-Instrumentenfabrik Zuckschwerdt.
Рис. 8-4-10. Электромагнитный ртутный
выключатель.
/, 2—впаянные в стеклянную оболочку
токоподводы; 3—неподвижный ртутный
электрод; 4—резервуар из изоляцион-
ного материала (керамика); 5 — ртутный
электрод с переменным уровнем; б —
управляемый мвгнитом железный по-
плавок, служащий для изменения уровня
ртутн; 7—электромагнит.
Выпрямители с накаленным катодом (вы-
прямители с оксидным катодом, тиратроны),
наполненные парами трижды перегнанной рту-
ти. Наполняются преимущественно путем пе-
регонки нескольких граммов ртутн в ножку
разрядной трубки или же путем введения
в лампу таблетки, спрессованной из порошков
окиси ртути и металлического циркония, кото-
рый служит восстановителем. Для замедления
реакции, которая иначе протекает со взры-
вом, в таблетку иногда вводят железо. Таб-
летку, находящуюся в металлическом держа-
теле, после тщательного обезгаживанпя всех
деталей прибора и прогрева его при 400° С
«поджигают», нагревая ее высокой частотой
до 700° С Ртуть, образующаяся в результа-
те реакции
2HgO + Zr = 2Hg + ZrO2,
которая не сопровождается сколько-нибудь
заметным выделением посторонних газов, кон-
денсируется на холодных частях лампы. Твер-
дое спеченное вещество, остающееся после
реакции, обладает весьма малым собственным
давлением пара. Этим методом удается не
только обеспечить очень точную дозировку
ртути, но и устранить возможность обратного
зажигания, которое нередко имеет место в
случае введения ртути методом перегонки как
следствие распыления ее капелек [Л. 28]. На-
полненные таким способом разрядные прибо-
ры могут эксплуатироваться точно так же,
как и лампы, наполненные инертными газа-
ми. к ним можно не применять известное
правило, требующее длительного прогревания
ламп при первом включении после их транс-
портировки или хранения, так как отпадает
необходимость конденсации распыленной
в лампе ртути в нижней части баллона (см.,
рис. 8-5-118).
§ 8-4]
Ртуть
431
Рис. 8-4-11. Ртутиые термореле [Л.27]. Рабочая жид-
кость— ртуть; нагреватель—вольфрамовая проволока.
а—для включения нескольких контактов К>, Ка:
b — для постепенного замыкания сопротивления
с —внешний вид. Изготовитель: Deutsche Telephon-
werke.
Рис. 8-4-12. Примеры конструкций ртутных реле давле-
ния по данным [Л.7].
1 — вольфрамовая проволока, нагреваемая до светло-
красного каления; 2 — нагревательная камера, запол-
ненная газом; 3 —ртуть; 4—горловина нагревательной*
камеры; 5—рабочий объем; 6—первый контакт; 7—
контактная чашечка со ртутью и вводом тока; 8 —
диафрагма для замедления выравнивания давления
газа и для сокращения времени срабатывания реле;
9~ поплавковый вентиль с небольшим отверстие
для ускорения замыкания и минутной задержки раз-
мыкании.
разработанное фирмой «Осрам», описано-
Мэтьюсом [Л. 43].
б) Высокого давления. Разряд в кварце-
вых трубках, помещенных в вакуум, часто на-
ступает при таких высоких температурах, что
находящаяся в лампе точно дозированная
ртуть полностью испаряется и создает давле-
ние до 5 ат и выше.
Более подробно о свойствах и использо-
вании ртутных паров см. гл. 20.
Ряд конструкций приборов с ртутным нза-
полнением описан в гл. 11.
Источники света, наполненные парами
ртути, с самокалящимися электродами.
Чистота применяемой ртути должна быть
настолько высокой, чтобы в 1 весовой части
ртути содержалось не более 1 • 10-7 весовой
части примесей (99,99999% Hg).
Различают два типа приборов с ртутным
разрядом:
а) Низкого давления с кварцевым или
стеклянным баллоном, который обычно покры-
вают слоем люминофора (см. гл. 16). На 1 см3
внутреннего объема лампы приходится 0,022 мг
ртути, т. е. для лампы длиной 1 м и диамет-
ром 35 мм необходимо 24 мг ртути [Л. 39].
Для автоматического наполнения баллонов
ламп таким небольшим количеством ртути
в промышленном производстве были сконстру-
ированы электромагнитные дозаторы, одна из
модификаций которых схематически изображе-
на на рис. 8-4-15. Аналогичное устройство,
Рис. 8-4-13. Кольцевой датчик для дистанционного
управления, наполненный ртутью. Изменение электри-
ческого сопротивления при повороте кольца может
быть передано на расстояние.
Внизу: пример применения датчика для дистанцион-
ного измерения уровня жидкости.
/ — ртутиое наполнение; 2—спиральное сопротивление
из тонкой платиноиридиевой проволоки; 3—указатель
уровня с датчиком, укрепленным на его оси; 4—мост
Уитстона; 5-~соединительная линия; 6—вольтметр или
электрический регистрирующий прибор, проградуиро-
ванный непосредственно в единицах высоты уровня.
432
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
Рис. 8-4-14. Стеклянный дозатор для наполнения вакуумных приборов чистой дистиллированной ртутью в вакууме
[Л. 2].
/—небольшая асбестовая печь; 2—держатель печи и сосуда со ртутью; 3—сосуд для ртути (дистиллированная
ртуть); 4—отросток для заливки ртути, запаиваемый после наполнения; 5—конденсатор; 6— водяное охлаждение;
7—сборник ртути, дистиллированной в Вакууме, проградуированный в ли»; 8—трубопровод- для откачки;
9— U-образная трубка; /0—сошлифованиый на плоскость конец U-образной трубки; /2—металлический аапориый
вентиль с пружиной; /2 —электромагнит для перемещения вентиля; /3 —присоединение к наполняемому ваку-
умному прибору; 14— термоизоляция.
Рис. 8-4-15. Автоматический
дозатор для наполнения
ртутью вакуумных приборов,
/—резервуар для ртути; 2—
дистиллированная ртуть; 5—
отверстие для иаполиения;
4—электромагнит; 5—керн
из мягкого железа: 6—по-
движной плунжер; 7—углубле-
ние, рассчитанное, например,
иа 50 мг ртути; 8—воронка;
9—накидная гайка; 10—
шарикоподшипник; 11—опор-
ное кольцо; 12—резиновое
уплотнение; 13—к вакуумно-
му насосу; 14—к наполняемо-
му прибору.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. С. S., Analytical Reagents, Mack
Printing Co., New York, 1941, p. 77 (Контроль
чистоты ртути).
2. Adam H., Частное сообщение.
3. A n g е г е г Е. V., Technische Kunst-
griffe bei physikalischen Untersuchungen, 9.
Aufl., Braunschweig, 1954.
4. Ayer F., Rev. Sci. Instr., 21 (1950),
496 (Нанесение на поверхность ртути слоя ва-
куумного масла для снижения давления па-
ров ртути).
5. В a a d е г Е. W. u. Н о 1 s t е i п Е., Das
Quecksilber, seine Gewinnung, technische Ver-
wendung und Giftwirkung, mit eingehender
Darstellung der gewerblichen Quecksilbervergif-
tung, Berlin, 1933.
6. В a p t i s t a A. et al., Publicacoes de
Fisica (Lissabon), I (1952), 101—106 (Электро-
литическая очистка ртути).
7. Baumgartner, Z. fur Fernmeldetech-
nik, 21 (1940), 156 (Газовые термореле).
8. Burkholder T. M„ US Pat. 2567
762/1947/1951 (Амальгамирование никеля).
9. В u tt о 1 p h L. J., Ilium. Eng., 49 (1954),
321—328 (Применение ртути в люминесцент-
ных лампах).
,10 . Ditchburn R. W. u. Gilmour J. C.,
Rev. Mod. Phys., d3 .(1941), 310—327 (Давле-
ние паров одноатомных газов).
§8-4]
Ртуть
433
11. Doss е J. u. Mie rd el G, Der elek-
trische Strom im Hoohvakuum und in Gasen,
2 Aufl., Leipzig, 1945.
12. Дэшман С, Научные основы ваку-
умной техники, Л.—М.., 1950.
13. El ten ton G. С., Rev. Sci. Instr.,
10 (1939), 68 (Меры по технике безопасности
при работах со ртутью).
14. Энгель А. и Штеп бек М., Физи-
ка и техника электрического разряда в газах,
т. I и II, ОНТИ, М,—Л, 1936.
15. Erk S, Z. Phys., 47 (1928), 886 (Вяз-
кость ртути).
16. Espe W, Slabopr. obzor, 16 (1955),
37—44; do.: Nachrichtentechnik, 6 (1956), 155—
161 (Свойства, очистка и применение ртути
в вакуумной технике).
17. Evers F, Z. angew. Chem., 34 (191),
541—542 (Очистка ртути).
18. Friedrichs F, Z. angew. Chem.,
27 (1914), Teil I, S. 24 (Прибор для очистки
ртути в азотной кислоте).
19. Gaede W, Z. techn. Phys., 4 (1923),
337 (Стальной" ртутный диффузионный насос).
20. Goodman С., Rev. Sci. Instr., 9
(1938), 233—236 (Обзор случаев отравления
ртутью).
21. Gotz A., Physik und Technik des Hoch-
vakuums, 2 Aufl., Braunschweig, 1926.
22. Giintherschulze A., Handbuch
der Physik, Bd 17, Berlin, 1926; Elektrische
Gleichrichter und Ventile, 2 Aufl., Berlin,
1929.
23. H a 11 W. C, Phys. Rev., 53 (1938),
1003—1009 (Теплопроводность ртути).
24. H a n k e M. E. a. J о h n s о n M, Sci-
ence, 78 (1933), 44 (Электролитическая очистка
ртути).
25. Harries C., Z. angew. Chem., 34
(1921), 359, 541 (Очистка ртути).
26. H e 11 m u t h F. H., Der Argonalgleich-
richter, Leipzig, 1933.
27. He 11Imuth F. H., Helios, Lpz., 41
(1935), 33.
28. Hiibner R. (Brown Boveri and Cie.),
Elektronische Rundschau, 10, № 8 (1956), 227
(Наполнение газоразрядных приборов ртутью,
образующейся в результате термитной реак-
ции в смеси HgO и циркония).
29. Н u 1 е 11 G. A. u. М i n с h i n H. O.,
Phys. Rev., 21 (1905), 388—398; s. a. Phys.
Rev., 33 (0911), 317 (Перегонка ртути).
30. I bl I., Usmemovace Proudu (Выпря-
мители), 3. Aufl., Praha, 1948.
31. Innes M. a. G о u 1 d H. W, .in Hand-
book of Nonferrous Metallurgy», vol. 2, New
York, 1926 (Стр. 1226—1257: (Металлургия
ртути).
32. Яккель Р., Получение и измерение
вакуума, ИЛ, М, 1952.
33. Klein К, Chem. Fabrik, 10 (1937),
150—151 (Усовершенствованный метод очист-
ки ртути).
34. Knoll М. F, Ollendorff и.
R о m р е R., Gasentladungstabellen, Berlin,
1935.
35. Knoll М, Anleitungen zum Arbeiten
im Rohrenlaboratorium, Berlin, 1937 (стр. 9:
Расчет манометра Мак Леода).
36. К о h 1 г а и s с h F_, Lehrbuch der prak-
28—2200
tischen Physik, 18 Aufl., Leipzig, 1943 (S. 50—
51).
37. Kors A, Berufskrankheiten, Berlin,
1952.
38. Krais P., Werkstoffe, Leipzig, 1921.
39. К r a t о c h v i 1 V., Vyroba elektronek
a zarivek, Прага, 1954 (Изготовление прием-
но-усилительных и люминесцентных ламп).
40. L a w г е п с е I. В., Instruments, 25
(1952), 310—312 а. 363 (Методы очистки рту-
ти).
41. Leighton W. G. a. Leigh-
ton Р. A., J. Chem. Educ, 12 (1935), 139
(Оптический метод обнаружения паров ртути
в воздухе).
42. Леб Л., Основные процессы электри-
ческих разрядов в газах, Гостехиздат, М.—Л.,
1950.
43. Matthews S. A. et al., German
fluorescent lamp industry; BIOS Report № 395,
London, 1946 (Дозатор для наполнения при-
боров ртутью).
44. McLeod Н., Phil. Mag., 48 (1874),
НО (Описание манометра).
45. М u 11 е г - L й b е с к К. Е., Der Queck-
sibergleichrichter, Bd 1: Berlin, 1925, Bd 2: Ber-
lin, 1929.
46. N a v e x о s P. 733, Liquid Metals
Handbook, US Government Print. Off., Wa-
shington, June 1950.
47. N. N„ Gen. El. Rev., 39 (1936), 309
(№ 6) (Обнаружение паров ртути в атмос-
фере).
48. N. N., Electronics, 18 (Aprilheft 1945),
176 (Оптический метод обнаружения паров
ртути в атмосфере).
49. Nordlander В. W, J. Ind. and Eng.
Chem, 19 (1927), 518 (Применение сульфида
селена SeS2 для обнаружения царов ртути
в атмосфере).
50. Р г i п с е D. С. а. V о g d е s F. В,
Principles of mercury arc rectifiers, London,
1927.
51. Reimann A. L, Vacuum Technique,
London, 1952.
52. Rohn W, Z. Instrumentenkde, 34
(1914), 349 (Аппарат для перегонки ртути).
53. S е е 1 i g е г R, Einftihrung in die Phy-
sik der Gasentladungen, 2 Aufl, Leipzig, 1934.
54. Shephard M. et al, J. Nat. Bur.
Stand, 26 (1941), 357—375 (Случаи отравле-
ния парами ртути).
55. Stock A, Z. angew. Chem, 47
(1934), 64; DRP 588 531/31/33 (Меры защиты
от отравления ртутью).
56. S t о с k A. u. С u с u е 1 F, Вег.
dtsch. chem. Ges, 67 (1934), 122 (Обнаруже-
ние ртути в рабочих помещениях).
57. Stock A, Archiv Gewerbepathologie
und Gewerbehygiene, 7 (1936), S. 388
(Хронические отравления ртутью и амальга-
мами).
58. S t о с к А, Вег. dtsch. chem. Ges.,
58 (1925), 2058 (Проницаемость стеклянных
фильтров для ртути).
59. Стронг Д, Техника физического
эксперимента, пер. с англ, Лениздат, 1948.
60. Suchtelen Н. V а п et al. Philips
Techn. Rev, 11 (1949), № 3, p. 91—97 (Опти-
ческий метод определения содержания ртути
в воздухе).
434
Прочие металлы и углерод
[ Гл. 8
61. Tafel V., Lehrbuch der Metallhiit-
tenkunde, 2 Bde., Leipzig, 1927 und 1929.
62. U 1 i m a n n F., Enzyklopadie der
techn. Chemie, 5 Aufl., Wien, 1930.
63. Wetzel J., Z. techn. Phys., 6 (1925),
155—156 (Несложный аппарат для перегонки
ртути).
64. Woodson Т. Т., Rev. Sci. Instr., 10
(1939), 308—311 (Оптический метод обнару-
жения паров .ртути в атмосфере).
65. Woytacek С., Lehrbuch der Glas-
blaserei, Wien, 1932.
8-5. УГЛЕРОД
Углерод применяется в вакуумной техни-
ке в различных модификациях как в компакт-
ном состоянии, так и в виде тонких поверх-
ностных пленок на металлических и изоля-
ционных материалах (стекло, керамика, слю-
да).
I. Наиболее важное значение для вакуум-
ной техники углерод имеет в компактном со-
стоянии в виде деталей из графитизирован-
ного нагреванием электрическим током угля,
так называемого электрографита.
II. Неграфитизированный, очень пори-
стый уголь применяется как средство для по-
глощения газов.
III. Пористый графитизированный уголь.
IV. Суспензия коллоидального графита
применяется для получения чернящих элек-
тропроводящих слоев, преимущественно на не-
металлических материалах.
V. Тонкие слои углерода, создаваемые на
металлических поверхностях термическим раз-
ложением углеводородов (в большинстве слу-
чаев при дополнительной реакции с металли-
ческой подложной), иногда применяются в ва-
куумной технике для зачернения металличе-
ских поверхностей и при карбидировании по-
верхностей вольфрама и тантала.
1. Электрографит
[Л. 2, 3, 20, 26, 36, 44, 56, 64, 7,1,
72, 76, 77]
Получение [Л. 51, 67]. Природный антра-
цит высшей степени чистоты нагревают без
доступа воздуха до 1 200° С; при этом ис-
Рпс. 8-5-1. Туннельные газовые печи для спекания
при 1 400° С прессованных заготовок из графита (Rings-
dorff Werke G. m. b. H, ФРГ).
Рис. 8-5-2. Печи для производства элсктрографита
(Ringsdorff , Werke;.
паряется большая часть углеводородов. Полу-
ченный кокс размалывают и после нагревания
замешивают на смоле в 'рыхлую, слегка влаж-
ную массу, из которой на пневматическом
прессе получают цилиндры диаметром около
30 см и длиной 50 см. Из таких цилиндров
затем методом шприцевания на гидравличе-
ских прессах с подогреваемыми мундштуками
под давлением 0,5—3 Т/см2 изготовляют
прутки или трубки требуемого диаметра. По-
лученные прутки после охлаждения связывают
в пачки и обжигают в туннельных печах
(рис. 8-5-1) без доступа воздуха в течение
нескольких часов (до недель) при температу-
ре не выше 1 400° С; после этого изделия со-
стоят из «аморфного» (вернее, мелкокристал-
лического) углерода, который еще содержит
углеводороды. В дальнейшем предварительно
прокаленные угольные стержни, засыпанные
порошком кокса, плотно укладывают в откры-
тый канал из огнеупорных блоков длиной не-
сколько метров (см. рис. 8-5-2), покрывают
слоем карборунда и нагревают несколько дней
(учитывая охлаждение) при температуре вы-
ше 2 700° С пропусканием электрического тока
(до 30000 а, при напряжении несколько
вольт), причем вводами тока служат длинные
графитные электроды иа концах канала, а те-
пло, выделяющееся в переходных контактах
между отдельными зернами кокса, передается
за счет теплопроводности и излучения графи-
тизируемому материалу 293. При этом из мел-
ких кристаллов углерода вырастают крупные
(процесс графитизирования).
Предполагают, что рост зерен объясняется
переносом атомов углерода от мелких кри-
сталлов, решетка которых обладает значи-
тельным количеством дефектов, к крупным че-
рез газовую фазу путем образования окиси
углерода294. Одновременно при высоких тем-
пературах происходят диссоциация карбидов
и испарение металлов, входивших в их состав
(Fe, Si, Al). Кальций и магний испаряются
при гораздо более низких температурах.
293 Графит для .выооковакуумных приборов полу-
чают при температурах до 3 000° С.
204 Окись углерода в изобилии содержится в атмо-
сфере печи, вероятно вследствие медленного проник-
новения внутрь печи кислорода воздуха.
28*
Свойства электрографита
Таблица 8-5-1
Атомный вес 12,010 Атомный номер: 6 Примечания
Удельный вес г1см3 Действительный: 2,21—2,25; кажущийся: 1,5—1,755) Пористость 18—32%
Твердость по Моосу 1
Температура плавления1') °C 3 700 + 100 3 652—3 697”) Максимальная рабочая температура в вакууме: 2 500° С
Давление насыщенных паров мм рт. ст. 2 129° С 10-5 2 288° С 10-* 2 471° С 10-3 2681° С IO'2 2 926° С 10-1 См. рис. 9-5-4
Скорость испарения г см2-сек 4.10-8 4 10~7 4-Ю-6 4-10-5 4 10-4
Удельная теплоемкость кал г-град 20—300' С: 0,20 20—900° С : 0,32 20—1 500° С: 0,40
Предел прочности при растях<ении кГ/мм2 0,2—0,64) 1,5—2,6 0,55-0,62”) Графит S1) 0,6—0,8 См. рис. 8-5-6
Предел прочности при сжатии кГ/мм2 1,6—2,48) 3,2—3,5") Графит S1) 2,2—3,2
Временное сопротивление изгибу кГ/мм2 1,86—2,28; 2,01—2,1")
Модуль упругости кГ/мм2 20° С: 60—800; 2 000° С: до 1 0002)900/—") См. [Л. 43]
§ 8-5 ] Углерод
П родолжение табл. 8-5-1
Ударная вязкость кГ-см 10X10 ммг прн расстоянии между опорами 50 лл>0,8 По данным [Л. 57]
Твердость по Бринеллю 5/62, 5/30 кГ/мм* >3 По данным (Л. 57]
Скорость ползучести См. рис. 8-5-7
Удельное электрическое сопротивле- ние ом-мм1 м 6—11») Кристаллы графита: 0,4—0,5 См. рис. 8-5-8 и [Л. 47, 54]
Температурный коэффициент элек- трического сопротивления 1/град Отрицательный: см. рис. 8-5-8 Кристаллы графита: положительный
Теплопроводность12) кал см-сек-град 50° С: 0,3—0,4 1 000° С: 0,09—0,15 О.ЗЭ/0,3511 См. рис. 5-4-9 и [Л. 9, 46, 55, 60]
Коэффициент температурного рас- ширения 10"’- \[град on inn°r J продольный3): 11-22 1 20—luu С | поперечный8): 22—46 / > J продольный: 23—35 1 200—400° С [ поперечный : 25—43 / ' См. рис. 8-5-9, 8-5-10 [Л. 3, 10, 43, 55]
Излучаемая мощность (шероховатая поверхность) вт[смг 350° С 0,76 1 000° С 13,35”) 1 500° С 50,7 2 000° С 137 См. рис. 9-4-16
Полная излучательная способность % 100° С: 76 320° С: 75 500° С: 71 Полированный -v 65 См. [Л. 5, 81]
Коэффициент монохроматического из- лучения (6 500 А) при 100—1 000° С % Полированный: 75—92 Шероховатый: 80—90
436__________________Прочие металлы и углерод_____________ [ Гл.
со
П родолжение табл. 8-5-1
Вторичная электронная эмиссия См. рис. 8-5-12
Постоянные Ричардсона А V» а см?-град* ’) 30 [Л. 33] > 46 [Л. 40] 60 13) 150 [Л. 39] 14) 220 ») 45 ”) 240 [Л. 7] 15 См. рис. 8-5-11 •
эв 4,34 4,60s) 4,62 4,62 4,67 4,36 4,65 4,39
') Изготовитель: Siemens Р1зп1а.
») Например: графит ЕСА [Л. 43]: 20’С—630; 1 000’С—800; 2 000’С—980 кГ!мм\ .Electronic Grafit* [Л. 82]: параллельно направлению прессования—840, перпенди-
кулярно—525 ягГ/жж’.
8) По отношению к направлению прессования.
’) По данным [Л. 43J, полученным на американском электрографите фирмы Nat. Carbon Comp.
») Значительно колеблется даже в пределах одного блока, например от 1,59 до 1,80 г/см’. Плотность стержней у поверхности больше, чем по оси [Л. 43].
") Для цилиндрических блоков, диаметр которых равен высоте: ^2 кГ/жж* [Л. 57].
’) Электросопротивление графита, предназначенного для электровакуумных приборов: р с? 12 ож-жж’/ж ]Л. 57].
•) После обезгаживания при 2 235’С.
») См. [Л. 61].
>•) Гладкая полированая поверхность прн 1 000’ С; 12,2 emlcrf [Л. 81].
п) По данным [Л. 44]. Первая величина относится к стержням диаметром 10— 60 мм, вторая—к стержням диаметром 75—150 жж.
«) Теплопроводность графита [кал/см-сек-град] по данным ]Л. 44]:
100’С 400’ С 800’С 1 200’ С 1 600’С
В направлении прессования: 0,34 0,25 0,16 0,10 0,06
Перпендикулярно направлению прессования: 0,20 0,14 0,08 0,06 0,03
”) Измерено на графите марки AGX (изготовитель: National Carbon).
“) Измерено на графите марки EYI (изготовитель Morgan).
’) Измерено на графите марки Е 2170 (изготовитель: Schunk und Ebe).
м) Измерено на графите марки G 91 (изготовитель: Grafitwerke Zurich).
”) По данным [Л. 81].
•) Тройная точка при давлении 100 кГ1см!* (?), см [Л. 3].
г») По данным (Л. 3].
§ 8-5]___________ _____Углерод 43 7
438
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
Таблица 8-5-2
Свойства специального электрографита фирмы Ringsdorff-Werke [Л. 63]1.2)
Марка 70EKI13) 73ЕК?) 74ЕК5)
Удельный вес г/см* 1,70—1,73 1,62—1,68 1,60—1,65
Предел прочности на сжатие И кГ/мм2 2,7—3,0 2,0—2,5 4,4—4,75 4,0—4,4 4,45—4,5 4,1—4,45
Предел прочности иа изгиб ± кГ 1мм2 1,7—1,9 1,4—1,6 1,8—2,3 1,6—1,8 2,3—2,8 2,1—2,6
Модуль упругости । У кГ/мм2 450 400 520 430 740 580
Твердость по Шору ± — 32—34 26—28 30—32 25—27 30—32 25—27
Твердость по Роквеллу6) II ± — 185—190 180—185 205—210 200—205 220—225 215—220
Удельное электрическое сопротив- ление И ом-мм2 м 14—16 24—25 12—15 20—21 12—15 20—21
Средняя зольность % 0,01
Краевая зона 7° 0,02
’) И : в направлении прессования; | : перпендикулярно направлению прессования.
’) Микроструктура графита приведена на рис. 8-5-3.
3) Плотный графит для мощных анодов.
4) Графит для небольших анодов, более мелкозернистый и прочный по сравнению с 70EKI1.
') Более прочный и мелкозернистый материал по сравнению с 73ЕК.
®) HV 5 л<лг/40 кг.
При изготовлении графита для деталей
электровакуумных приборов необходимо осо-
бенно тщательно следить за тем, чтобы при
графитизации полностью удалялись углеводо-
роды, так как в противном случае печи, при-
меняемые для предварительного отжига гра-
фитовых деталей с целью удаления газов,
сильно загрязняются.
Убыль веса исходных заготовок к момен-
ту окончания процесса достигает 20%, а объ-
емная усадка нередко превышает 10%. Обе
эти величины зависят от исходного содержа-
ния связующего вещества. По окончании гра-
фитизации заготовки состоят из чистейшего
крупнокристаллического графита. Микрострук-
тура некоторых марок графита, применяюще-
гося в вакуумной технике, показана на рнс.
8-5-3 и 8-5-ЗА.
После извлечения из печи графитовые
стержни подвергают механической очистке.
Только равномерно отожженный материал, не
имеющий трещин, может быть использован
для дальнейшей обработки.
Большинство сортов графита содержит
99,5—99,9% углерода и максимально 0,5%
примесей в виде золы 295. Электрографит для
электровакуумной промышленности, в особен-
ности для анодов высоковакуумных приборов,
должен содержать менее 0,2%, а если возможно,
Таблица 8-5-3
Примерный состав золы электрографита
высокого качества [Л. 71]
Вещество Содержание, % вес
SiO2 0,041
F ^2^3 0,005
А]2О3 0,009
СаО 0,022
MgO 0,001
Щелочи 0,000
Остаток 0,002
Общее количество золы 0,080
только 0,05—0,1% золы. Технически может
быть получен графит, содержащий менее
0,015% примесей 296 [Л. 82]. Состав золы од-
2S5 эти загрязнения после полного сгорания угле-
рода остаются в виде остатка при прокаливании.
290 Остаток: обнаруживаемые лишь спектральным
анализом следы Al, Са. Fe, Na, Mg, Si и Мп,
§ 8-5]
Углерод
439
Рис. 8-5-3. Микроструктура вакуумного электро-
графита различных марок [Л. 63]. Увеличение
181’х. Шли ]) перпендикулярен поверхности; се-
рые поля—графит, черные—поры.
а — графит марки 70ЕкЬ: b — 73ЕК; с — 74ЕК
(производитель: Ringsdorff Werke, G m b H.).
него из сортов электрографита, содержащего
0,08% золы и пригодного для электронных
приборов, приведен в табл. 8-5-3.
Результаты тщательного спектрального
анализа трех различных сортов графита, пред-
назначенного для изготовления деталей элек-
тровакуумных приборов, приведены в табл.
8-5-4.
Все примеси должны быть равномерно
распределены в основном материале. После
пребывания в обычной камере для испытаний
в тропической атмосфере в течение 8 дней
и последующего нагревания в окисляющем
пламени на поверхности графита не должно
возникать пятен.
Механическая обработка. Изготовление
графитовых деталей производится исключи-
тельно путем обработки резанием: опиловкой,
фрезерованием, обточкой, шлифовкой, свер-
ловкой и нарезанием резьбы. Поэтому мате-
риал не должен иметь щербин или трещин.
Механическая обработка графита требует
Рис. 8-5-ЗА. Микроструктура шлифованной по-
верхности вакуумного электрографита. Увели-
чение 130х. Видны крупные поры (графит фирмы
Le Carbon, Париж).
большой осторожности, правильного выбора и
надежного крепления применяемого инстру-
мента (Л. 83]. Керамический характер графи-
та позволяет применять при его обработке
лишь небольшие усилия.
Токарную обработку графита следует
производить резцами из твердых сплавов
Н2, G1 или G2) иа скоростных, хорошо уста-
новленных станках. Условия резания приведе-
ны в табл. 8-5-5. При сверлении во избежа-
ние растрескивания деталей необходимо рабо-
тать при минимальных подачах до тех пор,
пока конец сверла не выйдет из детали. При
рассверливании отверстий детали следует за-
жимать в цангах или специальных кольцах.
Применение трехкулачкового патрона допу-
стимо лишь в том случае, если толщина
стенок деталей составляет не менее чем
1/10 их диаметра, но не меньше 10 мм. Шли-
фовку лучше всего производить карборундо-
выми кругами с зернистостью около 36—40
и твердостью между К и М при окружной
скорости 30—40 м!сек.
Образующуюся при обработке пыль нель-
зя сбивать непрерывным опрыскиванием, а не-
обходимо отсасывать расположенным непо-
средственно у станка вытяжным устройством
(рис. 8-5 4), так как увлажненные при меха-
нической обработке детали в процессе вакуум-
ной обработки обладают склонностью к рас-
трескиванию вследствие образования в их
объеме паров воды.
Недопустимо также применение охлажда-
ющих эмульсий и масел. При обработке гра-
фита искусственное охлаждение должно быть,
таким образом, полностью исключено. Описа-
ние наиболее благоприятных с точки зрения
обработки конфигураций графитовых анодов
вакуумных приборов приведено в [Л. 84],
а сравнительный обзор методов конструктив-
ного оформления деталей из графита сделан
на рис. 8-5-5. При конструировании любых
деталей следует избегать острых ребер и по
440
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
Таблица 8-5-4
Данные спектрального анализа1) графита различных марок4), предназначенного
для изготовления деталей электровакуумных приборов [Л. 63]
0 : не обнаруживается 1 : очень слабые следы 2 : слабые следы 3 : следы
Примесь Графит для анодов: Электроды для спектрального анализа2)
70EKh 73EK 74EK RWI RWIII
Ag 000 000 000 000 000
Al 000 000 000 001 001
В 222 222 222 333 333
Ва 000 000 000 000 000
Са 121 101 111 111 121
Си 322 211 211 000 010
Fe 222 100 Oil 000 011
К 000 000 000 000 000
Mg 322 100 010 101 102
Мп 010 000 010 000 000
Мо 000 000 000 000 000
Na 000 000 000 000 000
Pb 000 000 000 000 000
S 3) 3) 3) —.
Si 322 312 222 001 111
Sn 000 000 000 000 000
Sr 000 000 000 000 000
Ti 111 010 000 000 221
V 010 010 000 000 101
’) Приводятся результаты трех анализов, произведенных на кварцевом спектрографе „Medium Е 498*
Hilger). Условия опытов: возбуждение'. дуга постоянного тока ПО в, 8 —10 а между двумя одинаковыми образ-
цами; Расстояние между образцами 3 мм; продолжительность 45 сек.
2) Приведены для сравнения.
•) Присутствие серы: 70ЕКИ 73ЕК 74ЕК
а) Проба ацетатом свинца Отрицател ьная Отрицательная Отрицательная
б) Проба серебром Положительная Отрицательная Слабо положительная
* Изготовитель: Ringsdorff-Werke.
стинка’гЛ»,. ОбРаботка графита на токарном
станке с местной вытяжкой для удаления пыли.
мере возможности принимать толщину стенок
не менее 3 мм.
По окончании обработки необходимо, осо-
бенно для анодов выпрямителей, обращать
внимание на полное удаление порошка гра-
фита с детали, чтобы предупредить возмож-
ность обратного зажигания '(нагревание и
электронная эмиссия зерен порошка, в осо-
бенности в таких трудно доступных местах,
как нарезанные отверстия). Порошок удаля-
ют обдуванием готовой детали тонкой струей
хорошо отфильтрованного обезжиренного
азота под давлением несколько атмосфер.
Иногда рекомендуют (см., например, [Л. 78])
после обработки обжигать графитовые детали
в течение 1 мин на воздухе при 1 000° С вы-
сокой частотой, а затем быстро погружать их
в кипящую дистиллированную воду, чтобы об-
разующиеся пары воды удалили из пор и с по-
верхности пыль и более крупные частички.
§ 8-5]
Углерод
441
Та блица 8-5-5
Режим обработки электрографита резанием
Главный задний угол а Угловые градусы 25—30
Угол заострения р Угловые градусы 60
Угол резания S=a-j-f Угловые градусы 85—90
Передний угол у=(90—б) Угловые градусы 0—5
Установочный угол Угловые градусы 45
Скорость резания м/мин Обдирка: Чистовая обработка:
300—500 200—300
Подача мм/об 0,20—0,30 макс 0,10
Глубина резания ММ до 7 0,1—0,4
Иногда применяют обработку готовых дета-
лей потоком холодной воды высокого давле-
ния '(около 8 ат), однако все «мокрые» спо-
собы из приведенных уже соображений долж-
ны предусматривать по меньшей мере обяза-
тельную сушку, постепенное нагревание при
обезгаживании и более длительное предвари-
тельное обезгаживание в .вакуумной печи при
температуре свыше 1 200° С.
Физические свойства. Основные физиче-
ские свойства представлены в табл. 8-5-1 и
8-5-2, дополненных рис. 8-5-6 — 8-5-12, на ко-
торые делаются ссылки в тексте табл. 8-5-1.
Можно заметить, что большинство свойств
сильно зависит не только от способа произ-
водства электрографита и качества использо-
ванного сырья, но часто и от метода прессо-
вания графитовых стержней гидравлическим
прессом. Механическая прочность графита,
увеличивающаяся при высоких температурах
(рис. 8-5-6), невелика, поэтому толщину сте-
нок графитовых деталей делают не менее 1,5—
2 мм. Незначительная механическая прочность
затрудняет также крепление деталей, и доста-
точно хороший электрический контакт,, кото-
рый можно было бы получить под давлением,
удается обеспечить только с помощью сравни-
тельно длинных резьбовых соединений (см.
рис. 8-5-14), т. е. путем увеличения поверхно-
сти соприкосновения.
Электропроводность графита примерно в
10 раз меньше электропроводности наименее
проводящих металлов. С повышением темпе-
ратуры его сопротивление достигает миниму-
ма при 400—800° С >(см. рис. 8-5-8). Несмотря
на сравнительно малую электропроводность,
теплопроводность графита значительно выше,
чем у большинства металлов '(таких, как Ni
и Fe, см. рис. 5-4-9). Теплопроводность умень-
шается с ростом температуры. Перпендику-
лярно направлению прессования теплопровод-
ность примерно на 25% меньше, чем в на-
правлении прессования. Термическое расши-
рение (см. рис. 8-5-9) незначительно умень-
шается с повышением степени чистоты. Ко-
эффициент линейного расширения увеличи-
вается с повышением температуры; перпенди-
кулярно направлению прессовки он значитель-
но выше, чем в ее направлении (рис. 8-5-10).
Небольшая величина коэффициента тер-
мического расширения является причиной того,
что графит в отличие от керамики выдержи-
вает без разрушения многократное и резкое
изменение температуры в широком интервале.
442
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
Неправильно
Правильно
Неправильно
Правильно
Следует избегать рез-
ких изменений внутрен-
него н внешнего сечений.
Постепенный переход при
сохранении достаточной
толщины стенок. Во избе-
жание ступенчатого пере-
хода можно применить от-
дельные детали с гладкими
каналами.
Ввиду опасности скалы-
вания и растрескивания
не следует применять
стопорные винты и шпон-
ки.
Фиксацию деталей следует
осуществлять в их внешней,
не нагруженной части глад-
кими штифтами.
Толщина детали h
слишком мала по сравне-
нию с диаметром В.
Высота h *0,1 D (по возмож-
ности не менее 3 мм)
Плотная посадка гра-
титовых деталей на ме-
фаллические может вы-
звать растрескивание гра-
фита вследствие разли-
чия в коэффициентах тер-
мического расширения.
При неравномерном рас-
пределении температур сле-
дует предусматривать за-
зоры между гранитовыми
и металлическими деталя-
ми; желательно применение
внешних прокладок.
Отношение ltd слишком
велико.
Если необходимая длина
детали превышает 24, то ее
следует собирать из несколь-
ких частей.
При изготовлении сбор-
ных деталей не следует
использовать косой срез,
так как острые кромки
легко скалываются.
Предпочтительнее швы
внахлестку иногда с зубом,
Кромки j закруглены.
Применение несущих
графитовых подшипников
допустимо лишь при
большой толщине стенок
Графитовые подшипники
должны по всей длине на-
ходиться в металлическом
корпусе или вкладыше
Фланец слишком тон-
кий; кромки острые; по-
верхность детали под
фланцем не обработана
Толщина фланца должна
быть по меньшей мере рав-
на толщине стенок детали;
кромки закруглены; поверх-
ность под фланец обрабо-
тана
Переходы закруглены
Рис. 8-5-5. Примеры ошибочных и правильных кон-
струкций графитовых деталей (Л. 62J-
Резкие переходы к зубь-
ям
443
§ 8-5]
Углерод
О 800 1600 24оозгоо°с
Рис. 8-5-6. Зависимость временного со-
противлении разрыву различных сор-
тов электрографита (изготовитель: Union
Carbide and Carbon Corp.) от темпера-
туры T [Л.43]. На кривых обозначены
торговые марки графита.
Так как термическое расширение графита
почти всегда немного меньше, чем металличе-
ских держателей, при резьбовых соединениях
необходимо предусматривать соответствующие
допуски. При изготовлении заклепочных швов
необходимо использовать пружинящие или
пластичные установочные детали, например из
тонких полосок жести, чтобы воспрепятство-
вать возникновению недопустимо высоких на-
пряжений на растяжение или сжатие при на-
гревании соединений. При винтовом соедине-
нии необходимо с помощью специальных ог-
раничителей предотвращать свинчивание гра-
фитовых анодов болтов, так как из-за xodo-
шего скольжения графита даже небольшая
вибрация может вызвать это явление, что ча-
Рис. 8-5-7. Зависимость скорости ползучести ад * элек-
трографита ЕСА (США) от нагрузки од при различных
температурах Т. На рисунке справа показана кривая
ползучести при Т = 2 500° С и од =3,4 KllMM?. Зависи-
мость относительного удлинения AZ/Z0 ^рт продолжи-
тельности действия нагрузки t [Л.43].
' Ю"’ %/сек соответствуют примерно 3%/год!
200 600
1000 1400 'BOO °C
Рис. 8-5-8. Зависимость удельного электрического со-
противления р некоторых марок электрографита .от
температуры Сплошные кривые р на нижнем рисунке
относятся к графиту марок С18 и AGX по данным
[Л.43]; сплошные кривые р на верхнем рисунке (Л)—
по данным [Л.З]. Кривые---------и —о—о—о—
иллюстрируют изменение относительного сопротивле-
ния /?ге] (Яге| при 0° С принято равным 100%) по дан-
ным ГЛ.7].
сто ведет к непоправимым повреждениям до-
рогостоящих мощных выпрямителей.
Катодное распыление графита сравни-
тельно мало, работа выхода электронов велика
(см. § 8-5-11 и гл. 21). Исключительно вы-
сока точка плавления графита и мало давле-
ние его насыщенных паров (см. рис. 9-5-4);
благодаря таким свойствам этот материал
способен конкурировать в вакуумной технике
с вольфрамом, молибденом и таиталом.
Особое внимание в вакуумной технике не-
обходимо уделять обезгаживанию электродов
из элект.рографита, так как вследствие их
большой пористости (25—30%, см. рис. 8-5-ЗА)
и вызванной этим значительной спо-
собности к поглощению газов содер-
жание газов в графите (СО2, СО, N2,
Н2) выше, чем в металлах. С увели-
чением пористости сильно возрастает
общая способность к поглощению га-
зов, но время, (необходимое для обез-
гаживания, сокращается.
Аноды высоковакуумиых прибо-
ров и тиратронов (для последних так-
же и графитные сетки) перед монта-
жом сначала297 отжигают в водороде
при 1000° С от 30 мин до 1 ч в за-
висимости от размеров деталей. Как
выяснилось, этим удается облегчить выделе-
ние газов при последующей вакуумной обра-
• 297 Иногда после обработки графитовые детали
для удаления органических примесей несколько ми-
нут отжигают на воздухе при 1 000—1200° С под
слоем асбеста, после чего поверхность деталей обра-
батывают на круге.
444
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
Рис. 8-5-9. Кривые термического расширения двух ма-
рок американского электрографита; зависимость отно-
сительного термического расширения от темпера-
туры Т\ Д7—приращение длины, /ао —длина испытывае-
мого образца при 20° С [Л. 43].
ботке [Л. 1]. Карбидирование катодов из тари-
рованного вольфрама (прокаливание в ат-
мосфере углеводородов см. гл. 23) должно
производиться до монтажа графитовых анодов
и заварки ламп. В противном случае графито-
вые детали поглощают значительное количест-
во углеводородов, которые затем удаляются
гораздо труднее, чем водород, что замедляет
процесс откачки.
При больших диаметрах графитных дета-
лей, например для анодов мощных выпрями-
телей (см. рис. 8-5-13 н 8-5-15), рекомендует-
ся производить предварительное обезгажива-
ние сырых заготовок в вакуумной печи непо-
средственным пропусканием тока. В этом слу-
чае концы плоскошлифованных графитовых
блоков, находящихся в охлаждаемых водой
стальных трубах, зажимают в графитовых то-
коподводах, обкладывают обезгаженным по-
рошком кокса и прокаливают в течение не-
скольких часов в вакууме (несколько милли-
метров ртутного столба) при температуре око-
ло 1 500° С, причем необходимо защищать на-
сос с помощью охлаждаемой ловушки от воз-
действия выделяющихся часто в большом ко-
рне. 8-5-10. Зависимость среднего коэффициента терми-
ческого расширения ат (измеренного в интервале от
20е С до Т° С) от температуры Г.--------Два образца
7 и II (см. [Л. 30, 31], измерены; I перпендикулярно
и || в направлении давления при прессовании графито-
вого стержня).------вычислено по кривым на рис. 8-5-9;
см. ]Л. 43].
Рис. 8-5-11. Удельная термоэлектронная эмиссия гра-
фита AGX (изготовитель: National Carbon).
а—измерено на образцах, не подвергавшихся предва-
рительной очистке; b — после обезгаживания при
1 730° С [Л. 39].
личестве загрязнений. Только после такого
предварительного отжига производят механи-
ческую обработку поверхности блоков, прида-
ние им требуемой формы и, наконец, удаление
пыли. Окончательно обработанные графитовые
детали отжигают для удаления газов в ва-
куумных печах при 1 500—4 800° С [Л. 17], про-
ще всего высокой частотой в молибденовом
цилиндре. Однако полное обезгаживание тре-
бует температуры до 2 150° С [Л. 53], причем
между 1 700 и 2 200° С выделяется практиче-
ски уже только азот.
На рис. 8-5-12А показана современная
сдвоенная установка для обезгаживания гра-
Рис. 8-5-12. Зависимость коэффициента вторичной
электронной эмиссии 8 (=Чес/^рг1т > графита от энер-
гии первичных электронов.
а — гладкая поверхность [Л. 6]; b—матовая поверхность
[Л. 6]; с—после обезгаживания при 1 150° С (Л. 39].
§ 8-5]
Углерод
445
Рис. 8-5-12А. Промышленная сдвоенная печь для от-
жига. Левая печь имеет молибденовый нагревательный
элемент; правая печь имеет графитовый нагреватель и
предназначена для обезгажнвания деталей в вакууме
при давлении до 10’4 мм рт. ст. и температурах до
2 200° С, а также в водороде при температуре до 1 400° С.
Внизу: схема графитовой печи.
/—к вакуумной системе; 2—корпус печи; 3—графито-
вый нагреватель; 4—экраны. (Изготовители: Degussa
и Leybold, ФРГ); см. также рис. 9-2-9 А и 9В и 3-3-11, III.
1 400° С, а затем в той же печи в вакууме
при 2 200° С и давлении до 10“4 мм рт. ст.
Изменение количества выделяющихся газов во
времени в процессе отжига графитового блока
весом <1 кг при 1 700 и 2 500° С показано на
рис. 8-5- 12В.
Рекомендуется хранить хорошо обезга-
женные графитовые детали в вакууме или за-
крытых сосудах с аргоном, так как при хра-
Рис. 8-5-12В. Газоотделение m графитового блока ве-
сом 1 кг в зависимости от продолжительности обезга-
жнвания t. Кривая 1: прн 1 700° С; выделенное коли-
чество газа 0.112 г=80 нем2. Кривая 2: при 2 050° С;
выделенное количество газа 0,395 г=282 нем2.
нении на воздухе графит поглощает кислород,
который выделяется только при 2 150° С в ви-
де СО. Приготовленные для монтажа пред-
варительно обезгаженные графитовые детали
нельзя дополнительно промыть веществами,
растворяющими жиры, как это делают обыч-
но в случае металлических электродов. Не-
обходимо поэтому тщательно защищать их
поверхность от какого бы то ни было загряз-
нения (например, солями щелочных металлов
или кальция при переноске голыми руками),
так как в противном случае возникает опас-
ность обратного зажигания (см. рис. 8-5-14).
В последнее время, чтобы воспрепятство-
вать выделению газов из графита во время экс-
плуатации, даже при высоких требованиях (на-
пример, в генераторных лампах с катодами
из тарированного вольфрама) графитовые ано
ды после их обработки цирконируют, т. е.
покрывают тонкой пленкой порошкообразного
циркония (см. рис. 8-5-24, более подробно
[Л. 18], § 7-1 и гл. 28).
При высоких анодных напряжениях ча
стички графита могут мигрировать с анода
на катод и тем самым снижать его эмиссион-
ную способность. Для подавления этого эф-
фекта поверхность анода металлизируют, на
пыляя на нее в вакууме слой молибдена или
молибдена с ванадием [Л. 1].
Графитовые электроды после монтажа в
электронный прибор обезгаживают током вы-
сокой частоты и электронной бомбардировкой.
Высокая излучательная способность графита
требует значительной мощности высокочастот-
ного генератора.
В конце процесса обезгажнвания током
высокой частоты температура должна дости-
гать 1 200е С. При этом необходимо охлаж-
дать колбы приборов сжатым воздухом, что
предотвращает размягчение отекла
Там, где это возможно, графитовые элек
троды для ускорения высокочастотного нагрева
снабжают железными сердечниками (см., на-
пример, левую часть рис. 8-5-19), так как же-
лезо (ниже 770° С) вследствие своей высокой
магнитной проницаемости легко нагревается
токами высокой частоты.
Химические свойства. Химические свойст-
ва электрографита описаны в табл. 8-5-6. Как
видно из нее, графит особенно устойчив по
отношению к обычным химическим раствори-
телям. В смеси азотной и серной кислот с бер-
446
Прочие металлы и углерод
[ Гл. 8
Таблица 8-5-6
Химические свойства электрографита [Л. 37]
Реактив Взаимодействие
Воздух, сухой или влажный о2 N, Н2, сухой Н2, влажный2)4) Н2, влажный3)4) Пары Н2О СО2 при нагревании Пары серы при нагревании Cl, Br, J F Н2О до 100° С Четыреххлористый углерод (до точки кипения) Трихлорэтилен H2SO4 (75%) до 135° С H2SOt (96%) до 80° С НС1 до точки кипения HNO3, концентрированная Царская водка HF (15%) до точки кипения Раствор: 20 см3 коиц. HNO3 40 см3 конц. H-SO. 20 г КС1О3 Н2Сг2О7 + H2SO4 Расплавленные щелочи W, Мо Тугоплавкие окислы (керамика) Высокотемпературные нагреватели До 170° С окисления не наблюдается; при 450° С начинается окисление тонких слоев графита; при 500—600° С начинается окисление ком- пактного графита До 500° С потери веса не наблюдается; при 700° С — воспламенение Устойчив При 1 100—1 500° С образуется СН4 (выход 0,1 %’)4); в присутствии никеля как катализа- тора СН4 образуется уже при 500° С [Л. 44] При 1 000° С:3% превращается в СО -J- Н2 При 1 000° С: 12% превращается в СО-]-Н2 При 1 000° С почти полное превращение в со + н2 Образование СО Образование CS2 Устойчив Образование CF4 (точка кипения 1 300° С) Не реагирует Не реагирует Не реагирует Не реагирует Не реагирует Не реагирует Реагирует с образованием меллитовой кисло- ты, HCN, СО2 и N2O Не реагирует Не реагирует; возможно анодное электролити- ческое травление 1 г графита растворяется в указанном коли- честве раствора с образованием коллоида Окисляется Не реагирует При непосредственном контакте быстро реаги- рует при 1 500° С См. табл. 12-25 См. табл. 12-28
’) Выход уменьшается с повышением температуры.
’) Пропущенный через воду при 25° С.
•) Пропущенный через воду при 50“ С.
*) По данным [Л. 38].
§ 8-5]
Углерод
447
толетовой солью графит растворяется с обра-
зованием коллоидального осадка. Этим спосо-
бом можно удалить налеты углерода на стек-
ле, керамических изоляторах или на металли-
ческих деталях газоразрядных приборов.
Поверхность графита можно очищать только
механически или отжигом в вакуумной
печи. Травления или обработки растворяющи-
ми жиры жидкостями применять не следует,
так как жидкость потом полностью удалить
не удается вследствие очень большой абсорб-
ционной способности углерода. Для уменьше-
ния опасности обратного зажигания рекомен-
дуется электролитическая полировка анодов
выпрямителей в расплавленном KHF2 .(точка
плавления 239° С). Процесс продолжается
в течение »1—60 мин при плотности тока на
графитовой детали 0,1—1 а/см2 [Л. 4].
Метод электролитической '(анодной) поли-
ровки графитовых деталей в растворах, со-
держащих уксусную кислоту, аммиак и ам-
монийные соли органических кислот, с после-
дующим отжигом описан Шмидтом [Л. 65].
Из-за большого сродства к кислороду уг-
лерод при высоких температурах энергично
восстанавливает содержащие кислород соеди-
нения. Это, вероятно, является причиной часто
наблюдаемого на изолированных стеклом или
фарфором графитовых анодах образования
центров обратного зажигания, возникающих
в местах соприкосновения графита и изоля-
тора (незначительная работа выхода выде-
ляющихся щелочных или щелочно-земельных
металлов, см. [Л. 13, 14]). Поэтому места пе-
реходов по возможности изолируют от дейст-
вия электрического поля, например путем вы-
сверливания графитового анода и размеще-
ния места стыка внутри него (см. рис. 8-5-15
и 8-5-19).
Углерод активно поглощает кислород при
комнатной температуре, а начиная с 300° С,
заметно связывает его химически. Образую-
щуюся окись углерода при этом можно уда-
лить, как уже было указано, только много-
кратным отжигом в вакуумной печи при
очень высоких температурах. Углерод сильно
абсорбирует также азот и водород, поэтому
обезгаживания только в водородной печи „не-
достаточно. Пары ртути на графит не дейст-
вуют. Напыленные слои графита, так же. как
и металлов, обладают сильным геттерирующим
действием (улучшение вакуума в ртутных вы-
прямителях во время эксплуатации!) В при-
сутствии азота углерод образует в ртутных
выпрямителях циаи (CN)2, соединяющийся со
ртутью вблизи аиода с образованием прово-
дящей массы, что может вызвать обратное
зажигание. С парами щелочных металлов гра-
фит образует соединения различного состава
и при этом становится хрупким.
Техническое применение. Если сравнить
преимущества и недостатки электрографита
для вакуумной техники, то можно прийти
к следующим выводам:
Преимущества:
а) Малый вес: это компенсирует, напри-
мер, необходимость применения толстых сте-
нок (см, п. «п») и позволяет использовать мас-
сивные аноды в мощных выпрямителях.
б) Высокая точка плавления.
в) Низкое давление насыщенных паров.
г) Очень малая упругость: вследствие
этого отсутствуют вибрации, которые возни-
кают у анодов из тонкой жести. (Важно,
например, для авиационных электронных при-
боров.)
д) Высокая формоустойчивость даже при
очень высоких температурах, благодаря чему
полностью исключается деформация анодов
усилительных и генераторных ламп и дости-
гается стабильность характеристик электрон-
ных приборов.
е) Достаточная электропроводность.
ж) Превосходная теплопроводность, что
обеспечивает равномерное нагревание всей
внешней поверхности анода и стеклянной обо-
лочки, даже если внутренняя поверхность ано-
да электрически нагружена неравномерно.
з) Наибольшая излучательная способ-
ность по сравнению со всеми компактными
материалами, применяемыми в вакуумной тех-
нике.
и) Высокая работа выхода электронов и
поэтому незначительная склонность к обрат-
ному зажиганию в газоразрядных выпрями-
телях.
к) Низкая вторичная электронная эмиссия.
л) Высокая химическая устойчивость, осо-
бенно по отношению к ртути и ее парам.
м) Хорошие геттерирующие свойства, вы-
сокая способность абсорбировать неблагород-
ные газы.
н) Возможность цирконирования.
о) Низкая стоимость сырья.
Недостатки:
п) Малая прочность, поэтому необходимо
увеличивать толщину стенок и применять бо-
лее прочные держатели, чем обычно требует-
ся для металлических деталей.
р) Невозможность обработки давлением,
трудности при изготовлении сложных форм
(например, охлаждающие ребра) токарной об-
работкой, опасность разрушения деталей, ес-
ли в заготовках имеются щербины или тре-
щины.
с) Очень сложный процесс обработки:
выделение большого количества пыли. При за-
грязнении готовых деталей маслом или жи-
ром во время производства или монтажа не-
возможно дополнительное промывание в рас-
творителях, как это делается с металлами.
т) Невозможность пайки или сварки: со-
единение с другими частями возможно толь-
ко с применением крепежных деталей (закле-
пок, винтов, обвивание проволокой и т. п.).
у) Затруднения при осуществлении кон-
тактов с металлическими вводами, так как из-
за меньшего термического расширения гра-
фита по сравнению с "металлами -в месте со-
единения неизбежен большой люфт.
ф) Сравнительно высокое содержание га-
зов и высокая температура обезгаживания.
х) Склонность к поглощению газов при
хранении, вследствие чего после предвари-
тельного обезгаживания готовых деталей их
необходимо хранить в вакууме или благород-
ном газе.
Этот перечень помогает понять, почему
электрографит сначала использовали только
для сильно нагруженных анодов ртутных вы-
прямителей и только позднее, когда были хо-
рошо освоены производство графита и его
448
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
Рис 8-5-13. Аноды из электрографита для мощных ртутных выпрямителей. Некоторые аноды имеют
в тыльной части глубокие отверстия для уменьшения веса анодов и сокращения количества
подлежащего обезгаживанию материала. Изготовители; Schunk und Ebe, GieSen (слева; и Ringsdorff
Werke Godesberg (справа).
обезгаживание, этот материал начали приме-
нять и для электронных ламп, где он заменил
молибден и вольфрам.
Важнейшие примеры использования угле-
рода в вакуумной технике:
Л/;о<9ы выпрямителей с ртутными катода-
ми (Л. 12, 13, 14, 25, 39, 48, 66]. На рис. 8-5-13
показана типичная конструкция таких анодов
для выпрямителей: слева —массивные, более
раннего выпуска, справа — с глубокими вы-
емками в верхней части для уменьшения ве-
са графита и облегчения обезгаживания. Ма-
ксимальная нагрузка достигает практически
0,3—0,8 а/сл2. См. также рис. 8-5-14, 8-5-15
Рис. 8-5-14. Монтаж графитовых анодов
мощного ртутного выпрямителя. При на-
винчивании на железные токопроводы
во избежание загрязнения анодов поль.
зуются перчатками. Изготовитель: Sie-
mens.
и 6-1-39, поз. Е и L. Крепление обычно про-
изводится с помощью железного стержня
с длинной винтовой нарезкой. На конце дер-
жателя рекомендуется устанавливать упругие
проволочные пружины из молибдена (вложен-
ные в канавки стержня), которые делают не-
возможным самопроизвольное свинчивание
анода с его внутренней нарезки.
Управляющие сетки, деионизирующие сет-
ки и экраны (экранирование анода от потока
или брызг ртути) мощных ртутных выпрями-
телей. Их изготовляют, например, в виде
звезды, сетчатого колпачка или диска
(рис. 8-5-116), трубки (рис. 6-1-39, поз. £>) или
конуса (рис. 6-1-39, поз. М).
Аноды и сетки управляемых и неуправляе-
мых выпрямителей с оксидными катодами.
наполненных благородными газами или пара-
ми ртути (газотроны, тиратроны). На
рис. 8-5-17 изображены некоторые типы таких
деталей. Часто на анодах для увеличения из-
лучающей поверхности, снижения веса и об-
Рис. 8-5-15. Пример конструкции графи-
тового “ анода мощного ртутного выпря-
мителя [Л. 12].
I—графитовый анод; 2—кварцевый диск;
2—стальной защитный цилиндр; 4—фар-
форовая трубка; 5— кварцевая деионизи-
рующая сетка; б—стальная оболочка;
7 — алюминиевые ребра для охлаждения.
§ 8-5]
Углерод
449
II
Рис. 8-5-16. Примеры конструкций гра^итозых сеток
мощных ртутных выпрямителей.
I—звездообразная сетка (Siemens); 11 и Ilf—колпач-
ковая сетка (Ringsdorff Werke); IV — плоская сетка.
Максимальная толщина 100 мм (Ringsdorff Werke).
ш
Рис. 8-5-17. Некоторые типы анодов выпрямителей с на-
каленным катодом, изготовленные с применением раз-
личных видов обработки резанием из стержней элек-
тро гранита. Изготовитель: Schunk & Ebe, Giepen.
/—дисковые аноды и сетки; 11—аноды с охлаждаю-
щими ребрами для сетевых и низковольтных выпрями-
телей; III—аноды в виде колпачков с закругленными
гранями для высоковольтных выпрямителей.
легчения обезгаживания фрезеруют продоль-
ные выемки. Аноды высоковольтных выпрями-
телей с накаленным катодом иногда изготов-
ляют в виде колпачков, которые окружают -по-
лые катоды косвенного «акала и таким обра-
зом экранируют стеклянную оболочку и анод-
ные вводы от разряда (рис. 8-5-18)_ Целесо-
образная конструкция крепления графитовых
анодов неуправляемых анодных выпрямите-
лей с оксидными катодами, работающих при
низких или сетевых напряжениях, показана на
рис. 8-5-19. Места соединения графита с -вво-
дами или изоляторами хорошо защищены
удачной конструкцией (длинный и узкий про-
межуток) от возникновения разряда. Аноды
в форме диска сравнительно небольшой тол-
щины с нарезкой для крепления также легки
в изготовлении (см. рис. 8-5-17,/).
29—2200
450
Прочие металлы и углерод
[Гл. &
Рис. 8-5-18. Графитовый анод ртутного выпрямителя па 23 000 в с накаленным катодом; для экранирования
стеклянной оболочки анод частично окружает катод. Изготовитель: General EL Comp. [Л. 22]. Слева:
анод из электрографита. Диаметр 75 —100 мм (изготовитель Ringsdorff Werke).
Аноды вакуумных генераторных ламп
средней мощности с катодами из торирован-
нопо вольфрама i(вместо молибденовой жести)
[Л. 69, 70, 81, 82] см. рис. 8-5-20. Минималь-
ная толщина стенки обычно составляет 1,5—
2,0±0,02 мм, у миниатюрных анодов — до
0,4 мм; сечение круглое или четырехугольное
с ребрами жесткости (см. рис. 8-5-21, 8-5-22
и 12-51, поз. 3). В последнее время, особенно
в генераторных коротковолновых лампах, хо-
рошо зарекомендовали себя аноды круглой
формы с несколькими проточенными выступа-
ми, увеличивающими поверхность излучения
и механическую прочность. Старые конструк-
ции таких анодов показаны на рис. 8-5-23, бо-
лее совершенные цирконированные графито-
вые аноды — на рис. 8-5-24.
Такие аноды обычно крепят с помощью
нескольких молибденовых стержней или про-
волок, пропущенных сквозь отверстия в теле
анода или в боковых ребрах, служащих для
повышения теплоизлучения.
Держатели, предотвращающие деформа-
цию стекла при изготовлении трубчатых спа-
ев стекла с металлом. Подробнее см. гл. 30.
Формы (для нагревания высокой частотой}
при изготовлении прессованных ножек из
стеклянного порошка. Подробнее см. § 10-16-111,
рис. 10-267 — 110-269 и 10-272.
Электроды для дуговой сварки: приме-
няются при сварке таких тугоплавких метал-
лов, как вольфрам или молибден в защит-
ной атмосфере. Подробности см. § 9-3-IV.
рис. 9-3-15 и 9-3-17 — 9-3-21.
Электроды для сварки методом сопротив-
ления. Более подробно см. § 9-3-VI. Схема
устройства для сварки показана на рис. 9-3-4L
Высокотемпературные трубчатые вакуум-
ные печи (для обезгаживания) в виде нагре
ваемых непосредственно высокой частотой по-
лых графитовых трубок, внутри которых рас-
полагают обрабатываемые детали. Пример
конструкции см. на рис. 8-5-25, 8-5-26 и 9-2-2С
Такими печами можно пользоваться на воздухе
до 1 800°С при условии засыпки тела накала,
причем они обладают сравнительно большим
Рис. 8-5-19. Примеры монтажа графитовых анодоз в одноаиодных вакуумных выпря-
мителях со стеклянной оболочкой [Л. 34, 35, 41, 68J. Железный экран в графитовой
детали (слева) делает возможным быстрое нагревание током высокой частоты при
обезгаживании. Медный колпачковый держатель (справа) обеспечивает вследствие
высокой теплопроводности электрографита и большой поверхности соприкосновения
графита и меди отличное охлаждение анода.
/ — графитовый анод; 2—железный керн; 3—коническая выточка; 4—фарфоровая
трубка; 5—упругий слюдяной уплотняющий диск; 6—стеклянная оболочка; 7—
молибденовый ввод; 8—графитовый анод; 9—медный колпачок; 10 — кольцевой
спай со стеклом.
§ 8-5]
Углерод
451
Рис. 8-5-20. Пример замены [молибденового анода маломощных генераторных
ламп с мощностью, рассеиваемой на аноде, около 75 вт электрографитовым
[Л. 69]. Слева: лампа с обработанным пескоструйной молибденовым анодом,
имеющим шесть охлаждающих ребер. Справа: лампа с цилиндрическим графи-
товым анодом толщиной 2 мм с утолщением в середине. Изготовитель: RCA.
сроком службы (см. рис. 8-5-27). Пропуская
сквозь слой засыпки азот или аргон, с таки-
ми печами можно работать до 2 500° С и вы-
ше (табл. 8-5-7).
Тигли для плавки и литья металлов в ва-
кууме (Zr, Ti, Ag, Th, Си). Пример А: Нагре-
ваемое излучением устройство для отливки
меди см. рис. 9-3-49, более подробно — также
§ 9-3-VII. Пример Б: Печь для выплавки и
отливки с графитовым тиглем, нагреваемым
высокой частотой, см. рис. 7-2-5 и 8-5-26.
Защитные стаканы, применяемые при
предварительном обезгаживания деталей в вы-
соковакуумных высокотемпературных печах
для предотвращения напыления на детали ма-
териала нагревательного элемента (вольфра-
ма или молибдена) см. рис. 9-2-9В, поз. 9.
Негерметичные окошки, прозрачные для
рентгеновского излучения, применяют для
Таблица 8-5-7
Предельная рабочая температура печей
допустимая при использовании различных
нагревательных элементов
Нагревательный элемент Темпера- тура, °C
Металлические:
сплавы Сг — Ni сплавы CrFeAl Мо (в защитной атмосфере) W (в защитной атмосфере) 900—1 050 1250 1 600—1 800 2 200—2 400
Н еметаллические:
Силит Угольные гранулы в зависи- мости от качества изоляции стенок Элект рог рафит 1 400 До 2 000 1 800—2 500
экранирования от потока электронов в рент-
геновских трубках по способу, показанному на
рис. 5-6-5. Так как поглощение рентгеновых
лучей пропорционально третьей степени поряд-
кового номера N элемента, для этой цели мож-
но использовать графит (А=6) вместо
А1(А=13) и Be (А=4); во многих случаях
это позволяет избавиться от сложного про-
изводства бериллиевых дисков (см. § 5-6). Не-
обходимо все же, чтобы графитовый диск был
предварительно обезгажен примерно при
1 800° С в вакууме и до монтажа хранился
в защитной атмосфере (например, в азоте)
или вакууме [Л. 45].
Угольные тела накала широко использо-
вались до начала применения вольфрама при
изготовлении ламп накаливания. В настоящее
время лампы с угольными нитями используют
лишь в отдельных случаях в роли сопротив-
Рис. 8-5-21. Виды готовых анодов генераторных ламп.
Толщина стенки 2 мм. В ребрах жесткости про-
сверлены отверстия для пропускания траверс(Schunk
& Ebe, Gie^en).
29*
452
Прочие металлы и углероо
I Гл. 8
Рис. 8-5-22. Триод с анодом из элек-
трографита. Диодное напряжение —
до 5 000в, мощность, рассеиваемая
на аноде, 300—800 вт. Изготовитель;
General El Comp.
леннй нагрузки (см. рис. 10-272А). Старая,
ныне почти забытая техника изготовления та-
ких нитей описана Вебером [Л. 79].
II. Активированный уголь
Активированный уголь применяется в ва-
куумной технике исключительно как абсорбент
в ловушках, охлаждаемых жидким воздухом,
при проведении специальных исследователь-
ских работ, когда после отпайки откачанного
сосуда от насоса необходимо уделять выделя-
ющиеся во время эксплуатации газы (см.
гл. 28). В отличие от обычных сортов активи-
Рис. 8-5-23. Коротковолновый триод
€ полым цилиндрическим графито-
вым анодом. В верхней сплошной
части анода выполнена резьба для
крепления его к вводу.
Рис. 8-5-24. Современные коротковолновые электронные
лампы с цирконированиыми графитовыми анодами, мо-
либденовой сеткой (см. рис. 5-2-15) и несколькими про-
волочными держателями анода (для уменьшения сопро-
тивления токоподводов током высокой частоты). Слева
направо: тетрод мощностью, рассеиваемой на аноде,
25') вт, триод мощностью 270 вт и триод мощностью
«540 вт. Высота ламп» включая штырьки ножек, от 147
до 205 мм. Все лампы имеют плоские ножки, прессо-
ванные из стеклянного порошка. Вводы .молибденовые.
Изготовитель; Philips [Л. 16.]
рованного угля применяющийся в вакуумной
технике уголь не содержит примесей актива-
торов, так как они в большинстве случаев об-
ладают высоким давлением насыщенных па-
ров, что ухудшает вакуум.
Получение. Активированный уголь полу-
чают обугливанием, обезжириванием и обез-
гаживанием специальных сортов дерева иля
крупных костей животных. Наилучшими яв-
ляются древесные угли (ольха, бук, граб) или
Рис. 8-5-25. Высоковакуумная печь
с трубчатым графитовым нагревате-
лем на температуру до 2 000° С. Диа-
метр муфеля 200 мм, длина зоны на-
грева 600 мм. Изготовитель.. Heraeus
Ханау, тип VA=K 100.
§ 8-5]
Углерод
453
Рис. 8-5 26. Высокочастотная вакуумная печь для
плавки и обезгажнвания при 1‘емпературах до 2 530° С
[Л. 24]. Слева: конструкция с внутренней кварцевой
изложницей.
Г— управляемый магнитом плунжер из мягкого железа
в стеклянной оболочке для защиты окошка 12 от за-
пыления; 2—крючки из кварцевых штабиков (диаметр
2,5 мм); 3 — к первому диффузионному насосу; 4 — гра-
фитовые тигель и воронка; 5—индуктор нз медной
трубки диаметра 6 мм; 6 —слой порошка графита для
защиты от излучения; 7—кварцевый сосуд; 8— экран
из тугоплавкого стекла; 9— шлиф, уплотненный ва-
куумной смазкой; 10—стеклянная воронка-распредели-
тель охлаждающего воздуха; 11—подача сжатого воз-
духа; 12—окно для измерения температуры оптиче-
ским пирометром; 13 — ко второму диффузионному на-
сосу и вакууметру; 14— к контейнеру с образцами;
15 — переход кварц — стекло пайрекс; 16 — платиновая
проволока диаметром 1,25 мм; 17—кварцевая излож-
ница, 18—внешняя оболочка из стекла пайрекс. Все
размеры — в мм.
Справа; печь без внутренней кварцевой изложницы
17 (в этом случае отпадает необходимость во втором
диффузионном насосе 13). См. также рис. 9-2-2С.
угли из кокосовой или ореховой скорлупы.
Древесину размельчают на куски размером от
лесного до грецкого ореха (избегать образова-
ния пыли’) и прокаливают без доступа возду-
ха в железном реакторе при 500—700° С до тех
пор, пока не будут удалены все углеводороды
и не перестанут выделяться видимые пары. На-
гревание выше этой температуры безусловно
противопоказано, так как вследствие роста
кристаллов может начаться уменьшение пори-
стости («графитизация»), что снижает способ-
ность к абсорбции. Уголь обезгаживают при-
мерно при 60'0" С в вакууме (насосом предва-
рительного разрежения с присоединенным к не-
му охлаждаемым водой конденсатором), после
чего его засыпают в стеклянный сосуд, кото-
рый присоединяют к откачной системе, и дли-
тельным отжигом при 400°С в вакууме уда-
ляют максимально возможное количество га-
зов. Значительно повысить абсорбционную
способность угля можно обезгаживанием при
500—600° С, однако для этого необходимы
сосуды из тугоплавкого стекла.
Применение. Если 1Свеже1П!рмгото® ленный
активированный уголь не будет сразу же ис-
пользован в обевгаживае|мом ирибаре, его сле-
дует хранить >в вакууме; для этого описанный
выше стеклянный сосуд отпаивают после обез-
гаживания угля. Стеклянный сосуд при этом
снабжают вторым запаянным горлом с «чер
тиком» (аналогично баллонам для благород-
ных газов, см. гл. 20), который после припаи-
вания к прибору и его откачки может быть
вскрыт с помощью управляемых магнитом же-
лезных бойков. Таким способом можно избе-
жать какого бы то ни было контакта хорошо
обезгаженногю угля с ат.мосфер'ой при монта-
же, т. е. необходимости нового обезгажи-
вания.
Более подробно о применении .активиро-
ванного угля см. в гл. 28.
III. Пористый графитированный уголь
Кроме пористого нег,рафинированного уг-
ля, применяют также пористый графит, кото-
рый получают, смешивая прокаленный поро-
шок нефтяного кокса, обладающий опреде
лепным размером частиц, с некоторым коли-
чеством каменноугольной смолы в качестве
связки [Л. 11, 29, 80]. Спеченные предваритель-
но заготовки графитируют при высокой тем-
пературе. Степень пористости можно изменять
подбором гранулометрического состава исход-
ного порошка. Диаметр пор при этом может
изменяться от 33 до 190 мк [Л. 27]. В вакуум-
ной технике такой графит используют в каче-
стве фильтров для ртутных затворов и
устройств для напуска газа. Основные свой-
ства пористого графика в зависимости от сте-
пени пористости приведены в табл. 8-5 8
IV. Суспензии коллоидного графита
(Л. 82, 42, 73, 74, 75]
Это в большинстве случаев водные кол-
лоидные суспензии графита с содержанием
углерода около '18—22% вес., стабилизирован-
ные защитным коллоидом (например, танин-
ном) и содержащие специальные пептизирую-
щие присадки (аммиака), которые одновремен-
но служат защитой против плесени. Суспен-
зия представляет собой черную вязкую жид-
кость, которая смешивается с водой в любых
пропорциях (в большинстве случаев, исполь-
зуют разведение ют 1 : 1 до 1:3). Следует
учитывать, что суспензия при низкой темпера-
туре коагулирует и вследствие этого становит-
ся непригодной для использования, поэтому ее
нельзя транспортировать зимой. При введении
электролитов эта суспензия также коагулиру-
ет, поэтому их применения следует избегать.
Кроме водных, известны также суспензии
в масле, жидких углеводородах и спирте.
454
Прочие металлы и углерод
[Гл. 8
Таблица 8-5-8
Свойства пористого графита1) [Л. 21[
Степень пористости Условные единицы 60 50 40 30 20 10
Диаметр пор МК 33 48 69 99 140 190
Фильтрующее действие2) МК 12 20 25 45 75 150
Предел прочности на разрыв кГ!мм2 0,08 0,08 0,07 0,06 0,04 0,03
Предел прочности на сжатие кГ]мм2 0,35 0,35 . 0,35 0,36 0,22 0,19
Предел прочности на изгиб кГ/мм2 0,18 0,18 0,13 0,14 0,10 0,10
Удельное электрическое сопротивление Температурный коэффи- циент линейного тер- мического расширения ОМ'СМ 1]град 30-ю-4 30-ю-4 аТ = 33-10-* = (37,8 4-С 42-Ю-4 ,007 ?)•! 50-Ю-4 Э-’4) 50-104
Проницаемость для воз- духа8) при избыточном давлении 3,5 ми рт.ст. нем3-см см2-мин — -— 300 650 1 300 2 500
Проницаемость для воды при давлении 0,36 ати см* см см2-мин 140 300 450 800 1 200 1 750
>) Изготовитель: National Carbon Comp. Inc.
») Минимальный диаметр (мк) задерживаемых фильтром частиц.
*) Воздух при 20” С и 760 мм рт. ст. с относится .ноЗ влажностью 15%.
*) Т — температура (“CJ.
В водных суспензиях частички графита име-
ют отрицательный заряд, а в масляных — по-
ложительный. Поэтому фильтровальная бума-
га, имеющая собственный заряд, обычно
пропускает водную суспензию графита и за-
держивает масляную.
Существует ряд рекомендуемых коллоид-
ных графитовых суспензий; из водных суспен-
зий наиболее известны «аквадаг» и «гидрокол-
лаг», последняя — с содержанием 20% графи-
та и менее 0j6% золы, из графитовых суспен-
зий в минеральном масле — прежде всего
«ойлдаг»— жидкость, обладающая очень высо-
кой вязкостью, достигающей 40—50° по Энгле-
ру при 30° С, с содержанием графита не ме-
нее 110% и содержанием золы максимум
0,25%.
Получение. Рецепт изготовления аквадага
приведен в табл. 8-5-9. Чтобы улучшить сцеп-
ление высушенных и прокаленных покрытий и
Рнс. 85-27. Трубчатая графи-
товая печь сопротнвления-
(3 кет, 3—4 в) на темпера-
туры до I 800° С [Л. 15].
/ — графитовый муфель (на
нижнем рисунке увеличен);
2—охлаждаемые водой ла-
тунные контакты; з — корпус
печи из асбоцемента; 4—теп-
ловая изоляция из ламповой
625мм
сажи и кусков кокса; иногда
сквозь засыпку пропускают ток аргона или азота; 5—герметичная трубка из окиси алю-
миния; 6—сальники с обычным кольцевым уплотнением для защиты от паров воды;
7—резиновая пробка с экраном для защиты от излучения н с трубками для выхода
газов; 8 —охлаждаемая водой латунная трубка (холодильник), укрепленная на алундовой
трубке пнцеином; подача газа; 10—окошко из тугоплавкого стекла.
§ 8-5]
Углерод
455
Таблица 8-5-9
Рецепт приготовления концентрированной коллоидной суспензии графита,
аналогичной аквадагу [Л. 57]
*) В горловину колбы рекомендуется ввести воронку, чтобы уменьшить количество воды, испаряющейся
<из раствора.
*) Изготовитель: Dixon Crucible Comp.
’) Для ускорения процесса раствор агар-агара можно протирать сквозь сито щеточкой.
предотвратить выделение из нанесенных слоев
отдельных частичек углерода, в особенности
под действием сильного электрического поля,
к суспензии графита добавляют KaSiOs [Л. 50].
благодаря чему можно уменьшить количество
органического связующего вещества. Така}!
графитовая суспензия известна в последнее
время под названием «Dixonac» и изготавли-
вается следующим образом [Л. 32]. Грубо
размолотый костный уголь прежде всего про-
каливается в вакууме при 800°С для удаления
всех жиров и масел. Литр такого очищенного
угольного порошка мелко размалывают на
шаровой мельнице вместе с 300 г 15%-ного
раствора жидкого стекла. Материал пригоден
для употребления в течение 6 недель; впослед-
ствии выкристаллизовывается образующийся
на воздухе углекислый натрий '(NajC63) и вы-
деляется кремниевая кислота (SiOs).
Аммиачные графитовые суспензии с при-
садкой жидкого стекла, предназначенные для
нанесения внутренних покрытий в газоразряд-
ных приборах и содержащие наряду с очень
мелкими частичками углерода также и круп-
ные '{в соотношении 6:1), способствующие по-
вышению электропроводности слоя, описаны
Хайнце [Л. 28].
Применение коллоидных графитовых сус-
пензий в вакуумной технике (см. [Л. 58, 73]).
Смазка для защиты волок и фильер, осо-
бенно при протяжке твердых металлов, таких,
как вольфрам или молибден, сквозь фильеры
из твердых сплавов или алмаза. Применяется
в большинстве случаев .18%-кая водная кол-
лоидная графитовая суспензия [Л. 52].
Резиновые уплотнения вращающихся осей
(см. гл. 16) также иногда смазывают суспен-
зией графита в масле, обладающим низким
давлением паров.
О последующем удалении пленки графита
см. § 3-2 и 3-3.
Намазанные или нанесенные пульвериза-
цией покрытия для чернения металлических
деталей с целью повышения их излучательной
способности. Подробнее см. § 9-4-ХЬВ. В (На-
стоящее время для этой цели суспензии гра-
фита применяются редко из-за плохого сцеп-
ления полученной таким методом пленки и
вследствие очень большого содержания газов
в .ней; заменяется карбонизацией (см.
§ 9- 4-Х1,С) никеля или применением самочер-
нящейся железной жести, покрытой алюми-
нием (см. § 6-5-Ш и IV).
Покрытия, служащие для подавления
термоэлектронной эмиссии сеток в лампах
с оксидными катодами [Л. И] и фотоэлектрон-
ной эмиссии под действием светового или
рентгеновского излучения.
Контактная «смазка» для улучшения элек-
трического контакта между угольной нитью
и токоподводом в лампах накаливания с уголь-
ными телами накала.
Присадки для повышения проводимости
флуоресцентных экранов на металлической под-
ложке. Особенно важны для светящихся экра-
нов индикаторов настройки («магический
глаз»), возбуждаемых потоком медленных
электронов, когда вторичная электронная эмис-
сия еще очень слаба и поэтому отвод заряда
за счет вторичной электронной эмиссии ока-
зывается недостаточным. Подробнее см.
§ 15-5-VIII, 8.
Покрытия стекла для получения проводя-
щих пленок. Это наиболее частое и наиболее
важное применение коллоидного графита; ис-
456
Прочие металлы и углерод
[ Гл. 8
Рис. 8-5-28. Четырехлучеваи осциллографическая труб-
ка, внутренняя оболочка которой покрыта слоем графита
для отвода электростатических зарядов: на переднем
плане—электронная пушка с отклоняющей системой,
собранная на керамических штабиках. Изготовитель:
Siemens-Halske Rohrenwerk, Munchen.
пользуется главным образом для внут-
реннего чернения электронно-лучевых прибо-
ров (рис. 8 5 28) и для отвода зарядов с их
экранов и оболочек. Применяется также для
создания проводящих внутренних пленок на
стеклянных баллонах приемно-усилительных
Рпс. 8-5-29. Проекционная лампа с воль-
фрамовой опиралыо, из пяти секцпй,1рас-
положепных в одной плоскости, напол-
ненная инертным газом. В-ерхияя часть
колбы снаружи покрыта слоем графита
для повышения излучательной способно-
сти. Мощность лампы 50Э etn, средний
срок службы 25 ч. Изготовитель: Siemens
Brothers and Со., Лондон
ламп, для электростатического экранирования
системы (см. рис. 10-226), для установления
потенциала держателей электродов, закреплен-
ных на изолирующих стеклянных штабиках
(например, держателей катода, см. [Л. 19]).
Используются также для нанесения токопрово-
дящих полосок на стекло (см. рис. '10-225).
Подробнее об изготовлении таких проводя-
щих покрытий на стекле см. § 10-4-VIH,
рис. 10 227 и 10-228.
Внешние покрытия на стекле для повышения
излучательной способности оболочек мощных
электровакуумных приборов, например проек
ционных ламп (см. рис. 8-5-29 и 10-229).
Внешние покрытия анодных отростков стек-
лянных ртутных выпрямителей см. рис. 10-230
Защитные смазки, распыляемые внутрь
пресс-форм для предотвращения прилипания
размягченного стекла к стенкам фоомы
(см. [Л. 49] и § 10-3).
V. Осаждение углеродных покрытий
из газовой фазы
Основные способы получения
а) Получение чернящих пленок сажи на
металле с использованием коптящего бензо-
лового пламени. Подробнее см. § 9-4-Х1.А.
б) Карбидирование, т. е. образование пле-
нок карбидов металлов: WTh катоды прока-
ливают в атмосфере, содержащей углеводоро-
ды, например пары нафталина или в смеси
бензола и водорода, для образования поверх-
ностной пленки карбида вольфрама, которая
облегчает активацию и увеличивает срок
службы катодов Подробнее см. гл 23
Танталовые сетки для подавления элек-
тронной эмиссии также часто покрывают по-
верхностным слоем ТаС. Подробнее см § 9-4-Х.
в) Карбонизация, т. е. осаждение мелких
частичек углерода термическим разложением
углеводородов. Более подробно об этом спо-
собе см. § 9-4-XI, С.
ЛИТЕРАТУРА
1. Abbot Н. V., in С. L. Mantel 1, In-
dustrial Carbon, 2 Aufl., New York, 1947,
p. 354- -356 (Графитовые аноды).
2. A r n d t K-, Die kunstlichen Kohlen, 2
Auf)., Berlin, 1932.
3. A r n о 1 d R., Z. angew. Phys., 7
(1955), 453—460 (Свойства графита).
4. Bakker I., US Pat. 2494 425/1950;
DRP 838 039/1943/52 (Электролитическая по-
лировка графитовых анодов).
5. Barnes В. Т. et al., Journ Opt. Soc.
Am., 37 (1947), 804—807 (Излучательная спо-
собность графита при 100—500°С).
6 Де Бур Ж. Г-> Электронная эмиссия
и явления адсорбции, ОНТИ, 1935.
7. В г a u п А. и. Busch G., Helv. Phys.
Acta, 20 (1947), 33 (Константы Ричардсона
природного цейлонского графита).
8. Brit. Thompson-Houston, Brit. Pat. 434
399/1934/35 (Удаление пыли из графита пу-
тем нагревания деталей до 1 000° С и погру-
жения их в горячую воду).
9. Buerschaper R. A, J. Appl. Phys.,
15 (1944), 452—454 (Электро- и теплопровод-
ность графита при низких температурах).
§ 8-5]
Углерод
457
10. В и г d i с к D. et al., J. Research, 47
(1951), 35 (Тепловое расширение графита).
11. Champion I. A., Brit. J. Appl.
Phys., 7 (1956), 395—399 (Карбонизация се-
ток ламп с оксидными катодами для подав-
ления сеточных токов).
12. Сох J. Н., Improvements in mercury
arc rectifiers, Sonderdruck, 1933 (Vortrag im
AIEE, Juni 1933).
13. Dallenbach W., Elektrotechn. Z.,
55 (1934), 89 (Ртутные выпрямители с гра-
фитовыми анодами).
14. Dallenbach W., Gerecke E u.
Stoll E„ Phys. Z„ 26 (1925), 10 (Явления
обратного зажигания в выпрямителях с гра-
фитовыми анодами).
15. Dennis W. Е. et al., J. Sci. Instr.,
30 (1953), 453—455 (Трубчатые графитовые
печи сопротивления до 1 800°С).
16. D о г g е 1 о Е. G , Philips Techn.
Rundschau, 10 (1949), 281 (Приборы СВЧ с
графитовыми анодами; графитовые формы
для прессования стеклянных ножек).
17. Ельцин И. А. и Иевлев А. П.,
Физ. журнал СССР, 5/1934/687 (Обезгажи-
вание графитовых анодов)
18. Espe W., Zirkon, Jeho vyroba, vlast-
nosti a pouziti ve vakuovd technice, Praha,
1952. Zirkonium, seine Erzeugung, Eigenschaf-
ten und Anwendungen in der Vakuumtechnik,
Fiissen, 1953 (Стр. 36: Цирконирование гра-
фитовых анодов).
19. Е s р е W., DRP 635623/1932/40;
Franz. Pat 760 692/32/34, Ost. Pat 144
177/32/35 (Высокоомные выводы для изоли-
рованных металлических деталей электрова-
куумных приборов).
20. Espe W., Slaboproudy obzor, 14
(1953), 531—547; Vakuumtechnik, 4 (1955),
10—24 u. 33—40 (Применение графита в ва-
куумной технике).
21. Ford С. Е., Porous Carbon; in С L.
М ante 11, Industrial carbon; 2 Aufl., New
York, 1947, S. 349—353.
22. Gottschalk A. u. Kluge W„
AEG-Mitt., 1934, S. 67 (Высоковольтные ртут-
ные выпрямители с оксидными .катодами).
23. G г i f f i t h s E. a. Hickman M. J.,
Trans. N—E Cst. Instn. Engrs Shipbrs, 59
(1943), 207 (Теплопроводность графита и
угля).
24. G u 1 d n е г W. G. a. Beach A. L.,
Analyt. Chem., 22 (1950), 366; s. a. Vakuum-
technik, 5 (1956), 161 (Высокотемпературные
вакуумные индукционные печи с графитовы-
ми тиглями).
25. Giintherschulze A., Handbuch
der Physik, Bd 17, Berlin, 1926; Elektrische
Gleichrichter und Ventile, 2 Aufl., Berlin, 1929.
26. G w i n n R. C., Graphite—natural and
manufactured, US Bur. Mines Inform. Cir.,
№ 7266, Washington, 1943.
27. H a t f i e 1 d M. R„ Ind. Eng. Chem.,
31 (1939), 1419 (Проницаемость пористого
угля).
28. Heinze W., North G., DDR Pat.
499/1952 (Нанесение графита на внутреннюю
поверхность стеклянных оболочек).
29. Heise G. W., Trans. Am. Electro-
chem. Soc., 75 (1939), 147 (Детали из пори-
стого графита).
30. Hidnert Р„ Sweeney W. Т.,
Phys. Rev., 29 (1927), 371 (Тепловое расши-
рение графита).
31. Hidnert Р, J Res. Nat. Stand., 13
(1934), 37 (Тепловое расширение графита).
32. Hunt G. L„ CIOS Report XXXII-95,
London, 1946 (Стр. 12: Изготовление графи-
товой суспензии).
33. I v е у Н. F., Phys. Rev., 76 (1950),
567 (Электронная эмиссия углерода).
34 J а с о b i W. u. Karl О., DRGM
1 243 631/32 (Крепление графитовых анодов в
медных колпачках).
35. Karl О., DRP 506 662/29/30 (Экра-
нированные держатели графитовых анодов).
36. К a u s с h О., Eigenschaften, Herstel-
lung und Verwendung von Graphit, Halle.
1930.
37. Коль В., Технология материалов
для электровакуумных приборов, Госэнерго-
издат, 1057.
38. К о р е 1 m а п В., Sylvania Technolo-
gist, 2 (1949), 13—16 (Удаление графитной
смазки с вольфрамовой проволоки).
39. К г a m а г J., Elektrotechn. obzor, 43
(1954), 95—103 (Термоэлектронная и вторич
пая эмиссия графита)
40 Krishnan К S. u. Jain S. С.,
Nature (London), 169 (1952), 702—703 (По-
стоянные Ричардсона для электрографита).
41. Кг uh О., DRP 346 111/17/21 (Креп-
ление деталей с помощью медных колпач-
ков) .
42 Мотин Л., Минеральное сырье, 1
(1933), 58—70 и 78 (Приготовление стабиль-
ной графитовой суспензии).
43. Malmstrom С. et al., J. Appl.
Phys., 22 (1951), 593—600 (Механические
свойства графита при высоких температу-
рах).
44. М ante] i С. L., Industrial Carbon,
2 Aufl., New York, 1946
45 M i s s 1 e r E , Deutsche Elektrotechnik
(Berlin), 7 (1953), 443—444 (Замена берил-
лиевых окошек рентгеновских трубок графи-
товыми).
46. М i z u s h i m a S., Phys. Rev., 85
(1952), 1040 (Зависимость электро- и тепло-
проводности электрографита от температуры
графитизации).
47. Mrozowski S., Phys. Rev., 77
(1950), 838 (Электросопротивление графита).
48. М u 11 е r-L u b е с к К. Е., Der Queck-
silbergleichrichter, Bd I und II, Berlin, 1925
und 1929.
49. Murphy I R., Glass Ind., 31 (1950),
250—253 (Нанесение графитовой суспензии
на различные детали методом пульвериза-
ции) .
50. М у е г s L. М., Electron Optics, Lon-
don, 1938 (Коллоидная графитовая суспензия
с присадкой KaSiO3).
51. N е u k i г с h е n J., Kohle und Gra-
phit, Werkstoffe besonderer Eigenschaften. Tech-
nische Information № 16 der Ringsdorff-Werke,
Godesberg, 1951.
52. N. N., Technische Rundschau (Born),
№ 36 (1949), S. 19 (Графитовые смазки),
53. N о r t о n F. J. a. Marshall A. L„
Trans. Amer. Inst. Min and Met., 156 (1944),
458
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
351—371 (Обезгаживание графита при
2 150°С).
54. Okada I. a. Ikegawa Т., J. Appl.
Phys., 23 (1952), 1282—1283 (Зависимость
электросопротивления графита от температу-
ры спекания)
55. О’К е е f е Ph., Mat. a. Methods, 35
(1952), 120—134 (Свойства графита при вы-
соких температурах).
56. Р errycoste W. В. С., BIOS Re-
port № 337, London, 1947 (Изготовление гра-
фита на заводах Сименс—Планиа).
57. Philips Gloeilampenfabr. .Norm S 402,
Graphit fur Hochvakuumzwecke, Eindhoven,
1938
58. Porter В. H., Rev. Sci. Instr., 7
(1936), 101—106 (Применение коллоидного
графита).
59. P о w e 1 1 R. W., Proc. Phys. Soc.,
London, 49 (1937), 419—426 (Электро- и те-
пловодность графита до 800°С).
60. Р о w е 11 R. W. a. Schofield Т. Н.,
Proc. Phys. Soc., London, 51 (1939), 153—172
(Теплопроводность графита).
61. Reimann A. L., Proc. Phys. Soc.,
50 (1938), 496 (Постоянные Ричардсона для
графита).
62. Ringsdorff-Werke G. m. b. Н., Kunst-
'kohle im Maschinenbau. Technische Informa-
tionsschrift KM 189/55, Godesberg—Mehlem,
1955.
63. R tissma nn H. H. (Частное сооб-
щение 1955 г.).
64. R у s c h k e w i t s c h E., Graphit, Cha-
rakteristik, Erzeugung, Verarbeitung und Ver-
wendung, Leipzig, 1926.
65. Schmidt W„ DRP 823 472/1950/51
(Электролитическая полировка графитовых
анодов).
66. Siemens A., VDI-Ztschr., 80 (1936),
1 040—1 046 (Применение графита при изготов
Ленин мощных выпрямителей).
67. Siemens—Plania A. G., Частное сооб-
щение (Данные графита «Т 11»).
68. Siemens and Halske, DRGM 1243
631/32 (Крепление графита с помощью мед-
мых колпачков).
69. S р i t z е г Е. Е., Proc. Instn. Radio
Engr., 21 (1933), 1075 (Графитовые аноды
для высоковакуумных электронных прибо-
ров).
70. S р 11 z е г Е. Е., Electr. Eng., 54
(1935), 1246—1251 (Графитовые аноды).
71. Stockmeyer W., Feinmechanik u.
Prazision, 51 (1943), 203—208, 241—247
(Свойства и применение графита).
72. S t г a u s s R., Chemiker Ztg., 60
(1936), 661—663 (Электрографит: изготовле-
ние, свойства, применение).
73. S z у m а п о w i t z R., Electr. Ind., 2
(Okt. 1943), 96—98, 162, 166, 168 (Свойства
и применение пленок коллоидного графита).
74. Szymanowitz R., Colloidal Chem.,
6 (1946), 436—458 (Приготовление и свойства
коллоидного графита).
75. В у н д с т р е м Е. и Зверева Е., Ис-
следование физико-химических свойств техни-
ческих суспензий (1933), 117—130 (Стабили-
зация графитовых суспензий).
76. В е с ел о в с к и й В. С., Технология
искусственного графита, Госгеолиздат, М.—Л.,
1940.
77. Vo s b u r g h F. J., Electr. Eng., 52
(1933), 844 (Изготовление графитовых элек-
тродов) .
78. W а И К. C. De, US Pat. 2060
663/1934/36 (identisch mit Thompson-Houston:
Brit. Pat. 434 339/1934/35) (Удаление графи-
товой пыли путем погружения нагретых де-
талей в негорючую жидкость).
79. Weber Н., Die Kohlengliihfaden fur
elektrische Glilhlampen, ihre Herstellung, Pril-
fung und Berechnung, Hannover, 1907.
80. W e r k i n g L. C., Trans. Am. Electro-
chem. Soc., 74 (1938), 365 (Получение пори-
стого угля).
81. Winter L. L. u. McPherson
H. G., Proc. IRE, 33 (1945), 834—837 (Темпе-
ратура графитовых анодов радиоламп).
82. Winter L. L. u. Alexander
F. L., Electr. Manuf., 41 (Jan. 1948), 86—91
(Графит для электровакуумных приборов).
83. Zitzler J. A., US Pat. 2158
998/1934/1939; US Pat. 2 158 995/1935/1939
(Механическая обработка графитовых дета-
лей).
84. Z i t z I е г J. A., US Pat. 2 158 996 und
2Г58 997 (Конструктивное оформление раз-
личных графитовых анодов).
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ,
ПРИМЕНЯЮЩИХСЯ В ВАКУУМНОЙ ТЕХНИКЕ
9-1. ИЗГОТОВЛЕНИЕ И МОНТАЖ
ДЕТАЛЕЙ
Методы, применяемые в вакуумной техни-
ке для обработки металлов, обычно не отли-
чаются от методов, применяемых в других
областях техники при вытяжке, фальцовке,
давлении, изгибе, прокатке, штамповке и рез-
ке тонкой жести или проволоки (см., напри-
мер, (Л. 6, 11, 12]). Однако в отличие от
обычно используемых методов обработки в ва-
куумной технике, насколько возможно, избе-
гают применения смазок, в особенности при
прокатке и глубокой вытяжке. Перед каждым
межоперационным отжигом материал необхо-
димо п-ромывать; межО1перационные отжиги
производят в основном в. водороде или ва-
кууме.
Идеальным случаем, разумеется, было бы
проведение всех операций при обработке дав-
лением (например, при прокатке) в инертной
атмосфере при температурах, превышающих
§ 9-1]
Изготовление и монтаж деталей
459
температуру рекристаллизации данного метал-
ла. В последнее время разработана аппарату-
ра, позволяющая осуществить такой процесс.
Металл, нагреваемый токами высокой частоты
до 2 500° С 298 в аргоне, можно обрабатывать
пневматическим молотом с усилием 125 кг.
Передана усилия в заполненный защитным га-
зом рабочий объем осуществляется с помощью
гибкого металлического сильфона [Л. 6].
Инструмент для штамповки или резки
обычно изготавливают из хромистой стали
(13% Ст, 2% С); для токарных резцов приме-
няют быстрорежущую кобальтовую сталь
(18—20% W, .1% Ст, 1—2% Со), для обра-
ботки .наиболее твердых .металлов (W, M-о, Сг,
ЕМК, W—Си)—твердые сплавы, например
карбид вольфрама (видна) или карбид тита-
на (титанит, тицит). Обладают особыми пре-
имуществами и часто используются при про-
изводстве электронных приборов комбиниро-
ванные станки для просечки и вытяжки
(рис. 9-1-1).
Рис. 9-1-1. Комбинированный штамп для просечки и вы-
тяжки колпачков [Л. II]. Пуансона выштамповывает
из ленты с помощью матрицы b диск р, прижимает
его к давильному стакану е и во время вытяжки за-
жимает заготовку. Затем пуансон с, перемещаемый
«внутри канала пуансона а, продавливает заготовку р
через давильный ствкан е. Готовый колпачок
выталкивается толкателем s.
Изготовленные этим способом детали элек-
тровакуумных приборов показаны на
рис. 9-1ЧА.
Значительный интерес .представляет ме-
тод, .разработанный для изготовления слож-
ных медных анодов разнорезонаторных магне-
тронов (Х<3 см) с очень узкими щелями
[Л. 2].
Этот способ сочетает штамповку и давле-
ние. Инструмент из твердой и вязкой стали
(Ик-=60), .профиль которого точно воспроиз-
водит заданные контуры обрабатываемой де-
298 Вольфрам и молибден, например, до 1 750—
2 200° С, сплавы титана — до 1 500° С.
Рис. 9-1-1 А. Различные детали электровакуумных при-
боров, изготовленные из жести с применением комби-
нированных штампов. (Цилиндрический анод слева:
свернут и сварен из перфорированной жести). Мате-
риал: никель, алюминированное железо (жесть Р2) и
никелированное железо.
тали * 2 299 300 301", постепенно вдавливают в отожженный
медный цилиндр, окруженный одной или дву-
мя толстостенными стальными трубками
(рис. 9-1-1 В). Перед извлечением пуансона
медную заготовку обрабатывают на токарном
станке для обеспечения совпадения осей .про-
филированного отверстия и внешней поверхно-
сти анода. Скорость подачи пуансона при
изготовлении больших анодов (например, для
3-см магнетронов) составляет 2—5 см!мин-,
меньшие аноды (например, для магнетронов
миллиметрового диапазона) обрабатывают со
скоростью 11 см за 30 мин. Давление, необхо-
димое для обработки, зависит от размеров
анодов и составляет 35—200 т.
Часто рекомендуют во время обработки
этим .методом нагревать -медь до 500° С. При
этом, разумеется, пуансон следует изготавли-
вать из жаропрочного материала 800. При чи-
стовом шлифовании поверхности деталей
с очень тонкими выступами (например, ано-
дов магнетронов) всегда имеется опасность
их повреждения. Для того чтобы избежать
этого, обрабатываемые детали заливают пла-
стической массой, полимеризующейся при
сравнительно низких температурах (например,
метилакрилат) 801. Целесообразно сначала ме-
тодом пульверизации нанести на поверхность
деталей тонкий слой раствора каучука в бен-
золе и только после образования этого про-
межуточного слоя заливать в полые детали
метилакрилат с присадкой отвердителя. Детали
затем можно шлифовать, после чего защитное
299 Инструмент изготавливают шлифованием очень
быстро вращающимся (до 40 000 об!мин) резиновым
диском, в котором распределены мелкие частички
порошка искусственного сапфира. Подача при шли-
фовке составляет лишь несколько микрон. Метод от-
личается большой трудоемкостью, но позволяет вы-
полнять в обрабатываемом инструменте глубокие про-
рези шириной до 0,1 мм.
300 Пуансоном высокого качества при рацио-
нальном использовании можно обработать около
1 000 деталей.
301 Пример: метилакрилат № Н112 (Du Pont de
Nemours, США), который при 40—70° С затвердевает
в течение 9 дней.
460
Специальные методы обработки металлов
[Гл 9
1Г
Рис. 9-1-1В. Изготовление медных анодов магнетронов
, „ 1Л. 2, 13].
' Схема штампа; 1—полированный пуансон из закален-
ной стали; 2— массивный цилиндр из отожженной
меди; 3 — матрице нз закаленной стали; 4 — гилвза из
вязкой стали; 5—основание из закаленной стали; 6—
плита гидравлического пресса. II. Пуансон и медные
аноды на различных стадиях изготовления (Philips).
покрытие удаляют, растворяя пластмассу
каким-либо растворителем 302.
Производство сеток требует особой тща-
тельности вследствие жестких допусков (до
0,02 jhai между отдельными витками сетей),
которые необходимо выдерживать. Высокая
точность надежнее всего обеспечивается при-
менением штампованных сеток, которые высе-
кают вместе с траверсами из одной заготовки
жести 303 (рис. 9-1-2). Спиральные сетки нави-
вают на круглых или плоских (часто разбор-
ных) кернах (см. рис. 9-1-3), на которых после
спирализации производят приварку, зажима-
ние или закатку траверс, уложенных в выем-
ках кернов (см. рис. 0-3-51,0, 9-3-52—9-3-55).
Перед монтажом в электронный прибор .необ-
ходимо тщательно следить за тем, чтобы в де-
талях не было механических напряжений и
чтобы они были сняты путем отжига и рих-
товки. Станок для навивки отдельных спи-
ральных сеток показан на рис. 9-1-4; более
зга Метилакрилат растворяют в хлороформе.
303 Избегать образования острых заусенцев.
Рис. 9-1-2 Процесс изготовления штампованной нике-
левой сетки усилительной лампы. (Изготовитель:
Siemens-Rohren-Werke).
а —выштампованиая нз жести плоская сетка (ширина
ребер сетки 0,5 мм, расстояние между ребрами 1,5 мм);
Ь — свернутая сетка; с — подготовленная к монтажу
сетка; держатели отогнуты, токоподводящие ленты
приварены.
производительная машина изображена на
рис. 9-1-5.
Описание конструкции станка для навив-
ки спиральных сеток приведено на рис. 9 3-52,
а отдельные элементы конструкции сеток — на
рис. 9-3-53. Приемы крепления витков сеток
запеканкой или зажиманием изображены на
рис. 9-3-54 и 9-3-55. Методы изготовления на-
пряженных рамочных золоченых сеток уже
были описаны в § 4-5 (рис. 4-5-2). Способ
изготовления плоских напряженных сварных
сеток показан на рис. 9-3-40D.
Для конструкций электровакуумных при-
боров особенно характерно применение тонкой
Рис. 9-1-3. Оправки для навивки спираль-
ных сеток. Изготовитель: Eisler Engine-
ering Со. Траверсы привариваются к сет-
кам на -оправках точечной или роликовой
сваркой (см. рис. 9-3-9).
а—разборная для навивки плоских се-
ток с двумя траверсами; b—для навивки
круглых сеток с одной траверсой.
$ 9-1]
Изготовление и монтаж деталей
461
Рнс. 9-1-4. Лабораторный станок для Гпазивки спираль-
ных сеток при любом диаметре керна и с любым
шагом.
жести, что обеспечивает легкость обезтажива-
ния и снижение веса системы, а также приво-
дит к экономии ценных материалов, таких, как
Та, Мо, Ni и т. п. Для повышения механиче-
ской прочности электродов из тонкой жести,
например анодов, часто приходится ‘выдав-
ливать профильные ребра жесткости (см, на-
пример, цилиндрические аноды на рис. 3-5-8
и 5-2-14 или плоские аноды на рис. 5-2-112).
На повышение прочности материалов в ре-
зультате нагартовки можно надеяться только
в очень редких случаях, так как чаще всего
при нагревании электродов во время обычного
обезгаживания (см. § 9-2) происходит и
отжиг. Примером добавочной обработки после
штамповки является так называемый «тяну-
тый металл». Так называют никелевую ленту
толщиной около 0,15 мм, которую после про-
сечки маленьких прямоугольных отверстий
(рис. 9Jl-6,a) вытягивают в продольном на-
правлении, причем узкие отверстия превра-
щаются при этом в квадратные (рис. 9-1-6,b
и с). Изготовленные таким способом ленты
применяют для производства анодов генера-
торных ламп вместо дорогой и труднее обра-
батываемой плетеной ленты (см. рис. 9-3-58).
'Рис. 9-1-5. Станок для серийного производства спираль
ных сеток из проволоки диаметром 25 мк
(Brown-Bove г 1).
Рис. 9-1-6. Перфорированная и затем растянутая нике-
левая лента для анодов приемно-усилительных ламп
(Филипс).
а — перфорированная, не вытянутая; b — тянутая 1 раз;
с — тянутая 2 раза: d — пример использования: высоко-
частотный пентод UAF 42 (Philips); е—рентгеновский
снимок этой же лампы.
Для формования небольших деталей в мелко-
серийном производстве часто применяют про-
фильные щипцы (рис. 9-1-7) и при монтаже си-
стем электродов широко используют вспомо-
гательные шаблоны (рис. 9-1-8).
Поскольку при изготовлении и монтаже
деталей применяют уже очищенные и обез-
гаженные полуфабрикаты, необходимо остере-
гаться прикосновений к деталям системы
обнаженными руками. Необходимо поэтому
всегда, когда это 'возможно, пользоваться пин-
цетами, плоскогубцами или специальными за-
Рис. 9-1-7. Профильные щипцы для изгибания мелких
деталей электронных ламп.
462
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-1-8. Оправка для монтажа двухсеточных
электронных ламп.
а—открытый шаблон; Ь — оправка с электродами и
стеклянной ножкой во время монтажа: с —готовый
монтаж после извлечения из оправки.
жимами и работать в резиновых перчатках
или напальчниках. Матерчатые перчатки
(даже нитяные) при монтаже часто оставляют
на острых кромках деталей нитки, из-за ко-
торых в готовых (высоковольтных) лампах
возникают шумы, a ib малых усилительных
лампах — даже короткие замыкания. Поэтому
во многих случаях после монтажа системы
рекомендуется продувать ее очищенным от
пыли и масел сжатым воздухом под давле-
нием около Q ат. Для контроля размеров де-
талей электронных ламп и расстояний между
электродами, а также шага накаляемых -спи-
ралей и размеров матриц точных штампов на
различных стадиях их изготовления в пред-
приятиях по производству электронных ламп
и научно исследовательских лабораториях
с успехом применяют удобные измерительные
проекторы, которые дают на большом матовом
экране увеличенное изображение контуров
проверяемой 'детали или монтируемой системы
электродов 304. С помощью сменной оптики
можно точно установить необходимое увели-
чение (10-, 20-, 50- и 100-кратное). Особенно
ценным становится такое устройство
(рис. 9-1-9) при постоянном уменьшении габа-
ритов усилительных ламп, причем можно
сравнивать контролируемые профили с выпол-
ненным на прозрачном целлулоиде чертежом,
на который наносят допуски. Детали, требую-
щие высокой точности, например спиральные
сетки, можно изготавливать под непосредст-
венным контролем с помощью проектора.
Особой проблемой является 'обработка
(резка без расслоения и изготовление неболь-
ших отверстий) ряда 'металлов, .имеющих зна-
чение в производстве электровакуумных при-
боров (W, Мо, Та, CrFe) В тех случаях, когда
другие способы оказываются непригодными,
для обработки этих металлов 'можно чтриме-
зм Проекторы также необходимы при серийном
контроле штампованных слюдяных дисков с очень
точно расположенными отверстиями (см. гл. 13), для
измерения толщины слоя оксидных катодов (см.
гл. 24) и для -ряда других аналогичных нужд.
Рис. 9 1 9. Оптический проектор (шадограф) для точ-
ного контроля размеров мелких деталей и расстояний
между ними в системе.
/-малогабаритный проектор с объектовом диаметром
163 мм, увеличение 50х. Изготовитель. С. Zeiss, Jena;
Il — большой проектор для серийного контроля с экра-
ном 36оХ480 мм; увеличение до ЮОх; точность 0,001 —
0,002 мм. Изготовитель: Н. Hauser, Biel, Швейцария.
нять электроэрозионный метод или электрон-
ную бомбардировку.
В первом из этих методов [Л. 4, 7, 8, 10}
используют известное явление переноса веще-
ства при 'искровом разряде. В цепи постоянно-
го тока обрабатываемая деталь служит ано-
дом, а имеющий соответствующую форму
инструмент — катодом Параллельно обоим
электродам включен мощный конденсатор, ко-
торый периодически разряжается на них. Во
время искрового разряда, длительность кото-
вого составляет около 103 сек, в результате
термического и электродинамического эффекта
происходит перенос материала. Для более
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
463-
полного удаления образующихся частичек раз-
ряд осуществляют в диэлектрике (обычно
в керосине) 305. Так как нагревание носит
кратковременный и чисто местный характер,
а испаренные частички тотчас же покидают
поверхность материала, температура обраба-
тываемой детали заметно не повышается. Ча-
стота следования импульсов искрового разря-
да может меняться от 50 до 10000 в секунду
и зависит от стойкости диэлектрика, емкости
конденсатора, величины напряжения, сопро-
тивления нагрузки и расстояния между элек-
тродами. Напряжение обычно лежит в преде-
лах от 10 до НО в (иногда до 400 в) при
расстоянии между электродами 25—150 мк.
Длительность обработки вследствие малого
съема материала (от 0,1 до 1 г!мин) велика.
Поэтому электроэрозионную обработку при-
меняют в тех случаях, когда обычные методы
неприменимы, прежде всего для спеченных
твердых сплавов. Следует избегать образова-
ния дугового разряда, так как он приводит
к недопустимому перегреву детали и ускорен-
ному износу инструмента. Однако и при нор-
мальных условиях электроды, изготовляющие-
ся обычно из меди, заметно расходуются. При
работе, например, с твердыми сплавами мед-
ные электроды расходуются ш 3 раза быстрее,
чем обрабатываемый материал. При сверле-
нии, которое для получения круглых отверстий
осуществляют вращающимся электродом, отно-
сительные расходы материала, электрода и
детали зависят главным образом от расстоя-
ния между ними. Поэтому станки для элек-
троэрозионной обработки имеют специальные
устройства, автоматически регулирующие по-
дачу инструмента и поддерживающие это рас-
стояние постоянным. Метод позволяет, исполь-
зуя в качестве электрода вольфрамовую про-
волоку, получать отверстия диаметром до
ОД мм. По сравнению с обычными методами
он дает в этом случае значительную эконо-
мию’ времени. Точность зависит от рабочего
напряжения и приближается к сотым долям
миллиметра. От 'напряжения зависит и шеро-
ховатость обработанных поверхностей, состав-
ляющая обычно 3—40 мк.
По второму методу (электронная бомбар-
дировка, см. {Л. 9]) перенос материала осу-
ществляется только за счет энергии падающих
на него быстрых электронов. Для этого в вы-
соком вакууме на деталь, служащую анодом,
направляют хорошо сфокусированный пучок
электронов при напряжении 50 кв. Метод
позволяет за несколько секунд получать отвер-
стия диаметром от .10 до 100 .ик (а в фоль-
ге — и до 1 мк) глубиной до нескольких мил-
лиметров. Этим методом можно «сверлить»
не только металлы любой твердости, но и
стекло, кварц, керамику, окись алюминия (ко-
рунд) и даже алмазы 306. В зависимости от
формы электронного луча можно получать как
цилиндрические, так и конические отверстия.
ЛИТЕРАТУРА
1. С о 1 v i и F. Н. u. Haas L. L., Jigs
and fixtures, New York, 1938.
303 В керосине затем можно обнаружить шарики
металла размером 10—40 мк.
306 При сверлении алмазов следует к месту па-
дения луча подводить в малых количествах кислород.
2. Dorgelo Е. G., Vakuum-Technik, 5
(1956), Dezemberheft, № 8, S. 177—189 (Ме-
ханическая обработка медных деталей ламп
СВЧ).
3. Н а 11 Е W. u. D a v i е s J. W., Elec-
trician, 113 (1934), 694 (Применение просве-
чивания рентгеновыми лучами для контроля
качества монтажа).
4. Н о 1 е с е k К., Feinwerktechnik, 57
(1953), 215 (Электроискровая обработка ме-
таллов).
5. К о 1Ь е С. L., J. Electroch. Soc., 101
(1954), Dez.—ЫеИ, S. 601—603 (Горячая ков-
ка металлов в аргоне).
6. К u г г е i п М_, Die Werkzeuge und
Arbeitsverfahren der Pressen, 2 Auflage, Ber-
lin, 1926.
7. Невеж и н В. К., «Электричество»
(1951), № 11, стр. 62—70 (Электроискровая
обработка металлов).
8. N. N., Electron Heft, 7 (1933), 202
(Электроискровая обработка).
9. N. N., The Engineers Digest, 14 (1953),
73—74 (Сверление электронным лучом).
10. S ch 1 е m m е г m ei е г R., Feinwerk-
technik, 57 (1953), 405—406 (Электроискровая
обработка).
11. Sellin W., Ziehtechnik, Berlin, 1956.
12. Stanley F. A., Punches and dies,
New York, 1936.
13. Stephanz K. R., Ceram. Age (Ap-
rilheft 1955), p. 37—39, 41—42 (Высадка).
9-2. ОБЕЗГАЖИВАНИЕ МЕТАЛЛОВ
[Л. 2, 3, 6, 7, 14, 116, 28. 60, 68, 73, 78. 80, 921
I. Общие сведения
а) Источники газов в металлах. Большин-
ство металлов в расплавленном состоянии (не
исключая и благородных) энергично погло-
щает га'зы. Газы или реагируют с расплавом1
с выделением продуктов реакции в виде шла-
ков на поверхности либо на границах отдель-
ных зерен, или растворяются в нем без каких-
либо заметных внешних изменений 307 308. Погло-
щенные газы (Н2, N2, Or, СО, СО2) либо про-
исходят из атмосферы печи, либо появляются
при разложении материала тигля или различ-
ных защитных слоев (в большинстве случа-
ев— кислород303). Частично, газы проникают
в металл из атмосферы в момент разливки
(О2, Nz)- При остывании эти газы выделяют-
ся только частично; они делают металл не
только твердым и хрупким (особенно Та, Ti,
Zr), но и непригодным для применения в
электровакуумных приборах, прежде всего по
тому, что даже при высоких температурах и
низком внешнем давлении газы очень медлен-
307 Часто встречаются оба случая одновременно:
меньшие количества газа растворяются, большие
образуют шлаки.
308 Восстановленный расплавом материал тигля,,
защитных покрытий и кладки печи, кроме того, сам
проникает в металл в виде примесей; поэтому невоз-
можно получить материал высокой степени чистоты,
обычной выплавкой в тиглях.
•464
Специальные методы обработки металлов
[ Гл. 9
Рис. 9-2-1. Зазисимость растворимости водорода Мр в
различных металлах от температуры T при давлении
водорода 1 ат по данным (Л. 91].
но выделяются из металла. Газы попадают в
металл, .'Подвергаемый обработке, .не только в
процессе плавки; даже в твердом состоянии
металлы, особенно при повышенной темпера-
туре, поглощают газы из окружающего про-
странства.
В общем случае растворимость газов309
увеличивается с повышением температуры
(рис. 9-2-1 и 9-2-2). Существует, однако, ряд
металлов, отличающихся аномально высокой
способностью растворять водород, раствори-
мость 'водорода в которых при повышении
температуры уменьшается (рис. 9-2-1, верх-
няя часть диаграммы).
С точки зрения растворимости водорода
все металлы можно разбить на четыре группы:
I. Металлы, образующие твердые раство-
ры с водородом. В этом случае растворимость
водорода в металле растет пропорционально
квадратному корню из величины давления
водорода и увеличивается при повышении тем-
пературы. К этой группе относятся (в поряд-
ке нарастания растворимости водорода при
400°С): Al, Си, Pt, Ag, Мо, W, Cr, Со, Fe, Ni.
II. Металлы, образующие так называемые
псевдогидриды. По сравнению с металлами
I группы они обладают способностью раство-
рять в десятки раз большее количество водо-
рода. Однако растворимость водорода в этом
случае уменьшается при повышении темпера-
туры. В эту -группу :входят (в той же последо-
вательности, что и в и. I): Мп, Pd, Та, V, Nb,
Th, Се, La, Zr, Ti.
III. Металлы, образующие истинные ги-
дриды. Это щелочные и щелочноземельные
металлы и элементы IVb, Vb и VIb групп
периодической системы (см. § 9-5-1), напри-
мер: В, С, S (H2S), Р (РН3), Si (силаиы от
SiH4, до Si6Hn), Se (SeH2), As (AsH3).
IV. Металлы, практически не растворяю-
щие водород- (например, золото).
б) Количество и состав газов. Содержа-
1 Из приводимых значений (мм9 Н2 на 100 г
металла) можно определить объемную растворимость
Vj (нем3 Нв на 1 см3 металла) по уравнению =
= 10”2 Л<£ 7, где у (Г!см3)—удельный вес данного
•металла.
щиеся в металлах тазы -можно каче-
ствеыно определить спектральными 'метода-
ми, а количественно — путем микроанализа
(см. рис. 9-2-2Ам[Л. 42, 21, 25, 32, 48, 75, 81]).
Эти измерения -дают в зависимости от про-
исхождения металла сильно -расходящиеся ре-
зультаты; наибольшее количество газов -было
100
10
Н-см?/100г
1ООО
обнаружено (Н2 и СО — по 5% весовых)
в обычном никеле (Л. 72] и в содержащем
углерод железе (СО, N2) [Л. 62]. Сведения
о содержании газов в важных для вакуумной
техники металлах приведены в табл. 9-2-11.
в) Удаление газов. Так как поглощенные
газы обычно быстро диффундируют из метал-
лов при высокой температуре [Л. 79], -их мож-
но удалить при нагревании металлов в ва-
кууме или атмосфере какого-либо газа, не
реагирующего с металлом. В последнем случае
хорошо зарекомендовал себя водород, так как
он одновременно восстанавливает окислы и
благодаря высокой скорости диффузии может
быть впоследствии легко удален из -металли-
>.11 , 1---1 | if iiv/.inicv I du 1 аоц, пи I ирис pucinV*
О ZOO ЬОО 600 BOO WOO 1200 IkOO 1600°С№™ пРи постоянных температуре и давлении в дан-
0,1
809 Тс-^сть то количество газа, которое раств-о-
иом объеме металла. Единицы растворимости; Нсм -
’Рис. 9-2-2, Зависимость растворимости кислорода, ,00г
^азота и SO« в некоторых металлах от температуры Т или •мсм* , или *‘атом .
при давлении газа 1 ат (Л. 91]. CM* г-атом
Таблица 9-2-1
Содержание газов в металлах (см. также [Л. 16])
30—2200
§ <я Марка или состап, % вес Температура обезгажива- Примерное содержание газов’) Примерный состав газоз (% об.) Источник
S ния, °C иел’/100 г к см31см3 Н, со N, О, С%
аГ 97,6% Al; 1,2% Fe; 1,2% Si 99,0% Al; 0,65% Fe; 0,07% Si 1 200 1200 4,6 12—17 0,13 0,34—0,46 723) 77—88s) 12 8—17 1 1 1 5 3—6 [Л. 35]
с Графит иеобезгажеиный Графит, предварительно обез- гажениый в Н2 при 1 500° С или в вакууме при 1 800° С 2 I504) до 1 300 1 300—1 600 1 600—1 900 1 900—2 НО 2 150 >27 0,15—1,23 <0,6 0,003—0,027 52 30 11 < главнь 44 48 13 9 IM образом I • ! О ёч 1 1 1 1 1 1 4 6 5 4 Мало [Л. 62]
Си Рафинированная Электролитическая 1 250 1 250 0,7—2,7 7,9 0,07—0,24 0,7—1,2 7-29 40 20—38 50 5—14 SO2:33—61 SO2:10 — [Л. 35]
Детали электродов Бескислородная Выплавленная в вакууме Обезгажен. в. ч. СЧ СС сч •— | о" — о* о ч* е) е) ел ем о OIOX 0,04—0,2 — 62—100 — — 0—38 [Л. 1] [Л. 59]
Электролитическое: 0,02% С; 0,02% Мп; 0,02% Si Армко: 0,02% С; 0,05% Мп; 0% Si Шведское Fe: 0,02 %С; 0% Мп; 0% Si Шведское железо Чугун (0,17% С; 0,37% Si; 0,47% Мп; 1,74% Ст; 0,69% Мо „New Iron" (0,05% С; 0,008% Si, 0,18% Мп)2 Железо в болванках с незна- чительным содержанием уг- лерода То же после обезгаживания при 1 500° С в Н2 1 550 1 550 1 550 1 380 1 370 1 370 21 54 122 23 15,5 8,2 О2:56—84 О2:2,8 1,7 4,3 9,6 1,8 1,3 0,65 0.00101) 0,0007') 0,0012') Мало Мало Мало Преимуш Преимущ Преимущ 0,0037’) 0,0035’) 0,0029’) ественно ественно ественно s S ~ 1 1 | | । ООО Мало Мало Мало [Л. 35] [Л. 62] См табл. 5-3-6 [Л. 98]
§ 9-2 ] Обезгаживание металлов 465
Продолжение табл. 9-2-1
Металл Марка или- состав, % Температура обезгажива- ния, °C Примерное содержание газов1) Примерный состав газов (% об.) Источник
• нсл«3/100 г нсм’/см3 н2 СО N« о2 | со2
Электролитическое железо Карбонильное железо Чистое железо, переплавлен- ное в вакууме Железо с 0,25% А1 Железо с 0,5% А1 III II О2:25—34 О2: -х.17 О2:4,2—8,4 О2:2,8 О2: следы — — — — — — ]Л. 49] [Л. 98]
Мо Жесть, обезгаженная в ваку- уме или Н2 при 1 150° С Жесть необезгаженная Химически очищенные детали электродов <1 000 1 000—1 200 >1 200 1 7604) 1,5 6,0 0,09—0,8 0,01—0,1 1 II 1111 27 14 0—9 [3-6] [Л. 1] [Л. 62] [..наибо- лее часто встречаю- щиеся на практике значения
73
Преи- мущ. 0—17 [01 86 Преимущ. 0—76 [15—36] Преимущ. 22—98 [ >60]
Ni В слитках Монд-никель Электролитический Электролитический Детали электродов Никель „А“ 1 470 1 470 1 470 1 090(7 ч) 1 100(15 ч) + 1 200(5 ч) Обезгажен- иые в. ч.5) 480 113 8 0,028 } 1,93 4—10 О2:1,4—2,8 43 10 0,7 0,03—0,18 0,3—0,9 3,5 25 79 | 2—40 90 72 21 4,2 । 6—11 II 1111 2,3 2,9 0,00 j 60—90 6—12 [Л. 35] [Л. 62] [Л. 1, 82] [Л. 98]4)
— 88—94 —
Sn — — О2:5—12 — 47 45 8 — — [Л. 98]
W — 2300—2 4304) 0,03 0,004—0,008 3 30 67 — X [Л. 62]
*) Указано общее количество газон.
2) Выплавленное в индукционной печи.
3) В большинстве случаев как следствие взаимодействия Н2О и AI.
4) Температура, прн которой практически наступает полное обезгаживание.
О Максимальная температура ооезгая?изанця в вакууме, при которой не происходит заметного испарения (эффект газопоглощения). 1 050° С.
466 Специальные методы обработки металлов
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
467
Рис. 9-2-2А. Установка для газового микроанализа (см.
также [Л. 12]). Сначала определяют манометром 13
общее количество газов (N2, НаО, Н2, С08, СО) выде-
ленных в сосуде 1 и затем перекачанных парортутным
насосом 3 в объем 9. Смесь газов последовательно
пропускают через ртутные затворы 5, 6, 7 в предвари-
тельно откачанные камеры 10, 11, 12, в которых произ-
водят фракционированную конденсацию газов жидким
воздухом или твердой углекислотой либо связывают их
химически ит. п. Например, в 10 вымораживают
СОЯ жидким воздухом, в 11 удаляют Н2 сквозь на-
гретую палладиевую трубку, в 12 окисляют СО с по-
мощью NiO, нагретой до 600° С, до СОЯ, который
потом конденсируют жидким воздухом. В остатке
содержится главным образом азот. Измерение давления
после каждой операции соответствующим манометром
14, 15, 16 позволяет установить количественный состав
смеси газов; 17—патрубок для откачки всей установки
перед анализом.
ческих деталей «при откачке (электронных при-
боров (см. [Л. 87]). Так как скорость диффу-
зии значительно возрастает с 'повышением
температуры, для сокращения продолжитель-
ности этот 'процесс ведут при возможно более
высоких температурах.
Время, необходимое для уменьшения
в определенное число раз исходного содержа-
ния газов в металлах путем нагревания в вы-
соком вакууме («время обезгаживания» te),
можно определить из следующего уравнения
А
lg*e=f- — В,
где Т [°К]— температура обезгаживания,
а А и В—(постоянные величины.
Подобные кривые, полученные на жести
толщиной 0,1 мм, .приведены на рис. 9-2-2В.
При иной толщине жести а соответственно
изменится и время обезгаживания te [а мм].
Рис. 9-2-2В. Продолжительность отжига (0,1 мм), не-
обходимая для снижения до 5% количества газов, со-
державшихся в ленте толщиной 0,1 мм, в зависимости
от температуры отжига Т [Л. 76].
величину которого можно определить следую-
щим образом:
/. te [а мм] = 1„ [0,1 лл] =
---' = 100а2(е [0,1 мм].
Для проволоки, диаметр которой равен
толщине жести а, можно получить выражение
3
te (проволоки) = у te (жести).
Обычно скорость газовыделения при обез-
гаживании твердых металлов колеблется меж-
. . Л [мм, 20°С]
ду 10~8 и 10~6—-y-——.что примерно со-
С Л1 * и
НСМ3
ответствует 10-9—10~6 - • , причем верх-
см“ сек
ний предел температур обезгаживания опре-
деляется точкой плавления металлов,
скоростью их испарения310 311 .и формоустойчи-
востью3’1. Необходим точный контроль тем-
пературы' и соблюдение установленной дли-
тельности обезгажнвания данного материала.
В общем случае остаточное количество
газов в металлических деталях электронных
приборов не должно превышать И0-3% вес.
(примерно ,1 н см3 иа ЛОО г 'металла).
Газы можно удалять из металла различ-
ными способами, которые применяют в отдель-
ности или в сочетании друг с другом: обез-
гаживанием 'металла при высокочастотной
плавке в вакууме; отжигом готовых деталей
в водороде или вакуумной печи (предвари-
тельное обезгаживание); отжигом готовых,
уже вмонтированных в электровакуумный при-
бор деталей при откачке.
II. Вакуумная плавка металлов
[Л. 23, 55, 68, 69, 70, 71, 85, 94, 95, 96]
Хотя метод плавки металлов в вакууме
известен с 1921 г. [Л. 80], долгое время им
удавалось 'получать лишь очень малые коли-
чества материала, так как отсутствовали до-
статочно мощные вакуумные лечи, производи-
тельные насосы и другое специальное обору-
дование. Только по окончании второй мировой
войны исследования в области вакуумной
плавки приобрели промышленный масштаб.
Однако и сейчас электровакуумная промыш-
ленность далеко не полностью обеспечена ме-
таллами, полученными вакуумной плавкой и
потому свободными от газов. Во-первых, про-
изводство металлов вакуумной плавкой огра-
ничено, а, во-вторых, стоимость их все еще
высока по сравнению с металлами, получен-
ными обычными способами. Однако не может
быть сомнений в том, что в ближайшем буду-
щем эти трудности будут преодолены и полу-
ченные вакуумной плавкой металлы приобре-
тут гораздо большее распространение.
310 Скорость испарения может быть вычислена
(если вблизи поверхности твердого тела не образуется
скопления паров) из кривых давления насыщенных
паров ps (см. § 9-5-4).
311 При тесной Укладке обезгаживаемых деталей
в печи температура обезгаживания часто бывает огра-
ничена возможностью их спекания.
30*
468
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-2-2С. Малая лабораторная печь для анализа газов
в металлах (Л. 81].
1—тигель из графита Ачесоиа; 2—экран из MgO
(лучше из ВеО) для защиты от излучения; 3— трубка
из кварцевого стекла; 4—охлаждаемый водой индук-
тор; 5—охлаждаемый водой герметичный шлиф; 6—
кран: 7—барабан, в который можно последовательно
вкладывать несколько образцов без нарушения вакуума,
что исключает возможность поглощения газов тиглем;
8—окошко и пирометр; 9—патрубок для откачки.
См. также рис. 8-5-26.
Плавка в вакууме является наиболее
действенным методам обезгаживания больших
количеств металла. Чтобы (избежать поглоще-
мия газов, разливку металла производят боль-
шей частью также в вакууме (см., например,
рис. 6-1-17, 7-2-5, 9-2-2D и 9-2-3—9-2-5А).
Печь сопротивления для плавки меди
в вакууме изображена иа рис. 9-3-49 [Л. 19].
При сравнительно малых количествах металла
рекомендуется обычный (высокочастотный на-
грев (/=105н-5 • 10s гц) с применением лампо-
вых генераторов и индукторов, размещен-
ных вне вакуумного пространства печи
(см. рис. 7-2-5 и 9-2-2С).
В мощных плавильных печах с индукто-
рами, расположенными внутри рабочего (Про-
странства, нецелесообразно применение лам-
повых генераторов, которые, как известно, ра-
ботают только на частотах выше 400 кгц, так
как в этом случае увеличения мощности мож-
но добиться только (повышением напряжения
на индукторе. Однако в (вакууме это приводит
к образованию электрической дуги между вит-
ками катушки, так как 'давление паров метал-
лов, которые выделяются при (плавлении, до-
вольно значительно. Поэтому в подобных
установках следует применять напряжения на
индукторах ниже 250 в при частотах 0,5—
10 кгц [Л. ИЗ, 94].
Разливку в (вакууме осуществляют мето-
дам'», изображенными на рис. 9-2-2D. Для
этого либо наклоняют всю печь (рис. /).
Рис. 9-2-2D. Основные конструкции индукционных ваку-
умных печей.
7 —поворотная печь с изложницей К. укрепленной иа
корпусе печи (см. рис. 6-1-17); П— неподвижная печь
с поворотным тиглем Т и внутренней изложницей К
(см. рис. 9-2-З-ЗА и 4); 111—печь со сливным отверстием в
дне тигля, которое закрывается при плавке металли-
ческой пробкой Р; при выпуске плавки пробку расплав-
ляют с помощью индуктора А (см. рис. 7-2-5 и 9-2-5):
IV — печь со сливным отверстием в дне тигля, закры-
вающимся подъемным стопором S (см. рис. 9-2-2Е).
тогда изложницу присоединяют на фланцах
к стенке печи (см. также рис. 6-1-17), либо
с помощью управляемых извне специальных
устройств наклоняют тигель внутри печи
(рис. II). Применяют также разливку через
отверстие в дне тигля, которое закрывают
либо стопорной пробкой (.рис. ///), расплав-
ляемой перед разливкой с помощью особого
индуктора (см. также рис. 7-2-5 и 9-3-49),
либо стопором с управляющей тягой
(рис. 9-2-2D./V и 9-2-2).
Плавильные вакуумные печи различных
типов изготавливаются в настоящее время
в различных 'модификациях вплоть до емко-
сти 100 л (см., например, рис. 9-2-3, 9-2-ЗА,
9-2-4 и 9-2-5).
В очень мощных промышленных установ-
ках (рис. 9-2-бА) применяют звуковую часто-
ту, например 50 гц. В этих установках металл
помещают в желобах, которые одновременно
являются вторичной обмоткой трансформатора
с железным ярмом в виде звезды. На их
внешних участках навивают первичную обмот-
ку. Охлаждаемые водой кокили герметично
соединяют с цилиндрическим рабочим про-
странством. Разливку производят, наклоняя
всю вакуумную лечь. Парциальное давление
газов во время плавки, достигает в таких
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
469
Рис. 9-2-2Е. Схема индукционной печи для отливки
деталей в вакууме [Л. 11].
1—тигель с расплавом; 2— крышка; 3— экран; 4—индук-
тор; 5~стопор с тягой; форма; 7 —подставка; 8—
корпус печи с рубашкой водяного охлаждения; 9—
водоохлаждаемая крышка; 10—охлаждаемое водой
основание; //—кольцевое резиновое уплотнение; 12—
смотровое окно; 13— к вакуумным насосам;
14— герметичные вводы.
мощных печах 1—0,1 мм рт. ст.\ количество
газов, выделяемых .1 кг 'металла (в пересчете
на давление р=760 мм рт. ст.) достигает 15 л.
Плавление и разливка металлов ® ва-
кууме, помимо особенно важного с точки зре-
ния вакуумной техники снижения содержания
газов, обладают и рядом других преимуществ;
так, например, полностью устраняется селек-
тивное окисление, три плавлении сплавов, ком-
поненты которых обладают различным срод-
ством к кислороду, что может вызвать суще-
ственные изменения состава. Вакуумная
плавка позволяет ограничить, а иногда и
вообще исключить необходимость применения
раскислителей, что имеет весьма важное зна-
чение, .поскольку эти примеси вследствие
высокого давления паров или большого со-
держания газов часто ухудшают характеристи-
ки электровакуумных приборов.
Примеси Мп в Ni, Р ib Си, С в Fe могут
вызвать отравление и сокращение срока служ-
бы оксидных катодов312. Так как плавка и
разливка в вакууме исключает образование
окислов на границах зерен, полученные этим
методом металлы отличаются от обычных го-
раздо 'меньшей твердостью.
С другой стороны, следует учитывать, что
в процессе вакуумной плавки возможно Изби-
рательное испарение компонентов, обладаю-
312 Например, кремний, содержащийся в никеле-
вых катодных трубках, 'Постепенно образует промежу-
точный запорный слой на границе керна и оксидного
слоя.
щих по сравнению с прочими более высоким
давлением паров, что также может быть при-
чиной нежелательных изменений состава спла-
вов. Так как, далее, давление паров мекоторых
металлов при температуре плавления дости-
гает '10~2—10-1 мм рт. ст. и более, нет необхо-
димости добиваться излишне высокого ва-
куума в индукционных печах. Иначе в случае,
если величина давления металла при плавле-
нии превысит давление в системе, будет про-
исходить заметная возгонка расплава и после
окончания обезгаживания значительные коли-
чества металла будут обнаружены ® виде зер-
кальных налетов на стенках трубопроводов и
насосов 313. Если учесть, что при свободном
выделении газов314 31 снижение внешнего давле-
ния над расплавом с 760 до 0,1 мм рт. ст.
обеспечивает остаточное содержание газов,
равное лишь 0,'13% начального, можно прийти
к выводу, что улучшение вакуума в рабочем
объеме .печи ниже 10-2 мм рт. ст. может при-
вести к весьма незначительному уменьшению
содержания газов в металле.
Типичная кривая изменения давления во
времени при плавке 5 кг стали в индукцион-
ной вакуумной печи с диффузионным насо-
сом производительностью il ООО л/сек показана
на рис. 9-2-5В. Плавка металлов, содержащих
большие количества газов в слишком высоком
вакууме, т. е. при максимальной скорости
откачки, может привести к «выкипанию» рас-
плава. Рекомендуется поэтому в момент нача-
ла плавления выключать насосы дю тех пор,
пока расплав не «успокоится», т. е. не выде-
лится основная масса газов.
Приведенные соображения в сочетании
е интересами экономии привели к тому, что
при плавке обычных металлов в индукцион-
ных 'печах обычно довольствуются вакуумом
порядка 10~3 леи рт. ст. Это, однако, не отно-
сится к 'Случаю дуговой плавки высокоактив-
ных и тугоплавких металлов (см. ниже).
Хотя плавка в вакууме с точки зрения
полноты обезгаживания значительно превос-
ходит плавку в водороде или азоте (см., на-
пример, данные [Л. 02]), во многих случаях
целесообразно сочетать плавку в вакууме
с одновременным 'восстановлением расплава
в потоке водорода при пониженном давлении
(см., например, [Л. 61]) 3>в.
Длительным 'нагрев а ни ем в токе водорода
при температуре, превышающей точку плав-
ления, удается удалять из никеля и железа
остатки кислорода. Для того чтобы при кри-
сталлизации не происходило поглощения во-
дорода, -которое может привести к образова-
нию усадочных раковин, перед разливкой во-
313 На практике это случается редко, так как
в печи никогда не осуществляются условия равнове-
сия [Л. 13]. Свободные от газов -металлы мржно так-
же получить сублимацией с конденсацией их паров
в холодильнике [Л. 45].
314 Для ускорения выделения -газов следует уве-
личивать ^поверхность расплава и производить энер-
гичное .перемешивание, которое самопроизвольно осу-
ществляется при индукционном нагреве. Разливку
следует производить медленно, широкой струей.
31S Особенно в тех случаях, когда металл содер-
жит окислы, которые не диссоциируют при высоких
температурах в вакууме, или же восстановление ко-
торых раскислителями связано с нежелательными по-
бочными явлениями.
470
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
а
Рнс. 9-2-3. Промышленная индукционная вакуумная
печь емкостью 1,5 кг с охлаждаемым водой корпусом
(200 л; внутренний диаметр 590 мм). Имеется устрой-
ство для подачи шихты в вакууме; трехступенчатый
паромасляный насос и насос предварительного разреже-
ния1)- Изготовитель: Geratebauanstalt Blazers, Liechten-
stein.
I—внешний внд установки; JJ — схематический разрез
печи: /—устройство для подачи шихты; 2—окошко
для наблюдения; 3—тигель (пунктиром обозначено
положение прн разливке); 4 — изложница; I1J—тигель
с индукционной катушкой, охлаждаемой водой (мак-
симальная мощность 100 квт прн частоте 2—10 кгц
и рабочем напряжении около 259 в); IV— тигель в рабо-
чем положении н погружная термопара; V —тигель в
положении для разливки; VI — устройство для подачн
шихты н окно для наблюдения в крышке печи.
1 Время, необходимое для откачки до
10“3 мм рт. сш.;при выключенной индукционной ка-
тушке» равно только 1,5 мин.
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
471
Рис. 9-2-ЗА. Индукционная вакуумная плавильная печь (слева) н тягель с изложницей (справа).
Максимальная мощность печи 250 квт. Рабочая частота генератора 503—2 000 гц; загрузка (в случае
плавки стали) 200 кг; производительность диффузионного насоса 8 —10030 л/сек, насоса предвари-
тельного разрежения—300 м3/ч. Рабочий вакуум S0"3 ми рт. ст. Производительность от 590 до
1 000 кг в смену (продолжительность плавки до достижения вакуума 10"3 мм рт. ст.~около 2 ч);
изготоаитель: Geratebauanstalt Blazers [Л. 95].
рнс 9-2-4. Вакуумная индукционная плавильная печь емкостью 25 — 30 кг. Корпус печн—поворот-
ныи (диаметр 1,3 м). Для откачки использованы масляный диффузионный насос и двухступенчатый
насос предварительного разрежения. Генератор: 8 100 гц, напряжение рабочего контура 359 в,
отдаваемая мощность 28 квт. Изложница: диаметр 27,5 си, длина 60 см. Изготовитель: Deutsche
Vacuumapparate Dreyer u. Holland-Merten G. m. b. H., ГДР.
дород откачивают из рабочего пространства
печи316 [Л. 23].
При выплавке сплавов легко окисляющие-
ся компоненты (Al, Ti, V) следует вводить
только после удаления кислорода "из расплава.
Для определения оптимальных режимов
обезгаживания, особенно при вакуумной плав-
ке, весьма полезен .непрерывный количествен-
ный анализ выделяющихся тазов с помощью
масс-спектрометра317, который через его на-
316 Сначала медленно насосом предварительного
разрежения, поскольку иначе (происходит разбрызги-
вание расплава.
317 Это единственный прибор, позволяющий ана-
-лпзировать любые газы (при столь низких давлениях,
какие бывают (обычно в вакуумных печах. Кроме то-
го, он дает возможность обнаруживать течи в ваку-
умных системах (.при обдувке (их контрольным га
зом), если аномально высокое содержание кислорода
'-И азота в выделяющихся газах позволяет предпола-
гать их наличие.
пускную систему соединяют с рабочим
объемом печи. Масс-спектрометр, позволяю-
щий осуществлять автоматическую регистра-
цию парциального давления различных газов
с точностью до 5-10~5 мм рт. ст. и циклом
измерений 2 мин, описан Ландсбергом [Л. 47].
При плавке металлов в вакууме очень ва-
жен вопрос (выбора материала тигля. Метал-
лические тигли, как правило, применять нель-
зя, так как большинство металлов при нагре-
вании образует сплавы. Лучше всего зареко-
мендовали себя тигли из тугоплавких окислов.
Возможность использования .их >в (вакууме
их точкой плавления, а их
и устойчивостью
с расплавленным
определяется не
испаряемостью
прикосновении
(табл. 9-2-2).
Для изготовления тиглей часто приме-
няют чистую окись алюминия. Иногда, особен-
при со-
металлом
472
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
ным часто оказывается графит (см. § 7-1
и 7-2).
Чтобы полностью предотвратить попада-
ние загрязнений в расплав в результате вос-
становления 'материала тигля, производятся
попытки вести плавку без тиг-
ля, поддерживая расплавляе-
мый материал в пространстве
во взвешенном состоянии си-
лами электрического поля
[Л. 64, 99].
Особое техническое значе-
Рис. 9-2-5. I —Плавильная установка, состоящая из
двух индукционных печей с общими электрической и
вакуумной системами. Емкость каждой печи 600 кг.
И — внешний вид установки. Изготовитель: Vacuiimsch-
melze, Ханау [Л. 13].
но при выплавке углеродистых сплавов же-
леза, ‘в тиглях из окиси магния удается полу-
чать более чистые продукты, чем в тиглях из
А12О3 [Л. 23].
Наиболее устойчивыми оказались смешан-
ные окислы ZrO2 и ThO2 или MgO и ThO2
[Л. 41] (подробнее о керамических тиглях см.
§ 12-6). В отдельных случаях, например при
выплавке меди, применяют графитовые тиг-
ли. Их, однако, нельзя использовать для вы-
плавки тех металлов, которые могут реагиро-
вать с углеродом или растворять его в замет-
ных количествах. В тех случаях, когда вы-
плавляемые металлы настолько активны
(например, титан и цирконий), что для них ие
удается подобрать материал тигля, удовлетво-
ряющий всем требованиям, наиболее пригод-
ние имеет метод .получения
литых, свободных от тазов ме-
таллов (в основном активных
или тугоплавких) без реакции
с материалом тигля путем ду-
говой плавки в вакууме или
инертных газах. При этом ис-
пользуют охлаждаемые водой
металлические изложницы или
кокили, в которых металл за-
твердевает так быстро, что
каждый следующий жидкий
слой расплава лежит как бы
в ванне из того же материала
(см. рис. 7-2-6, 7-2-7 и 9-2-6).
В качестве катода при этом ис-
пользуют штабик из торирован
ного вольфрама, который закрепляют в охлаж-
даемом водой вводе с помощью зажимов или,
что лучше, с помощью никелевого припоя318.
Таблица 9-2-2
Материалы тиглей вакуумных печей для
плавки или обезгаживания металлов1)
Материал тнгля Максимальная температура в вакууме, °C Наиболее устой- чив при сопри- косновении с...
MgO 1 600
А12О3 -х.2 000 W
ВеО 2 100 с
С 2 300 (Си)
гг°2 2) 2 200—2 300 Мо
ThO2 2 300 V/
Мо 2 300 —
W 2 300 —
') См. также табл. 12-28.
2) Низкая термостойкость о хне и циркония может
быть повышена присадками СаЭ или Mg^> (см. § 12-6-И1)
Если желательно предотвратить загрязне-
ние расплава вольфрамом катода, то в каче-
стве электрода применяют спеченный стержень
из того же материала, что и расплав. При воз-
никновении дуги постоянного или переменного
тока электрод нагревается, плавится и капля-
ми стекает в расплавленный 'материал, нахо-
дящийся в охлаждаемом водой кокиле (см.
рис. 3-5-3).
318) Аналогичный способ (см. рис. 3-5-1) давно
применяется при получении тантала путем плавки:
см. также рнс. 7-2-8.
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
473
Сохранение требуемого расстояния
между постоянно повышающимся уровнем
металла и укорачивающимся электродом
достигается автоматическим регулирова-
нием подачи электрода. Мощная дуговая
печь такого типа показана на рис. 9-2 6А.
В настоящее время производят вакуумные
дуговые печз! с полностью автоматизиро-
ванным управлением, которые предназначе-
ны специально для выплавки такик актив-
ных металлов, как Ti, Zr, Мо и Та, и по-
зволяют получать слитки весом по 1,2 т,
а также небольшие лабораторные уста-
новки для получения слитков из порошко-
образного или гранулированного исходного
материала.
Чтобы обеспечить непрерывное поступа-
тельное перемещение расходуемого электро-
да, в специальной камере, расположенной
над рабочим объемом печи (рис. 9-2-6В),из
порошка .непрерывно изготовляют новый
расходуемый электрод, который предвари-
тельно спекается прямым пропусканием тока
и при этом одновременно обезгаживается.
Стабильность дуги переменного тока во всех
описанных печах обеспечивается в основном
высоким давлением насыщенных паров метал-
ла в зоне дуги или же непрерывным потоком
аргона при давлении 50 мм рт. ст.
Дуговая плавка в высоком вакууме осо-
бенно оправдала себя при 1получении литых
молибдена (§ 3-3), тантала (§ 3-5), циркония
(§ 7-1) и титана (§ 7-2). Подробнее см. [Л. Si-
ll I. Предварительное обезгаживание
стальных деталей
а) Общие положения. При массовом про-
изводстве электровакуумных приборов обычно
из соображений экономии не применяют ме-
таллы, полученные вакуумной плавкой. Нельзя
также избежать ни возникновения окислов,
образующихся при обработке деталей на воз-
духе, особенно при точечной сварке, ковке и
штамповке, ни возможного загрязнения дета-
лей (масло, пот ру«). В таких случаях за-
грязнения и поглощенные газы должны быть
удалены другими способами настолько, на-
сколько это необходимо с точки зрения ра-
бочей температуры готовой лампы. Обезгажи-
вание электродов только при откачке прибо-
ров излишне удлинило бы процесс вакуумной
обработки; поэтому готовые детали электрон-
ных ламп подвергают перед их окончательным
монтажом специальному предварительному
обезгажива-нию 319.
Для предварительного обезгаживания де-
тали после тщательного обезжиривания (см.
§ 9-4) отжигают в печах сопротивления в ва-
кууме или атмосфере водорода. Предваритель-
ное обезгаживание в вакууме всегда более
319 Это возможно, поскольку опыт показывает,
что адсорбция и окклюзия газов из атмосферы при
комнатной температуре происходят медленно и крат-
ковременное соприкосновение предварительно обезга-
жен-ных деталей с воздухом ие вызывает значитель-
ных изменений. Например, обезгаженный молибден
поглощает только такое количество газа, которое
соответствует мономолекуляриой пленке на его по-
верхности [Л. 62]. Только графит абсорбирует после
полного обезгаживания при хранении на воздухе
большое количество кислорода, который выделяется
в виде СО лишь после нагревания до 2 150° С в ва-
кууме.
Рис. 9-2-оА. Еакуумиая плавильная печь емкостью 4 ш
с герметично присоединенными изложницами [л. 69].
(Изготовитель: Нега Lies, Vacutimschmelze).
Рис. 9-2-5В. Диаграмма время — давление при плавке
5 кг стали (1,2% Сг. 0,45% С, 0,15% V, остальное-Fe)
в индукционной вакуумной печи с диффузионным на-
сосом производительностью 1 000 л]сек [Л. 97]. Мате-
риал тигля MgO. объем печи 200 л, диаметр проход-
ного отверстия вакуумпровода 22,5 см. Последователь-
ность операций: / — включен иасос; 2 — диффузионный
насос выключен; начало нагревания; 3 — начало плавки;
4 —печь отключена от насосов; 5 — подача шихты: 6 —
конец плавки; 7—откачка включена; в—разливка
плавки; 9~ обезгаживание.
эффективно 320. При массовом производстве
приемно-усилительных ламп, однако, отдают
предпочтение обезгаживанию в водороде, так
820 Во (многих случаях оправдало себя комбини-
рованное обезгаживание (сначала в водороде, а затем
в вакууме).
474
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
ю
4-7
та
ю
ю
5
О
10 15 см
Рис. 9-2-6. Вакуумная дуговая печь мощностью около 3,5 квт [Л. 46].
•/— медный охлаждаемый водой анод; 2 — железная чаша; 3—вольфрамо-
вый штабик; 4—медный блок с водяным охлаждением; 5 — пружина; 6—
^гибкая бронзовая трубка; 7—водяное охлаждение; 8—кварцевое окошко;
9—часовое стекло; 10—пицеиновое уплотнение; // — шлиф. Для стаби-
лизации дуги используют непрерывный поток аргона
около 50 мм рт. ст. См. также рис. 3-5-2.
при давлении
как оно более экономно и продолжается не
так долго, как обезгаживание в вакууме.
•Одновременно все поры в 'металле заполняют-
ся водородом, так что прн длительном хране-
нии в них не может проникать воздух. 'Водо-
род оказывает также только незначительное
влияние на эмиссионную способность катодов
и легко удаляется при откачке. Тем не менее
обезгаживание в вакууме, как видно из при-
водимых ниже примеров, во многих случаях
неизбежно.
1. Полочки испаряемых бариевых гетте-
ров, так как присутствие водорода снижает
способность геттера поглощать СО2, СО, О2
и N2.
'2 . Большие никелевые детали, которые
поддаются восстановлению по всей поверхно-
сти только в очень сильном потоке водорода.
3. Нихромовые детали, так как даже не-
значительные следы воды или кислорода,
которые всегда присутствуют в водороде, не-
обратимо окисляют хром.
4. Железные детали, так как даже незна-
чительные следы кислорода в водороде связы-
ваются металлом (вероятно, содержащимся
в нем углеродом) и впоследствии медленно
выделяются во время эксплуатаци электрон-
ной лампы.
5. Детали из тонкой молибденовой
так как под действ1И-ем водорода они
в я тс я хрупкими.
6. Карбонизированные никелевые
жести,
стано-
аноды
или другие детали (необходимо производить
предварительное обезгаживание .в ’вакууме <н-е-
'.посредсгвенно
детали, так
поглощении
весьма
перед 'монтажом в лампу, так
как науглероженная поверх-
ность при хранении легко сно-
ва поглощает значительное ко-
личество газа).
7. Цирконированные элек-
троды вследствие очень силь-
ного поглощения ими водорода
при температурах 200—400° С
(см. § 7-Г).
8. Танталовые
как тантал при
водорода становится
хрупким (см. § 3-5).
В других случаях предва-
рительное обезгаживание целе-
сообразно не для всех деталей
электронных ламп. Так, напри-
мер, предварительное обезга-
живание проволочных катодов
излишне, так как объем метал-
ла мал и необходимые высокие
температуры гораздо легче
можно получить в готовой лам-
пе. Предварительное обезгажи-
вание механически нагружен-
ных и не нагревающихся во
время эксплуатации приборов
(держателей и пружин) даже
вредно, так как 'механические
свойства при обезгаживании
обычно ухудшаются (см. .гл. 2).
б) Предварительное обез-
гаживание в вакуумных печах
(см. также [Л. 90J). При отжи-
ге металла в вакууме не толь-
ко удаляется большая часть
поглощенных газов, но также разлагаются те
окислы металлов, которые при высоких темпе-
ратурах диссоциируют с выделением кислоро-
да. Наряду со снижением прочности при от-
жиге часто происходит снятие внутренних на-
пряжений, которое вызывает коробление дета-
лей, что необходимо устранять рихтовкой.
Несколько примеров конструкций вакуум-
ных печей сопротивления для предваритель-
ного обезгаживания показано на рис. 0-2-7 и
9-2-7А, а внешний вид подобных вакуумных
печей, используемых в промышленности, — на
рис. 0-2-8.
Из практических соображений в промыш-
ленном производстве выбирают размеры, а тем
самым м тепловую инерционность этих печей
такими, чтобы весь процесс обезгаживания
с учетом охлаждения321 мог происходить за
24 ч. Собственно нагревание при этом продол-
жается только около '6—8 ч. Максимальная
температура (ограниченная герметичностью
321 Детали нужно (извлекать из печи после пол-
ного охлаждения в вакууме (‘Ниже 180° С), так как
иначе происходит новое поглощение газов, которое
у таких металлов, как, например, тантал, вызывает
хрупкость.
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
475
Рнс. 9-2-6В. Схема дуговой печи с непрерывным изго-
товлением расходуемого электрода (по данным
(Л. 33, 66 , 93]).
1—вакуумная камера; 2—шатун; 3—бункер для порошка
и подающий шнек; 4—матрица 6—к вакуумному на-
сосу; 6—зона спекания; 7 — электрический контакт; 8—
медная изложница с водяным охлаждением; В—дуга;
10—слиток; 11 — токоподвод.
Рис. 9-2-6.А. Вакуумная луговая печь с расходуемым
электродом (Metallwerk Plansee. Rentet/TIrol, Австрия).
Вверху: схема печи.
7 —слиток; 2—изложница, охлаждаемая водой; 3— при-
вод для опускания слитка; 4—приемник; 5—расходуе-
мый электрод; 6—вакуумное уплотнение; 7—насос
предварительного разрежения; ~8—бустерный насос;
В—диффузионный насос. См. также [Л. 43].
стенки печи и сроком службы 'нагревательных
нихромовых элементов) составляет 950—
1 000° С, при использовании кантала (20—
30% Сг, около 5% А1 и небольшое количе-
ство Со, остальное—'Ni)—до 1200°С. Дав-
ление— порядка Ю~3 мм рт. ст. (рис. 9-2-9).
Для откачки Чаще всего достаточно вращатель-
ных масляных насосов; при больших требо-
ваниях к вакууму а печи применяют металли-
ческие диффузионные иасосы, лучше всего
с апьезоновым или силиконовым маслом в ка-
честве рабочей жидкости (см гл. 18). При
использовании ртутных диффузионных иасо-
сов 'необходимо между печью и насосом
предусматривать ловушки для паров ртути.
В случае большинства металлов темпера-
тура 950—1000° С достаточна для выделения
газов и очистки поверхности: графит (см. так-
же § 8 5) и тантал (во многих случаях также
молибден и вольфрам) требуют более высокой,
а медь и некоторые сплавы, содержащие ее, —
более низкой температуры обезгаживания
(табл. 9-2-3). Выделить абсорбированный гра-
фитом кислород при обычной длительности
обезгаживания удается только прн температу-
рах выше 1 500—1 800° С 322 *. Для полного обез-
гаживания металла часто требуется гораздо
более высокая температура, чем применяемая
322 Появление налетов сажи в газополных лам-
пах с накаливаемым катодом вызывается слишком
большим содержанием 'кислорода в графитовых ано-
дах '(разложение выделенного графитом СО на горя-
чих деталях электродов с выделением кислорода,
который вновь образует СО с графитом анода).
476
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9’2-7. Основные конструкции вакуумных печей со-
противления с внешним обогревом для обезгаживания
деталей [Л. 11].
7— горизонтальная двухзонная печь (см. также
рис. 9-2-16, /); Л —зона нагревания с внешним нагрева-
телем 1 и термоизоляцией 2; В — холодильник с рубаш-
кой водяного охлаждения 3; 4— передвигаемая извне
лодочка или держатель для деталей с защитными экра-
нами 5; 6—герметичная крышка с окошком для на-
блюдения и штоком 7 для перемещения деталей; 8—
соединение с откачной системой; 9—диффузионный
насос; 10—иасос предварительного разрежения; 11 —
стеклянные краны или металлические вентили; II—уста-
новка с двумя вертикальными печами; 72—первая ка-
мера в рабочем положении с надвинутой внешне4
иечаю 13 и охлаждаемой насадкой 14; крышка 15 с экра-
нами 16; 17 — вакуумный кран иа откачной линии 18;
19 — вторая камера в момент охлаждения после удале
ння печи; кран 20 закрыт: III — колпаковая печь; метал-
лический вакуумный колпак 21 со съемной внешней
печью 22, охлаждаемым водой уплотнением 23, защит-
ным экраном 24 н трубопроводом для откачки 25.
на практике. Эти температуры также указаны
в табл. 9-2-3.
Вакуумные печ-и .для обезгаживания при-
мерно до >1 500° С ‘можно изготовить из спе-
ченных корундовых трубок, нагреваемых сна-
ружи молибденовой обмоткой. Внешнее нагре-
ваемое пространство при этом окружено ме-
таллической трубкой и омывается водородом
или смесью газов (H2 + N2) для (Предохранения
нагревательного элемента от окисления 323. Бо-
лее современная конструкция горизонтальной
Рнс. 9-2-7А. Высоковакуумная печь|для
обезгаживания (Л. 52 [.
/ — стальной корпус; 2 — инхромовые кольца; 3—кера-
мическая изоляционная трубка; 4 — нихромовый нагре-
ватель; 5—никелевый экран для защиты от излучения;
6—термоизоляция из диатомита; 7—асбестовая про-
кладка; 8—нихромовая вакуумная камера; 9—места свар-
ки; 10—рубашка для водяного или воздушного охлаж-
дения; 11 — чехол термопары; 12—пицеиновое или ре-
зиновое уплотнение; 13—спай металла со стеклом: 14—
ловушка с сосудом Дьюара; 15—диффузионный насос;
16—к манометру; 17—к насосу предварительного
разрежения.
вакуумной .печи с ’нагревательными элемента-
ми из молибденовой проволоки, в которой
'нагреватель расположен непосредственно в ва-
кууме, показана на рис 9-2-9А. В таких печах
с максимальной рабочей температурой 1 500° С
Рис. 9-2-8. Однотрубные горизонтальные печн сопро-
тивления с керамическими муфелями и охлаждаемыми
стеклянными дверцами для предварительного обезга-
живания деталей в вакууме при 1 100° С. На переднем
плайе манометр Мак Леода и рельс для передвижного
пирометра.
нагревательная спираль расположена на кера-
мической трубке 1, а тепловой изоляцией слу-
жат тонкие железные экраны 4324, закреплен-
ные своими верхними концами на опорных
стойках. Расстояние между ними определяется
специальными вкладышами. К нижним свобод-
ным концам экранов прикреплены утяжеляю-
щие цилиндры, так что при нагревании экра-
ны могут свободно расширяться. Керамическая
823 Конструкция аналогична изображенной на
рис. 9-2-16. IV. но вместо заполнения внутреннего
пространства печи водородом его откачивают.
324 Для более (высоких рабочих температур на-
гревательные элементы делают из зигзагообразно изо-
гнутых стержней, а экраны—из молибденовой жести.
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
477
Pirc. 9-2-9. Типичные кривые изменения давления (р)
п температуры (Г) при обезгаживании деталей в ваку-
умной печи. Загрузка: 4 кг деталей из железа, никеля
и карбонизированного никеля; общая поверхность отжи-
гаемых деталей — около 20 000 сги!. Первое сильное по-
вышение давления вызвано поверхностными загризне-
ниями [Л. 52[.
трубка нижним концом входит в опорный
диск. Этот диск закреплен на охлаждаемом
водой фланце, который одновременно служит
токоподво'дом Верхний конец керамической
трубки удерживается креплением экранов.
Ток к 'нагревательному элементу подводят че-
рез герметичный иг ай в стекле 2 в верхней
части печи (см. гл. 30).
Охлаждаемый водой кожух пе-
чи 6 закрыт сверху н снизу
крышками 7 и 8, которые так-
же охлаждаются водой. На
нижней крышке закреплена
опорная стойка 5 для разме-
щения предназначенных для
отжига деталей. На верхней
крышке укреплено несколько
плоских экранов 9; в ней так-
же имеется глазок 10 для на-
блюдения за процессом отжи-
га. Вакуумное уплотнение обес-
печивается резиновой проклад-
кой трапециевидного сечения.
Вся печь укреплена на специ-
альной подставке. К штуце-
ру 11 кожуха печи присоеди-
нены блок вентилей 12 с меха-
ническим управлением, а также масляный
диффузионный насос 13. С помощью блока
вентилей можно при предварительной откачке
соединить вращательный насос непосредствен-
но с пространством печи. Нижняя крышка
печи 8 с опорной стойкой 5 'может быть вы-
двинута с помощью гидравлического устрой-
ства 15, расположенного около печи. Примене-
ние такого вспомогательного устройства .не-
избежно, так как практически невозможно
вручную перемещать тяжелые части печи
вместе с предметами, предназначенными для
отжига.
Тем же гидравлическим приспособлением
можно поднимать « верхнюю крышку печи 7.
Если заменить молибденовый нагреватель
прутками вольфрама, расположенными по
образующей цилиндра, и изготовить хотя бы
первый внутренний экран из молибденовой
жести, то с печами такого типа можно рабо-
тать при температуре до 2 000° С. На
рис. 9-2-9В показана печь, предназначенная
для обезгаживания графитовых деталей.
Меньшая лабораторная высоковакуумная печь
сопротивления па температуру до 2 000° С
с керамическим тиглем емкостью 3/4 л изобра-
жена на рис. 1Й-79. Описание методов кон-
струирования вакуумных печей с молибдено-
выми нагревателями на температуры до
1 800е С приведено в работе [Л. 44]
Еще более высокие температуры можно
получить, используя в качестве нагревателя
вольфрамовые спирали. Пример конструкции
печи на температуру .до 2 200° С приведен па
рис. 942-10.
При изготовлении такой печи прежде все-
го располагают металлический стержень с на-
резкой, по которой на него навита вольфрамо-
вая спираль 2, вдоль оси латунной трубки 1
большего диаметра. Затем пространство 3 за-
полняют увлажненной размолотой и предвари-
тельно отожженной двуокисью циркония (еще
лучше ThO2), а после ее затвердевания, остав-
ляя вольфрамовую спираль на месте, вывин-
чивают стержень. После сушки на воздухе
вольфрамовую спираль медленно нагревают до
тех .пор, пока двуокись циркония не высохнет
Рис. 9-2-9.А. Высоковакуумная печь с внутренним молиб-
деновым нагревателем па максимальную температуру
1 500° С [Л. 34]. Слева; разрез: справа: внешний вид
(см. также рис. 8-5-12А и 8-5-25).
1—керамический муфель с молибденовой спиралью; 2—
верхний токоподвод (герметичный впай в стекло); 3—
нижний токоподвод; 4— экраны из тонкой железной
жести; подвешены свободно и нагружены снизу; 5—
подставка для отжигаемых деталей; 6—охлаждаемый
водой корпус печи; 7 — охлаждаемая водой крышка;
8—поддон, охлаждаемый водой; 5>—экраны; 10— окно
для наблюдения; 11—к вакуумной системе; 12—блок
вентилей; 13—диффузионный насос; 14—насос предва-
рительного разрежения; 15—гидравлическое устройство
для перемещения крышки и поддона.
Таблица 9-2-3
« «йпогчи/ипаиия n naKWMe и водороде важнейших металлов для деталей
Температура и длительность предварительного обезгаживания в вакууме и в д у
Материал Форма Применение В пакууме (длительность от- жига 8 ч), ”С В водороде Температура полного обезга- живания1), °C
°C мин
W Фасонные детали’) Зеркала антикатодов (до вплавления в медь!) Около 1 800 — — 2 300—2 430 (в вакууме)
Проволока Пружины, накаливаемые катоды, сетки Предварительно не обезгаживаются
Мо Жесть Проволока Аноды Сетки Пружины 950 900 Предварите 1 200 1 000 льно не обезгажив 308) 308) ПОТС я 1 760а) 1 900е)
Та Жесть Проволока Аноды Сет кн Пружины > 1 8008) «10~3ммрт.ст ) Предварите Обезгаживание в Н2 недо- пустимо льно не обезгаживаются >2 000”) (в вакууме)
Pt Жесть — 900—1 000 950 5—10
Pt Ir, PtNi Проволока Оксидные катоды Предварительно не обезгаживаются
Ni и его сплавы, не .содержащие ме- ди Все детали (кроме держателей для низких рабочих температур) 750—9505) 950—1 050 10-15
Fe и его сплавы, не содержащие ме- ди Как у никеля (при плотной загрузке опасность слипания деталей!) 950—1 000 9503.8) 750 5—10 5—10 j
Fe, ковар Вводы в стекло 850 800—900 900—1 000 120 |’) 30 1
Специальные методы обработки металлов_I ^л-
Продолжение табл. 9-2-3
Материал Форма Применение В вакууме (длительность от- жига 8 и), °C В водороде Температура полного обезга- живания4), °C
"С мин
Медь и ее сплавы, не содержащие цинка или олова Детали электродов, кроме держателей и медных внешних анодов 500—550 Для обычной меди не исполь- зовать (допустим для бес- кислородной меди), см. § 5-4
Си, константан Вводы До 600 До 900 15
Сплавы меди с легкоплавкими ком- понентами (цинк, олово) Приборы с непрерывной откачкой Предварительно не обезгаживаются
А1 Холодные катоды Предварительно не обезгаживаются
Карбонизированный никель Аноды 950 Избегать На (образуются уг- леводороды!)
Жесть Р2 (Fe, покрытое А1) Аноды, излучающие поверхности Предварительно не обезгаживаются
Покрытые окисью хрома металлы (W, Ni) Сетки и аноды — 950 15
Графит Аноды (см. [Л. 17]) 1 500—1 800 Избегать Н2 2 150
*) В ольфрамовые зеркала в присутствии С (например, в графитовых печах для выплавки меди) обезгаживать нельзя (из-за образования карбидов).
!) От 30 мин до I ч в очень чистом водороде или более длительный отжиг о вакууме.
3) Отдельные детали — д о I 370° С.
* ) См. [Л. 62].
’) Максимальная температура обезгажнвания никеля в вакууме не должна превышать 1 050° С, так как иначе происходит заметное испарение металла.
• ) Все танталовые детали должны находиться при одинаковой температуре (см. § 3-5).
’) Отжиг производится во влажном водороде. Незадолго до впаивания в стекло детали отжигают в вакууме,
8)В чистом сухом водороде.
• ) При очень высоких требованиях к чистоте, например при изготовлении стабилизаторов тлеющего разряда, наполненных чистейшим инертным газом, когда для
поглощения остаточных газов прибегают к частичному распылению электродов, молибденовые детали предварительно обезгаживают в течение 6 и при I 930° С в вакууме
10) По данным [Л. 56, 89] водород выделяется при 600—1 200° С, окись углерода — при I 700—2 000* С, а азот — прн 1 900—2 400° С,
§ 9-2]____________Обезгаживание металлов__________479°
480
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-2-9В. Промышленная вакуумная лечь на 2 000° С
(Siemens-Schuckert Werke); см. также рис. 6-2-3А.
/—двухступенчатый газобалластный насос предваритель-
ного разрежения; 2—форвакуумный объем; 3—паро-
масляный насос; 4—вакуумметр; 5—вентиль байпасной
откачки; 6—основной вентиль, разъединяющий печь и
вакуумную систему; 7—печь с вольфрамовыми нагре-
вателями в виде стержней длиной 1 м; давление при
1 80Э° С составляет (2-=-5)-10“4 мм рт. ст.', полезный
объем 40 л, диаметр 320 мм\ 8—иижняя крышка печи
с гидравлическим подъемником; 9 — графитовый ци-
-линдр для предохранения деталей от запыления окисью
вольфрама.
Отжигаемые детали (графитовые цилиндры для ртут-
.ных выпрямителей) извлекают из печи после ее охлаж-
дения, хранят в вакууме в специальных металлических
сосудах 10.
и не приобретет достаточную прочность. Ана-
логично поступают и при изготовлении печей
•с молибденовыми нагревателями (максималь-
ная температура ] 700° С, изоляционный мате-
риал А120з (лучше ZrO2). Можно изготовить
вакуумную печь на температуры до 2 075° С и
с нагревателями в виде танталовых или молиб-
деновых цилиндров диаметром 40 мм и длиной
300 мм [Л. 57] 325.
Все описанные вакуумные печи обладают
тем недостатком, что процесс обезгаживания
из-за большой тепловой инерционности печи
с трудом удается сократить, причем общее
время проведения одного цикла достигает при-
мерно 20 ч (2—3 ч на нагревание плюс 2—
3 ч на обезгаживание плюс 14—16 ч на
охлаждение; см., например, рис. 9-2-12). По-
этому перед второй мировой войной на англий-
ских электроламповых заводах был разрабо-
тан быстрый способ обезгаживания в кварце-
вых трубках, который позволил сократить
325 Все описанные вакуумные печи можно, как
правило, использовать не только как вакуумные, но
и как водородные или защищенные инертным газом
(см. п. «в»).
Рис. 9-2-10. Вакуумная печь с вольфрамовой спиралью
на температуру до 2 200° С (макс. НПа 22 а, см. |Л. 24]).
1—клеммы токйподводов; 2—двойная нагревательная
спираль из вольфрамовой проволоки (диаметр 0,8 мм-
31 виток; длина нагреваемой зоны 400 мм; диаметр
муфеля 44 мм); 3 — термоизоляция (двуокись цир-
кония); 4—рубашка водяного охлаждения; 5—к насосу;
6—рубашка водяного охлаждения; 7 — окно для наблю-
дения; 8—вспомогательный стальной керн для навпвкн
нагревательной спирали; 9—винтовая нарезка:
10— четырехгранная головка.
длительность обезгаживания до 2—4 ч
(рис. 9-2-1Г1) 326. При атом используют закры-
тые с одной стороны переносные кварцевые
трубки 2 диаметром 10 см и длиной около
1 м, которые закрывают с помощью резино-
вого уплотнения 5 колпачком из тугоплавкого
стекла 3. В верхней части колпачка находится
вакуумный кран 6, уплотненный апьезоновой
смазкой. Кварцевые трубки 2, находящиеся
в горизонтальном положении на подставке 1,
наполняют материалом, предназначенным для
обезгаживания, 4; сразу же после надевания
стеклянного колпачка трубку в течение 5 мин
откачивают примерно до 10-3 мм рт. ст. и
закрывают кран 6. В откачанном состоянии
326 См. рис. 6-2-ЗА и 9-6-2. а также [Л. 30].
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
481
трубки помешают в постоянна 'нагретую до
950±50°С печь 9, снова присоединяют к ва-
куумным насосам 11 с помощью резинового
шланга 10 и после открывания крана при не-
прерывном нагревании обезгаживают от 1/3 до
2 ч. Затем кран снова закрывают, отсоеди-
няют шланг 10, трубку с обезгаженньим мате-
риалом извлекают из печи и снова помещают
на первую подставку, присоединяют к насосам
и при непрерывной откачке (иногда обдувая
сжатым воздухом) охлаждают от 1]2 до 1 ч.
Сравнительно небольшая общая длитель-
ность обезгаживания достигается также при
использовании высокочастотных печей, охлаж-
даемых путем излучения, которые особенно
пригодны при обработке малых количеств ме-
талла и в научно-исследовательских лабора-
ториях. На рис. 9-2-12 показана такая высоко-
частотная печь с (Цилиндрической молибдено-
вой или танталовой камерой (стаканом) для
отжигаемого материала. В этом разработан-
ном в основном для лабораторного примене-
ния устройстве необходимо обратить особое
внимание на специально устроенные для бы-
строй смены обезгаживаемых деталей уплот-
нения на шлифах. Для того чтобы избежать
влияния паров смазки на обезгаживаемые де-
тали, используют охлаждаемые ловушки
с жидким воздухом. Более простое устройство
для предварительного обезгаживания деталей
отжигом токами высокой частоты под колпа-
ком из кварца или тугоплавкого стекла на
кольцевой резиновой прокладке показано на
рис. 9-2-13. Детали размещают в молибдено-
вом стакане (левый рисунок) или же более
крупные части конструкции (например, гото-
вые системы сеток генераторных ламп) обез-
гажмвают в вакууме высокой частотой
в отдельности перед монтажом в прибор (пра-
вый рисунок). Такие устройства могут слу-
жить также для на!пекания слоев порошка на
металлическую жесть (синтерироваиие), что
повышает Излучательную способность сильно
нагреваемых электродов (см. § 9-4) или их
способность поглощать газы (см. гл. 28). Их
можно применять, например, для нанесения
порошка циркония на молибденовые аноды.
31—2200
Во всех вакуумных печах для обезгажи-
вания температуру контролируют или с по-
мощью термопар (см., например, рис. 9-2-7А),
или (чаще) оптическими пирометрами (см.
рис. 9-2-8 и 9-2-'12). В печах с корпусом из
непрозрачного материала (металла или кера-
мики) для этой цели обычно делают окошко
с герметично вставленным толстым стеклом и
иногда -отверстие в самом нагреваемом стака-
не. При пирометрии целесообразно визировать
именно обезгаживаемые детали, причем сле-
Рис. 9-2-12. Лабораторная высокочастотная печь из ту-
гоплавкого стекла для обезгаживания мелких деталей.
/ — сосуд из молибдена или тантала, наполненный де-
талями; 2—крышка; 3— экран; 4—кварцевый держатель;
5—колпак из тугоплавкого стекла, изготовленный так,
что пары смазки из шлифа 6 не попадают в нагреваемое
пространство, а конденсируются жидким воздухом, на-
ходящимся в сосуде Дьюара 7; 8—к насосу; 9—призма
полного внутреннего отражения; 10—пирометр.
482
Специал. методы обраб. метал., применяющ. в вакуум, технике [ Гл. 9
Рис. 9-2-13. Вакуумная высокочастотная печь
для обезгаживания.
Модификация I для обезгаживания мелких деталей.
I — колпак из тугоплавкого стекла или кварца; 2—ке-
рамический цилиндр, служащий одновременно экраном и
опорой для подвешивания молибденового сосуда 3 с
обезгаживаемыми деталями; 4 — индуктор, охлаждае-
мый водой; 5—резиновое уплотнение; 6—никелирован-
ное медное основание, охлаждаемое водой; 7—к насосу.
Модификация II для предварительного обезгаживания
крупных деталей: I — кварцевый колпак; 2—основание,
охлаждаемое водой; 3—прокладка из силиконовой ре-
зины; 4—ни дуктор; 5—к насосу; 6—обезгаживаемая
деталь (например, сетка генераторной лампы). «|
дует учитывать, что в узких печах или стака-
нах, так же как у черных тел, пирометр пока-
зывает независимо от коэффициента излуче-
ния обезгаживаемого материала всегда
«истинную» температуру.
Рис. 9-2-14. Печь для обезгаживания в водороде с непрерывной подачей
деталей.
/ — муфель; 2—специальные нагревательные элементы (2 зоны); 3—водяное
охлаждение; 4 — препарируемые детали; 5—лента транспортера; 6— загрузоч-
ная камера; 7 — выходная камера; 8—цепи термопар; 9—14—автоматически
управляемые краны.
При пирометрирован.ии сквозь толстостен-
ное стеклянное окно следует учитывать погло-
щение излучения стеклом, а также то, что при
обезгаживании на внутренней поверхности
стекла могут появляться темные 'налеты, вно- .
сящие значительную погрешность в результа-
ты измерений температуры.
в) Предварительное обезгаживание в во-
дородных печах (см. также [Л. 40, 82])
Предварительное обезгаживание в потоке
водорода при -обычном процессе производства
легче осуществимо, чем обезгаживание в ва-
кууме, так как в этом случае отпадает необхо-
димость в вакуумной аппаратуре, а также
потому, что можно -быстрее загружать уста-
новку, охлаждать обезгаживаемые детали и
непрерывно продвигать их через нагреватель-
ную печь. На рис. 9-2-14 показана схема водо-
родной печи непрерывного действия для обез-
гаживания. Хорошо обезжиренные в трихлор-
этилене 327 детали в лодочках из -никеля, ста-
ли или керамики загружают через левое
отверстие печи и пропускают сначала через
зону предварительного нагрева (400—500° С),
в которой высшие окислы превращаются
в низшие, а потом перемешают в область
отжига (около '1000°С), в которой произво-
дится полное восстановление. После того как
детали проходят через охлаждаемый водой
холодильник, они покидают печь. Перемещение
осуществляется путем продвижки очередных
лодочек вручную или цепным транспортером.
На рис. '9-2-15 показана 'выполненная -по это-
му принципу простая кварцевая печь. Загрузка
и съем лодочек производятся непрерывно
с помощью штанг, управляемых вручную. Во
время открывания крышек печи необходимо
усиливать поток водорода (например, от 100
до 400 л/ч). На рис. 9-'2-46 показаны различ
ны-е конструкции водородных печей с керами-
ческими муфелями.
Нагревательные элементы таких -печей
изготовляют из нихромовой проволоки, рас-
считанной на максимальную температуру
1 000—1 100° С. Температуры до 1 500° С и
выше получают с помощью -спиралей из воль-
фрамовой или молибденовой 'проволоки, при-
чем пространство, в котором находится нагре-
вательный элемент, ограничено другой труб-
кой, по которой течет защитный газ (часто
H2+-N2 в отношении 1 : 5)
(рис. 9-2-16,IV). Такие во-
дородные печи до 1 800° С и
выше могут быть изготовле-
ны без внутренней керами-
ческой трубки (спеченный
корунд), причем в качестве
тепловой изоляции (а одно-
временно и для крепления
нагревательного элемента)
служит плотный слой А12О3
или ZrO2. Специальной под-
водки водорода 5 во внеш
нее нагреваемое пространст-
во 4 (рис. 9-2-16,1V) тогда
ие требуется, так как нагре-
вательная спираль при та-
ком выполнении -находится
в защитной атмосфере газа,
протекающего через внутрен-
нее пространство -печи.
Внешний вид мошной промышленной водород-
ной печи с молибденовым спиральным нагре-
вателем показан на рис. 3-3-9. Для помещения
обжигаемых деталей в таких печах в боль-
327 Способы обезжиривания и очистки металли-
ческих деталей описаны в § 9-4-
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
483
Рис. 9-2-15. Простая водородная печь с кварцевым муфелем (см. также [Л- 201).
/ — муфель; 2— спиральный нагревательный элемент; температура горячей зоны
950° С; 3—охлаждение сжатым воздухом; 4— подача сжатого воздуха; 5—загрузка;
6 —выгрузка; 7—подача водорода; 8 — выход водорода (факел); 9~вспомогательная
газовая горелка для поджигания выходящего водорода; 10—никелевая или молиб-
деновая лодочка с обезгаживаемымп деталями; 11— распорка между лодочками.
шинстве случаев применяют молибденовые
лодочки, которые в печи с керамическими
трубками необходимо вставлять только после
небольшого подогрева в первой зоне, чтобы
рис. 9-2-16,1. Печи для обезгаживания деталей электро-
вакуумных-приборов в водороде. На переднем плане
печь с молибденовой обмоткой, аналогичная печи, изо-
браженной на рис. 9-2-16,1V. 11а рисунке видно также
монтажное отделение современного цеха, производя-
щего приемно-усилительные лампы. (Завод Филлипс,
Эйндховен).
Рис. 9-2-16,11. Водородная печь с нихромовым нагрева-
тельным элементом (следует обратить внимание иа
большой вентиляционный зонт над печами).
не вызвать 'растрескивания керамики. Особен-
но просты и полностью удовлетворяют лабо-
раторным целям открытые высокочастотные
водородные колпаковые печи но типу
рис. 9-2-17, е которые отжи-гаемые детали вво-
дят вручную с помощью металлических штанг.
Рис. 9-2-J6,111. Внешний вид двойной трубчатой печи для
отжига деталей в смешанном газе (2X300 iHs4-3Na)
при температуре до I 100°. Скорость разогрева печи от
150 до I 100° С около 2,5 ч\ диаметр проходного отвер-
стия 100 мм (тип 15Е; изготовитель Tesla ELSTROJ,
Прага).
Z — горячая зона с внешним нагревателем; 2—герметич-
ный керамический муфель; 3—шлюз для загрузки;
4—шлюз для выгрузки; 5 — холодильник.
В процессе отжига металлов в водороде
происходит не только удаление газов, но и
восстановление присутствующих в металлах
окислов по схеме МеО—>Ме+О2, если пар
ниальное давление кислорода (давление дис-
социации) данного окисла превышает пар-
циальное давление кислорода, входящего в со-
став воды, -образующейся из элементов
в атмосфере печи. В противном случае реак-
ция идет в обратном направлении: Ме+
+О2~»МеО и восстановления не только не
происходит, но, наоборот, наблюдается окис-
ление поверхности металла. Для возможно
большего снижения парциального давления
кислорода в атмосфере печи и быстрого уда-
ления выделяющихся в процессе обезгажива-
ния газов печь следует долго промывать бы-
стрым потоком свежего и чистого водорода
(250 -800 л/ч).
При этом, разумеется, водород, 'поступаю-
щий в печь, не должен содержать паров
воды.
31*
484
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-2-16.IV. Водородная печь иа температуру
до 1 500—1 800е С.
/—муфель из спеченного корунда (внутренний диа
метр 40 мм); 2— нагревательная спираль из молибдена
(максимальная температура 1 500” С) или вольфрама
(максимальная температура 1800° С); 3—токоподвод;
4—термоизоляционное заполнение (порошок алунда);
5—трубка с отверстиями для введения защитного газа
во внешнее пространство печи; 6—выход защитного
газа; 7—железный кожух печи; 8—рубашка водяного
охлаждения; 9—подача воды; 10—выход воды; 11—
асбестовая изоляция; 12—стальной фланец; 13—нарезка
для присоединения загрузочной камеры 14 с патрубком
для ^выпуска водорода 15; 16—нарезка для присоеди-
нения разгрузочной камеры 17 со змеевиком .водяного
охлаждения 18 и патрубком для подачи водорода 19;
20—дверца для загрузки деталей; 21—дверца для вы-
грузки деталей.
Рис. 9-2-16,V. Водородная печь для отжига крупных де-
талей,
1—корпус со стаканом из жаростойкой стали; 2—
подъемное устройство для извлечения корпуса из печи;
3—свободно лежащая крышка с тепловой изоляцией;
4—подача водорода; 5—выход водорода (выходящий
по этому патрубку, а также по периметру крышки 3
водород поджигают); 6—отжигаемая деталь; 7—печь
сопротивления.
Зависимость .парциального давления
паров кислорода (давление диссоциации)
окислов «некоторых металлов, представляю-
щих интерес с точки зрения вакуумной тех-
ники, от температуры показана па рис.
9-2-18. В виде пунктирной кривой на диа-
грамму 'нанесена также температурная за-
висимость парциального дав-
Й ления кислорода в водороде,
содержащем пары воды при
/X ‘ Х\ давлении 4 • *10—2 мм рт. ст.
(Т. е. при ^н5о/рн,=5-10-5>-
' } Из диаграммы видно, что окис-
Va 1 лы таких -металлов, как Си,
Ni, Ге’ Со, Мо и W, будут вос-
,2 станавливаться при всех темпе-
ратурах от 200 до 2 000° С, так
как парциальное давление кис-
лорода этих окислов выше, чем давление кис-
лорода, образующегося при диссоциации воды.
Окислы, обладающие -низким парциальным дав-,
лением кислорода (ВеО, MgO, AI2O3), ие вос-
станавливаются. Из диаграммы также следует,
что имеется ряд окислов (например, Сггбз),
восстанавливающихся в данной атмосфере печи
при очень высоких температурах, но в про-
цессе охлаждения при более низких темпера-
турах теряющих эту способность, поскольку
'парциальное давление кислорода в атмосфере
печи ‘начинает превосходить давление кисло-
рода этих окислов.
Направление реакции окисления — восста-
новления в водороде, содержащем различное
количество, паров воды, можно определить из
рис. 9-2-18А, на котором изображены ,в зави-
симости от температуры константы равновесия
водородно-водяных смесей с окислами 'Некото-
рых металлов. Диаграмма равновесия для
каждого металла делится соответствующей
кривой равновесия на две -области Т’н.о/^’н,-
Одна из них лежит выше этой кривой и со-
ответствует такому содержанию паров воды,
которое приводит к окислению металла, а дру-
гая, лежащая ниже кривой равновесия,
является областью восстановления окислов.
Поэтому применяемый водород необходи-
мо хорошо очищать (гл. 20), прежде всего
удаляя 323 пары воды путем абсорбции млн 328
328 Иногда в водородных печах в качестве за-
щитной атмосферы применяют очищенный, но спе-
циально увлажненный водород, который пропускают
в виде пузырьков сквозь нагретую до 40° С воду.
Это необходимо в следующих случаях:
а) 10-минутный отжиг железных анодов в горя-
чей зоне печи при 950+25° С для декарбцдизации по-
верхности с последующим 10-минутным охлаждением
в холодной зоне печи, причем загрузка горячей зоны
новыми деталями допустима только после освобожде-
ния холодной зоны.
б) Отжиг вольфрамовых проволок, покрытых
'Ттленкой графита, для удаления этой -пленки с обра-
зованием СО и СОа (см. ггакже § 0-12).
в) Отжиг для гомогенизации таких сплавов для
впаев, как FeCr (см. § 6-4-V) и ковар (см. § 6-1-IV),
так как иногда образование тонкой .равномерной
пленки окисла в (полувосстанавливающей влажной
атмосфере водорода бывает желательным (более по-
дробно см. гл. 30).
г) Спекание порошка А12Оз с -вольфрамовой про-
волокой при изготовлении (подогревателей оксидных
катодов косвенного макала. Возникающая при этом
тонкая пленка окисла на вольфраме увеличивает
связь между вольфрамом и Д12Оз, а само покрытие
лучше спекается во влажном водороде, чем ® сухой
атмосфере (подробнее см. § 42-6-‘1 н гл. 24).
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
485
вымораживания. Для облегчения очистки и
повышения качества водорода рекомендуется
применять на электровакуумных заводах толь-
ко водород, полученный 'электролитическим
путем, а не в процессе крекинга, так как
в последнем случае водород может содержать
углеводороды (образование карбидов!). Вооб-
ще чистота водорода, по-видимому, играет
в вакуумной технике значительно большую
роль во всевозможных процессах отжига ме-
таллов в защитной атмосфере, чем это пола-
гали до сих лор. Так, например, при обезга-
живании в течение И ч в. обычном водороде
было удалено около 75% газов, поглощенных
молибденом, в вакуумной печи — 82%, в очи-
щенном водороде — 90%, а в водороде, про-
диффундировавшем сквозь палладий и спек-
трально чистом,— около 96% [,Л. 62].
Вытекающий водород зажигают у выход-
ного отверстия плотно закрытой печи 329 330. Из-за
опасности взрыва при образовании гремучего
газа рекомендуется, кроме того, расположить
над печью мощный вытяжной вентилятор
(см. рис. 9-2-16,11). Часто из соображений
безопасности (а также из-за более низкой
стоимости) вместо чистого водорода приме-
няют так 'Называемый «смешанный газ», т. е.
смесь 1 объема водорода с 0,5—5 объемами
азота. В этом случае печь наполняют газом,
следующим образом: за 10 мин до начала от-
жига подают азот, а уже после наполнения
Рис. 9-2-16VL Вертикальная водородная печь,
/—вольфрамовая или молабденовая обмотка, укреп-
ленная на штабиках на жаростойкой керамики; 2—эк-
раны; верхний экран с отверстиями для измерения тем-
пературы; 4—медное основание, охлаждаемое водой;
5—металлический колпак со смотровым окном; 6 —
подача водорода; 7—выход водорода.
Рис. 9-2-17. Простая лабораторная установка для обез-
гаживания отдельных металлических деталей путем
высокочастотного нагрева в водороде; после нагре-
вания током высокой частоты в водороде в верхней
части колпака обезгаженная деталь перед извлечением
предварительно охлаждается в его нижней части.
Г—баллон с водородом; 2—расходомер; 3—прибор
дли очистки газа; 4— осушитель; 5—холодильник;
6—колпак из тугоплавкого стекла; 7—индуктор; 8—
обезгаживаемая деталь, вставляемая снизу в высоко-
частотное поле вручную с помощью изоляционного
стержня и омываемая водородом; 9—толстостенный
защитный стеклянный экран.
ции аммиака вместо водорода, но в этом слу-
чае необходимо тщательно следить за тем,
чтобы в атмосферу печи не попадал свобод-
ный аммиак. Однако некоторые детали (ма-
пример, детали из молибдена или трубки из
никеля, предназначенные для окаидных като-
дов косвенного накала) необходимо обезгажи-
вать в чистом водороде, не содержащем при-
меси азота.
Как правило, для обезгаживания и восста-
новления обычных (деталей из никеля или его
сплавов при 800—Ч 000° С в водородных печах
достаточно 10—20 мин (см. табл. 9-2-3).
Существует мнение, что увеличение продолжи-
тельности отжига до 20—30 мин приводит
к ухудшению качества деталей, так как они
начинают легче поглощать газы, находясь на
воздухе (повышенная пористость?).
Обезгаживание металлов в водороде нель-
зя производить в тех случаях, когда при этом
ухудшаются механические (и электрические)
свойства данного металла; прежде всего это
относится к изделиям из тантала, титана,
циркония и графита и карбонизированных Ni,
Ti, Zr и т. in. После нагревания в Водороде
тантал становится хрупким, как стеклю (см.
§ 3-5); в меди, содержащей кислород, обра-
зуются раковины (водородная болезнь, см.
§ 5-4) 33°. Выделение газов из электрографита
•в атмосфере водорода меньше, чем в вакууме;
им—водород в необходимой пропорции. При
выключении печи, естественно, поступают в об-
ратном порядке. Из соображений экономии
изготовляют также печи для обезгаживания,
работающие в атмосфере продуктов диссопиа-
329 Для предотвращения взрыва .перед началом
работы печи необходимо проверять выходящий водо-
род (в пробирке) на наличие гремучего газа.
330 Однако если медь отжигают не в водороде,
а в атмосфере СО, которая не растворяется в ней я
поэтому не может в нее проникать, медь выделяет
содержащийся в ней кислород с достаточно большой
скоростью, так как адсорбированные атомы кислоро-
да, которые диффундируют на поверхность, соеди-
няются непосредственно с молекулами СО, образуя СОг.
Заметам, что в вакууме нельзя удалить атомы
кислорода, которые образуют молекулы О2, при тем-
пературах, при которых сама медь значительно не
испарялась бы. Об очистке окисленной поверхности
меди см. ниже.
486
Специальные методы обработки металлов
(Гл. 9
Рис. 9-2-18. Зависимость парциального давления кислорода Pqs над
некоторыми окисламн от температуры Т. Пунктирная кривая; пар-
циальное давление кислорода паров воды, содержащейся в водороде
при давлении I мг\ в соотношении 4-10~2 мм рт. ст.
мм рт. ст. На*, что соответствует точке росы—48е С [Л- 15, 54!.
1 То есть РН1О/РН =0.00005!
поэтому часто после предварительного обезга-
живания в водороде при 1 500° С производят
еще обезгаживание в вакууме при 1800—
2100° С. На карбонизированных металличе-
ских деталях в водородной печи часто обра-
зуется вязкая пленка углеводородов. Пластич-
ные титан и цирконий становятся в результате
поглощения водорода хрупкими.
Температуру водородных печей следует
контролировать в различных местах, прежде
всего с помощью термопар (например,
Pt—PtRh, см. рис. 9-12-14).
Лодочки, применяемые при отжиге, не-
обходимо периодически очищать от металличе-
ских налетов; керамические лодочки, напри-
мер, промыванием в 5%-ной плавиковой кис-
лоте в парафинированных сосудах в течение
1—2 мин до полного растворения всех
осадков.
Рис. 9-2-18А. Зависимость константы
равновесия Кр=Рц,О/РН, смесей водо-
рода и паров воды с окисламн некото-
рых металлов от температуры Т.
Потом кислоту разбавляют
обычной водой, получающийся
раствор сливают и последователь-
но промывают лодочки .в обычной
воде, дистиллированной воде и
спирте, после чего их просуши-
вают.
Очень простой способ отжига
в атмосфере водорода без приме-
нения лодочек и печей, особенно
пригодный для обработки таких
мелких деталей, как. спиральные
сетки, показан на рис. 9-2-18В.
Деталь, которую необходимо от-
жечь, 1 держат пинцетом в пла-
мени водорода 2331, который по-
дается по трубке 3. Как только
деталь нагреется до красного ка-
ления, ее бросают сквозь пламя
в трубку 4, которая своим ниж-
ним концом глубоко погружена
в метанол 5; по трубке деталь по-
падает в стеклянную ванну с ме-
танолом и охлаждается там, .не
соприкасаясь с атмосферой. Из
ванны деталь вынимают пинцетом, а метанол
сдувают сжатым воздухом 6, очищенным
(фильтрацией) от масла и пыли. Этот способ
хорошо зарекомендовал себя в мелкосерийном
производстве.
г) Обращение с предварительно обезга-
женными деталями. Все детали, подвергшиеся
предварительному обезгаживанию в вакууме
или водороде, требуют очень осторожного
обращения во избежание затрязнения или но-
вого поглощения газов. Прежде всего их
нельзя брать голыми руками, а только пин-
цетом или в защитных перчатках из 'резины,
не содержащей серы (см. § 9-1). Детали,
331 Перед зажиганием (пламени необходимо чтобы
нижняя часть трубки 4 была наполнена водородом,
для этого верхний конец трубки 4 держать закрытым
до тех пор, пока водород не пройдет сквозь метанол 5.
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
487
Рис. 9-2-18В. Установка для отжига мелких деталей
(главным образом, спиральных сеток) в водородном
пламени с последующим погружением в метиловый
спирт.
/—препарируемая деталь; 2—пламя водорода; 3—
ввод водорода; 4—направляющая трубка; 5—ванна
с метиловым спиртом; 6—сушка сжатым воздухом;
7-—удаление паров метилового спирта; 8—перегородка.
обезгаженные в -водороде и предназначенные
для изготовления -приемно-усилительных ламп,
при кратковременном хранении часто укла-
дывают партиями в мешочки из .прозрачного
целлофана, что хорошо защищает их ют пыли,
но .недостаточно от воздействия .водяных па-
ров. Рекомендуется хранить их в стеклянных
сосудах, иаполненных сухим азотом и содер-
жащих сухой патрон с окисью фосфора или
силикагелем (см. гл. 28). Мелкие детали, обез-
гаженные в вакууме и предназначенные для
производства высокочувствительных или доро-
гих ламп, прежде всего таких, в которых
нельзя .применять геттеры (лампы высокого
напряжения, например рентгеновские трубки и
генераторные лампы, а также фотоэлементы),
хранят в большинстве случаев в -откачанных
сосудах, например в юолывих эксикаторах со
смазанными пришлифованными крышками и
вакуумными кранами (рис. 9-2-19,/ и //). На-
дежнее, но более сложно хранение в больших
отпаянных стеклянных ампулах (рис.
9-2-19, Ilf), что, однако, требует работы опыт-
ного стеклодува и приводит к плохому исполь-
зованию объема, так как при отпайке трубки
уложенные в ней детали не должны подвер-
гаться действию потока горячих газов. Наибо-
лее дешевым и удобным даже для очень чув-
ствительных материалов оказалось хранение
обезгаженных деталей в обычных стеклянных
банках, применяемых для консервирования пи-
щевых продуктов, с резиновыми уплотняющи-
ми прокладками, не содержащими серы
(рис. 9-2-19,7 V), которые откачивают под кол-
паком (рис. 9-2-119,V). Крупные детали, напри-
мер сетки больших генераторных ламп, во-
обще -не хранят долго, а обезгаживают каж-
дую отдельно незадолго до монтажа
в высокочастотной печи (рис. 9-2-19,//).
П-ри изготовлении ламп со стеклянными
оболочками требует особой тщательности за-
варка в баллон стеклянной ножки со смонти-
рованной на -ней из обезгаженных деталей
сложной системой электродов. Необходимо
следить за тем, чтобы обезгаженные детали не
соприкасались с сильным газовым пламенем,
необходимым при заварке, особенно на авто-
матах (см. гл. 10), с нагретым воздухом или
с горячими продуктами горения, содержащими
пары воды и серу, так как в результате это-
го весь предшествующий процесс обезгажива-
Рис. 9-2-19. Различные устройства .для хранения обез-
га же иных деталей в вакууме.
I—трубка со шлифом /, краном 2 и влагопоглотите-
лем 3, откачанная после заполнения обезгаженными
деталями 4; II—вакуумный эксикатор с пришлифо-
ванной крышкой 5, краном 6 и влагопоглотителем 7;
III—ампула для хранения: а —после наполнения; —
с оттянутым горлышком для откачки и с—откачанная
и запаянная; IV—стеклянный сосуд для хранения
(обычная консервная банка) с отшлифованным борти-
ком 8, резиновой уплотняющей прокладкой 9, стеклян-
ной пришлифованной крышкой 10 н прижимной пру-
жиной II из ленточной стали; V—установка для от-
качки наполненных стеклянных сосудов для хранения
деталей, подобных IV; стеклянный колпак 12 с коль-
цом 13, уравновешивающими грузами 14, металличе-
ским основанием 15, резиновым уплотнением 16 и ваку-
умным трубопроводом 17.
V
488
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-2-20. Заварка ножки с системой электродов
в баллон в защитном газе (N2).
/—монтаж электровакуумного прибора с предвари-
тельно обезгаженными деталями; 2—ножка; 3—штен-
гель; 4—трубка для подачи» жестко соединенная
с вращающейся ножкой лампы; 5—шпиндель завароч-
ного станка; 6—ввод азота; 7 — оболочка электроваку-
умного прибора; 8—газовое пламя.
ния фактически теряет смысл. Хорошо зареко-
мендовала себя заварка в защитной атмосфе-
ре 332. . Для этой цели .внутрь штенгеля лампы
вставляется трубка, через которую во время
заварки в баллон лампы под небольшим дав-
лением подают азот (рис. 9-2-20). При этом,
однако, необходимо следить за тем, чтобы ко-
нец трубки был введен внутрь баллона не ме-
нее чем на 5 мм 333, а между стенками штен-
геля и трубкой для подачи азота осталось до-
статочно места для выхода азота после завар-
ки ножки, так как избыточное давление азота
может деформировать еще горячий и мягкий
спай.
IV. Обезгаживание систем электродов
в процессе откачки ламп
[Л 10]
Высокая рабочая температура отдельных
деталей электровакуумных приборов, загряз-
нения, которые могут быть 'внесены во время
монтажа после предварительного обезгажива-
ния деталей (места пайки, адсорбция газов,
загрязнение поверхности), а также вопросы
экономики производства (срок службы и
эксплуатационные расходы при .использовании
высокотемпературных печей) требуют, как
правило, повторного обезгаживания деталей
во время откачки электровакуумных прибо-
ров. Температура обезгаживания определяется
необходимостью сохранения формы электро-
332 Если заварку пламенем вообще не заменили
соединениями стеклянных деталей с помощью припоя
(см. § 10-6), пайкой металлических цилиндров (см.
рис. 9-3-47), цельнометаллическими конструкциями
или герметичной керамикой (см. гл. 12 и 32), заме-
няющей стекло.
333 Если трубка короче штенгеля, то протекаю-
щим -через него азотом в лампу увлекается воздух.
дов, предохранения стеклянных деталей от на-
гревания за счет .излучения, а также давле-
нием насыщенных паров металлов, из кото-
рых изготовлены соответствующие детали,
очень сильно возрастающим, как известно,
с повышением температуры. При слишком вы-
сокой температуре пары 'металлов при обез-
гаживании будут конденсироваться на холод-
ных участках лампы (стеклянные стенки, нож-
ка, изоляторы) м могут вызвать недопустимые
повреждения (налеты, поглощающие свет, де-
фекты изоляции, кажущееся улучшение ва-
куума, отравление поверхности катода и т.п.).
В § 9-5-4 (см. приложение) приведены зави-
симости давления насыщенных паров различ-
ных ’металлов от температуры. Чем ниже дав-
ление насыщенных паров металла, тем ниже
скорость его испарения при данной температу-
ре и тем выше, следовательно, может быть
температура обезгаживания и эксплуатации
деталей.
В сплавах, как правило, давление паров,
а следовательно, и скорость испарения легко-
летучих составляющих снижаются другими
компонентами сплава тем сильнее, чем мень-
ше содержание легколетучих составляющих
по сравнению с другими компонентами.
Практически, однако, можно всегда считать
общее давление насыщенных паров таким же,
как и у составляющей с максимальным дав-
лением насыщенных паров (например, давле-
ние насыщенных паров латуни и опреде-
ляемую им скорость испарения полагают рав-
ными соответствующим величинам для цинка).
Поэтому для определения максимально
допустимой нагрузки во время обезгаживания
необходим точный контроль температуры
обрабатываемых деталей при откачке. Это
осуществляется обычно путем оптического
пирометрирования 334 335. Для измерений темпера-
тур деталей малых размеров или проволок
используют микропирометры (рис. 9-2-21).
Обычно бывает необходимо измерить истин-
ную температуру свободно излучающих де-
талей, которая определяется их излучатель-
ной способностью. Для определения истинной
температуры по измеренной (яркостной или
«черной») температуре служит номограмма,
приведенная на рис. 9-5-10 (см. приложение).
В табл. 9-2-4 приведены величины коэффи-
циента излучения Ау при 6 500 АЗЗБ основных
материалов, используемых в вакуумной тех-
нике. Поглощение излучения стеклянной обо-
лочкой (главным образом пленками металлов,
которые часто осаждаются на ней) и отраже-
ние излучения посторонних источников света
измеряемым объектом необходимо считать
источником наиболее частых ошибок при пи-
рометрии (см. также [Л. 42]). Изменение ха-
рактеристик самой лампы компенсируют пе-
зз4 путем сравнения яркости градуированной
нити пирометра с яркостью визируемого оптически
увеличенного объекта (увеличение микропирометра
20:1).
335 Длина «волны 6 600 А одновременно удовлет-
воряет требованию достаточной яркости наблюдаемо-
го объекта и возможно большему расширению пре-
делов измерений в сторону более низких темпера-
тур. При температурах выше 800° С в пирометрах
обычно применяется красный фильтр, который прак-
тически пропускает только излучение с длиной во77
ны 6 500 А-
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
489
Дымчатый, светофильтр
излучение
Рис. 9-2-21. Оптические пирометры для измерения тем-
пературы деталей при отжиге.
I—микропирометр с выносным стрелочным прибором
(изготавливался ранее фирмой Siemens и Halske);
II— пирометр со встроенным измерительным прибором
(тип „Пиропто"; изготовитель , Hartmann and Bra-
un (Франкфурт-на-Майне, ФРГ); III — схема пиро-
метра „Пиропто", с помощью которого можно изме-
рять температуру тел диаметром 1 мм при расстоянии
до объекта 60 см. Применяя насадочную линзу
(10 диоптрий) и при расстоянии до объекта 9 си этим
же прибором можно определять температуру проволоки
диаметром 0.2 ж и-
Объектив
Пирометрическая лампа
22
оасный
чмьтр
490
Специал. методы обраб. метал., применяющ. в вакуум, технике [ Гл. 9
Таблица 9-2-4
Коэффициент монохроматического излучения А, некоторых материалов при
\ % 5 500—6 500 А (излучательная способность черного тела принята за IOQ.%);
см. также [Л. 8, 9, 27, 36, 50, 83]
Материал Температура, °C Ах. (%) Материал Температура, °C (%)
Ag 940 4—5 Ni 1 000 1 400 37,5 36
Al — 18—28
А13О3 1 000 2 000 10—15 22—38 NiO 1 000 1 450 89 69
Al на Fe См. табл. 6-5-2 Nb 1 730 37
Au (тв.) (жидк.) 1 000 1 065 -х.15 -x.22 Nb2O5 — 71
Жесть P2 — См. табл. 6-5-2
Be <1 260 61 [48]’) Pd — 35
ВеО 1 470 37 Фарфор — 25—50
С, полированный шероховатый 1 250 1 250 72—82 88—90 Pt 930 1 600 29,5 31,0
СаО — 10—40 PtNi(5/o) 1 100 33
Со — 36 Rh — 24
Сг — 39 Ta 930 1 730 46,9 41,3
Сг2О3 1 200 80
Си (тв.) (жидк ) 930 1 100 9,6 15 TaC2) 20—2 700 6 500 A:55 5 500 A:63
СиО — 70 Th 800 36—38
Си2О 1 100 60 ThO2 — 57
Fe 1 050 38—44 Ti 880 1 130 59 69
Fe2O3 — 80
Ir 1 750 30 TiO2 — 52
MgO 1 200 2 000 7—15 13—46 W 800 2 200 45 42,5
Mo 730 1 730 39 35,3 Zr, гексаг кубич. <1 230 >1 230 48 43
ZrO2. — 6-9
о Сильно зависит от состояния поверхности (пленки окислов!).
s) См. табл. 3-5.4.
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
491
риодическим контролем по эталонной градуи-
рованной лампе 'накаливания с вольфрамовой
лентой, показанной схематически на рис. 9-2-22.
Обезгаживание системы электродов во
время откачки производят четырьмя различ-
ными способами:
а) нагреванием во внешней печи;
б) электрическим нагреванием прямым
пропусканием тока (например, катоды прямо-
го макала);
в) высокочастотным нагреванием;
г) электронной или ионной бомбарди-
ровкой.
В зависимости от типа электронного при-
бора, который подвергается обезгажинаиию,
применяют тот или иной способ, или же
несколько способов одновременно. В послед-
них трех указанных методах энергия, необхо-
димая для нагревания детали до определенной
температуры, если не учитывать отвода тепла
держателями, выводами и т. п. и если поверх-
ность детали не экранируется другими частя-
ми прибора, зависит исключительно от разме-
ров детали и от полной излучательной спо-
собности материала. Данные о полной излуча-
тельной способности блестящих поверхностей
металлов и графита приведены в соответ-
ствующих таблицах свойств отдельных мате-
риалов. Данные для шероховатых поверхно-
стей металлов (обработанных пескоструйкой,
си-нтерированных, карбонизированных и т. п.)
см. § 9-4, рис. 9-4-9, 9-4-10А, 9-4-16 и 9-4-17.
Газоразридные приборы обезгаживают,
как .правило, в вакууме до введения напол-
няющего газа или источника паров 336. Там,
где это невозможно (лампы без накаленных
катодов или с очень большим расстоянием
между электродами), газовое наполнение
после обезгаживания должно быть обновлено
(промывание).
а) Обезгаживание электродов нагрева-
нием во внешней печи производится, как пра-
вило, в стационарных электрических или
газовых печах (см., например, рис. 9-2-29,//
и 10-245—246А) или на карусельных автома-
тах в туннельных печах (см. рис. 10-242—
244А, 10-250 и 10-201). Основной задачей при
этом является обезгаживание внутренней по-
верхности стекла. Однако при нагревании во
внешней печи, помимо дегазации стеклянных
поверхностей, часто происходит и значительное
удаление газов из металлических деталей, осо-
бенно таких, которые не были предварительно
обезгажены или же из-за близости стеклянных
частей самой шампы не могут быть обезгаже-
.ны при более высоких температурах (напри-
мер, экранирующие колпачки вводов, укреп-
ленные на стекле хомутики, впаянные в стекло
держатели). В тех случаях, когда металличе-
ские детали электронной лампы доступны сна-
ружи, их дополнительно нагревают с помощью
внешней нагревательной спирали (мощные ге-
нераторные лампы с внешним медным анодом 338
338 в особенности это относится к электронным
лампам с оксидными катодами, при откачке которых
одновременно с обезгаживаиием электродов происхо-
дит формирование катода, сопровождаемое выделе-
нием значительного количества СОг н Ог из по-
крытия.
Рис. 9-2-22. Эталонная лампа накалива-
ния для градуирования пирометров с ис-
чезающей иитью. Изготовитель Osram;
см. [Л. 50].
1—баллон; 2—ножка; 3—спай иожки
с баллоном; 4—штенгель; 5—цоколь;
6 — медные выводы; 7—впаянные в стек-
ло вводы; 5—никелевые держатели;
9—10—молибденовые держатели; 1/ —
вольфрамовая лента; 12—отметка для
измерений.
или рентгеновские трубки с полым корпусом
антикатода, см., например, (Л. 29]).
Восстановление окисленных .поверхностей
медных деталей, которые непосредственно со-
единены со стеклянными частями и поэтому
не могут быть нагреты до достаточно высо-
ких температур, вызывает большие трудности
(например, детали мощных генераторных
ламп). Более подробно о восстановлении по-
верхности таких деталей во время откачки во
внешней печи ом. § 5-4 (раздел «Химические
свойства меди») (Л. 29] и § 10-5, рис. 10-247.
При производстве миниатюрных ламп, ко-
торые изготавливаются путем пайки из метал-
лических (Си) и керамических деталей без
применения стекла, удается производить
откачку и обезгаживание при температурах,
превышающих точку плавления припоя [Л. 37].
В этом случае уже спаянную или только
собранную (со вставленными в соответствую-
щие пазы кольцами припоя) лампу с откры-
тым штенгелем нагревают в высоковакуумной
печи до 800° С. Несмотря на то, что при этой
температуре припой 'находится в расплавлен-
ном состоянии, он удерживается капиллярны-
ми силами в узких пазах между металличе-
скими деталями и керамикой. После обезта-
живания штенгель запаивают (метод см.
рис. 9-3-32А,/) и охлаждают лампы -по'д ва-
куумом. Только по достижении 60° С обезга-
женные и запаянные лампы извлекают из ва-
куумной печи.
б) Обезгаживание электродов нагрева-
нием иепосредстиениым пропусканием тока.
Детали, которые допускают нагревание пря-
мым пропусканием тока, т. е. главным обра-
зом катоды, иити иакала, вспомогательные на-
греватели и т. п„ должны быть обезгажены
492
Специальные метооы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-2-23. Кривые для определения
потребляемой полезной мощности при
высокочастотном нагревании цилиндри-
ческих деталей в вакууме [Л. 67].
Полезная мощность _____
Не = 2.81 (em);
z—число ампер-витков [a); f—частота
[гц); р.— магнитная проницаемость;
р—удельное электросопротивление
[ом-ммг/м]; й,—диаметр индуктора S
[лш]; de—диаметр подогреваемой дета-
ли Е [мм]; h—высота индуктора S и
детали Е [мм]; О—геометрический фак-
тор (определяется из кривых).
перед обработкой остальных деталей337. Тем-
пературу этих деталей следует повышать по-
степенно и, если необходимо (при выделении
большого количества газов), с паузами, чтобы
избежать чрезмерного повышения давления 338,
Максимальная величина тока накала всегда
должна быть больше, чем во время нормаль-
ной эксплуатации. При обработке длинных на-
каливаемых проволок можно при этом вместо
контроля температуры пирометром использо-
вать измерение относительного сопротивления
^?т/^20’С (^-М. гл. 21).
в) Обезгаживание электродов высокоча-
стотным нагреванием (Л. 38, 63, 65, 77]. При
этом методе нагревайте деталей производится
электромагнитным полем индуктора, разме-
щенного вне электронной лампы. Полезная
мощность, которая при этом индуцируется
в массивном цилиндре * 338 339, равна [Л. 118, 67]:
(Ve = 2,81.10-66z2F'7ppr [вт],
837 Исключение составляют оксидные катоды,
которые (из-за своей чувствительности к газам после
разложения карбонатов) должны быть обработаны
и обезгажены только после высокочастотного нагре-
вания остальных деталей.
338 В идеальном случае давление газов во вре-
мя обезгаживания не должно превышать 10—4 мм рт. ст.
339 Это соотношение справедливо и для полых
цилиндров, которые чаще всего применяются в каче-
стве электродов (особенно аноды усилительных
ламп), до тех пор, пока толщина их стенок больше,
чем глубина проникновения высокочастотного поля
(см. ниже).
где G — постоянная, зависящая от высоты h
индукционной катушки и ее диаметра ds,
а также от диаметра de нагреваемого элек-
трода; величину ее можно определить по кри-
вым на рис. 9-2-23; f [гц]— частота; р — маг-
нитная проницаемость; рг — (ом • мм2/м) —
удельное электрическое сопротивление отжи-
гаемого материала (обе величины при темпе-
ратуре отжига Т° С) и Z—число ампер-витков
индукционной катушки. Практически можно
почти всегда считать Ц=1, так как температу-
ры нагревания обычно превышают точку маг-
нитного превращения ферромагнитных мате-
риалов (Ni: 360°С; Fe: 7'70°С). Более высо-
кая магнитная проницаемость проявляется
только в соответственном сокращении време-
ни, необходимого для разогрева деталей.
Необходимое число ампер-витков 'индук-
ционной катушки 340 * * определяют из усло'вия,
что подводимая мощность |(АГе) равна мощ-
ности, которую нагреваемый электрод излу-
чает в вакууме (Лбг). Отсюда необходимое
для нагревания деталей число ампер-витков
индукционной катушки равно:
Nr
----------И.
2,81 • 10-«G /fp.pr
Z =
причем если излучение деталей близко к чер-
ному телу, то можно определить по тем-
пературе Т (°C) и вел1и-чиие свободно ..излу-
чающей поверхности О (см2)’.
NT = 5,75.10-12Т*О [втп]84’.
(Величину излучения черного тела см. также
§ 9-5-9 приложения.)
Полная мощность излучения металлов, не
обладающих «черным» излучением, с более
или менее «серой» поверхностью, как изве-
стно, является только частью излучения чер-
ного тела -при той же температуре:
NT = еЛ^у,
где е — полная излучательная способность «се-
рого» тела при данной температуре. Так как
обычно таблицы свойств отдельных !мегалло®
не содержат прямых данных, величину Nt'
можно определить на нагреваемых пропуска-
нием тока проволоках или лентах определен-
ных размеров .из соответствующего материала
840 О расчетах высокочастотных индукционных
катушек см. также [Л. 31, S3, 84].
841 Пример: температура нагревания цилиндриче-
ского черненого никелевого электрода 800е С, т. е.
1 073® К, диаметр 2 см. высота 3 см, т. е. О = 18,8 см2.
Следовательно: Ny = 5,75-f0"l * * * VM 0734- 18,8 = 145 em. Nf
увеличивается, если принять во внимание дополнитель-
ное излучение обоих открытых концов цилиндра и
энергию, отводимую за счет теплопроводности держа-
телей, и уменьшается, если поверхность электродов
блестящая (см. рис. 5 2-8). Для индукционной катушки
диаметром 4 ел (0 = 0,7) и никелевых электродов (при
800° С ру = 0,45 и 1) необходимое число ампер-
витков катушки при З-КРгч
г=|/-------------14° — =450|а1.
V 2,8Ы0-8*0,7 * З-ЮМ-0,45
Практически применяют катушку из 6 витков,
70а = 420 ампер-витков.
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
493
путем измерения тока я напряже-
ния 342 при одновременном измере-
нии его температуры (например,
пирометрическим методом при уче-
те излучательной способности в
данном участке спектра или. точ-
ными термопарами).
Глубина проникновения 343
ht = 500 |/ (мм)
V fa
высокочастотного поля В нагре-
ваемые электроды из различных
материалов при 20 и 800° С и раз-
личных частотах приведена в
табл. 9-2-5; зависимость от темпе-
ратуры и частопгы показана на
рис. 9-2-24.
Если Толщина стенки какого-
либо .нагреваемого полого цилин-
дрического электрода, соосного с
индукционной катушкой, значи-
тельно больше глубины проникно-
вения поля, то электрод погло-
щает такую же мощность, как и
сплошной цилиндр тюго же диа-
метра. Поле внутри него практи-
чески отсутствует (при достаточ-
ной длине), а детали, которые
находятся внутри такого цилиндра (например,
сетки усилительных ламп), фактически оказы-
ваются iB«e зоны действия поля. Это также
а ряде случаев (производство усилительных
ламп) определяет верхний предел применяе-
мой частоты. Как видно из табл. 9-2-5 и
рис. 9-2J24, при толщине стенки около 0,1 мм
и материалах со сравнительно высоким удель-
ным сопротивлением (иапример, никель) не-
которая часть энергии будет все же передана
внутренним деталям, если, конечно, рабочая
частота ие слишком высока. Нагревание вну-
тренних деталей можно облегчить, изготавли-
вая внешний электрод не из жести, а из сетки
(кажущееся увеличение удельного сопротив-
ления).
В качестве высокочастотных индукцион-
ных катушек обычно применяют однорядные
бескаркасные спирали из тонкостенной медной
трубки с внешним диаметром 4—10 мм и рас-
стоянием между витками 2—4 мм, охлаждае-
мые внутри сжатым воздухом или водой
(рис. 9-2-25). Крупные катушки закрепляют
путем оплетки асбестом или стеклотканью
или применением керамических стержней
342 Для исключения влияния охлажденных кон-
цов нагреваемой проволоки необходимо измерять на-
пряжение в средней равномерно нагреваемой части
с помощью двух зондов из очень тонкой вольфрамо-
вой проволоки, не вызывающей охлаждения образца.
343 «Глубиной проникновения» называют толщи-
ну материала электрода, на которой амплитуда плос-
кой волны электромагнитного поля затухает на 1/е
часть своей первоначальной величины, т. е. пример-
но на 37%. Следует учитывать, что в литературе
«глубиной проникновения» часто называют глубину
такого слоя, в котором амплитуда уменьшается до
е2я части, т. е. примерно до одной 650-й части своей
первоначальной величины [Л. 91]. Часто также под
«глубиной проникновения» понимают толщину мате-
риала, на которой амплитуда уменьшается до ^пер-
воначальной величины, т. е. в 100 раз (см. верхние
кривые иа рис. 9-4-9А).
Рис. 9-2-24.
I—глубина проникновения поля высокой частоты hIm> (36%) в различ-
ные металлы и электрографит при частоте 100 кгц в зависимости от
температуры Т (заштрихована область для р больше 1); II—коэффи-
циент k для определения глубины проникновения h^=khim при
частоте f • по известной глубине проникновения Ли0 при частоте
100 кгц [Л. 53.)
(рис. 9-2-26). Весьма целесообразно также
изготавливать высокочастотные индукторы из
медной ленты, плоскость которой- располагают
перпендикулярно оси катушки, а отдельные
витки изолируют друг от друга слюдя-
Рис. 9-2-25. Индуктор из медной трубки
для генератора высокой частоты.
1 — медная трубка; 2, 3—токоподводы;
4, 5—резиновые шланги водяного ох-
лаждения.
•ными прокладками (рис. 9-2-27). Максималь-
ная нагрузка индукторов при использовании
медных трубок — около ‘20—30, а медных
лент — около 110—15 а]см периметра проводни-
ка. Нагрузка круглых или ленточных токопод-
водов не должна превышать 3—5 а/см пери-
метра проводника 344. В гибких вводах в виде
изолированных канатиков или тонких изоли-
рованных лент мадной фольги (тоньше
0,1 мм), у которых глубина проникновения
высокой частоты больше, чем толщина про-
водника, предельная плотность тока состав-
ляет 1—3 а! мм2.
Из рис. 0-2-23 следует, что при неизмен-
ных размерах катушек мощность, поглощаемая
нагреваемой деталью, 'растет с увеличением ее
344 Вследствие скин-эффекта данные плотности
тока ие относят к единице сечения проводника.
Таблица 9-2-5
Зависимость глубины проникновения hj высокочастотного магнитного поля от частоты (/), материала электродов
и температуры прогрева
Материал электрода ом-мм? Глубина проникновения = 500 fApp/ZH (мм)
Рт. - м
! = 10’ гц f = 10s гц 1 - 108 гц
20° С 830° С 20’ С 800’ С 20° С 800’ с 20’ С 800’ С
Алюминий 0,029 0,0722) 0,85 1,342) 0,23 0,422) 0,085 0,1342)
Железо 0,096 1,06 -1) 5,1 -’) 1,63 -’) 0,51
Графит 6—11 4,6—7,7 12,2—16,6 10,7—13,9 3,87—5,24 3,39—4,39 1,22—1,66 1,07—1,39
Инвар 0,83 1,15 -’) 5,36 -*) 1,70 —') 0,536
Медь3) ... 0,0172 0,0766 0,66 1,38 0,207 0,438 0,066 0,138
Молибден 0,048 0,25 1,10 2,5 0,346 0,79 0,110 0,25
Никель 0,087 0,45 -’) 3,35 -’) 1,06 —') 0,335
Платина 0,099 0,375 1,57 3,06 0,50 0,97 0,157 0,306'
Тантал 0,155 0,48 1,97 3,46 0,622 1,10 0,197 0,346
Вольфрам 0,055 0,26 1,17 2,65 0,37 0,81 0,117 0,265
) Из-за отсутствия точных данных о величине действительной магнитной проницаемости глубина проникновения для железа, инвара и никеля при 20’ С не
привегена.
При 400’ С.
з) hf (20° С) при 10’ гц ; 20 мк; 10’ гц: 1 мк; 108 гц~: 2 мк; 10'° гц : 0,7 мк;
hi (800’ С) при [О’ гц : 44 мк; 10е гц : 14 мк; 108 гц : 4 их, Ю«> гц ; 1,4 мк.
494 Специал. методы обраб. метал., применяющ. в вакуум, технике [Гл.
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
495
Рнс. 9-2-26. Высокочастотное
обезгаживание генераторной лам-
пы но время откачки с помощью
укрепленного вокруг нее индук-
тора из медной трубки [Л. 58].
диаметра, а с другой стороны, при данных
размерах детали связь между нею и катуш-
кой должна быть возможно более сильной;
поэтому размеры катушек увеличивают толь-
ко в той 'мере, насколько это необходимо, т. е.
практически диаметр катушки делают всего
на несколько миллиметров больше диаметра
баллона электронной лампы. Расположенные
вдоль оси катушки замкнутые металлические
цилиндры удается прогреть значительно легче,
чем металлические цилиндры с прорезями или
пластинки, ориентированные параллельно оси
катушки. В последнем случае выгоднее при-
менять плоские катушки из медной трубки.
Обычно они представляют собой две соосные
включенные последовательно медные спирали
с круглой или прямоугольной навивкой и при-
меняются на откачных автоматах (рис. 9-2-28),
причем электронные лампы во время откачии
перемещают в высокочастотном поле, образо-
ванном двумя неподвижными катушками.
Такие плоские катушки потребляют зна-
чительно больше энергии, чем круглые (на-
двигаемые), но дают возможность избавиться
от приспособлений для перемещения, необхо-
димых для круглых катушек. Облегчается так-
же трудоемкая перестройка автомата откачки
при переходе от изготовления одного типа
Рис. 9-2-27. Высокочастотные катушки для обез-
гажнвания, намотанные из медной ленты, реб-
ро которой перпендикулярно оси катушки. Из-
готовитель: Eisler Engineering Со.
ламп к другому, так как катушки 'Можно мон-
тировать на жестких держателях с установоч-
ной шкалой. Для лабораторных целей и руч-
ного обслуживания плоская катушка наиболее
выгодна, так как она хорошо концентрирует
энергию и ее можно по желанию применить
или как надвигаемую, или как плоскую. Это
позволяет использовать высокочастотный гене-
ратор меньшей мощности, так как последова-
тельным перемещением катушки вручную
(рис. 9-2-29) можно постепенно прогреть даже
достаточно большую систему электродов.
Особенно высокую концентрацию345 вы-
сокочастотного поля на очень маленьких ме-
таллических деталях (например, полочках
геттеров 'миниатюрных ламп), которые долж-
ны быть прогреты независимо от других элек-
тродов, получают при вкладывании в высоко-
частотные катушки керна из порошкообразно-
го железа (рис. 9-2-,.30). Для механической и
химической защиты порошкообразное железо
помещают при этом в закрытую оболочку
в виде стеклянной трубки, которую для
предотвращения потерь за счет вихревых то-
ков наполняют смесью из 1 об. части порошка
карбонильного железа и 1 об. части порошко-
образного асбеста. Смесь при использовании
спекается в плотный керн. Небольшие метал-
лические детали, например геттерные проволо-
ки, которые из-за их малых размеров с тру-
дом удается нагреть токами высокой ча-
стоты, можно также соединить с концами ме-
таллического кольца возможно большего
размера, т. е. создать «высокочастотное корот-
козамкнутое кольцо».
Нагревание хомутиков, которые исполь-
зуются для крепления электродов на стеклян-
ной ножке и поэтому при обезгаживании то-
ком высокой частоты не должны нагреваться,
предотвращают применением изоляционных
вкладышей под стягивающими гайками (с.м.,
например, рис. 9-3-31J).
Для получения токов, высокой частоты
применяют искровые или ламповые генерато-
ры, или же машины. Первые (рис. 9-2-31) об-
ладают преимуществами значительной просто-
ты и меньших габаритов, но для равномерной
работы требуют частой чистки разрядных про-
межутков и создают высокочастотные помехи.
Ламповые генераторы для обезгаживания
электронных систем, а также для .пайки,
отжига, спекания и т. п. в настоящее время
выпускаются сравнительно небольших разме-
ров мощностью до 250 кет. На рис. 9-2-32 по-
казаны три типа таких генераторов. На
рис. 9-2-33 приведены типовые схемы искровых
и ламповых генераторов, а в табл. 9-2-6 —
данные элементов схем. Выводы от генератора
к индукционной катушке должны быть как
Иожно короче; длинные соединения должны
быть выполнены в виде высокочастотных ли-
чин. Ламповые генераторы выгоднее искровых
вследствие более легкой регулировки напря-
жения, более равномерной отдачи мощности и
общей экономичности.
3,5 О типовых концентрирующих катушках для
высокочастотного нагрева очень узких зон, которые
применяются главным образом для пайки кольцеоб-
разных соединений между двумя трубчатыми или
дисковыми электродами, см. § 9-3.
496
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рнс. 9*2-28. Размещение высокочастотных индукторов на откачных автоматах.
I— спиральная надвигаемая катушка; II—конструктивное оформление надвигаемых катушек
с 1,5 витками; III — пара спиральных боковых неподвижных катушек; IV—неподвижные боко-
вые плоские катушки; V — неподвижная длинная линия с изменяющимся уровнем для обез-
гаживания деталей электровакуумных приборов на карусельных откачных автоматах; 1 —
индуктор из медной трубки (иногда охлаждаемый водой или сжатым воздухом); 2—анод
откачиваемой лампы; 3—полочка с газопоглотителем, расположенная выше анода; 4—
положение ламп в высокочастотном поле в период обработки анодов; 5—положение ламп
при обезгаживании и испарении газопоглотителя.
Воспринимаемая деталями при обезгажи-
вании мощность, часть которой теряется в ре-
зультате излучения, возрастает, как было уже
указано, с увеличением удельного электриче-
ского сопротивления материала деталей рт и
частоты f генератора. При обычных размерах
электровакуумных приборов, температурах
обезгаживания и характеристиках излучения
нагреваемых деталей наиболее целесообразным
диапазоном рабочих частот генераторов яв-
ляется 3 • 10~5—8 • 105 гц. При более высоких
частотах к. п. д. искровых и ламповых генера-
торов падает, а глубина проникновения поля
в .нагреваемые детали становится слишком ма-
§ 9-2 1 Обезгаживание металлов
497
Рис. 9-2-29. Обезгаживание мощных усилительных ламп
и некоторых электронно-лучевых трубок путем нагре-
вания электродов токами высокой частоты. Индук-
ционные катушки надвигают на лампы вручную с по-
мощью изолированной рукоятки.
I —охлаждаемая водой катушка, навитая из уплощен-
ной медной трубки (первоначальный диаметр 12.5 мм)
для обезгаживания электронных ламп с графитовыми
анодами; И — высокочастотное обезгаживание элек-
тронно-лучевых трубок иа откачных постах.
лой Поэтому сравнительно широкое примене-
ние нашли машинные генераторы с частотами
от 10 000 до 20 000 гц (рис. 9-2-ЗЗА). Несмотря
на то, что вследствие меньшей частоты они
отличаются несколько повышенными потерями
энергии в индукторе, их общий к. п. д. зна-
чительно выше, чем искровых генераторов
(50—75% при ‘мощности генератора 3—100 кет
{Л. '26]). Однако низкие частоты таких гене-
раторов не позволяют использовать их для
обезгаживания деталей небольших размеров
или с высокой излучательной способностью
(например, графит). Они также мало пригод-
ны для лабораторных целей, так как расходы
на такие установки слишком высоки.
Вследствие выделения газов из металличе-
ских деталей при высокочастотном обезгажи-
вании в электронных лампах наблюдается
повышение давления, величина которого зави-
сит от производительности насосов и сопро-
32—2200
Рис. 9-2-30. Концентратор поля высокой
частоты. Устройство с железным керном
для нагревания миниатюрных деталей.
1—миниатюрная приемно-усилительная
лампа: 2 — полочка с таблеткой газопо-
глотителя; 3—высокочастотная катушка;
4—запаянная стеклянная ампула, напол-
ненная порошком карбонильного железа
и асбеста.
тивления штешелей. Сокращения длительности
откачки часто достигают прерывистым нагре-
ванием деталей, так как при этом удается
кратковременно нагреть металлические детали
до более высоких температур, чем при непре-
рывном нагревании (опасность размягчения
стеклянных стенок). При прерывистом нагре-
вании необходимо, однако, учитывать, что
слишком высокое давление в лампе сильно
замедляет выделение газов из нагреваемых
деталей и может вызвать нежелательные хи-
Рис. 9-2-31. Искровой высокочастотный
генератор.
/—трансформатор; 2—масляный конден-
сатор; 3— восьмисекционный вольфра-
мовый искровой разрядник, охлаждаемый
водой; 4—индуктор; 5 —каб ель высокого
напряжения; 6—педаль для выключения;
7—общий выключатель; 8—деревянный
корпус (верхняя крышка и передняя
стенка удалены); 9—клемма заземле-
ния индуктора.
498
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Таблица 9-2-6
Данные схем высокочастотных генераторов, изображенных на рис. 9-2-33
Схема рис. 9-2-33 Эффектив- ная МОЩ- НОСТ ,э (квт) Элементы схем
А) Сименс 1—3 Искровой генератор: Т — трансформатор 6 кеа, 50 гц; Е: 6—8-сек- ционный искровой разрядник (пробивное напряжение каждой секции 800—1 000 в)
В — Е: ламповые генераторы
В) Телефун- кен Около 1 100—300 кгц. Лампы: „Телефункен RS18“ (17и = 16 в; /н = 8,8«; полезная мощность 0,45 кет); tf7 — лампа накаливания (15 вт)', —- диаметр 40 мм, 500 витков медной проволоки (0,7 мм), £2 — катушка диаметром 100 мм из плоской ленты; 20 витков медной ленты сече- нием 1,5 мм2; L3— катушка диаметром 150 мм из плоской ленты, 40 витков медной ленты 15X1 ммг
С) Лоренц 2 550 кгц. Лампы: „Телефункен RS 329g“ („Тесла Т329“ или „Филипс Т 329 Т“). £,: диаметр 40 мм; 500 витков медной проволоки (0.7 мм); Д2: диаметр 20 мм; 11 витков медной проволоки (1 мм); L3; диаметр 40 мм; 150 витков медной проволоки (0,5): £4: диаметр 200 мм; 6 витков медной трубки (6 мм)
D) RCA 8 250—400 кгц. Лампы: „RCA-892- („Тесла RD12YA“ или „Маркони CAT 6“); 15 кв, 1 а. Li- диаметр 120 мм; 500 витков медной проволоки (0,8 мм); L2; диаметр 150 мм; 40 витков медной проволоки (0,8 мм) Lz; диаметр 250 мм; 16 витков медной трубки (20 мм)
Е) Филипс 12 450 кгц. Лампы: „Филипс ТА 12/20“ („Тесла RDI8YA" или „Марко- ни САТ9“). £,: диаметр 120 мм; 500 витков медной проволоки (0,8 мм); L2; диаметр 150 мм; 30 витков медной проволоки (0,8 мм); L3; диаметр 250 мм; 10 витков медной трубки (20 мм)
мические реакции с чувствительными поверх-
ностями деталей (например, катодов). Особен-
но нежелательно прерывистое нагревание
отдельных участков деталей, изготовленных из
легко поглощающих газы металлов, напри-
мер, таких, как тантал, так как при этом
происходит только миграция газа из более
сильно .нагретой зоны, в части детали, имею-
щие болеее низкую температуру; с точки зре-
ния абсолютной величины при этом в, действи-
тельности не достигается обезгаживания внут-
ренних частей электронной лампы (подробнее
см. § 3-5).
Очень хорошим признаком слишком боль-
шого скопления газов в электронной лампе во
время действия высокой частоты при откачке
является интенсивное свечение возбуждаемых
высокой частотой газов. По цвету свечения
можно иногда судить о составе выделяющихся
газов 346. Обычно высокочастотный генератор
346 Для этой цели особенно эффективны высоко-
частотные катушки с большим числом витков, так
как при большем напряжении иа концах они созда-
ют более мощное электростатическое переменное по-
ле, под действием которого остаточные газы сильно
ионизируются, в результате чего возникает интенсив-
ное свечение.
347 Кнопкой на рукоятке индуктора или педаль-
ным контактом.
выключают 347 сразу же, как только возникает
свечение или его интенсивность переходит
определенный предел, так как иначе возникает
опасность превращения тлеющего разряда
в дуговой со всеми его разрушительными по-
следствиями для системы электродов лампы
Максимальная температура деталей, обез-
гаживаемых током высокой частоты во время
откачки, независимо от их материала опреде-
ляется в значительной мере конструкцией
лампы, прежде всего близостью стеклянных
частей и других чувствительных близлежащих
деталей системы. На автоматах для откачки
электронных ламп максимальная температура
никелевых электродов и молибденовых сеток
составляет около 850° С.
Геттеры, находящиеся в электронной лам-
пе распыляют также, нагревая нх полочки то-
ком высокой частоты после окончания, а иног-
да во время процесса обезгаживалия. В элек-
тровакуумных приборах, металлический корпус
которых препятствует высокочастотному нагре-
ву (генераторные лампы, металлические при-
емно-усилительные пампы, мощные выпрями-
тели), систему электродов можно обезгажи-
вать при откачке только электронной или ион-
ной бомбардировкой.
г) Обезгаживание электродов нагрева-
нием электронной или ионной бомбардиров-
§9-2]
Обезгаживание металлов
499
Рис. 9-2-32. Некоторые типы высокочастотных генера-
торов для обезгаживания деталей электровакуумных
приборов.
/—в настольном оформлении; потребляемая мощность
2 кет; эффективная мощность—около 1,1 кет; II—
передвижной генератор с автономным охлаждением;
потребляемая мощность 18 хит, эффективная мощ-
ность—около 10 кет; III—стационарная установка,
расход воды 25 л мин,, потребляемая мощность —
около 26 кет, эффективная мощность 16 кет. Изгото-
вители. 1 н//: Sclent. Electric, Carfteld N. J. —США.
Ill: Tesla Hloubetin, n. p., Прага.
кой. При откачке всех электронных приборов,
обладающих достаточно мощным источником
электронов, можно для обезгаживания дета-
лей применять нагревание их электронной
бомбардировкой. Метод состоит в том, что
к обрабатываемому электроду прикладывают
положительное по отношению к источнику
электронов напряжение 1/а [в], под влиянием
которого возникает поток электронов (ia [«])
с катода на данную деталь Благодаря энер
гии падающих на деталь электронов N=
—iaUa [em] 348 она достаточно сильно нагрева-
ется.
Электронная бомбардировка является наи-
более эффективным методом обезгаживания,
так как распределение температур обезгажи-
ваемых деталей при этом наиболее близко
к условиям эксплуатации приборов. Кроме
того, таким способом можно достаточно силь-
но нагреть те детали, которые трудно прогреть
током высокой частоты (например, сетки элек-
3” Так как обычно для ограничения тока при
случайном возникновении разряда в цепь лампы
включают защитное сопротивление (см. рис. 9-2-34),
за (7а всегда принимают анодное напряжение, изме-
ренное непосредственно на электродах лампы, а не
напряжение источника тока.
32*
тронных ламп или впаянные в медь вольфра-
мовые зеркала в рентгеновских трубках).
Устанавливая нужное напряжение на отдель-
ных электродах, можно добиться такого рас-
пределения температур, которое необходимо
для предотвращения появления налетов или
адсорбированных пленок на деталях, которые
иначе оставались бы холодными.
В конструкциях с большим количеством
деталей из тугоплавких металлов (W, Та, Мо)
прогрев электронной бомбардировкой приме-
няется и для предварительного обезгажи-
вания. При этом готовые детали (без стек-
лянных частей) временно монтируют в метал-
лической охлаждаемой водой герметичной
трубке и путем бомбардировки электронами
с собственного катода или, что предпочтитель-
нее, со вспомогательного катода нагревают де-
тали до столь высоких температур, какие не
удается получать в стеклянных приборах
из-за опасности размягчения стеклянных ча-
стей. Крупные вольфрамовые детали можно
таким способом обезгаживать при 2 500° С со
сравнительно небольшой затратой энергии.
Этот метод позволяет, например, до впаивания
в баллон дорогих систем электродов обнару-
живать и своевременно устранять дефекты,
500
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-2-33. Схемы высокочастотных генераторов для обезгаживания металлов в вакууме. Спецификации
и технические данные см. табл. 9-2-6.
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
501
Рис. 9-2-33 А. Генератор средней частоты для обезгажи-
вания металлических деталей электровакуумных при-
боров в процессе откачки.
I—принципиальная схема: 1 — умформер (мотор М и ге-
нератор G); 2—батарея конденсаторе а; 3—индуктор
из медиой трубки с водяным охлаждением; 4—вход
воды; 5—откачиваемая лампа; 6—педаль включения;
7—гидрокнопка; II — внешний вид умформера: частота
10 000 г ц, выходное напряжение 500/200 в при токе
73/147 а; число оборотов 3 0004-20% об/мин; возбужде-
ние 70 в/0,7 а постоянного тока; мощность мотора
48 кет (Siemens-Schuckert).
1
В противном случае легко происходит повреж-
дение или (в электронных л-ампах с катодами
прямого макала) разрушение катода иониой
бомбардировкой или возникающим дуговым
разрядом 349. Поэтому (особенно в лампах вы-
сокого напряжения) следует включать .в цепь
питания сопротивление, ограничивающее ток.
Для этой цели хорошо зарекомендовали себя
лампы накаливания с металлической (W)
нитью (рис. 9-2-34) 35°, с одной стороны, пото-
му что оии более дешевы и их накал служит
простым индикатором силы тока, а с дру-
гой — потому что благодаря увеличению их
сопротивления с ростом силы тока изменение
напряжения на обезгаживаемой лампе стано-
вится более благоприятным, чем при использо-
вании сопротивления, величина которого под
действием тока не изменяется, в особенности
при возникновении разряда. Однако нужно
следить за тем, чтобы при смене вышедших из
строя ламп накаливания новыми, даже рав-
ной мощности, не происходило замены ламп
с простой спиралью лампами с биспиралью, так
как это может изменить установленный режим
бомбардировки вследствие различия темпера-
турных характеристик сопротивления таких
ламп накаливания.
В конце обезгаживания к детали должно
быть приложено напряжение, превышающее
максимальное рабочее напряжение. Охлаждае-
мые водой внешние медные аноды можно
кратковременно нагревать в генераторных лам-
пах до 700° С без опасности проникновения
газа сквозь стенки анодов 351.
которые выявляются только при высоких
температурах.
Необходимо следить за тем, чтобы во
время электронной бомбардировки давление
выделяющихся газов внутри электронной лам-
пы ие превышало определенной величины.
340 В случае тантала эта опасность сравнитель-
но невелика вследствие значительной его способности,
абсорбировать газы в накаленном состоянии.
360 Это целесообразно не только при отжиге
электронной бомбардировкой в процессе откачки, но
и при «тренировке» электронных ламп.
502
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-2-34. Схема стенда для обезгаживания четырехэлектродных усилительных
ламп электронной бомбардировкой.
GI— газотрон с накаленным катодом (220 в) для обезгаживания сеток; М — машина
постоянного тока с регулируемым напряжением (200—2 000 в) для обезгаживания
анодов; L—ламповый реостат; S—переключателе ламп накаливания для подбора
наивыгоднейшей величины сопротивления реостата1; G—лампы накаливания
(по 25 —100 вт, 220 в), используемые в качестве сопротивлений; Т—накальные
трансформаторы.
1 На рисунке показан пример такой комбинации сопротивлений; в цепи анода:
даа ряда в параллель по две лампы последовательно; в цепи сетки Ga: два ряда
в параллель по четыре лампы последовательно; в цепи сетки Gt: четыре лампы
последовательно.
В ла-мпах с оксидным катодом поток элек-
тронов во время юбезгаживания используют
одновременно для активирования оксидного
слоя (см. гл. 24). В табл. 9-2-7 в виде приме-
ра описан режим вакуумной обработки усили-
тельной лампы средней мощности при индиви-
дуальной откачке «а тосту с ‘применением
электронной бомбардировки. При откачке на
автоматах небольших электронных ламп
с оксидными катодами (приемно-усилительные
лампы) в настоящее время для обезгажива-
ния электродов метод электронной бомбарди-
ровки ие применяют. В этом случае ограничи-
ваются обезгаживанием деталей высоко-
частотным нагреванием, обработкой и обез-
гаживанием катодов прямым пропусканием
тока, а также распылением бариевого геттера
нагревом током высокой частоты, после чего
электронную лампу отпаивают от насоса.
Отдельные электроды этих ламп нагружают
электрически уже после отпайки на трениро-
вочном стенде, причем выделяющиеся допол-
нительно газы поглощаются зеркалом геттера.
При изготовлении мощных ламп, главным
образом высоковольтных, например 'генератор-
ных ламп и рентгеновских трубок, обезгажи-
вание электронной бомбардировкой при откач-
351 О применении искрового .разряда или не-
большого напряжения для удаления поверхностных
пленок газа или загрязнений в высоковольтных при-
борах, некоторые детали которых не могут быть рав-
номерно обезгажены путем отжига (например, в лам-
пах с водяным охлаждением) СМ. [Л. 86] я табл. 9-2-8,
п. 12.
ке неизбежно (см. рис. I10-246A). В табл. 9-Й-8
и 9-2-9 приведены примеры порядка проведе-
ния электронной бомбардировки в генератор-
ных лампах с W или ThW катодами.
При больших расстояниях между элек-
тродами обезгаживаемых ламп или три мало-
мощных источниках электронов необходимо
учитывать, что для достижения достаточно вы-
сокой температуры обезгаживаемых деталей
необходимо (придать электронам высокие ско-
рости, применяя достаточно -высокие ускоряю-
щие напряжения; при этом -под действием па-
дающих электронов возникает интенсивное
рентгеновское изучение значительной прони-
кающей способности. Поэтому для защиты
обслуживающего персонала при откачке таких
приборов необходимо применять экраны,
предохраняющие от излучения и -представляю-
щие собой обычно одно целое с печью для
обезгаживания (например, облицовка из свин-
цовых -пластин). Минимальная толщина за-
щитного крана, который подавляет вредное
действие рентгеновых лучей в радиусе 1 м от
лампы, указана в табл. 9-2-10.
В тех случаях, когда применение элек-
тронной бомбардировки для обезгаживания
деталей невозможно из-за отсутствия в лампе
накаленного катода (например, газоразрядные
приборы с холодными катодами или вакуум-
ные конденсаторы), а также тогда, когда кон-
структивные особенности прибора не позво-
ляют использовать нагрев деталей токами вы-
сокой частоты, обезгаживание можно осуще-
ствить путем зажигания -высоковольтного раз-
ряда. Эту операцию обычно -проводят в часто
Примерный режим откачки пентодов с оксидными катодами с. применением обезгаживания
деталей электронной бамбардировкой
Напряжение накала катода 1-я сетка 2-я сетка, З-я сетка Анод Период влючення8), сек а Продолжи- тельность обработки2), мин Ь
На- пря- жение, в Добавочная лампа нака- ливания, вт На- тт ря- жение, в Добавоч- ная лампа накали- вания, вт На- пря- жение, в Добавочная лампа нака- ливания, вт На- пря- жение, в Ток, а Добавочная лампа нака- ливания, вт
А. Обезгаживание первой сетки
Номинальное 220 15 — — — — — — — 5 0,5
Номинальное 220 25 — — — — — — 5 0,5
Номинальное 220 40 — — — — — — — 5 1
Б. Обезгаживание второй сетки
Номинальное 220 15 220 25 — — — — 5 1
Номинальное 220 15 220 40 — — 5 1
Номинальное 220 15 220 60 — — — — — 5 2
В. Обезгаживание третьей сетки
Номинальное | 220 [ 15 | 220 | 25 | 220 | 60 | — | — | — | 5 | 2
Г. Обезгаживание анода
Номинальное 0 О') 1 220 25 0 0>) 440 — 60 5 2
Номинальное 0 О') 220 25 0 О') 440 0,305 200 5 10
Номинальное 0 О1) 1 220 25 0 оч 400 0,35= 200 5 10
Таблица 9-2-7
§ 9-2 ] Обезгаживание металлов
') Выводы соединить на панели накоротко.
’) Установить, изменяя потенциал второй сетки.
s) При обезгажнвании напряжение периодически включают на а сек и выключают на то же время. Процесс включения и выключения повторяют в течение о мин.
Описание процесса:
I. Лампы нагревают в печи при 400“ С в течение 5 мин, после чего в ловушку заливают жидкий азот н в течение 10 мин прогревают лампы с оболочками из легко-
плавкого стекла при 400° С, а лампы с оболочками из тугоплавкого стекла — минимум прн 480° С.
II. Обезгаживание никелевых анодов при 900—1 000° С высокой частотой.
III. Обезгаживание газопоглотителя с частичным распылением его (при этом образуется слабое .зеркало" газопоглотителя на оболочке лампы).
IV. Формирование катодов путем ступенчатого повышения напряжения накала до 15%-ного перекала, который поддерживают 2—3 мин.
V. Обезгаживание отдельных деталей электронной бомбардировкой (в указанной выше последовательности), При этом между катодом и первой сеткой включают
конденсатор емкостью 1 000 пф. Все сеточные и анодные напряжения измерены по отношению к средней точке катода (средняя точка вторичной обмотки накального транс-
форматора).
VI. Распыление газопоглотителя высокой частотой.
VII. Отпайка.
VIJI. Тренировка в течение 24 ч прн 10%-ной перегрузке.
504
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
обновляемой атмосфере водорода или в его
непрерывном потоке при давлении около
3 мм рт. ст. При очистке чувствительных к во-
дороду деталей (например, из тантала) водо-
род заменяют аргоном или гелием.
Таблица 9-2-8
Режим откачки генераторной лампы
мощностью 18 кет с вольфрамовым
катодом, молибденовой сеткой и внешним
медным анодом1
1. Откачка диффузионным иасосом с ло-
вушкой, охлаждаемой жидким азотом до
jP<40~* мм рт. ст. Продолжительность: око-
ло 10 мин после включения ртутиого насоса.
2. Внешний обогрев лампы в печи при
температуре отжига* 2 стекла оболочки; общая
длительность нагревания и охлаждения (до 60° С)
150 мин‘. Максимальная температура поддер-
живается 15—20 мин (pMaltc=10~‘ мм рт.ст.).
3. Обезгаживание катода-. Напряжение
накала ступенями по 1 в повышают от 60 a/aU F
(ном.) до 105% UF (ном.); при каждом повы-
шении контролируют вакуум, чтобы предотвра-
тить возможное повреждение катода. Длитель-
ность накаливания катода: около 60 мин.
4. Бомбардировка сетки-. UG= 1200 в;
1g постепенно повышают от 1 до 2 а повыше-
нием напряжения накала при непрерывном из-
мерении давления в лампе; напряжение на-
кала не должно превышать 110% Up (ном.)
Сетка при этом нагревается примерно до
2 100° С; температура нагреваемого за счет из-
лучения аиода не должна превышать 550—600° С
при анодах из чистой меди и 650° С при ано-
дах из фосфористой меди. Общая продолжи-
тельность: 60 мин6.
5. Периодическая бомбардировка сетки-.
UG — 1 200 в, I = 3 а, 20 сек; затем следует
перерыв (60 сек), во время которого /о = 0 (вы-
ключение напряжения накала катода). Макси-
мальная температура анода такая же, как и в
п. 4. Общая продолжительность (около 10 им-
пульсов) 15 мин6.
6. Нагревание на воздухе; отключить все
напряжения; охладить лампу до 60° С; удалить
жидкий азот из ловушек; отсоединить ртутиый
насос; впустить в лампу воздух через стеклян-
ный капилляр; опустить внешнюю печь и на-
греть лампу за 30 мин до 250° С4 5; запаять ка-
пилляр для напуска воздуха, снова включить
иасос, залить жидкий азот; 10 мин откачивать
лампу диффузионным насосом, измерить вакуум
(р<10-4 мм рт. ст.).
7. Повторное обезгаживание лампы в
печи; как в п. 5, 150 мин.
*) Условные обозначения: F — катод; G — сетка;
А — анод; Vр (ном.) — номинальное напряжение иакала
катода.
*) Эта температура на 15—30° С выше температуры
точки трансформации стекла.
з) Все указанные значения продолжительности
операций являются минимальными (например, мощные
лампы обезгаживают в печн до 4 ч).
*) Целью этой операции является окисление нале-
тов на стенках стеклянных оболочек.
5) Целью этой операции является очистка трудно-
доступных поверхностей.
®) Во время электронной бомбардировки давление
в лампах возрастает обычно до 5-10”3 мм рт. ст.
8. Повторное обезгаживание катода;
как в п. 3, 60 мин.
9. Повторная бомбардировка сетки;
как в п. 4, 40 мин.
10. Повторная периодическая бомбарди-
ровка сетки; как в п. 5, 15 мин.
11. Бомбардировка анода и сетки; со-
единить аноде сеткой; U AFG — 1 200в;7л+о=
— 2 а. Максимальная температура анода см.
п. 4, продолжительность 60 мин.
12. Жестчение ламп искровым разря-
дом6; отключить все напряжения, охладить
лампу до 60° С, между F + G и А 3 раза
включать напряжение 75 кв, затем аналогично
между F и G-J-A : 15 кв; операцию повто-
рять до прекращения появления искр или све-
чения (прежде всего на стекле). Длительность
операции: 3—4 мин.
13. Последний прогрев катода; при 105%
Up (ном.) без бомбардировки. Длительность
30 мин.
14. Отпайка лампы; после охлаждения
до 60° С.
15. Испытание; а) I ч при мощности, рас-
сеиваемой на аноде (15000 в; 1,33 а) при от-
рицательном сеточном напряжении (—120 в);
б) 1 ч в режиме генерации.
Таблица 9-2-9
Режим откачки генераторной лампы
(400 ат) с катодом из торированного
вольфрама, двумя молибденовыми
сетками и цирконироваиным
молибденовым анодом, охлаждаемым
за счет излучения1
1. ОткаЧка диффузионным насосом с ох-
лаждением ловушки жидким азотом до
р<10~4 мм рт. ст. Длительность: 10 мин
после включения диффузионного насоса.
2. Обезгаживание анода и экранов сеток
токами высокой частоты2 примерно при 1 200° С.
Катод не нагревается; контроль вакуума’; об-
щая продолжительность 90 мин.
Рис. 9-2-35. Схема ^установки для'откачки генератор-
ных ламп с катодами из торированного вольфрама.
/.—сосуд с нафталином; 2— кран; 5—генераторная
лампа; 4—термопарный манометр; 5 —ловушка с
жидким воздухом; 6—парортутный насос; 7—насос
предварительного разрежения.
3. Карбид и ров ание катода6; катод нагре-
вают 20 сек при 140% UF (ном.), затем отклю-
чают накал, соединяют лампу через кран 2 с
сосудом с нафталином / (рис. 9-2-35), ловушку
5 наполняют жидким воздухом и продолжают
1 Сноски к табл. 9-2-S см. на стр. 505.
§ 9-2]
Обезгаживание металлов
505
откачку (давление паров нафталина в лампе —
около 0,1 мм рт. ст.). Катод вновь прокали-
вают при 140% Up как только при постоянной
величине С/^ном) во время карбидирования
снизится на 8% начальной [величины, процесс
прекращают4.
4. Обезгаживание лампы во внешней пе-
чи при температуре отжига стекла оболочки.
Общая продолжительность нагревания и ох-
лаждения (до 60° С): 150 мин, включая вы-
держку при максимальной температуре в те-
чение 15—20 мин.
5. Повторное обезгаживание анода то-
ками высокой частоты- катод не нагревается.
Температура аиода 800° С (кратковременно
1 200° С); длительность 30 мин.
6. Обезгаживание анода и второй сет-
ки электронной бомбардировкой: G, соеди-
нить с F, а А — с G„ нагревать F при 100%
Uр (ном.) (5 в); бомбардировать А -}- G2 при 50%
t/д (ном.) (1 200 в)5. Ток эмиссии катода /д+с2
при этом возрастает по мере увеличения ак-
тивности катода; после достижения постоянной
величины тока эмиссии (600 ма) путем повы-
шения напряжения накала катода Up ток
^A+Gi Доводят примерно до 900 ма при общей
нагрузке N А+Ог — 250% NA (ном.). Напряжение
накала катода Up и бомбардирующее напря-
жение UA+G^ выключают одновременно. Про-
должительность процесса: 60 мин.
7. Бомбардировка первой сетки: G2 и А
не включают; мощность нагрузки NG сетки
G, составляет 800% No (ном.) (например, при
NOi (ном.) =12 вт режим бомбардировки:
UQt = -(-400 в и /О1 = 240 ма, NGa следова-
тельно, равно 96 вт, т. е. 8-кратиой номинальной
нагрузке); длительность операции 20 мин.
8. Тренировка: лампы в нормальном
рабочем режиме: UA =2 500 в; UQ =—50 в;
UG* =4-450 в, т. е. номинальные параметры
для ламп данного типа. Путем повышения на-
пряжения накала анодный ток доводят до 125%
1А (ном.), например, до 200 ма при IА (ном.)=
= 160 ма. Соответственно выделяемая на ано-
де мощность NА составляет 125% NА (ном).
Максимальный ток экранной сетки /о =
=—2... 4- 3 ма, ток первой сетки IG =2 мка
ионный ток). Длительность операции: 30 мин.
9. Импульсная тренировка.'Лампу вклю-
чают так же, как и в п. 8. В течение 20 сек
UOi изменяют от —50 в до 0 в; при этом 1Д
увеличивается от 200 до 400—500 ма, что
соответствует возрастанию нагрузки от 125 до
250% Na (ном.). Затем в течение 3 мин, лампу
тренируют при UG=—50 в, т. е. при 125%
Na (ном.) (см. п. 8). Подачу импульсов повто-
ряют 10 раз с паузами при 125% NA (ном.)
в течение 3 мин. Импульсную тренировку в
случае необходимости повторяют до тех пор,
пока ток эмиссии не перестанет уменьшаться
во время импульса.
10. Отпайка лампы.
11. Тренировка.: лампу эксплуатируют в
режиме п. 8 при NA = 125% N А (ном.) в те-
чение 30 мин и признают годной, если ток
эмиссии имеет тенденцию к повышению.
ЛИТЕРАТУРА
1. Andrews М. R., J. Franklin Inst.,
211 (1931), 689 (Содержание газов в Mo, Ni и
Си).
2. В a i n J. W. Me., The sorption of gases
and vapors, Princeton, N. J. 1943.
3. В a t z 1 e r K., Adsorption von Gasen
und Dampfen, Dresden, 1944.
4. Beggs J. E. a. Lavoo N. T., Proc.
IRE, 43 (Jan. 1955), 15—19 (Обезгаживание
спаев металла с керамикой в вакуумных пе-
чах при температуре, превышающей точку
плавления припоя).
5. Benesovsky F. et al., Berg- u. Hiit-
tenmann, Mtschefte, 100 (1955), 219—224 (Ду-
говая вакуумная плавка тугоплавких метал-
лов).
6. Biker man J. J., Surface chemistry.
New York, 1948.
7. Б p у« а у e p С., Адсорбция газов и па-
ров, пер. с англ. ИЛ, М., 1948.
8. Burgess G. К. a. Walten-
berg R. G„ Bull. Bur. Stand., 11 (1915), 591—
605 (Излучательная способность 23 металлов
и 12 окислов при 200—3 000° С).
9. Coblenz W. W., Int. Crit. Tables, 5
(1929), 238 (Постоянные излучения).
10. Coolidge W. D., Phys. Rev., 2
(1913), 409 (Предварительное обезгаживание
металлов).
11. Crites G. J., Met. Prog. (Mai 1953),
p. 161—167 (Высоковакуумные печи).
12. Da Hen ba ch W., Elektrotechn. Zs.,
55 (1934), 89 (Микроанализ газов в металлах).
13. Dei sin ger W., Berg-u. Hiittenmann,
Mtshefte, 100 (1955), 214—219 (Техника ваку-
умной плавки металлов).
9 Условные обозначения: F—катод; G, и G2—первая и вторая сетка; Д—аиод; Up (ном.), Uд (ном.) и т. д.—
номинальные эксплуатационные напряжения; ДОд (ном.), Nq (иом.) и т. д.—номинальные эксплуатационные на-
грузки.
2) Важно для успешного осуществления карбиднроваиия.
8) Вследствие присутствия паров нафталина все измерения давления следует производить термопарным
манометром.
4) Во время дальнейшей откачки присутствие остатков нафталина вызывает добавочное карбидирование
(уменьшение начального тока накала, измеренного при 140% Up (ном.) на 10—12%].
» Одновременное включение и выключение напряжений накала н бомбардировки существенно, так как в
противном случае происходит чрезмерная преждевременная активация катода, что вызывает осложнения при
дальнейшей обработке (см. п. 7).
в) Помимо опнсаного метода карбиднрования катодов из торированного вольфрама в собранной лампе, из-
вестен и другой способ, по которому катод, укрепленный на иожке лампы н помещенный в герметичный стек-
лянный колпак, карбидируют в потоке смеси водорода и паров бензола, после чего производят монтаж сеток гг
анода, заварку и откачку ламп.
506
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Таблица 9-2-10
Минимальная толщина экранов (мм), защищающих от рентгеновского излучения
(ток через трубку 10 ма, удаление наблюдателя от источника излучения >1 м1)
Материал экрана Энергия электронов [к в]
75 120 180 200 250 300 350 450
Свинец 1 3 4 6 8 13 19 25
Свинцовая резина 3 7 10 15 20 32 48 62
Свинцовое стекло 4 12 16 24 32 52 76 100
Баритовый кирпич 15 45 60 90 .— — .— —
Кирпич ПО 330 440 660 — ——. .—. .—.
Бетон 60 180 240 360 — — — —
*) См. также инструкции по эксплуатации рентгеновских установок DIN R6ntg. 2 (1930) и DIN
RGntg. 6 (1934)
14. D i е 1 s К. u. J a e c k e 1 R., Leybold
Vakuum-Taschenbuch, Berlin, 1958.
15. Domenico S. De а. С о ms toe k J.,
Met Prog., 52 (1947), 71 (Влияние примесей
в защитных газах).
16. Д э ш м а н С., Научные основы ваку-
умной техники, ИЛ, М., 1950.
17. Ельцин И. А. и Иевлев А. П.,
Физ. журнал. СССР, 5 (1934), 687, (Обезга-
живание графитных анодов).
18. Esmarch W., Siemens Z., 17 (1937),
269—275 (Теория индукционных печей).
19. Espe W., Slabopr. obzor, 14 (1953),
337—353; Nachrichtentechnik, 6 (1956), 355—
364 (Вакуумная плавка меди).
20. F a i г b г о t h е г J. A., Journ. Sci. Instr.,
12 (1935), 200—201 (Небольшая кварцевая
печь до 1 300° С для отжига деталей в водо-
роде).
21. Farkas A. a. Melville Н. W.,
Experimental methods in gas reactions, Cam-
bridge University Press, 1935 (Стр. 174—201:
Методы газового микроанализа).
22. F a s t J. D., Philips Techn. Rev., 11
(1949), 101 (Сравнение результатов плавки
металлов в вакууме, аргоне, водороде и азо-
те).
23. F a s t J. D. et al., Philips Techn.
Rundschau, 15 (1953), Sept., Heft № 3,
p. 81—89 (Плавка в высоком вакууме).
24. Fehse W., Elektrische Ofen und Heiz-
korper aus Wolfram, Braunschweig, 1928.
25. F e i c h t i n g e r H., Archiv f. d. Eisen-
hflttenwesen, 26 (1955), 127—130 (Экспресс-
анализ газов).
26. Fischer W., Elektrowarme, 4 (1934),
269 (Ламповый высокочастотный генератор).
27. Forsythe W. E., Int. Crit. Tables,
5 (1929), 245 (Соотношение истинной и ярко-
стной температур).
28. Fowler R. Н. a. S m i t h e 11 s C. J.,
Proc. Roy. Soc. (London), 160 (1937), 37—47
(Растворимость водорода в металлах).
29. Friendrich C. A., DR Pat. 263
402/1912/1913 (Обезгаживание антикатодов
рентгеновских трубок с помощью внутренних
нагревателей).
30. G i 11 е г R. R., 1957—4 te Nat. Sympos;
Vac. Technol. Transact., New York, 1958, p. 164:
Va kuumentga sungsof en.
31. Griffith В. H. a. Skiba R., Amer.
Machinist (1948), p. 12 (Расчет высокочастот-
ных индукторов).
32. Gul dner W. G., Bell Labor. Rec., 29
(1951), 18—20 (Лабораторная вакуумная печь
с графитовым тиглем).
33. Ham I. L., Trans. Am. Soc. Meeh.
Eng., 73 (1951), 723—732 (Дуговая плавка мо-
либдена в вакууме).
34. Н a n 1 е i п W., Gias- und Hochvakuum-
technik, 2 (1953), 279—284 (Вакуумные печи
сопротивления).
35. Hessenbruch W., Z. f. Metallkde,
21 (1929), 46 (Содержание газов в меди и ни-
келе).
36. Hirst Н., Chem. Eng. Mining Rev., 32
(1939), 19—23, 52—54, 115—119 (Пирометрия).
37. H u t h E. F., G. m. b. H., Franz. Pat.
518 783/1918/1921 (Обезгаживание деталей
в парах эфира).
38. Huth Е. F., G. m. b. Н„ DR Pat.
308 490/1917/1921 (Обезгаживание деталей то-
ками высокой частоты).
39. Яккель Р., Получение и измерение
вакуума, ИЛ, М., 1952.
40. J е n k i n s I., Controlled atmospheres
for the heat treatment of metals, London, 1946.
41. Johnson P. D., Journ. Am. Ceram.
Soc., 33 (1950), 168—171 (Устойчивость туго-
плавких окислов в вакууме при высоких тем-
пературах).
42. Keinath G., Elektrische Temperatur-
messgerate, Miinchen, 1923.
43. К i e f f e r R. u. В e n e s о v s k у F.,
Z. f. Metallkde, 47 (1956), 160—164 (Дуговая
плавка молибдена в вакууме).
44. К г a m е г s W. J. a. Dennard F.,
Vacuum, 3 (1953), 151—158 (Вакуумные пе-
чи сопротивления до 1 800° С).
45. Kroll W., Metallwirtschaft, 13 (1934),
725 (Дистилляция металлов в вакууме).
46. К г о 11 W. J., Trans. Electrochem. Soc.,
78 (1940), 35 s. a. Journ. Frank!. Inst., 260
(1955), 169—192 (Вакуумная дуговая плавка).
47. L a n d s b e r g H. et al., Vakuum-Tech-
nik, 5 (1956), 1—7, 25 (Непрерывный масс-
спектральный анализ газов в вакуумных пе-
чах).
48. La n gm u i r I. a. Ryder De, J.
Amer. Chem. Soc., 4 (1912), 1310 (Микроана-
лиз газов).
§9-2]
Обезгаживание металлов
507
49. L а г s е п В. М. et al., Trans. Am. Inst.
Min. Met. Eng., 113 (1934), 61 (Определение
кислорода в металлах).
50. L а х Е. u. Р i г a n i М., In Geiger—
Schell, Handbuch der Physik, 19 (1928), 27;
1 (1929), 241 (Излучение твердых тел).
51. Loebne-r F., Veroff. Geb. Nachrich-
tentechnik, 3 (1933), 253 (Глубина проникнове-
ния поля высокой частоты).
52. Lowry Е. F., Rev. Sci. Instr., 4
(1933), 606—609 (Вакуумная печь до 1000“С).
53. Lu pi nek М., Slabopr. obzor, 14
(1953), 28—36 (Высокочастотный нагрев в про-
изводстве электровакуумных приборов).
54. Lustman 'В., Met. Prog., 50 (1946),
850 (Химические реакции при нагревании ме-
таллов в защитной атмосфере).
55. М а 1 с о 1 m Е. D., Journ. Sci. Instr.,
Suppl. № 1 (1950), 63—66 (Вакуумная плавка
металлов).
,56 . М a m u 1 а М. u. V а с е k J., Hutnicke
listy 11 (1956), 654—661 (Обезгаживание тан-
тала).
57. М с R i t с h i е F. Н. u. Ault N. N.,
J. Amer. Ceramic Soc., 33 (1950), 25—26 (Вы-
сокотемпературная вакуумная печь).
58. Mendenhall H. E., Bell Labor.
Rec., 11(1932), 30 (Производство генератор-
ных ламп).
59. M о r s e R. S., Ind. Eng. Chem., 30
(1947), 1064 (Содержание газов в переплав-
ленной в вакууме бескислородной меди).
60. Nikuradse A. u. Ulbrich R.,
Das Zweistoffsystem Gas—Metall, Munchen,
1950
61. Nisbet J. D., US Pat. 2564
498/1949/1951 (Сочетание плавки в вакууме с
восстановлением ,поверхности расплава потоком
водорода при пониженном давлении).
62. N о г t о n F. J. а. М а г s h а 11 A. L.,
Trans. Am. Inst. Min. Eng., 156 (1944), p. 351—
371 (Обезгаживание металлов).
63. Oatley C. W. u. Smith J. B., Phil.
Mag., 22 (1936), 453—462 (Высокочастотная
аппаратура для обезгаживания деталей в ва-
кууме) .
64. О kr ess Е. С. et al., J. Appl. Phys.,
23 (1952), 545; Iron Age (1952), 83 (Бести-
гельная плавка металлов во взвешенном со-
стоянии) .
65. О s b о г n Н. В., et al., Induction Hea-
ting, Cleveland, 1946.
66. P a r k e R. M. u. H a m I. L„ Trans.
Am. Inst., Min. Met. Eng., 171 (1947), 416—430
(Дуговая плавка молибдена в вакууме).
67. Reche К., Wiss. Veroff. Siemens-
Konzern (1), 12 (1933), 1 (Теория индукцион-
ных печей).
68. Rohn W., Z. f. Metallkde, 21 (1929),
12 (Свойства выплавленных в вакууме ме-
таллов) .
69. Rohn W., Jubilaumsfestschrift He-
raeus—Vakuumschmelze, S. 24, Henau, 1933
(Вакуумные плавильные печи).
70. Rohn W„ DRP 345 161/1918/21; DRP
350 701/1918/22 (Плавка металлов в вакууме).
71. Rose К., Metals and Alloys (1945),
1324—1326 (Отливка медных анодов в ва-
кууме).
72. Sachs G„ Praktische Metallkunde,
Teil I: Schmelzen und Giessen, Berlin, 1933.
73. S c a f f J. H. a. Schumacher E. E„
Metals and Alloys, 4 (1933) 7 (Газы в ме-
таллах) .
74. S c h e i b e W., Z. f. Metallkunde, 46
(1955), 242—253 (Вакуумные печи фирмы «Де-
гусса»).
75. Schumacher Е. Е„ Bell Labor. Rec.,
12 (1933), 17 (Газы в металлах).
76. S с h w а г z Н., в книге Р. Я к к е л ь,
Получение и измерение вакуума, ИЛ, М., 1952.
77. S h о w е г Е. G., Bell Labor. Rec., 15
(1937), 391—397 (Высокочастотное оборудова-
ние для обезгаживания).
78. S i е v е г t s A., Z. phys. Chem., 60
(1907), 129; 74 (1910), 277; 77 (1911), 591; Z.
Metallkunde, 1 (1929), 37 (Растворимость во-
дорода в металлах).
79. S m i t h e 11 s C. J. u. R a n 1 e у С. E.,
Proc. Roy Soc., Lond. (A), 150 (1935), 172
(Диффузия газов в металлах).
80. С м и т т е л с К. Дж., Г азы и метал-
лы, Металлургиздат, М.—Л., 1940.
81. Smit hells С. J. u. Hessen-
b г и с h W., Beimengungen und Verunreinigun-
gen in Metallen, Berlin, 1931.
82. S m i t h e 11 s C. J. a. R a n s 1 e у С. E.,
Proc. Roy. Soc., London (A), 155 (1936), 196—
212 (Обезгаживание металлов в водородных
печах).
83. S о s m a n R. В., The pyrometry of so-
lids and surfaces, Detroit, 1938.
84. Spitzer E. E„ Proc. IRE, 34 (1946),
№ 3, 110—115 W (Высокочастотный нагрев
в производстве электровакуумных приборов).
85. S t a u f f е г R. A. et al., Ind. and Eng.
Chem., 40 (1948), 820 (Плавка и разливка ме-
ди в вакууме).
86. Sykes Ch. et al., Brit. Pat. 421
209/1933/1934 (Удаление поверхностных загряз-
нений деталей индукционным нагревом).
87. Tkd-Werke (Siidd, Tel.-App., Kab. und
Draht-Werke A. G.): DRP 492 314/1921/30
(Обезгаживание металлов в водороде).
88. Todd F. C. et al., Solid-state purifica-
tion of molybdenum by induction heating; in:
Vacuum Metallurgy Symposium of the Electro-
thermics and Metallurgy Divis. Electrochern.
Soc., New York, 1955, p. 1942—1946.
89. Vacek J., Neue Hiitte 2 (1957), 692—
702 (Обезгаживание тантала).
90. Wagner E. R., Electronics, 7 (1934),
104—106 (Температуры обезгаживания метал-
лов).
91. W a 1 d s c h m i d t E., Metall, 8 (1954),
749—758 (Выделение газов из металлов).
92. Wartenberg Н. Von, Z. f. Elektro-
chemie, 42 (1936), 841—845 (Растворимость га-
зов в расплавленных металлах).
93. W i n k 1 e r O., Z. f. Metallkunde, 44
(1953), 333—341 (Плавка металлов без взаи-
модействия расплава с тиглем).
94. W i n k 1 е г О., Stahl und Eisen, 73
(1953), 1261—1268 (Оборудование для плав-
ки и разливки в вакууме).
95. W i n k 1 е г О., Vakuum-Technik, 3
(1954), 87—96 (Вакуумная плавка металлов).
96. W i п k 1 е г О., Berg- und Hiittenmann,
Mtshefte 100 (1955), 207—214 (Индукционные
вакуумные плавильные печи).
97. Wink’le г О., Giesserei, techn.—wis-
sensch. Beihefte, Sept-Heft 1952, S. 435—437
5 08
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
(Вакуумная плавка металлов в индукционных
печах).
98. Wise Е. R., Proc. IRE, 25 (1937), 714
(Содержание газов в железе н никеле).
99. W г о u g h t о n D. М. et al., J. Elec-
trochem. Soc., 99 (1952), 205—211 (Бестигель-
ная плавка металлов См. также [Л. 64]).
9-3. СОЕДИНЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ДЕТАЛЕЙ
Методы соединения металлических дета-
лей в производстве электронных ламп выби-
рают, учитывая специфику производства, ко-
торая определяется использованием небольших
количеств металла, необходимостью легкого
обезгаживания деталей и применения мате-
риалов с низким давлением насыщенных .па-
ров. Кроме того, следует учитывать, что
в электровакуумных приборах применяются
также сравнительно легкоплавкие и чувстви-
тельные к температуре стеклянные детали.
Это привело к распространению и преимуще-
ственному использованию точечных и шовных
соединений (электрическая контактная свар-
ка). В последнее время в производстве цельно-
металлических электронных ламп СВЧ боль-
шое значение приобрело также соединение де-
талей пайкой твердыми припоями. Механиче-
ские методы соединения, особенно так часто
применяемое в обычной технике резьбовое
соединение, используется, за исключением не-
которых специальных случаев, в вакуумной
технике очень редко и только при изготовле-
нии очень мощных электронных приборов.
Обзор обычных методов сварки приведен на
схеме табл. 9 3-1 (см. также (Л. 9 и 148]).
рис. 9-3-2. Универсальный станок для точечной сварки
Мощность 2 ква. Изготовитель: Siemens-Schuckert.
D—регулятор давления прн сварке; Е—регулятор пер-
вичного напряжения; W—водяное охлаждение электро-
дов; F—педаль.
I. Точечная и шовная сварка
Соединение деталей небольших отпаянных
электронных ламп производят почти исклю-
чительно на станках шля точечной сварки,
мощность которых составляет 1—5 квт
(рис. 9-3-11—9-3-3). При этом управление все-
рис. 9-3-1. Схема станка для точечной сварки.
1—подвижной электрод; 2— неподвижный электрод;
3 —трансформатор со ступенями для регулирования
тока; 4 — педаль; 5—пружина для регулирования дав-
ления при сварке; 6—предохранители.
Рис. 9-3-3. Небольшой станок для точечной сварки:
деталей электровакуумных приборов. Изготовитель
Siemens-Schuckert Werke, тип WP12.
Схематический обзор методов сварки, применяющихся в вакуумной технике
Таблица 9-3-1
*) Как с применением металлической прокладки, так и без нее.
§ 9-3] Соединение металлических деталей
со
510
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-З-ЗА. Небольшие сварочные клещи (вес 250 г)
Сварочный трансформатор расположен в блоке пита-
ния. Изготовитель: Peco-Schweiss-Maschinenfabrik,
Мюнхен — Пазинг, ФРГ.
ми рабочими процесса ми осуществляется нож-
ной педалью. Сначала соединяемые детали
прижимают друг к другу не включенными
в цепь электродами; затем, не ослабляя дав-
ления, ножной педалью замыкают -цепь пер-
вичной обмотки трансформатора и при одно-
временном действии давления электродов и
проходящего тока осуществляют точечную
сварку. При освобождении педали сначала
выключается ток и только потом освобож-
даются соединяемые детали.
В отдельных случаях, например при мон-
таже тяжелых деталей или при исправлении
дефектов собранных изделий, пользуются сва-
рочными клещами. В этом случае необходимое
давление и включение тока сварки произво-
дятся вручную (рис. 9-З-ЗА). Пример приме-
нения таких устройств показан на рис. 9-З-ЗВ.
Хорошие станки для точечной сварки,
кроме нескольких выводов на трансформато-
ре для установки величины сварочного тока,
имеют также устройства для регулировки дав-
ления электродов и продолжительности -вклю-
чения тока, так как правильная установка
давления электродов очень сильно влияет на
качество сварки. При слишком малом давле-
Рис. 9-З-ЗВ. Монтаж цилиндрической системы электро-
дов триода сварочными клегцами (Philips).
Л —ножка с вводами и катодом В; С — экран с укреп-
ленной на нем сеткой (см. рис. 5-2-15). При монтаже
шпиндель с удерживающейся в нем под действием
вакуума ножкой перемещается направо и катод
вдвигается внутрь сетки точно по ее оси. После этого
клещами Z производят сварку. Вверху слева видна
кнопка К для регулирования продолжительности
сварки [Л. 36].
Рис. 9-3-4. Аноды из легко окисляющегося металла, из"
готовленные путем точечной сварки.
Слева—изготовлен ручной сваркой; места сварки зна
чительио окислены. Справа—сварен при автоматической
регулировке тока.
Рис. 9-3-5. Зависимость необходимой мощности /V и
продолжительности t сварки от толщины d сваривае-
мого материала [Л. 9, 148] по данным, полученным
при использовании точечных сварочных аппаратов без
автоматической регулировки и металлов с чистой по-
верхностью. Эти данные непригодны для металлов с
очень высокой теплопроводностью (алюминий, медь),
для которых длительность сварки должна быть мень-
ше, а ток больше.
нии (недостаточный контакт, искрение) на-
блюдаются прожигание мест сварки, а иногда
и выплеск материала электродов; при слишком
большом давлении (малое контактное сопро-
тивление, выделение недостаточного количе-
ства тепла) соединение может оказаться
непрочным 352 Необходимое давление при
точечной сварке в большинстве случаев не
превышает 6 кГ.
Для повышения качества важно также
очень точно выдерживать время сварки; при
слишком длительной сварке материал пере-
жигается или коробится (рис. 9-3-4), при
слишком кратковременной — сваренный уча-
сток получается недостаточно прочным. Так как
при малой толщине материала (менее 1 мм)
время сварки измеряется долями секунды
(рис. 9-3-5), часто применяют автоматические
332 Подробнее см. табл. 0-3-3.
§ 9-3]
Соединение металлических деталей
511
Рис. 9-3-6. Аппарат для регулирования тока сварочных
аппаратов при длительности импульса меньше одного
полупериода переменного тока (от Viooo Д° ’/wo сек).
Изготовитель; Siemens-Schuckert Werke.
I — схема аппарата: а—выключатель регулирующего
устройства; b — выключатель сварочного станка; с—
регулировка длительности сварки; d—пульт управле-
ния; е—выключатель; f—блок регулятора; g —свароч-
ный станок; II— внешний вид: а, b—предохранители;
с—тиратрон Ste 1000/20/120; d— клеммы для присое-
динения к сети; е—пульт управления; f—накальный
транс форматор тиратрона; g— пакетный выключатель
регулятора; h — пакетный выключатель сварочного
станка; I—установка длительности сварки.
механические реле -времени или, что лучше, ти-
ратроиные таймеры [Л. 22, 79, 87, 102, 120,
127], с помощью которых удается осуществить
исключительно чистую и надежную точечную
сварку. Пример такого устройства показан на
рис. 9-3-6.
Такие управляющие системы позволяют
регулировать длительность импульса тока
в пределах от 1/100 сек до 1/1 000 сек с по-
мощью однополупериодной тиратронной схе-
мы. Регулировка осуществляется ступенчатым
изменением величины сопротивления, .включен-
ного в цепь управляющей сетки тиратрона зМ.
Сварочные столы, оборудованные элек-
тронными реле времени, показаны на
рис. 9-3-6А и 9-3-6В. На них при постоянном
напряжении сварочного трансформатора мож-
но точно установить время сварки (максимум
1/100 сек) и благодаря этому дозировать энер-
гию сварки даже очень чувствительных дета-
лей или же ограничить время сварки одним
полупериодом напряжения, а энергию сварки
устанавливать включением различных отводов
сварочного трансформатора и регулировкой
сопротивления в первичной цепи (рис. 9-3-6В).
Для сварки очень мелких деталей (например,
тонких проволок) применяют также разряд
конденсатора, ток которого передается к месту
853 Принцип действия тиратрониого регулятора
длительности сварки заключается в смещении по фа-
зе импульса тока по отношению к сетевому напряже-
нию. Этим изменяют величину -импульса тока и его
продолжительность. Ток в первичной обмотке транс-
форматора протекает лишь до тех пор, пока ампли-
туда переменного напряжения не уменьшится до нуля.
сварки через трансформатор и .игольчатые
электроды. В таких установках (см. [Л. 22, 57,
79]) батарею конденсаторов заряжают от сети
Рис. 9-3-6А. Сварочный станок с фазовым регулирова-
нием тока и длител .ности сварки. Наибольшая тол-
щина свариваемых деталей: железо 1 + 1 мм\ латунь
0,6 0,6 мм, алюминий 0,5 + 0,5 мм. Изготовитель:
Ресо Elektrische Schweipmaschinenfabrik, Мюнхен—Па-
зинг. См. [Л. 127].
512
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Р пс. 9-3-6В. Рабочий, стол со станком для тиратрониой
точечной сварки. Изготовитель: Tesla, RoZnov.
Вверху схема 1—вспомогательный трансформатор;
2—блок управления; 3—тиратрон; 4—сварочный транс-
форматор; 5 — регулятор напряжения; Ь — регулятор
тока сварки; 7—ножная педаль; 8—к сварочным
электродам. Длительность импульса всегда равна
одному полупериоду, т. е. */ioo сек. Величина тока
сварки устанавливается регуляторами 5 и 6.
переменного тока через выпрямитель, а затем
разряжают ее на сварочный трансформатор,
причем накопленная энергия в свариваемом
участке превращается в тепло.
Обычно Используют переменные конденса-
торы общей емкостью 10—200 мкф три времени
сварки ’/гс—Уюо сек, при этом необходимо
Рис. 9-3-7* Кривая мощности станка
сварки.
А—величина амплитуды, зависящая
на конденсаторах
конденсаторной
от напряжения
хорошо изолировать первичную обмотку
трансформатора, так как напряжение на -кон-
денсаторах достигает примерно 1 500 в
[Л. 64].
Изменяя емкость конденсаторов, -можно
регулировать собственную частоту разрядного
контура и одновременно длительность перво-
го полу периода возникающих затухающих ко-
лебаний (рис. 9-3-7), тогда как величина на-
пряжения на конденсаторах определяет их
«рабочую емкость», т. е. амплитуду тока 'раз-
ряда 364.
Безукоризненная сварка сопротивлением
достигается только в том -случае, если свари-
ваемые металлы обладают очень чистой по-
верхностью; если необходимо, поверхность
предварительно очищают травлением в кисло-
те или обрабатывают пескоструйной или
наждаком. Для улучшения отвода тепла от
концов электродов и уменьшения потерь в них
при больших токах сварки (до 2000 а) элек-
троды обычно изготавливают из меди. Однако
лучше зарекомендовали себя (из-за меньшего
износа) спеченные медно-вольфрамовые (ом.,
например, |[Л. 1]) или вольфрамовые электро-
ды, которые укрепляют в медных держателях
заливкой в вакууме. С успехом применяют
также медные сплавы, упрочненные различны-
ми присадками, так как при одинаковых усло-
виях сварки электроды из этих сплавов изна-
шиваются медленнее медных. Данные сплавов
приведены в табл. 9-3-1 А.
Форма электродов должна быть приспо-
соблена к форме свариваемых деталей
(рис. 9-3-8) При больших токах сварки при-
меняют полые охлаждаемые водой электроды.
Время от времени их необходимо очищать от
нагара или окислов наждачной бумагой или
мелким напильником; при -сильном износе их
необходимо заблаговременно заменять. При
сварке длинным швом можно вместо прямых
электродов использовать роликовые (рис. 9-3-8,
k — m — «станок для роликовой сварки»).
В этом случае, прерывая сварочный ток или
перемещая электроды с большой скоростью
(около 10 см!сек), можно получить расстояние
между отдельными точками сварки около
I мм. Шов можно сделать герметичным путем
соответствующего управления выпрямителем,
перемещения роликов с необходимой ско-
ростью, выбора нужной частоты следования
импульсов сварочного тока и многократного
сваривания шва; .при этом можно добиться
того, чтобы отдельные точки сварки хорошо
перекрывались [Л. 126, -106]. Надежнее и легче
все же получить герметичный шов на тонко-
стенных деталях путем дуговой или тазовой
сварки (см. раздел IV и V этой главы) или
пайкой твердыми припоями ,в защитной атмо-
сфере (см. -разд. VI).
Часто станки для навивки сеток комби-
нируют со сварочными станками и одновре-
менно со спирализацией роликовым электродом
SH К сожалению, при изменении емкости кон-
денсаторов меняется ие только продолжительность
сварки, но и выделяющаяся энергия. Поэтому регу-
лирование тока и длительности сварки возможно
лишь в сравнительно небольшом диапазоне (по мощ-
ности. Это делает аппараты для конденсаторной свар-
ки значительно менее универсальными, чем описан-
ные выше станки с тиратронным управлением.
§ 9-3]
Соединение металлических деталей
513
Таблица 9-3-1А
Медные сплавы для электродов станков точечной сварки
Торговая марка Изготовитель Содержание примесей, % вес. Примечание
Elmet С Metal Iwerk Plansee (Австрия) Metro-Cutanit, Ltd (Англия) 1% Cd Дешевый сплав, твердость которо- го, однако, снижается при умерен- ных температурах
Elmet U Metallwerk Plansee (Австрия) Metro-Cutanit (Англия) 6,47% Ag 0,98% Cd 0,09% Fe следы Ca Дорогой сплав средней твердости. Обладает тем преимуществом, что не приплавляется к изделиям
Elkaloy А Johnson Matthey a. Co. (Англия) Mallory (США) 1% Cr (?)
Elmedur Deu tsche Edel-Stahlwerke 0,7% Cr Высокая твердость (150—160 по Бринеллю) сохраняется при сравни- тельно высоких температурах (400° С) Высокие электро- и теплопровод- ность
Elmet S Metro-Cutanit (Англия)
Kumium Imp. Chem Ind. Ltd (Англия) 0,4—0,8% Cr Электросопротивление сплава при 300° С такое же, как и чистой’ меди. Прочность при этой же температуре равна_24 кГ/мм2, тогда как прочность меди составляет всего 10,5 кГ)мм2 см. [Л. 144]
Рис. 9-3-8. Различные типы Элект𠈕
дов для точечной сварки
а — f—для сварки листов; g —для
сварки ребер; h—для сварки шти ф-
тов; I—для сварки проволок; k —
m—для роликовой сварки швом (k —
анод на шаблоне; i—сетка на шаб-
лоне для навивки; m — составной
анод); п—для точечной сварки в за-
щитной атмосфере.
33—2200
514
Специальные методы обработки металлов
[ Гл. 9
Рис. 9-3-9. Комбинированный станок для навивки и
сварки швом сеток приемно-усилительных ламп (Teie-
funken— Osram). S—трубка, подающая водород
к месту сварки.
последовательно приваривают витки сетки
к траверсам (рис. 9-3-9 -и 9-3-10). При изготов-
лении больших сеток (например, генераторных
ламп) во время навивки приваривают отдель-
но каждый виток .проволоки сетки к траверсе
точечными электродами (рис. 9-3-14).
О -комбинированном станке для навивки и
сварки сеток, имеющем устройства для регу-
лирования тока сварки и предназначенного
для сварки молибденовой проволоки с никеле-
выми траверсами вращающимся роликовым
электродом непосредственно после навивки,
см. [Л. 87].
Машины такого типа хорошо оправдали
себя при -изготовлении «свободнонесущих»
сетчатых электродов, например катодов н се-
ток (рис. 9-3-11 А). При этом заранее разде-
ленную на отрезки нужной длины проволоку
навивают и а цилиндрический керн по винто-
вой линии (правой и левой), выдерживая
между отдельными проволоками одинаковое
расстояние. Места пересечения двух проволок
сваривают точечной сваркой. Одним -из элек-
тродов служит медный керн, на котором нави-
та проволока, а в качестве другого исполь-
зуют медный диск, свободно вращающийся на
оси, параллельной образующей керна, и при-
жимаемый к проволоке рычажным механиз-
Рис. 9-3-10. Соединение витков спиральной сетки с тра-
версами.
I— роликовой сварке?’; II—закаткой в предварительно
высеченных в траверсе сетки пазах (см. также рис. 9-3-52
и 52А).
Рис. 9-3-11. Схема комбинированного станка для на-
вивки и точечной сварки сеток.
Л —станок с тиратрошгым управлением для точечной
сварки; В—молибденовые траверсы; С—молибденовая
проволока; D — медный шаблон для навивки;
С—ручной привод.
Рис. 9-3-11 А. Комбинированный станок для
изготовления сварных сетчатых электродов.
При навивке места перекрещивания проволок
свариваются роликом.
I— изготовление сетчатого катода из ториро-
ванной вольфрамовой проволоки; II—изготов-
ление сетки из молибденовой проволоки
(см. рис. 3-5-9). Производство Siemens н Halske.
мом. К торцам навитого и сваренного сет-
чатого цилиндра методом дуговой сварки
присоединяют танталовые бандажи.
Хорошо поддаются сварке такие метал-
лы, точка плавления, удельное сопротивле-
ние и теплопроводность которых близки
(например, никель и железо); сваривае-
мость металлов ухудшается с повыше-
нием точки плавления. В табл. 9-3-2
приведены данные о возможности соедине-
ния различных металлов методом точеч-
ной сварки. Легко окисляющиеся металлы
§9-3]
Соединение металлических деталей
515
(например, вольфрам, молибден) часто
сваривают в восстановительной защитной
атмосфере, применяя обдувание свариваемого
места водородом или смесью N2+H2 через
специальное сопло (см. рис. 9-3-9) или же об-
дувание свариваемого места защитным газом,
выходящим через отверстия в сварочных элек-
тродах (см. рис. 9-3-8,л). В отдельных случаях
сварку производят в потоке аргона или гелия
или в защитной жидкости 355. Так, например,
танталовые детали хорошо свариваются точеч-
ной и роликовой сваркой под слоем четырех-
хлористого углерода 356 (см. § 3-5 и [Л. 51]).
Полученные таким способом сварные швы пла-
стичны, благодаря чему их можно даже прока-
тывать. Чтобы предотвратить прилипание мед-
ных электродов к танталу при точечной свар-
ке, рекомендуется между электродом и сва-
риваемой танталовой жестью вкладывать тон-
кую молибденовую фольгу (молибден свари-
вается с медью чрезвычайно плохо!).
Вместо точечной сварки можно также про-
изводить кольцевую сварку, используя коль-
цевые электроды соответствующей формы.
Так, например, при сборке металлической ра-
диовещательной электронной лампы можно
герметично приварить фланец баллона из
стальной жести к металлическому цоколю
лампы одним импульсом тока. Затраты на
оборудование и расход энергии, однако, прн
этом очень велики 357, поэтому для изготовле-
ния таких герметичных кольцевых швов 'пред-
почитают применять пайку (см. разд. VI этой
главы).
Если два металла с трудом свариваются,
часто используют тонкие промежуточные про-
кладки из металла, который хорошо сварива-
ется с каждым из них. При этом предпо-
лагают, разумеется, что 'материал используе-
мой фольги хорошо выдержит рабочие усло-
вия, в которых впоследствии будет находиться
место сварки, например высокую температуру
(давление насыщенных паров, точка плавле-
ния!) и будет устойчив по отношению к парам
ртути. Так, например, для сварки молибдена
с молибденом или вольфрамом в качестве про-
кладки применяют фольгу никеля 358, плати-
ны 359, а при еще более высоких требова-
ниях— циркониевую фольгу (12—50 мк). По
своей сущности эти методы приближаются уже
к пайке, которая подробно описывается
в разд. VI этой главы.
Какие-либо данные об оптимальных пара-
метрах, которых необходимо придерживаться
при точечной сварке -в промышленном произ-
водстве, чтобы получить максимальную лроч-
ность шва и небольшой брак при сварке360,
трудно привести из-за разнообразия условий
производства (форма и материал свариваемых
деталей, длительность сварки, давление, сила
тока сварки, вид и материал электродов).
В большинстве случаев при обычной точечной
сварке силу тока изменяют в пределах 100—
4 000 а, давление сварки — от 1 до 6 кГ, про-
должительность сварки—от ,/зоо сек ('/з дли-
тельности 'полупермода технического перемен-
ного тока промышленной частоты) до не-
скольких секунд, толщину материала- прово-
локи — от диаметра 7,5 мк примерно до 2 мм,
жести — от 20 мк до 1 мм. Чтобы дать пред-
ставление о порядке величин давления, тока
и времени сварки, в табл. 9-3-3 приведены
наиболее выгодные значения этих величин три
типовой точечной сварке в производстве элек-
тровакуумных приборов по данным, получен-
ным Фридмэном [Л. 57] на сварочном станке
мощностью 1—2 кет. Можно указать следую-
щие общие соображения и приемы, позволяю-
щие повысить механическую прочность соеди-
нений, полученных точечной сваркой:
а) При сварке материалов равной толщи-
ны, обладающих различным удельным сопро-
тивлением, улучшения качества сварки дости-
гают тем, что на стороне материала, обладаю-
щего меньшей проводимостью, используют
электрод с немного большей контактной по-
верхностью.
б) Проволоку без покрытий сваривают
при среднем давлении чистой контактной свар-
кой, т. е. при таком давлении сварки, при ко-
тором в свариваемом месте ие возникает
искровой разряд.
в) Сварку проволоки без покрытий с
жестью или окисленных проволок друг с дру-
гом или жестью в противоположность этому
производят при малом давлении электродов,
что сопровождается образованием искр
(«искровая сварка» или «flash welding») (см.
табл. 9-3-3, и п. 3 и 4). Особенно большое
значение для вакуумной техники имеет каче-
ственная точечная сварка тонких вольфрамо-
вых проволок с токоподводами361. При этом
концы вольфрамовых проволок должны быть
весьма тщательно очищены от всяких покры-
тий на длину 2—3 мм, чтобы обеспечить проч-
ную сварку. При такой сварке, особенно если
диаметры обеих свариваемых проволок при-
мерно равны, вблизи места сварки (на рас-
стоянии около 1 мм) из за нагревания начи-
нается рекристаллизация вольфрамовой про-
волоки, вследствие чего это место становится
очень хрупким. Чтобы предотвратить это явле-
ние, необходимо выбирать очень короткое вре-
ак Во многих случаях для этого достаточно пе-
ред сваркой смочить свариваемое место и приле-
гающую к нему поверхность детали .несколькими
кашля-ми защитной жидкости (спирт, СС1<).
ззв Можно также производить роликовую сварку
под слоем воды. Для жести толщиной 0.5 мм были
опубликованы следующие данные [Л. 175]: ширина
кромки ролика 4,7 мм, давление 100 кГ, ток 5 500 а,
скорость перемещения роликов 2/25 м}мин. Для более
тонкой жести соответствующие данные ие опублико-
ваны.
згу пр,и кольцевой сварке шва диаметром 37 мм~
до 300 ква при диаметре 50 мм — больше 500 ква
[Л. 66].
358 См. также рис. 9-3-12.
859 См. также § 6-5, XII.
ЗБ0 Плохая сварка отдельных мест сетки с тра-
версами может привести к забраковыванию всей ге-
нераторной лампы, плохая сварка вольфрамовой ни-
ти накала с вводом — к быстрому перегоранию лам-
пы накаливания или возникновению радиопомех вбли-
зи осветительной лампы накаливания с таким
дефектом.
361 Примеры: а) Вольфрамовая проволока в лам-
пах накаливания, приваренная непосредственно или
зажатая в никелевых шли никелированных держате-
лях, а затем приваренная, б) Вольфрамовая проволо-
ка, покрытая слоем карбонатов щелочноземельных ме-
таллов, в приемио-усилительных батарейных лампах,
в) Вольфрамовая проволока, покрытая алундом,
в качестве подогревателей катодов косвенного накала.
33*
516
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Свариваемость металлов (главным образом, в виде жести)
Металл II Металл I Zr w Ti Ta Sn Pt Монель NiCu NICr 80/20 Nij Mo
Ag +IV +III—IV -f-Ш—IV + +Ш +IV
Al 4 3—4 iv О III—IV 4 !♦! 4 . 3—4 О 4H
Au
Cd • • О l*L
Си 4 Ф 4S Illa • + II • • •3 04
CuBe (97,5/2,5) III I I I I III
CuNi (55/45), константан 2 HI . II II II 3 II III
CuSn (94/6), бронза • • • • О
CuZn, латунь • • • • О
Fe 4) 3* 30 31 0 О 1 • I • I •1 • 13 III*)0
FeCr (70/30), феррит I 2
FeCrNi (74/18/8) аусте- нит, сталь V2A Па I О I • •I •I •
FeNi (64/36), инвар I in HI III x II
FeNi (50/50) + О + • • • •
FeNiCo (54/29/17), ковар III—IV II—III У41 I III III ifrlll
Mg
Mo 2 I 4 0 Illa, b 4S Illa +П • I • •2 4 Illa.b
Ni 2 94) * 2 I • l • I • 1
NiCr (80/20) + О +1 • 1 • I
NiCu (60/30/...), монель • I • 1
Pt +11 2 +1
Sn •
Ta (4)S Illa S Illa *)
Ti 2
W 2 4+ Illa, b
Zr S, E
• £
мн нм 1 III—IV ш— IV нм < Ковар FeNiCo 54/29/17
• • + FeNi 50/50
< Инвар FeNi 64/36
H-t нм • III— IV • нм V2A FeCrNi 74/18/8
ф. III— IV FeCr феррит 70/30
ьэ нм нм • 2—3 • •2 III нм нм л
• • • Латунь CuZn
• • Бронза CuSn (94/6)
<— 1—1 НМ ьэ III—IV Константан CuNi (55/45)
НМ II—III 1 нм нм CuBe 97,5/2,5
•ш si-—г • • +IV О к
• 0 2
• Г
• оэ нм < >
111 +г| £
<&>
ср
Со
©
<ъ
о»
я
а
то
а
я
то
*
©
О
я
а
ТО
то
а
я
и
Я
Sa
Я
я«
a
si
Я
<р
ьэ
СП
518
Специальные методы обработки металлов
[ Гл. 9
Условные
1 очень хорошо
2 хорошо
3 затруднено
4 плохо или невозможно
S возможно под слоем защитной жидкости
Е возможно в защитной атмосфере инертного газа
X хорошо при схеме с тиратрониым управлением
хорошо для тонких проволок при импульсной тиратронной сварке
• хорошо
• хрупкое место сварки
По данным [Л. 41]
По данным [Л.53—54]
') Точечная сварка W с W не дает прочных соединений вследствие рекристаллизационной хрупкости.
2) При продолжительности импульса тока менее 0,02 сек сварка возможна и без защитной жидкости. В про-
тивном случае для защиты тантала используют зоцу или CCU-
з) При продолжительности импульса тока более 0,01 сек сварка Мо с Мо дает хрупкие соединения.
мя сварки при большой силе сварочного тока,
чтобы температурный градиент в месте свар-
ки был значительным. Из этих соображений
часто для соединения таких деталей рекомен-
дуют конденсаторную сварку 362. Иногда
отдают предпочтение обычным сварочным
аппаратам, снабженным одно полу периодным
управлением и работающим при времени свар-
ки от */юо до l/m сек. Верхний подвижной сва-
рочный электрод следует при этом подводить
к свариваемой проволоке возможно более вер-
тикально 363 (см. рис. 9-3-3, 9-3-6А и 9-3-6В);
подвижной электрод и его держатели должны
перемещаться легко и без усилий, сердечник
сварочного трансформатора для предотвраще-
ния явлений насыщения должен .выполняться
с воздушным зазором, а сам трансформатор
должен быть рассчитан так, чтобы он выдер-
живал большие пики тока (около 5 ква)
[Л. 64]. Опасность рекристаллизации тонких
вольфрамовых проволок при сварке их с вы-
водами значительно уменьшается, если для вы-
водов использовать проволоку большого диа-
метра. Так как это часто оказывается невоз-
можным из-за слишком сильного охлаждения
вольфрамовых проволок или из конструктив-
ных соображений, в таких случаях вольфра-
мовую проволоку или спираль (главным обра-
зом подогреватели катодов косвенного нака-
ла) армируют на концах путем приваривания
маленьких V-образных никелевых полосок, «или
коротких микелевых трубочек-пистонов (рис.
9-3-112). Так как никель очень хорошо поддает-
ся точечной сварке как с вольфрамом, так и
с такими металлами, как железо, платинит,
FeCr и сам никель, о«н обеспечивает хороший
электрический контакт.
362 Например, вольфрамовая проволока (40 мк)
приваривается к никелевой ленте (250 мк) при раз-
ряде конденсатора 50 мкф и давлении электродов
2,5 кГ; вольфрамовую проволоку диаметром 7,5 мк
можно сварить с .никелевой лентой (50 мк) при раз-
ряде конденсатора 14 мкф с применением игольча-
того электрода и при давлении около 100 Г [Л. 57].
363 При этом электрод ие закрепляют, «ак обыч-
но, иа подвижном вращающемся рычаге (как, на-
пример, на рис. S-3-1 и 9-3-2).
Как установил Кифер [Л. 87], сварка тон-
ких проволок (диаметром менее 1 5 ли) из ту-
гоплавких металлов, предназначенных, напри-
мер, для навивки сеток приемно-усилительных
ламп, может успешно осуществляться в тех
случаях, когда отношение их диаметров соот-
ветствует следующему условию:
где d — диаметр .проволоки, мм\ X — тепло-
проводность, Т, — температура плавления,
°C. При этом .предполагается, что время свар-
ки равно >/юо—'/zoo сек (управление тиратро-
ном). В большинстве случаев в месте соеди-
нения металлов они образуют сплав. При не
выгодном соотношении di/dj материал с бо-
лее низкой точкой плавления обтекает мате-
риал с более высокой точкой плавления или,
особенно при сварке тонких вольфра«мов.ых
рис. 9-3-12. Вольфрамовые подогреватели оксидных
катодов косвенного накала с концами, армированными
вольфрамовой спиралью или никелевым пистоном
[Л. 91]. См. также рис. 13-20,1. Слева: спирали подо-
гревателей, справа: после покрытия изоляционным
слоем А12О3 методом катафореза (см. § I2-VIA и гл. 24)
с никелевыми пистонами, которые сначала закрепляют
на воль Ьрамовой спирали механически (сдавливанием)
и только после монтажа приваривают к подогревателю
и выводу точечной сваркой.
§ 9-3]Соединение металлических деталей 519
обозначения
|<| плохо Q не свариваются По данным ]Л.53—54]
I очень хорошо II хорошо III достаточно хорошо IV плохо или невозможно а под слоем защитной жидкости (капля парафина) b с прокладкой танталовой жести толщиной 50—100 мк + точечная сварка возможна (по ориентировочным данным (Л.30]). ф точечная сварка возможна (по данным различных источников) По данным [Л.5]
*) При сварке W или Mo с Fe или Ni деталь из более легкоплавкого металла должна быть значительно
толще детали из тугоплавкого металла, причем Мо или W должен глубоко погружаться в расплав. Про-
должительность саарки 0.5 — 1 период переменного тока. По возможности сзарку следует производить в атмосфере
нодорода-
проволок, происходит настолько значительная
рекристаллизация, что сваренный участок ста-
новится хрупким.
Особенные трудности представляет сварка
таких сеток, у которых н спираль и траверсы
электродов 364. Только выполнение этих усло-
вий позволяет избежать хрупкости соедине-
ний. Удобнее и надежнее в этом случае при-
менять платинированную молибденовую про-
волоку (см. § 6-5,XII). В серийном произ-
Таблица 9-3-3
Оптимальные режимы контактной сварки на станках мощностью 1—2 квт
и прочность сварных соединений некоторых типичных для вакуумной
техники металлов [Л. 57]
R С* д Соединяемые детали Давление электро- дов, кГ Ток сварки (а) Длительность сварки (число периодов) Временное со- противление разрыву места t сварки, к Г
1 Блестящая никелевая жесть (никель А), отожженная, толщина каждой пластины 125 мк 1,1 2,1 930 3 000 5 5 10 16
2 Никелевая жесть блестящая, 125 мк и кар- бонизированная никелевая жесть 125 мк 41) 42) 680 700 5 5 10,8 12,1
3 Платиновая проволока диаметром 0,6 мм и никелевая лента толщиной 150 мк 1,24) 4 s) а) 3) 5 5 24 13—15
4 Окисленная платинитовая проволока или проволока FeNICr диаметром 1,27 мм и нике- левая жесть толщиной 150 мк 1,24) 4=) s) (1 квт) 5 5 9—24 Непрочная сварка
Диаметр каждого сварочного электрода 2 лои.
!) Диаметр сварочного электрода со стороны чистого никеля: 2 мм; со стороны карбонизированного никеля
4 мм.
э) Возможно больший, но исключающий разбрызгивание материала изделий.
4) „Искрогая сварка" при незначительном давлении.
ь) Контактная сварка при большом давлении.
изготовлены из молибденовой проволоки (см.
рис. 5-2-15). Не говоря о том, что обе молиб-
деновые детали должны быть протравлены,
обезжирены и очищены от окислов, в этом
случае нельзя обойтись без автоматического
устройства для контроля режима сварки и хо-
рошо конструктивно оформленных сварочных
водстве .при часто повторяющихся операциях
сварки рекомендуется производить количе-
ственные измерения временного сопротивления
разрыву места сварки при различных измене-
381 Длительность импульса от IO"S до J0-3 сек
т. е. от ‘/ю до 1 периода переменного тока!
520
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-3-13. Станок для стыковой сварки с автоматиче-
ской подачей и регулируемым с помощью рычага дав-
лением. Изготовитель: Siemens-Schuckert.
ниях условий процесса (время, ток и давле-
ние). При этом оптимальным режимом свар-
ки считают такой, при котором временное со-
противление разрыву места сварки равно при-
мерно сопротивлению наименее прочной из со-
единенных частей. Так, например, сварка
вольфрамовой проволоки диаметром 40 мк
(временное сопротивление разрыву в неотож-
женном состоянии 440—450 г, в отожжен-
ном — 370—375 а) считается хорошей, если
временное сопротивление разрыву сваренного
участка равно примерно 300 г. При сварке
очень тонких проволок в связи с возмож- .
сколько раз в соприкосновение, причем из-за
наличия переходного сопротивления они на-
греваются 365 366, а после достаточного нагрева-
ния при высоком давлении их соединяют.
Техническое применение. Герметичное со-
единение железо-никелевых цилиндрических
переходов с корпусами антикатодов рентге-
новских трубок. Подробнее см. табл. 9-3-12.
HI. Холодная сварка давлением
Алюминий, медь и мало применяемые
в вакуумной технике свинец, олово и т. п.
можно подвергать «холодной сварке», т. е.
сваривать их только высоким давлением без
специального 'нагревания, причем металл дол-
жен быть отожженным, а соединяемые по-
верхности должны быть предварительно хоро-
шо очищены, особенно от пленок окислов. Не-
обходимое для сварки давление в случае со-
единения деталей из алюминия составляет
около 17—25 кГ/мм2, из меди—в 2—3 раза
больше {Л. .156].
При сварке железа Армко давление дол-
жно быть равно примерно 75 кГ1мм2, а при
соединении деталей из хромоникелевой стали
(18/8)—около 200 кГ/мм2 [Л. ВО] 366.
Штенгели из чистой отожженной меди
с толщиной стенки 0,5—1,5 мм н внутренним
диаметром 15—25 см можно, например, без
нагревания пережать в направлении оси труб-
ки с помощью двух цанг необходимого профи-
ля так, что соединение («холодно сваренное»)
получается герметичным, причем одновремен-
но отделяется внешний конец штенгеля. Та-
кая сварка с большим успехом применяется
в генераторных лампах и позволяет избе-
жать использования тонких стеклянных штен-
гелей, что значительно увеличивает скорость
откачки. На рис. 9-3-14 показана схема кле-
Рис. 9-3-14. Схема приспособления для холодной свар-
ки медных штеигелей-
А — направление даижения клегцей; В—сваренный
штенгель; С—отделенный штенгель.
ностью появления хрупкости вследствие ре-
кристаллизации необходимо производить так-
же испытание на удар.
II. Сварка в стык
Наряду с точечной сваркой часто приме-
няют, особенно для соединения толстостен-
ных трубок, так называемую сварку в стык
(рис. 9-3-13). При этом соединяемые детали
закрепляют каждую отдельно .в изолирован-
ном держателе, а затем, пропуская ток боль-
шой силы (порядка 103 а), приводят их не-
щей для холодной сварки. Концы .медного
штенгеля при холодной сварке должны быть
прочно закреплены, иначе участок сварки лег-
ко разрушается. Кроме того, внутренняя по-
верхность трубки должна быть тщательно
очищена химически и механически и в даль-
365 При этом не должен возникать дуговой раз-
ряд! Рабочее напряжение ие должно превышать
1—Q в.
366 Эти минимальные величины значительно сни-
жаются даже при слабом нагревании свариваемого
места (например, давление, необходимое для сварки
алюминия при 300° С, состав: я ст "рнмерно 6 кГ!мм~).
§9-3]
Соединение металлических деталей
521
нейшем во избежание коррозии защищена от
доступа воздуха (ом. § 5-4 и {Л. 101]), так
как иначе сварка может оказаться негерме-
тичной.
В качестве 'материала для штенгелей
используют в первую очередь бескислород-
ную медь, а также электролитический никель.
Штенгели из железо-никелевой стали после
декапирования и отжига можно герметично
заварить в холодном состоянии на длине до
5 мм (см. также § 6-1,1). .При этом, чтобы
обеспечить герметичность, рекомендуется до-
полнительно разрезать пережатые участки
посредине, распиливая или перекусывая их
острыми клещами и погружать опиленный ко-
нец в чистое расплавленное олово.
О сварке металлических штенгелей под
давлением при нагревании см. [Л. 115 и 136]-
IV. Дуговая сварка
Чтобы избежать образования соединений
с кислородом и азотом и предотвратить по-
глощение вредных газов, такую сварку в ва-
куумной технике, как правило, производят
в атмосфере водорода 367.
а) Дуга переменного тока между двумя
угольными электродами (см., например,
[Л. 100]). Зажигается чаще всего с помощью
третьего подвижного угольного стержня. Ду-
га (часто сформированная действием магнит-
ного поля в виде острого пламени) нагревает
детали на воздухе или в сосуде, наполненном
водородом (рис. 9-3-15). Неудобна необходи-
Рис. 9-3-15. Схема установки с магнитным управлением
электрической дугой переменного тока между двумя
угольными электродами. Z—поджигающий электрод.
мость непрерывного перемещения углей; вы-
годны независимость процесса горения дуги
от материала деталей и возможность плавки
неметаллических материалов (например, кварц,
см. гл. 11).
б) Дуга переменного тока между двумя
вольфрамовыми электродами; атомно-дуговая
сварка (Л. 37, 174]. Способ, помимо защитно-
го действия водорода, окружающего дугу и
307 Вместо чистого водорода часто применяют
взрывобезопасную смесь 80% N2 и 20% Н2. Несмотря
на то, что азот, смешанный с кислородом, из-за об-
разования некоторых соединений вызывает хрупкость
швов, в смесях с водородом он не приводит к не-
желательным последствиям [Л. 137].
Рис. 9-3-16. Метод атомно-дуговой сварки [Л. 94].
I—принципиальная схема; 1—вольфрамовые электро-
ды; 2—подача водорода; 3— сопла для водорода; 4 —
свариваемые детали; 5 — присадочный электрод: 6 —
трансформатор; II—горелка для атомно-дуговой
сварки [Л. 9].
свариваемые детали, основан на диссоциации
молекул Н2 .при высоких температурах в ато-
марный водород {Л. 94]. При попадании ато-
мов водорода на металлическую поверхность
(явления катализа) происходит их рекомби-
нация в. молекулярный водород. При этом вы-
деляется настолько большое количество теп-
ла, по сравнению с которым нагревание де-
тали за счет энергии дуги и сгорания водоро-
да незначительно. Схема и внешний вид та-
кого сварочного аппарата показаны на
рис. 9-3-16. Зажигание дуги .происходит при
соприкосновении вольфрамовых электродов.
Ток сварки 20—60 а при напряжении дуги
60—100 в (напряжение зажигания 400 s’). До-
стигаемые при этом температуры выше, чем
при других способах сварки. Так как ато-
марный .водород химически чрезвычайно акти-
вен, он очень энергично восстанавливает плен-
ки окислов и поэтому даже алюминий и хром
этим методом легко свариваются как в чи-
стом виде, так и в сплавах.
.Вследствие ограниченности размеров за-
щищенной водородом зоны .вблизи места
сварки может происходить окисление поверх-
ности деталей. Кроме того, ряд металлов
(например, никель) при высоких температурах
проявляет тенденцию к поглощению значи-
тельных количеств водорода (см. рис. 9-2-1),
из-за чего места сварки приобретают пори-
стость. Медь, латунь и бронзу нельзя свари-
вать атомно-дуговой сваркой. Значение этого
способа сильно уменьшилось .после внедрения
дуговой сварки в инертных газах (см
разд. «д»).
Недавно (Л. 25] была разработана аппа-
ратура для сварки с питанием от магнетрон.-
ного генератора с частотой 109 гц\ между
концами коаксиального волновода, состояще-
го из двух металлических трубок, возникает
кольцеобразная дуга, причем внутрь обра-
522
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
зующегося кольца продувают азот или СО2.
Благодаря этому на выходном отверстии по-
является острое пламя длиной до 175 мм,
температура которого так высока, что доста-
точна для .плавления вольфрама. По-вндимо-
му, и в этом случае источником высокой тем-
пературы является рекомбинация атомов газа.
Известна конструкция небольшого аппа-
рата для атомно-дуговой водородной сварки
[Л. 18J, основанная на использовании корон-
ного высоковольтного разряда, возбуждаемо-
го полем высокой частоты (108 гц; максималь-
ная мощность 1 кет) на конце вольфрамово-
го острия. Сварку производят в наполненном
водородом резервуаре, имеющем смотровые
окошки для наблюдения за процессом.
в) Дуга переменного тока между уголь-
ным электродом и деталью. Этот метод, ко-
торый предназначен только для выполнения
простых соединений проволочных деталей,
требует очень небольших расходов, на обору-
дование (рис. 9-3-17).
Таким способом .можно сваривать также
и алюминиевые проволоки, если покрыть их
флюсом, состоящим из 3,34% KBF4, 36%
LiF, 57,3% NaF и 2,71 % BeF2 [Л. 114]. При
сварке медных проволок, которые предвари-
тельно следует лудить, с медной же прово-
локой или лужеными стальными токоподво-
дами лучше всего применять так называемое
сварочное устройство системы Сименс, уголь-
ные электроды которого колеблются с не-
большой амплитудой в осевом направлении.
Несмотря на предварительное лужение, в дан-
ном случае происходит не спайка, а именно
сварка основных металлов. Поэтому на этом
же месте впоследствии можно производить
пайку.
г) Дуга постоянного тока между деталью
и угольным электродом. Электрическую дугу
зажигают между свариваемой деталью, при-
соединенной к положительному полюсу источ-
ника напряжения, и угольным электродом.
Сварку ведут в токе водорода или сосуде, на-
полненном водородом. Источник посто-
янного тока, необходимый для сварки, должен
обладать напряжением не менее 100 в при
токе в несколько ампер. Для регулирования
напряжения применяют обычно ряд соеди-
ненных последовательно омических сопро-
тивлений. Температура в точке сварки может
достигать 3 800—5 000° С, что позволяет
плавить даже вольфрам.
Аппаратура для сварки в потоке водо-
рода, предназначенная для соединения тон-
Рис. 0-3-17. Приспособление для сварки мелких дета-
лей (например, проволок) электрической дугой пере-
менного тока между угольным электродом и деталью.
1—сварочный трансформатор с отводами на вторичной
обмотке; 2— сварочный электрод с угольным острием;
3— второй электрод с зажимом для закрепления на
детали.
Рис. 9-3-18. Станок для сварки в атмосфере водорода
дугой постоянного тока, возбуждаемой между уголь-
ным электродом и деталью.
W—деталь; К—изолированный угольный электрод,
установленный по оси трубки Р для подачи водорода;
G—газовый кран; Е — выключатель; F—ножнйя педаль
для одновременного управления Е и G; L—лампа на-
каливания с угольной нитью (иа 220 в); М —металличе-
ский столик.
ких катодных проволок с держателями (метод
непригоден для вольфрама из-за хрупкости,
вызываемой рекристаллизацией!), показана на
рис. 9-3-18; на рис. 9-3-19 изображена уста-
новка для сварки в замкнутом объеме, на-
полненном водородом, на рис. 9-3-20 — откры-
тая установка с колпакам, наполняемым
смесью H2+N2.
Лабораторный стол, оборудованный не-
большим колпаком для дуговой сварки и со-
ответствующими держателями • для детален,
а также двумя ротаметрами для постоянного
контроля состава азото-водородной смеси, изо-
бражен на рис. 9-3-20А. Сварочный пистолет,
изображенный на рис. 9-3-18, из-за опасности
образования гремучего газа пригоден только
для кратковременной сварки при небольшой
толщине материала. При использовании сва-
рочных колпаков, изображенных на
рис. 9-3-19 и 9-3-20, можно соединять и боль-
шие молибденовые детали 368 с W, Мо, Fe и
Ni (см. например, рис. 9-3-21). Al, Си, Ni и
Fe также легко свариваются друг с другом.
Сварка получается достаточно прочной и пла-
стичной. Тантал нельзя сваривать в водороде
дугой постоянного тока с угольным электро-
дом. Сварка тантала этим методом возмож-
на под слоем жидкого четыреххлористого
368 Приме п. Сварка швом двух молибдено-
вых лент толщиной каждая 0,25 мм угольным элек-
тродом диаметром 3 мм. Длина дуги 1,5—2 мм при
постоянном напряжении до 110 в. Регулировка осу-
ществляется ступенчатым сопротивлением от 3,7 до
22 ом. Угольный электрод всегда должен быть со-
единен с отрицательным полюсом источника напря-
жения, так как иначе сварка затрудняется и обра-
зуется карбид молибдена [Л. 165].
§9-3]
Соединение металлических деталей
523
Рнс. 9-3-19. Сварка в дуге постоянного тока с уголь-
ными электродами под стеклянным колпаком в атмос-
фере водорода.
К—уголь; S — место сварки; В—зажим для детали,
могущий вращаться в любую сторону с помощью ша-
рового шлифа D и изолированной ручки 1; М — метал-
лическая плита; Н — стеклянный колпак с защитной
проволочной сеткой N или металлический колпак со
стеклянным окошком.
Рис. 9-3-20. Установки для дуговой сварки угольными
электродами в открытых колпаках, наполненных сме-
шанным газом.
/ — жестяной колпак прямоугольного или круглого се-
чения; 2 — окошко из толстостенного стекла; 3~ окошко
для освещения с внешним источником света; 4~газо-
провод; 5 — изолированная рукоятка с угольным элек-
тродом, пропущенная сквозь стенку колпака; 6—
угольный электрод, закрепленный на конце держа-
теля; 7 —деталь.
углерода 369 (см. [Л. 19, 51] и § 3-5), а также
в аргоне и гелии {Л. 29]. Если непосред-
ственная дуговая сварка представляет какие-
либо трудности из-за различия температур
плавления или малой склонности свариваемых
369 При наименьшей толщине защитного слоя
б мм угольным электродом диаметром 3 мм и при
напряжении дуги 30—50 в (большем, чем на возду-
хе). Сила тока сварки изменяется в зависимости от
толщины свариваемой жести, например: для фольги
толщиной 12 мк—около 15 а, а при толщине жести
0,6 мм — 60 а. Скорость сварки должна быть очень
велика, так как иначе не удается предотвратить
хрупкость места соединения.
Рис. 9-3-20А. Лабораторный стол для различных мон-
тажных работ. Изготовитель: Gladitz G. m. b. Н.,
Schwabisch-Gmund.
/ — колпак для дуговой сварки или отжига в атмос-
фере смеси азота и водорода; 2—держатель обраба-
тываемой детали; 3—ротаметры для измерения рас-
хода азота и водорода; 4—сварочный станок с регу-
лятором времени сварки; 5, о—-приспособления для
пайки; 7 — шаровая мельница для приготовления раз-
личных суспензий; 8—устройство для резки стеклян-
ных трубок.
металлов к образованию сплавов, то приме-
няют прокладки из другого металла, напри-
мер для сварки вольфрамовых вводов
с медью или никелированной медной проволо-
кой (Kulgrid) применяют никелевые проклад
ки в виде пистонов, которые надевают с од-
ной стороны иа вольфрамовый стержень, а с
другой — на гибкий вывод. Дуговая сварка
вольфрамовых стержней с помощью малень-
Рис. 9-3-21. Пример соединения деталей дуговой сваи
кой, осуществляемой по схеме рис. 9-3-10 или 9-3-20
Слева: подготовленная деталь; А — вольфрамовая поо-'
волока; В —молибденовый держатель: в середине- поо
цесс сварки; С —острие угол .него электрода (отоина.
тельного) для дуговой сварки; О—защитный газ-
справа: готовое соединение. 9
524
Специальные методы обработки металлов
[ Гл. 9
Рис. 9-3-21 А. Дуговая сварка вольфрамовых трубок
в защитной атмосфере вольфрамовыми электродами.
1— подвижной вольфрамовый электрод (отрицатель-
ный); 2—изолированный держатель: 3, 4—соединяемые
вольфрамовые трубки, укрепленные в изолированных
цангах и медленно вращающиеся при сварке; 5—свар-
ной шов; 6—защитная оболочка из тугоплавкого
стекла.
ких колпачков из К-монеля (Л. 23] прибли-
жается по характеру к пайке, причем дуга
выделяет только необходимое для пайки тепло.
д) Дуга постоянного тока между де-
талью и вольфрамовым электродом в азото-
водородной атмосфере. При сварке тонкостен-
ных вольфрамовых деталей применение уголь-
ных электродов часто вызывает хрупкость
шва. В этих случаях лучшие результаты дает
применение вольфрамовых электродов (также
присоединенных к отрицательному полюсу).
Пример такого устройства показан на
рис. 9-3-21 А. Применяя его, .можно сваривать
в стык две вращающиеся и прижимаемые
друг к другу вольфрамовые трубки подвиж-
Рис. 9-3-22. Простое лабораторное устройство для ду-
говой сварки в атмосфере инертного газа [Л. 60].
1 — вольфрамовый электрод; 2—охлаждаемое водой
медное сопло; 3—изоляция; 4—ввод защитного газа;
5, 6 —вход и выход охлаждающей воды; 7 — токо-
подводящий- кабель.
ным вольфрамовым электродом в атмосфере
негорючей смеси (H2+N2)
е) Дуговая сварка вольфрамовыми элек-
тродами в аргоне или гелии.
[Л. 4, 60, 61, 81, 1113, 168]. Этот
способ, который после второй
мировой войны постоянно и
широко применялся в машино-
строении (производство автомо-
билей и т. и.) и привел к раз-
работке очень надежных сварочных автоматов,
в вакуумной технике применяют в.тех случаях,
когда .нельзя использовать водород или азот в
качестве защитного газа. На примере простой
лабораторной установки, изображенной на
рис. 9-3-22, показан принцип действия таких
аппаратов, которые в основном приближают-
ся к устройствам, показанным на рис. 9-3-18.
Между электродом в виде вольфрамового
стержня, который омывается благородным га-
зом, вытекающим из охлаждаемого водой
хшла, и деталью зажигают дугу постоянного'
или переменного тока; при этом деталь в од-
ной точке нагревается в атмосфере благород-
ного газа до температуры плавления. При
этом в отличие от сварки угольными электро-
дами не происходит выгорания электродов и,
следовательно, отпадает необходимость их не-
прерывной подачи. На рис. 9-3-23 показано
техническое оформление ручного сварочного,
аппарата, а на рис. 9-3-24 приведены схемы
аппаратов, для сварки на переменном и по-
стоянном токе. Этим методом можно хорошо
сваривать Al, Mg, Ag, Си, Ni, Ti, а также их
сплавы и нержавеющую сталь (аустенитные
сплавы CrNiFe). Допустимо применение лишь
чистых инертных газов, не содержащих паров
воды (Аг—более 99,80%, остаток — N2; Не—
более 99,9%). Расход инертного газа опреде-
ляется размерами электродов, током сварки,
иногда материалом расходуемого электрода и
для обычных технических установок состав,-
ляет 5—20 л/мин. В гелии, который применя-
ется реже, чем аргон, напряжение дуги (14—
16 в постоянного тока) несколько, выше, чем
в аргоне (8,5—10,5 s). Во избежание неста-
бильности дуги нельзя работать при малых
силах тока, с другой стороны, нельзя рабо-
тать при настолько больших токах, которые
могут вызвать испарение или расплавление
вольфрамового электрода. Чтобы получить
устойчивую дугу, сварку производят обычно
при максимально допустимой силе тока
(Л. 168]. Дуговую сварку в инертном газе
Рис. 9-3-23. Охлаждаемый водой держатель электрода
для ручной дуговой сварки в инертном газе [Л. 81].
§9-3]
Соединение металлических деталей
525
Рис. 9-3-24. Схемы установок
для дуговой сварки в инерт-
ном газе иа постоянном (/)
или переменном (//) токе
[Л. 4].
1 — генератор постоянного то-
ка: 2—баллон с инертным
газом, редуктор и расходо-
мер; 3— пульт управления;
4 — ножной выключатель; 5—
подача и слив воды; 6— разъ-
емный контакт; 7 —держа-
тель электрода; 8—деталь;
9—трансформатор; 10—высо-
кочастотный генератор для
стабилизации дуги перемен-
ного тока.
-можно производить также с применением при-
садочного металла. На рис. 9-3-25 -показана
схема такого устройства, однако установки
с автоматически подаваемым присадочным
металлом, которые будут описаны в следую-
/
Рис. 9-3-25. Схема (/) и внешний вид (//) установки
для дуговой сварки швом в инертном газе с приса-
дочным электродом.
1 — сопло для подачи инертного газа; 2—вольфра-
мовый электрод; 3—деталь; 4—присадочный элек-
трод; 5—шов; 6— направление перемещения электро-
да; 7 —защитный газ.
щем разделе, обычно более выгодны для про-
изводства.
ж) Дуга постоянного тока между де-
талью и плавящимся металлическим электро-
дом. В качестве электрода (деталь присоеди-
няют к положительному полюсу) используется
в большинстве случаев металлический стер-
жень из того же материала, что и сама де-
таль. Стержень плавится и капли его, попадая
на свариваемое место и затвердевая, соеди-
няют детали. Если работа производится в по-
Рис. 9-3-26. Установка для сварки в во-
дороде дугой постоянного тока с расхо-
дуемым проволочным электродом [Л. 2]-
WW—автоматическая подача проволо-
ки; G—подвод водорода; Н — кабель для
подводки тока, газа и проволоки; N—
сопло; Л — электрическая дуга; GF—га-
зовое пламя.
526
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-3-27. Схема конструкции (/) и внешний вид (//)
пистолета для сварки в инертном газе с расходуемым
электродом, автоматически подающимися к месту
сварки [Л. 155].
1 — расходуемый электрод; 2—сменная контактная
медная трубка; 3 — сменное газовое сопло; 4 — поток
инертного газа; 5—выключатель; 6 — кабель к пульту
управления (см. рис. 9-3-28); 7 — токоподводящий ка-
бель; 8—додача сварочного электрода; 9—резиновый
шланг для подачи благородного газа.
токе водорода, то его поджигают обычно
у выходного отверстия, так что, кроме тепло-
ты дуги, используется также и тепло, выде-
ляющееся при сгорании
водорода и рекомбина-
ции атомарного водоро-
да, образовавшегося в
дуге. Подача расплав-
ляемой проволоки проис-
ходит автоматически в
направлении потока во-
дорода (рис. 9-3-26).
Метод особенно пригоден
для материалов, с низкой
теплопроводностью и не
очень высокой точкой
плавления, т. е. не для W,
Та и Мо; медные детали
можно этим способом сваривать только при
очень малых размерах, А1 и Ni — в водороде
только при определенных условиях. Напротив,
алюминий можно хорошо сваривать этим ме-
тодом, если вместо водорода использовать по-
ток инертного газа (Аг, Не или их смесь)
[Л. 155]; так же можно сваривать и нержа-
веющую сталь |[ Л. 13]. Широкое применение
этого метода и в других отраслях промыш-
ленности (см., например, [Л. 116]) способство-
вало разработке промышленных сварочных
установок, принцип устройства которых ясно
виден из рис. 9-3-27 и 9-3-28.
V. Газовая сварка
Нагревание детали производится в пла-
мени светильного газа или (для получения бо-
лее высоких температур) в пламени кислоро-
да или смеси О2+Н2. Соотношение обоих га-
зов в смеси имеет существенное значение. При
излишне восстановительном пламени вслед-
ствие поглощения водорода получаются пори-
стые швы, особенно при сварке меди. Если
в пламени содержится избыток кислорода, то
соединение может получиться ослабленным
вследствие окисления. Газовая сварка приме-
няется в. вакуумной технике для соединения
рис. 9-3-28. Установка для дуговой сварки в инертном газе с помощью сварочного пистолета, изображенного
на рис. 9-3-27.
1 — сварочный пистолет; 2—деталь; 3 — генератор постоянного тока; 4 — установка для автоматической подачи
проволоки; 5—кабель управления; 6 — кабель длч подачи проволоки и аргона; 7 — привод подачи проволоки; 8 —
катушка с электродной проволокой; 9—баллон с аргоном, редуктор и ротаметр.
§9-3]
Соединение металлических деталей
527
вводов, впаиваемых в стеклянные ножки,
с подводящими проводами электродов и цо-
коля. При этом маленьким острым кислород-
ным пламенем светильного газа оплавляют
концы медиой или константановой проволоки
в виде маленьких шариков, пинцетом встав-
ляют вывод ножки (Pt, Fe, Ni и т. п.) в. рас-
плавленный шарик, а затем при затвердева-
нии место соединения слегка вытягивают. Для
соединения никеля с платиновой проволокой
сначала нагревают платину до белого кале-
ния, а затем быстро прижимают ее к никеле-
вой проволоке. Константановые проволоки для
улучшения свариваемости сначала меднят.
Для газовой сварки тонких впаиваемых в сте-
кло проволок часто применяют автоматиче-
ские сварочные аппараты.
Газовая сварка часто производится с при-
менением присадочных материалов 37°; напри-
мер, для герметичного соединения больших
деталей из меди или железа, при изготовле-
нии корпусов мощных выпрямителей (см.
рис. 5-3-6) 7 371. Если металл присадки обла-
дает более низкой точкой плавления, чем сва-
риваемые детали, то по сути дела в данном
случае имеет место не сварка, а пайка твер-
дым припоем.
Платиновые детали, нагретые кислородо-
водородным пламенем до 1 100—1 200° С,
можно прочно сварить давлением или непо-
средственно окисляющим пламенем (О2+Н2)
[Л. 114].
Газовая сварка под флюсом применяется
в вакуумной технике только в. тех случаях,
когда имеется возможность полного удаления
впоследствии следов флюса. В противном слу-
чае длительное газовыделение сваренных уча-
стков деталей приводит к ухудшению вакуума
в приборах и сокращению их срока службы.
В последнее время удалось вместо твердых
и жидких флюсов применить газообразные.
Для этого газ, использующийся при сварке,
предварительно пропускают через сосуд со
смесью спирта и борной кислоты, где он на-
сыщается «флюсом», который не оставляет на
деталях никаких следов. Опробование этого
метода при газовой сварке меди с медью и
коваром дало хорошие результаты.
Аналогичные жидкие флюсы применяются
и для введения в ацетилен (Л. 128].
VI. Применение пайки в вакуумной технике372
Под пайкой понимают соединение двух
металлов с помощью третьего, обладающего
более низкой точкой плавления, который при
нагревании до расплавления образует с со-
З7о часто из того же материала, что и свари-
ваемые детали.
371 Сварные швы после их изготовления следует
тщательно -проверять на герметичность. Для этого их
можно покрыть мыльным раствором или водным рас-
твором «иекала» (натриевая соль изопропил-нафталин-
сульфокислоты), а внутрь изготовленной аппаратуры
ввести водород под давлением 2—3 ат [Л. S3]. Не-
герметичные участки обнаруживают по образованию
пузырьков. Раствор «некала» обладает тем преиму-
ществом, что после его затвердевания при высыха-
нии пузырьки газа сохраняются. Это позволяет обна-
руживать неплотности даже после удаления водоро-
да из установки. Описание других методов обнару-
жения течей в вакуумных системах см. 1Л. ЮЗ, 1611.
372 О соединении металлов с керамическими ма-
териалами см. литературу.
Рис. 9-3-29. Триод СВЧ с большим количеством со-
единений, выполненных пайкой [Л. 180].
1 — вывод (канатик из никелированной меди); 2— вольф-
рамовый ввод; 3— никелированный латунный колпа-
чок; 4—пайка оловом; 5 — никелевая трубка, запаян-
ная припоем Cd-Zn-Ag или приваренная; 6 — гибкая
медная мембрана; 7—медненый NiFe диск, впаянный
в стекло; 8 — диффузионная пайка золотом; 9— медный
опорный диск для сетки, с двух сторон впаянный
в стекло; /0—молибденовая рамка с плоской (сапян-
ной золотом) молибденовой сеткой; 11 —кольцевой
спай оловом или SnAg для соединения рамочной сетки
10 с держателем 9 во время откачки; 12— медный анод
с заостренной кромкой, впаянный в стекло; 13—навин-
чивающийся медный радиатор, припаянный к аноду
припоем PbAg (98/2).
единяемыми металлами на поверхности сплав
(или по крайней мере диффузный слой) и
благодаря этому после охлаждения создает
между ними прочное соединение. Припои с точ-
кой плавления ниже 400° С называют мягки-
ми (или легкоплавкими), .припои с точкой
плавления выше 500° С — твердыми припоями.
Температура места спая во время пайки дол-
жна быть примерно на 50—200° С ниже, чем
температура плавления обоих соединяемых ме-
таллов.; с другой стороны, она должна быть
выше температуры плавления припоя (если
припой представляет собой сплав, то она дол-
жна быть равна в большинстве случаев тем-
пературе ликвидуса). Нагревание места спайки
.можно производить в зависимости от материа-
ла припоя и конструктивных особенностей дета-
лей различными способами (табл. 9-3-4).
Обычно во время процесса пайки для защиты
спаиваемого места от окисления кислородом
воздуха его покрывают так называемыми флю-
сами; флюсы одновременно способствуют рас-
творению, улетучиванию или связыванию воз-
никающих окислов. Следы флюсов удаляются
почти всегда с трудом и поэтому являются
528
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Таблица 9-3-4
Схематический обзор методов пайки, применяющихся в вакуумной технике
) Т—температура пайки; Гпп—температура плавления припоя.
источником газов в. электровакуумных прибо-
рах. Вследствие этого в вакуумной технике по
возможности избегают их применения и про-
изводят пайку в атмосфере защитного га-
за или в восстановительной среде, причем
перед лайкой металлы тщательно механически
часто со встроенными колебательными конту-
рами, а иногда с применением подвижных ме-
таллических деталей, повысило значение мето-
да пайки. Этот метод оказался также необхо-
димым для изготовления сложных металличе-
ских оболочек электронных приборов (см., на
Рис. 9-3-29А. Лампа СЕЧ, смонтированная с применением пайки твердыми припоями
и спаев стекла с металлом.
I—на переднем плане отдельные детали; II—собранная лампа.
или химически очищают До тех пор, пока
•в большинстве электровакуумных приборов
системы электродов (с механическими или
сварными соединениями) монтировались как
единое целое на стеклянной ножке, вместе с ко-
торой их заваривали в стеклянный баллон,
пайка играла в производстве лишь незначи-
тельиую роль. Только развитие производства
ламп СВЧ, имеющих металлические корпусы,
пример, рис. 4-5-1, 5-4-12, 9-3-29А и 9-3-29В}
с длинными герметичными швами этз, которые,
как показал опыт, не могут быть достаточно
надежно осуществлены путем сварки.
373 Существуют электронные лампы СВЧ, у ко-
торых при высоте около 20 см общая длина гер-
метичных швов достигает примерно 1.25 м! (см.
[Л. 42]).
§9-3]
Соединение металлических деталей
529
А. Пайка легкоплавкими припоями371
Этот вид пайки в вакуумной технике не
имеет большого значения, во-первых, вслед-
ствие 'низкой температуры плавления припоев
(ниже 400° С), что делает невозможным до-
статочное нагревание изготовленных таким
методом корпусов, приборов во время обезга-
живания, и, во-вторых, из-за недопустимо вы-
сокого давления насыщенных ларов большин-
ства компонентов таких припоев (см.
табл,- 9-3-4А и 9-3-4В). Поэтому пайка мягки-
Таблица 9-3-4А
Температура плавления Т^л и давление
насыщенных паров р металлов, входящих
в состав мягких припоев
Металл Г„л (°C) Температура (°C) при р, равном
10"7 мм рт. ст. 10-й мм рт. ст. 10~5 мм рт. ст.
В1 271 350 400 474
Cd 321 95 120 148
In 157 520 590 667
Р 5931) г)
Pb 328 360 420 483
Sb 630 340 395 466
Sn’) 232 640 730 823
Zn 419 140 175 211
Для сравнения:
Ag Au 961 1 063 632 902 695 990 767 1 083
Си 1 083 797 860 946
Fe 1 535 962 1 005 1 094
Мп I 244 592 650 717
Ni 1 455 987 1 065 1 157
Si 1 410 859 930 1 024
’) Для белой модификации („желтый фосфор"),
44,1° С.
2) Для фиолетовой модификации („черный фос-
фор"): р=10-2 мм рт. ст. при 195 ° С и 10"1 мм рт. ст.
при 220° С.
s) См. табл. 9-3-4В.
ми припоями используется в вакуумной тех-
нике практически только для изготовления де-
талей (металлических ламп, работающих при
постоянной откачке, а также для таких со-
единений, которые выполняются либо после
откачки ламп, либо на деталях, расположен-
ных вне вакуума (например, пайка штырьков
цоколя). В первом случае -при использовании
мягких припоев можно получить надежные
герметичные спаи (из-за низкой точки .плав-
ления они не подлежат обезгаживанию), если
соединяемые детали предварительно покрыть
тонкой пленкой припоя.
Для обеспечения надежности соединений
при мягкой пайке необходимо использовать
374 Вследствие небольшого значения, которое
для вакуумной техники имеют как сами мягкие при-
пои, так и техника их применения, они описаны
кратко. Можно воспользоваться очень обширной
литературой в этой области техники, например [Л. 20,
24, 43, 63, 74, 75, 78, 86, 88, 104, 108, 109, 119, 124, 142,
149], а также стандартами DIN 1707 (CSN 1018—19’43),
DIN ЕГ730 и DIN Е1732. Некоторые легкоплавкие при-
пои описаны также в табл. 9-3-9.
Рис. 9-3-293. Магнетрон (частично в разрезе) в качестве
примера металлического электровакуумного прибора,
собранного с применением различных видов пайки
[Л. 56]; см. также рис. 4-5-1 и 5-4-12.
1—вывод подогревателя; 2—оксидный катод косвен-
ного накала; 3—ламели; 4—петля отбора мощности;
5—стекло; 6—внутренняя коаксиальная линия; 7—блок
анода с объемными резонаторами; 8—клеммы подо-
гревателя.
чистый припой. Поверхность соединяемых де-
талей также должна быть чистой (см., напри-
мер, [Л. 8, 24, 146]). Наиболее простым припо-
ем является так называемая паяльная жид-
кость, несколько рецептов которой приведена
в табл. 9-3-5. Эти составы хорошо зарекомен-
довали себя для пайки контактов и выводов
цоколей ламп накаливания, а также в электро-
технике или точной механике. После пайки
спаянные места и прилегающие к ним участки
необходимо тщательно нейтрализовать (см.,
например, (Л. 43]). Менее корродирующими,
но п менее эффективными являются флюсы на
основе растворов канифоли (рецепты изготов-
ления см. в табл. 9-3-6), которые пригодны
главным образом для пайки свежеочищенных
поверхностей меди и латуни. В последнее
время к ним стали часто добавлять так назы-
ваемые активаторы, состоящие из органиче-
ских веществ, содержащих небольшое количе-
ство связанной НС1. Применяют, например, ка-
нифоль с 2% вес. (не для пайки железа и его
сплавов) или с 4% вес. (для металлов груп-
пы железа) хлористого анилина, причем
в этом случае достигается исключительная
коррозионная устойчивость .мест пайки.
Примеры использования мягкой пайки в ва-
куумной технике:
а) Запаивание корпусов приборов, рабо-
тающих при непрерывной откачке. Например,
металлические патрубки .мощных ртутных вы-
прямителей (рис. 9-3-30) припаяны мягким
припоем с одной стороны к стальному корпу-
су выпрямителя, а с другой стороны —г к ме-
таллизированным керамическим трубчатым
.изоляторам токоподводов. В таких приборах,
наполненных ртутью, спаянные места изоли-
руют от ларов ртути (например, уплотнением
асбестовыми шнурами (Л. 159]).
34—2200
530
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Таблица 9-3-4В
Свойства олова1)
Удельный вес г! см3 Белое; 7,29 232° С 409° С 704° С серое 5,77 жидкое: 6,97 6,83s) 6,64s)
Температура поли- морфного превращения °C белое-»серое: 13,2
Температура плавления °C 231,9 Усадка при затвердевании: 2,8%
Точка кипения °C -х.2 270
Давление насыщенных паров (см. также 9-5-4) мм рт. ст. (730° С) 10-’ 823° С 10-5 922° С 10~4 1 189° С 10-2 1 609° С 1 2)
мм рт. ст. 727° С 7,4-10-’ 927° С 1,2-10-’ 1 127° С 4,4-10-3 1 327° С 6,7-10-1 1 527° С 5,6 ’)
Временное сопротивле- ние разрыву кГ/мм3 15° С 1,48 100° С 1,12 200° С 0,46 ’)
Относительное удлине- ние (d=22 мм) % 75 55 45 *)
Модуль упругости кГ]мм3 Крупнозернистое: 4 240 мелкозернистое: 4 520
Модуль сдвига кГ)мм3 1 640
Прочность на срез кГ/мм3 20° С: 1,26
Предел ползучести при 20° С При 0,1104 кГ)мм3-. 3,5%/551 день; при 0,1378 кГ/мм3: 7%/551 день
Твердость по Бринел- лю (10/5/180) кГ/мм3 20° С 3,9 100° С 2,3 200° С 0,9
Вязкость спз 240° С 1,91 600° С 1,05 5)
Теплота плавления кал/г 14,2
Удельная теплоемкость кал[г-град 250° С 0,058 1 100° С 0,076 6)
Теплопроводное ть кал см-сек-град 0°С 0,150 100° С 0,145 200° С 0,135 240° С 0,08s) 498° С 0,078s)
Линейный коэффициент термического расширения Ю-'Чград 0°С 199 50° С 231 100° С 238 150° С 267
Объемный коэффици- ент термического расши- рения 10- ’’/град 232—400° С 1 060 400—700° С 1050
Удельное электричес- кое сопротивление(белое олово)4) ом-мм3 м 0°С 0,11*) 100° С 0,155 200° С 0,20 В точке плавления твердое жидкое 0,22 0,45
Работа выхода элек- тронов эв 4,64
§9-3]
Соединение металлических деталей
П род олжение табл. 9-3-4В
Длинноволновый порог фотоэффекта О А 3 000
Отражательная спо- собность % Пленка, напыленная в вакууме (толщина 2-10-* см): 70
Полная излучательная способность % 93,5°С: 5
> ) См. [Л. 164].
* ) По данным Дешмана ГЛ. 38].
• ) См. [Л. 10].
* ) Электрическое совротивление серого олова при 0* С равно ~3 ом-жж’/м.
• ) По данным [Л. 169].
Таблица 9-3-5
Рецепты паяльных жидкостей для мягких припоев
I. Для электротехнической пайки >300° С:
1°/о-ный раствор ZnCls в чистом этиловом спирте.
II. Для пайки небольших деталей >180° С:
') NHjC. регулирует рабочую температуру, снижая точку плавления ZnCI, до точки плавления эвтектики
NH4C1—ZnCl, (29/71), т. е. до 180“ С.
*) Для пайки на автомате; при ручной пайке вводят 150 г ZnCI„ так как это позволяет ускорить процесс
пайки.
4 Объем должен в 10 раз превышать количество использованной воды. Глицерин и гликоль растворяют во-
ду и испаряются вместе с нею, в результате чего на поверхности деталей ие образуется проводящая пленка воды.
*) Лучше всего зарекомеидовали себя железные паяльники с внутренним газовым обогревом, так как они
менее подвержены коррозии, чем медвые.
5) При пайке металлических деталей припоем CdPbSn (25/25/50) (рабочая температура—около 150“ С).
34*
532.
Специальные методы обработки металлов
(Гл. 9
' Таблица 9-3-6
Флюсы на основе канифоли
(Сииенс и Гальске)
А. Флюс „100"
63,6% вес. американской канифоли типа I,
светлой с температурой каплеобразоваиия
по Убеллоде >85° С, с зольностью <^0,5%,
не содержащей смол;
36,4% вес. бензола, технически чистого, дваж-
ды дистиллированного.
Б. Флюс „77":
64,5% вес. американской канифоли типа I (см.
выше);
26% вес. денатурированного спирта (96—98%),
не содержащего пиридина и кислот;
9,5% вес. бензола, технически чистого, дваж-
ды дистиллированного.
б) Пайка многоштырьковых цоколей по-
гружением (например, электронно-лучевых тру-
бок [Л. 121]). Выводы ложки электронной
лампы пропускают, сквозь полые штырьки цо-
коля и после укрепления цоколя на лампе
обрезают их вровень с внешним концом штырь-
ка. Концы штырьков цоколя, лежащие в одной
плоскости, сначала погружают в жидкий флюс
(см., например, тип IV указанный в табл.
9-3-5), а затем (примерно ва 2 сек) в рас-
плавленный легкоплавкий припойзге. Когда
Рис. 9-3-30. Уплотняющая манжета из тонкой желез-
ной жести, соединенная с керамической изоляционной
трубкой и стальным корпусом мощного ртутного вы-
прямителя мягким припоем.
1—керамическая трубка; 2—слой платины, нанесен-
ный вжиганием; 8—мягкий припой; 4—гибкая желез-
ная манжета; 5—паз, заполненный мягким припоем;
6—стальной корпус выпрямителя; 7—асбестовый шнур,
| защищающий припой от паров ртути.
припой проникнет между внутренней гаоверхно-
стью штырька и концом проволоки, цоколь вы-
нимают из ванны и быстро охлаждают (налри-
мер, погружением в четыреххлористый угле-
род) 37в. В качестве припоев для лайки погру-
жением применяют в основном сплавы SnPb
(50/50 или 35/65). Необходимо следить за тем,
чтобы объем ванн ие был слишком мал и
чтобы припой был достаточно хорошо нагрет
250° С) (термостат!). Припой необходимо
тщательно перемешивать, так как ниже темпе-
ратуры ликвидуса образуются кристаллы свин-
ца, над которыми собирается жидкая эвтекти-
ка SnPb (63% Sn, 27%, Pb, точка плавления
183,3° С), что приводит к очень быстрому обед-
нению припоя оловом. С другой стороны, не-
обходимо избегать слишком высокого и дли-
тельного нагревания таких ванн (например,
при длительных перерывах в эксплуатации),
так как при этом поверхность расплава силь-
но окисляется и образуется избыток шлаков,
который необходимо сразу же (примерно пос-
ле шести погружений) удалять. Иногда реко-
мендуют подмешивать в шлак небольшое коли-
чество NH4CI, чтобы уменьшить потери от
окисления (Л. 75].
в) Машинная или ручная пайка выводов
к цоколям ламп накаливания (состав при-
поев см. в табл. S-3-5, типы III и IV). При-
меры см. на рис. 9-3-29, поз. 4 илн 9-3-40 С,
поз. 6. При машинной пайке для этой цели
применяют также припой в виде таблеток
[Л. 130, 140].
г) Припаивание медных пластинчатых ре-
бер радиаторов воздушного охлаждения к мед-
ным внешним анодам генераторных ламп СВЧ.
Поверхность анода предварительно лудят; для
этого более всего пригоден обычный припой
SnPb (60/40), избыток которого после пайки
удаляют тканью. Потом устанавливают ребро
радиатора н прочно припаивают его припоем
PbAg (98/2).
д) Припаивание металлических штенгелей
к откачным установкам. При серийном про-
изводстве металлокерамических ламп приме-
няют для откатки из никеля или железа, ко-
торые герметично припаивают мягким припоем
к металлической «вилке». Металлическая «вил-
ка» снабжена для этой цели большим коли-
чеством соединительных отростков, заканчи-
вающихся массивным медным наконечником,
имеющим центральное сквозное отверстие.
Внутреннюю поверхность наконечника лудят
(рис. 9-3-31). Металлические штенгели для от-
качки также лудят с бескислотной паяльной
жидкостью (см. табл. 9-3-5, тип II) и при на-
гревании пламенем вставляют внутрь нагретого
медного наконечника. Во время нагревания
ламп в печи для удаления газов в процессе
откачки, а также при отпаивании ламп высо-
кая теплопроводность медного наконечника
препятствует распаиванию штенгеля. Отделе-
ние электронных приборов от насоса произво-
дится сварочными клещами или путем пайки
твердыми припоями 377.
Концы штенгелей после отделения всех
электронных приборов выпаивают нз откачной
вилки, чтобы освободить место для установки
новых ламп. Брак, вызываемый негерметич-
ностью штенгелей при использовании этого
метода в промышленном производстве, не пре-
вышает 1% [Л. 170].
е) Пайка оловом при производстве отпа-
янных электронных приборов. Давление на-
сыщенных паров олова настолько мало (мень-
ше, чем серебра, см. рис. 9-5-41), что его
применение в отпаянных электронных лампах
не приносит вреда. Однако точка плавления
Для цоколей с центральным выступом удоб-
но использовать кольцевые ванны, чтобы ключ цоко-
ля не .погружался в припой.
37в При этом одновременно удаляется и флюс.
Влутри штенгелей в последнем случае поме-
щают полую таблетку припоя, которая плавится при
нагревании штенгеля электрическим током (сжоло
300 а).
§9-3]
Соединение металлических деталей
533
Рис. 9-3-31. Соединение металличе-
ского штенгеля с металлической вил-
кой путем пайки оловом.
I—положение во время откачки;
II— запайка штенгеля под действием
давления и нагревания; III—лампа
отсоединена; ЛГ—удаление остатка
штенгеля из гнезда; 1—стальная
вилка; 2—место сварки; 3—соедине-
ние сталь—медь,, выполненное твер-
дым припоем; 4—массивные медные
головки с центральным отверстием;
5—металлические штенгеля; 5—сое-
динение мягким припоем; 6—твер-
дый припой внутри штенгеля; 3—
газовая горелка; 9—остаток штен-'
геля.
олова * 378 настолько низка (232°С), что спаи
при обезгаживании ламп (400° С) расплав-
ляются. Несмотря на это, в иекоторых .прибо-
рах успешно используют пайку чистым оло-
вом или сплавом SnAg (5—10% серебра}, осу-
ществляющуюся в процессе обезгаживания, на-
пример для соединения рамочной сетки из мо-
либдена с медным диском, впаянным в стек-
ло и служащим выводом сетки в триодах
СВЧ, DET22 и ACT 212 (см. рнс. 9-3-29, поз. 11
и [Л. 180]) 37Э. Олово можно применять в ка-
честве припоя для деталей отпаянных элек-
тронных ламп только в тех случаях, когда
его количество мало, а процесс пайки длит-
ся столько времени и производится при на-
столько высокой температуре, что олово об-
разует со опаиваемым металлом сплав, обла-
дающий точкой плавления не ниже 400° С.
Пример: роликовая контактная сварка тонких
электролитических луженых железных дета-
лей; швы сохраняют герметичность даже при
400° С.
ж) Припаивание предварительно луженых
штенгелей .в случаях, когда спай во вре-
мя откачки и эксплуатации электровакуумно-
го прибора не нагревается выше 200° С
(рис. 9-3-32 и 9-3-32А).
з) Припаивание металлических деталей к
посеребренной поверхности стекла. Для этого
с успехом применяются легкоплавкий припои
SnPbCd (50/25/25) до 11'50° С и флюс, состав
которого приведен в табл. 9-3-5, <п. V.
Б. Пайка твердыми припоями
(Л. 26, 42, 65, 98, :160, 173]
Далеко не все твердые припои, т. е. при-
пои с точкой плавления (солидус) выше 500—
600° С, могут быть пригодны при любых усло-
виях для .использования в вакууме. Мате-
риалы для пайки, которые находятся пол-
ностью или частично в отпаянных электрон-
ных лампах, должны в большей или мень-
шей степени соответствовать тем самым тре-
бованиям, которые -предъявляют ко всем
378 Основные свойства частого олова приведены
в табл. 9-3-4В.
378 Предполагается, что при дальнейшей эксплуа-
тации прибора место спая сильно не нагревается
(«200° С).
остальным металлическим материалам. К та-
ким «вакуумным припоям» предъявляют в ос-
новном следующие требования:
а) Низкое давление насыщенных паров.
Давление насыщенных .паров припоя при
температуре 400 или 550° С, которая соответ-
Рнс. 9-3-32. Запаивание металлических штенгелей мяг-
ким припоем (Л. 44].
1—оловянный цилиндр; 2—металлический штенгель;
3 — металлический откачиваемый электровакуумный
прибор; 4—печь: б—нагревательный элемент для рас-
плавления припоя; а—-во время обезгаживания прибора
3 при 400“ С припой остается достаточно холодным и
не плавится; после остывания печи примерно до 250° С
припой 1 расплавляют с помощью нагревательного
элемента 5 или газовым пламенем; припой затекает
в нижнюю часть U-образной трубки 6 и затвердевает
в ней при дальнейшем охлаждении печи 4; Ь—после
полного охлаждения прибор 3 отделяют от насоса.
ствует обычной температуре обезгаживания
электронных ламп из мягкого тугоплавкого
стекла, .не должно превышать 10 7 мм рт. ст.
Из этих соображений большинство обычных
твердых припоев '38°, которые почти все без
исключения содержат такие компоненты, как
““ Например, DIN <171! <яля CSN 1013-1943 (ла-
тунные припои) DIN BI733 (твердые ярипои для ту-
гоплавких металлов 'И металлов группы железа),
DIN 1710 или CSN IO18J1S43 (серебряные припои),
DIN Е1734 (серебряные припои для тугоплавких ме-
таллов и металлов группы железа), DIN Е1735 (се-
ребряные припои для пайки драгоценных металлов).
Подробное описание этих твердых припоев в рамках
этой книги невозможно, поэтому мы отсылаем чита-
теля х имеющейся литературе, например [Л. 24, 43.
96, 97. 109].
534
Специал иные методы обработки металлов
[Гл. 9
1
Рис. 9-3-32А. Запаивание металлического штенгеля
в оловянной ванне [Л. 50р.
7. Устройство с вакуумным колпаком: 1—штеигель;
2—шлицы иа нижнем конце штенгеля; 3—колпачок;
4—твердое олово; 5—нагреватель; 6—держатель кол-
пачка; 7—металлокерамическая лампа; 8—металличе-
ские или керамические держатели лампы и направля-
ющие для ее перемещения; <?—пружина или груз
(в случае малого собственного веса лампы); 10—ваку-
умный колпак; 11—к насосу.
Описание процесса: по окончании вакуумной обработ-
ки лампы олово 4 плавят с помощью нагревателя 5.
Штелгель 1 под действием пружины 9 погружается
в колпачок 3. При этом шлицы 2 закрываются. После
затвердевания олова, иапуска воздуха и удаления кол-
пака 10 запаянную лампу 7 извлекают из децжателей 8.
II- Схема откачки без применения колпака: 1—откачи-
ваемый прибор; 2—штенгель; 3—вспомогательный ци-
линдр, спаянный с деталями 2 н 4; 5—к насосу; 6 —
сильфон; 7—крышка; 8—держатель с керамической
головкой 9’, 10—металлический колпачок с оловом 11
в положении, которое он занимает при откачке; 12—
внутренний и 13—внешний нагреватели; 14—токопод-
вод; 15—герметичный ввод; 16—положение колпачка
10 при запайке штенгеля, в которое он приводится
путем сжатия сильфона 77—спираль для предвари-
тельного нагревания штенгеля; 18—место отделения
лампы от насоса.
1 Все места пайки предварительно луднть (см.
Л. 15]).
Zn, Pb, Cd или Bi, непригодно для производ-
ства отпаянных электронных приборов. Для
этих целей в качестве припоев, кроме туго-
плавких металлов (например, Та, Nb, Rh, Zr)
можно использовать только Ag, Au, Си, In,
Ni, Pt и Sn, а также сплавы этих металлов
(см. табл. 9-3-9).
б) Легкость удаления газов. Температу-
ра плавления вакуумного припоя должна
быть, естественно, выше 450° С (или 550° С),
т. е. вакуумный припой должен быть, как пра-
вило, твердым припоем. Поэтому исключается
применение олова (точка .плавления 232° С),
хотя в отличие от многих других металлов
оно обладает достаточно низким давлением
насыщенных паров (см. предыдущий раздел
о мягких .припоях, а также разд, «ж»).
Как правило, следует рекомендовать тща-
тельное .предварительное обезгаживание (на-
пример, плавкой в вакууме) всех металлов и
сплавов, используемых в качестве припоев.
в) Смачивание. Припой или один из его
компонентов должны хорошо смачивать соеди-
няемые металлы, т. е. припои должны доста-
точно легко образовывать сплавы с материа-
лами деталей. Можно также наносить (напри-
мер, электролитически) на металлические де-
тали слои других металлов, которые удо-
влетворяют этим условиям. Только в этом
случае можно получить путем пайки надеж-
ное н достаточно герметичное соединение.
В табл. 9-3-7 приводятся сведения о взаимной
растворимости основных компонентов припоев и
металлов, чаще всего применяемых в произ-
водстве электровакуумных приборов. Поль-
зуясь этими данными, можно в основном
установить нужный в каждом отдельном слу-
чае состав вакуумного припоя. Так, напри-
мер, чистое серебро не образует сплавов с ме-
таллами группы железа, тогда как медь и
железо способны образовывать сплавы со
многими цветными .металлами. (Поэтому сплав
серебра и меди может служить припоем
в самых различных случаях.
г) Температура плавления припоя не дол-
жна снижаться при образовании сплавов
Таблица 9-3-7
Растворимость отдельных составных частей припоев в важнейших материалах, применяющихся
в производстве электровакуумных приборов [Л. 160]
Припой или его составная часть Точка плавления, °C Растворимость в
Си Ni Fe Мо W PH) Та*)
Ag 960 Хорошая Не растворя- ется Не раствсрт- ется2) Не растворя- ется Не растворя- ется Не образуют сплавов
Au 1 064 Хорошая Хорошая Хорошая Не растворя- ь ется Не растворя- ется (Смачивает) Плохо смачи- вается
Си 1 083 — Хорошая Умеренная Малая Не растворя- ется Смачивает Не растворя- ется
N1 1 461 Хорошая — Хорошая Хорошая Хорошая Смачивает Смачивает
Nb 2 500 — — — — Отличная Отличная
Pt1) 1773 Хорошая (смачивает) Смачивает Хорошая
Sn 232 Очень хоро- шая Хорошая Умеренная — Хорошая Не смачивает
Zr 1 857 — — — Отличная Отличная
') См. (Л. 281. „ _
!) Спеченные с керамикой железные покрытия серебро смачивает лучше, чем медь; см. табл. 9-3-12, примеч. о.
§ 9-3 ] Соединение металлических деталей
, 536
Специальные методы обработки металлов
[Гл.. 9
Рис. 9-3-33. Диаграмма состояния системы серебро
медь (£—эвтектика при 72% Ag и 28% Си).
с материалом соединяемых деталей. Вакуум-
ный припой, который при пайке металличе-
ских деталей в водородной печи (в отличие
от быстрой пайки паяльником или высокой
частотой, см. ниже) подвергается длительно-
му нагреванию и вследствие этого долго на-
ходится в жидком состоянии, в контакте со
спаиваемыми деталями не должен образовы-
вать с основным металлом сплавов со зна-
чительно более низкой температурой плавле-
ния, чем температура пайки. В противном
случае образующийся сплав при длительном
нагревании в печи будет вытекать из места
спая, оставляя в детали поры и отверстия.
Говорят, обычно, что такой припой «выплав-
ляется». Если, например, паять чистую медь
чистым серебром в водородной печи пример-
но при 980° С, в месте контакта твердой ме-
ди с жидким серебром образуется переход-
ный слой сплава, в котором происходит не-
прерывное растворение меди в чистом сере-
бре. Как видно из диаграммы состояния си-
стемы AgCu, приведенной на рис. 9-3-33, с уве-
личением содержания меди температура
плавления переходных сплавов (температура
как солидуса, так и ликвидуса) очень быстро
снижается и растворенная медь с образующим-
ся сплавом вытекает из места спая. Однако
условия изменяются, если применять не чистое
серебро, а его сплав с медью, соответствую-
щий по своему составу эвтектике Е (пример-
но 72% серебра), положение которой мож-
Рис. 9-3-34, Диаграмма состояния системы медь — фос
фор (£—эвтектика при 91,6% Си и 8,4% Р).
Рис. 9-3-35. Диаграмма состояния системы золото—
медь (Л!—минимум температуры плавления при
81,5% Au и 18.5% Си).
но определить по диаграмме состояния
(рнс. 9-3-33), и если температура пайки толь-
ко на 30° С выше, чем точка плавления этой
эвтектики. При этих условиях скорость рас-
творения меди в эвтектическом припое, бо-
гатом медью, значительно снижается; кроме
того, поглощение меди в результате раство-
рения или диффузии в место спая или, на-
против, проникновение серебра в материал
спаиваемой детали ,не вызывают снижения
точки плавления образующегося при этом но-
вого сплава. Поэтому не может происходить
и выплавление. Из этих соображений, а так-
же из-за более низкой точки плавления в ва-
куумной технике очень часто отдают пред-
почтение эвтектическим, так называемым,
«Е-припоям» (примеры: рис. 9-3-33 и
9-3-34) 3»'.
Аналогичных или даже лучших результа-
тов можно достигнуть применением сплавов,
которые обладают минимумом температуры
плавления на диаграмме состояния, например,
рис. 9-3-35 и 9-3-36. В этом случае припой
должен обладать составом, соответствующим
минимуму на кривой плавления (так назы-
ваемый «М-.припой»), Если, например, при
использовании М-припоя AuCu (80/20) для со-
единения медных деталей во время длитель-
ного нагревания в водородной печи .припой
из-за растворения меди обогащается ею, то
температура как ликвидуса, так и солидуса
припоя повышается; благодаря этому припой
во время нагревания при пайке с возраста-
нием содержания меди может самопроиз-
вольно затвердевать вместо того, чтобы обра-
зовывать текучие сплавы.
Так как вязкость внеэвтектических би-
нарных сплавов, например припоев, содержа-
381 Во многих случаях на практике используют
небольшие отклонения от состава эвтектики, для то-
го чтобы избежать слишком быстрого затвердева-
ния припоя в очень узких лазах, выполненных в со-
единяемых деталях. Для пайки таких медных дета-
лей используют, например, близкие по составу к эв-
тектике припои 75% Ag+25% Си или 80% Ag+20% Си
(см. табл, 4-7-3).
§9-3]
Соединение металлических деталей
537
Рис. 9-3-36. Диаграмма состояния системы никель—
золото (М—минимум темпервтуры плавления при
82% Au и 18% Ni).
щих более 28% меди, в расплавленном со-
состоянии — даже .при значительном превы-
шении температуры солидуса — значительно
возрастает по сравнению с вязкостью эвтекти-
ческих сплавов ®82, склонность расплавленного
припоя к истечению из места спая уменьшает-
Г
кать между отдельными кристаллами спаи-
ваемых металлов, как это происходит, на-
пример, при длительной дайке "ковара легко-
плавким эвтектическим припоем AgCu
(см.'§ 6-1, рис. 6-1-49 и (Л. 46]). .Припой прони-
кает при этом в металл по границам зерен и
вызывает их разрушение, из-за чего место1
спая может стать неплотным. Этому способ-
ствует наличие внутренних .напряжений в спаи-
ваемых материалах. Поэтому применение при-
поев, обладающих высокой температурой
плавления и вызываемая этим необходимость
повышения температуры печи иногда позво-
ляют избежать этого эффекта! вследствие
устранения внутренних напряжений во время
пайки. Во многих случаях проникновение се-
ребра между зернами можно устранить пу-
тем меднения и сокращения продолжительно-
сти нагревания места спая, например при-
меняя пайку газовым пламенем 384. Таким пу-
тем можно надежно спаивать диски из кова-
ра с медными трубками, как показано на
рис. 9-3-36А.
е) Температура пайки. При производстве
сложных электронных приборов, особенно
тогда, когда некоторые их детали ранее уже
подвергались пайке, припой должен иметь та-
кую температуру плавления, которая доста-
Рнс. 9-3-36А. Припаивание предварительно медненых коваровых переходов к медным
внешним анодам восстановительным пламенем при помощи эвтектического припоя AgCu,
1 — медный внешний анод с проточенной верхней частью; 2—медненый коваровый диск.
Место пайки покрыто тонким слоем эвтектического припоя AgCu; 3—медное кол.цо;
4—кольцо из эвтектического припои AgCu. Место спая нагревают восстановительным
пламенем, припой растекается и герметично соединяет детали 1, 2 и 3; 5—стеклянная
оболочка, привариваемая после зачистки места пайки. После впаивания в стекло вну-
треннюю часть спая, а также внутреннюю поверхность всего медного анода очищают
травлением.
ся. Такие припои с успехом применяются для
лайки деталей с большими зазорами 383, через
которые расплавленный припой эвтектическо-
го состава легко вытекал бы.
Это же справедливо для припоев, из
сплавов, .не .имеющих эвтектической точки или
минимума температуры плавления, но обла-
дающих широким интервалом между темпе-
ратурами солидуса и ликвидуса (например,
припои из сплавов системы NiCu).
д) Отсутствие склонности к межкристал-
литной диффузии. Припой не должен прони-
зв Вязкость сплава AgCu (40/60) возрастает
из-за возникновения кристаллов меди в расплаве
в интервале температур между солидусом и ликви-
дусом!
ам Или в случае плюхой подгонки соединяе-
мых деталей (например, вследствие их различного
расширения при нагревании).
точно низка, чтобы выполненные • ранее
соединения не разрушились. Иначе говоря,
необходимо иметь ряд вакуумных припоев,
применяемых для одного и того же ма-
териала, точки плавления которых постепен-
но снижаются (Л. 64]. При выполнении не-
скольких последовательных операций при-
паивания сказываются значительные преиму-
щества М-припоев. Благодаря тому, что во
время первого .процесса припаивания М-при-
поем температура плавления припоя в месте
спая, как уже было указано, возрастает, сле-
дующую .пайку в соседнем месте можно про-
изводить тем же М-припоем и при той же
м< Или используя высокочастотный нагрев под
колпаком с защитным газом (рис. 9-3-46) вместо Дли-
тельного нагревания в водородной печи с большой
тепловой инерцией.
538
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-3-37. Диаграмма состояния медь—никель. Из-
меняя содержание компонентов, можно изменять
температуру плавления от 1 084 до 1 453° С.
температуре, что и в первый раз, без разру-
шения первого спая.
Если допустимо значительное растворе-
ние соединяемых металлов. в .припое за вре-
мя, необходимое для проведения пайки, то
можно применять также иеэвтектические
сплавы систем, диаграммы состояния кото-
рых аналогичны изображенным на рис. 9-3-37
или 9-3-38385. При этом точку плавления при-
Рис. 9-3-38. Часть диаграммы состояния медь — крем-
ний (при содержании кремния до 6% вес). Изменяя
содержание кремния, можно снизить область плавле-
ния с 1 083“ С (чистая медь) до 850—950“ С (5% Si);
поэтому такими сплавами можно паять чистую медь.
поя, а тем самым и температуру пайки мож-
но однозначно установить выбором соотно-
шения компонентов сплава.
ж) Дуктильность. Для пайки твердыми
припоями, которая подробно описана ниже,
386 Можно также использовать сплавы, составы
которых лежат на восходящей ветви диаграммы
с минимальной точкой плавления, если из-за раство-
рения материала деталей в припое может повысить-
ся точка плавления образующегося в месте спая
сплава. В атом случае .можно паять медные детали
не только |М-:припоем: 81,6% Au, 16,5% Си (рис. 9-3-37,
точка плавления 880° С), но и (припоем того же ро-
да, но с более высоким содержанием меди (напри-
мер, 30% Au, 70% Си, точка плавления 980—1 010“ С)
без опасности выплавления припоя.
Рис. 9-3-39. Биметаллические припои в виде проволоки
нлн лент с оболочкой из сплава AuAg (!) и оловянным
сердечником (2) [Л.139].
в большинстве случаев требуются припои в ви-
де проволок, лент или фольги.. Большинство
припоев .настолько пластично, что изготовле-
ние из них заготовок нужной формы не вы-
зывает трудностей. Однако есть и исключения,
как, например, очень хрупкий сплав. 40%
Sn+30% Си+30% Ag, который обладает ин-
тервалом плавления 500—600° С. В таких слу-
чаях проволоки или ленты припоя изготавли-
вают в .виде биметаллов 386, т. е. в виде прут-
ка, внешняя оболочка которого состоит из
сплава AuAg (50/50), а керн — из чистого
олова. Эту чрезвычайно пластичную компози-
цию подвергают холодной .протяжке или про-
катке, чтобы полечить проволоку, ленту илн
фольгу (рис. 9-3-39). Собственно тройной
сплав AuAgSn образуется впоследствии при
нагревании во время пайки в электрической
вакуумной илн водородной печи или же при
нагревании спаиваемого места током высокой
частоты (подробнее см. [Л. 139]).
Для соединения металлов с керамикой
(см. гл. 32 и [Л. 12]) часто также применяют
биметаллический припой в виде проволоки,
состоящей из титанового керна (3—12% вес.)
и оболочки эвтектического сплава AgCu
(72/78). Для пайки меди к керамике, предва-
рительно металлизированной сплавом МоМп,
используют биметаллический припой с сердеч-
ником из эвтектического сплава AgCu а нике-
левой оболочкой .(количество иикеля состав-
ляет около 7% общего веса), так как сплав
AgCu сам по себе плохо смачивает молибден.
Вместо композиции, изображенной на
рис. 9-3-39, можно применять ленту, прока-
танную из заготовок, изготовленных прессова-
нием смеси чистых порошков золота, серебра
и олова (30% Au, 30% Ag и 40% Sn). Такие
ленты отличаются мягкостью и дуктильностью,
поскольку и в этом случае образование хруп-
кого сплава происходит лишь в процессе пай-
ки. Этим припоем можно паять медь и ковар
на воздухе, используя в качестве флюса буру,
причем швы остаются герметичными даже при
нагревании до 480° С.
з) Нечувствительность припоя к ртути.
В газоразрядных приборах, наполненных жид-
кой или газообразной ртутью, припои не
должны образовывать легкоплавких или хруп-
ких амальгам, что могло бы привести к раз-
рушению полученных пайкой соединений. Пай-
ка серебром и золотом особенно чувствительна
388 Биметаллы подробно описаны в § 6-5.
§9-3]
Соединение металлических деталей
539
к действию ртути; медный припой при сопри-
косновении с ртутью становится хрупким.
В противоположность этому припои на основе
никеля и циркония устойчивы.
Твердые припои на основе сплавов сереб-
ра с медью, не содержащие Pb, Zn, Sb, Cd
или Sn, почти не взаимодействуют с ртутью
при комнатной температуре [Л. 163], однако
для большей -надежности поверхность таких
спаев следует покрывать никелем.
и) Требования к припоям, применяющим-
ся для пайки деталей, расположенных вблизи
чувствительных к нагреванию элементов при-
боров (диффузионная пайка). Выполнение со-
единений методом пайки в печах с защитной
атмосферой в случае непосредственной близо-
сти места пайки от впаев металла в стекло,
как и вообще пайка деталей электронной лам-
пы или собранных ламп, в которых уже име-
ются впаи металла в стекло или содержатся
катоды, покрытые карбонатами щелочнозе-
мельных металлов, сопровождается очень
большими трудностями, так как, с одной сто-
роны, во время пайки нельзя превысить тем-
пературу размягчения стекла или температуру
разложения карбонатов, а с другой — необхо-
димо получить соединения, которые смогут
выдерживать достаточно высокие температуры
при обезгаживании. Причина трудностей за-
ключается также и в том, что в рассматри-
ваемом интервале температур (450—550° С)
практически не имеется припоев с необходимой
точкой плавления387. Эту проблему удалось
решить способом, который назвали «диффузи-
онной пайкой золотом».
Метод основан на 'способности двух твер-
дых веществ взаимно диффундировать при
температуре, лежащей значительно ниже точ-
ки плавления наиболее легкоплавкого из них
[Л. 150]. Удалось установить, что взаимная
диффузия меди и золота в интервале темпе-
ратур 450—500° С уже настолько велика, что
через небольшой промежуток времени она
приводит к образованию прочного герметич-
ного переходного слоя. Необходимый для это-
го тесный контакт между металлами создают,
применяя, помимо нагревания, также и высо-
кое давление [Л. 95, 177]. На практике между
плоско-параллельными шлифованными поверх-
ностями двух фланцев (рис. 9-3-40) или меж-
ду двумя цилиндрическими поверхностями
(см., напри-мер, рис. 4-5-1), которые необхо-
димо соединить, вкладывают замкнутое коль-
цо из мягкой золотой проволоки толщиной
0,3—04 мм, затем детали стягивают ^напри-
мер, в струбцинах) и выдерживают около
15 мин при 450—'500° С, лучше всего в защит-
ной атмосфере водорода. При этом образует-
ся герметичное прочное соединение медных
деталей. Так как процесс ведется при низкой
температуре, полностью' устраняется опас-
ность размягчения стеклянных деталей, кото-
рые могут уже быть присоединены к одной
из соединяемых частей, или возможность по-
вреждения оксидных катодов. При низких
температурах пайки, особенно если внутрен-
ние части электронной лампы во время Прове-
537 Если ие учитывать /новых биметаллических
припоев, которые до сих пор использовались очень
мало.
Рис. 9-3-40. Схема металлической электронной лампы,
состоящей из двух отдельных узлов, герметично сое-
диненных диффузионной пайкой золотом [Л.42 180].
/—ковар, NiFe нли сталь; 2—стекло; 3—меднений
фланец; 4—золотая проволока перед пайкой; 5, 6—
внутренние детали; см. также табл. 9-3-8.
дения процесса омываются водородом или ка-
ким-либо нейтральным газом (азот или аргон),
или же находятся в вакууме, первоначальная
чистота поверхности соединяемых деталей не
изменяется. Не требуется также и дополнитель-
ная очистка внутренних деталей лампы после
пайки. Диффузионную пайку золотом можно
проводить одновременно с откачкой и обезга-
живанием электровакуумных приборов.
Метод диффузионной пайки можно ис-
пользовать и для соединения деталей из дру-
гих металлов, если их сначала электролитиче-
ски покрыть слоем меди толщиной около
30 мк, причем этот слой следует вжигать
в подложку путем отжига а водороде при
1 030° С в течение 20 мин, так как электроли-
тические покрытия без такой термической об-
работки получаются пористыми и недостаточ-
но прочно удерживаются на подложке. Таким
образом, можно абсолютно надежно соединить
медиеные стальные фланцы с медными труб-
ками или меднеными стальными трубками
методом диффузионной пайки золотом.
Несмотря на то, что диффузионная пайка
золотом производится при 400—500° С, место
спая оказывается совершенно устойчивым и
при температурах выше 600° С. Коваровые
и железо-никелевые цилиндры [Л. 180] с гер-
метично напаянными стеклянными деталями
можно после меднения легко припаять к мед-
ным частям приборов. При этом хорошо
зарекомендовал себя метод, описанный
в табл. 9-3-8, применение которого позволяет
полностью предотвратить окисление поверх-
ности и поглощение газов накаленными дета-
лями.
К сожалению, внешнее давление, необхо-
димое при осуществлении диффузионной пай-
ки, вызывает деформацию деталей, влияющую
иа точность сборки приборов. Кроме того, при-
менение золота значительно удорожает изде-
лия. В целях экономии золота вместо него
можно применять сплав AuCu (75/25).
Можно также предварительно покрывать
одну из соединяемых медных деталей тонким
540
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Таблица 9-3-8
Соединение медных или медненых
металлических деталей путем
диффузионной пайки золотом
А. Пример конструкции см. рис. 9-3-40, к
которому относятся проводимые ниже в
круглых скобках обозначения деталей.
Б. Подготовка соединяемых деталей (не
медных):
I — соединяемые металлические детали (/)
или же соприкасающиеся поверхности
фланцев (2) покрывают слоем меди тол-
щиной 30 мк\
II — спекают слой меди 20 мин в водород-
ной печв при 1 030° С;
III — в случае необходимости изготовляют
спаи металла со стеклом (3), находящие-
ся вблизи места соединения деталей
(2)’);
IV — все окислы, образующиеся при изготов-
лении спаев со стеклом, удаляют путем
травления1);
V — повторяют меднение’) соприкасающихся
поверхностей соединяемых деталей (2)1).
В. Процесс пайки:
VI — монтаж деталей системы электродов,
например оксидного катода (5) и сетки
(6) к выводам прибора;
VII — Прокладку из золота (4) зажимают между
фланцами (2) с помощью струбцин;
VIII—откачивают прибор насосом предвари-
тельного разрежения;
IX — всю конструкцию при стянутых фланцах
помещают на 15 мин в водородную или
азотную колпаковую печь, нагретую до
450° С;
X — прибор обезгаживают прн откачке диф-
фузионным насосом, охлаждают и после
активации катода и распыления газопо-
глотителя отпаивают
Рис. 9-3-40А. Примеры правильных и неверных (со
слишком широкими и короткими зазорами) узлов
пайки [Л.151].
*) Операции, указанные в пп. Ill—V. естественно,
ие производятся при отсутствии спаев со стеклом.
2) Этот новый слой меди прочно закрепляется на
нанесенной ранее пленке меди без отжига.
слоем золота, а затем производить диффузи-
оиную пайку, прижимая к ней вторую, не по-
золоченную деталь 888. При этом, однако, не
всегда удается достигнуть достаточно высо-
ких давлений в месте спая.
При разработке в основном ламп СВЧ
было предложено много вакуумных припоев.
Они приведены в табл. 9-3-9 в порядке пони-
жения температуры пайки.
Методы пайки твердыми припоями. При
соединении деталей вакуумных приборов не-
обходимо прежде всего, чтобы детали, под-
вергающиеся пайке, находились в тесном кон-
такте или отстояли друг от друга не более
чем на доли миллиметра.
Полученные на опыте оптимальные вели-
чины зазоров между деталями, которые сле-
дует выдерживать при пайке твердыми при-
поями, приведены в табл. 9-3-9А. Как прави-
ло, точная посадка соединяемых деталей по-
зволяет получить надежное и герметичное
соединение при сравнительно малом расходе
припоя 889. Для этого в случае соединения мед-
ных деталей оказывается достаточным пред-
варительное покрытие спаиваемых поверхно-
стей слоем серебра толщиной в несколько
микрон с последующим нагреванием платно
прижатых друг к другу деталей до 780° С.
При этой температуре в результате диффузии
образуется эвтектический сплав CuAg с точ-
кой плавления при 778° С.
Следует избегать применения коротких
широких и неравномерных по размерам уг-
лублений и зазоров (рис. 9-3-40А).
Если для точной установки деталей прн
пайке необходимы специальные оправки, то
их следует изготовлять из материалов, не
смачивающихся припоем, например из асбо-
цемента, керамики или графита. В особо от-
ветственных случаях рекомендуется применять
для изготовления оправок высокохромистые
сплавы, а поверхность оправок перед пайкой—
окислять (рис. 9-3-40В). При пайке в атмо-
зм Было бы неправильным покрывать золотом
обе детали, поскольку при низких температурах ко-
эффициент самодиффузии золота очень мал.
а,в Использование слишком больших количеств
припоя, например при прецизионной пайке анодов,
магнетронов, может привести к короблению деталей.
§9-3]
Соединение металлических деталей
541
Таблица 9-3-9
Специальные припои, применяющиеся в вакуумной технике, расположенные
в порядке убывания их точек плавления (см. также [Л. 66])
Состав (% вес.) Tan Точка плавления, "С Ссылка Пригоден дли соединения Непригоден для пайки
Та (фольга) Nb Rh Zr, дуктильный Pt Ni (99%) FeNi (64/36) NiMo (53,5/46,5)°) я x xx xx 2 996 2 500 1 970 1 860 1 770 1 450 1425 1 3203) W—W7) W или Мо при высоких на- грузках W, Мо W или Мо при высоких на- грузках W, Мо при нагрузках до 1 500° С W, Мо до 1 250° С Спаи, устойчивые к дей- ствию ртути Мо, Fe
CuNi (55/45)®) A 1 300 Рис. 9-3-37 W, Мо
CuNi (70/30) A [ликвидус) 1230 Рис. 9-3-37 W, Мо
CuNi (75/25) AgPt (73/27) A ликвидус) 1205 (ликвидус) 1 185 Рис. 9-3-37 W, Мо W, Мо Ковар
Си (бескислородная) Cu + W (порошок) PtSn (70/30) R V E (солидус) 1084 1 084 1072 Fe, ковар, монель Как припой из чистой меди W, Мо4)
Au NiFeP (56/33/11) TiNi (70/30)—порошок NiMn (43/57) CuAu (70/30) CuAuNi (62/35/3)1») R D M A 1063 1020 955 •х.1 000 980 [1 010)1°) 980 [1 025)1°) Рис. 4-5-2 Рис. 9-3-35 Сетки из Мо Мо, W,Fe, Ni, ковар, мо- нель37) Ti и его сплавы Ti с другими металлами Fe, Си, ковар Детали электронных ламп W, Мо
CuAu (62,5/37,5) A 970 [990] Рис. 9-3-35 Fe, Си, ковар
CuSi (97/3) CuAg (95/5) CuMn (85/15) A 970—1 025 960 [1 025(1°) 960 [970] Рис. 9-3-38. Медь с медью Медь с медью Нержавеющая сталь
Ag Ag-J-W (порошок)10) R V 960 Fe и Ni (иаиесениые на ке- рамику спеканием) Как припой из чистого се- ребра W, Мо
AuNi (82/18) CuSnAg (85/8/7)20) CuAuAg (55/42/3)27) AuCuAjg (58/40/2)20) CuAg (60/40) CuTi (76/24) AuCuAg (75/20/5)2») NiP (89/11) M E 950 946 [985]1») [960]18) 910 (935]*°) 910 900 (?) 890 [902)1°) 880 Рис. 9-3-36 W, Мо, хромистые стали30) Cr-Ni—стали30) Медь, ковар Железо и другие металлы, особенно Си—ковар21) Железо и другие металлы21) Медь Титан с другими металлами Сталь и другие металлы21) Мо, W, Fe, Ni, Си, ковар37) W, Мо W, Мо W, Мо
AuCu (81,5/18,5)4) CuAgMn (50/40/10) M 884 800 Рис. 9-3-35 Как и выше, главным обра- зом, Си, Fe, ковар22) Легированная сталь,Fe, Ag37)
AgCii (50/50) A 779 [870] Рис. 9-3-33 Медь
AgCu (72/28)24)°4) AgCuSn (68/27/5) AgCuSn (59/31/10) E 779 743 [760] 720 [740]1») Рис. 9-3-33 Си, FeNi12) Ковар12) 20) Fe, W, Мо
CuP (91,6/8,4) E 714 [751,8)] Рис. 9-3-34 Только медь с медью13) [ Fe, сплавы < Fe, Ni, [ Мо, W
542
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Проволжение табл. 9-3-9
Состав (% вес) Тип Точка плавления, °C Ссылка Пригоден для соединения Непригоден для пайки
Agin (80/20) AgCuIn (63/27/10) AgCuSn (53/32/15) CuAgP (80/15/5)5).35) AgCdZnCu8) (50/18/16,5/15,5) AgCuSnNi (63/28,5/6/2,5) или (60/28/10/2) AgCuSn (42/33/25) Auln (80/20)2) AgSnln (?/?/?) 693 685 [710]18) 670 [700]18) 640 [704]I18) 627 [635— —734]18) Вероятно, выше 600 600 [630]18) 550 [630]18) 491—550 Табл. 9-3-8 20) Для последовательной пай- ки деталей электроваку- умных приборов 20) 30) Медь—медь13) “) CrFe (феррит) с CrFe (фер- рит)25) 20),30) 31)32) Медь31)-3!) f Fe, сплавы < Fe, Ni, Мо. [ W
Au PbAg (98/2) CdZnAg (78/4/16,6/5) D E 450—550 304 280 [305р8) Медь и медные детали Медь—медь14), особенно пла- стинчатые радиаторы внешних медных анодов
Sn23) SnAg (89/11) SnPb (63/37) In SnPbCd (50/25/25)15) Snln (50/50)33) BiPbCdSn (50/25/12,5/12,5) R E R 232 221 183 156 150 118 70 [74] Табл. 9-3-4В Си,Pt, Fe18) .o) Для предварительного лу- жения меди14) ") Для пайки на посеребренной поверхности стекла Посеребренная поверхность стекла му м)
Е—эвтектический сплав;
М—сплав с минимальной температурой плавления;
R—чистый, нелегированный металл;
А—сплав, температура плавления которого возрастает с увеличением содержания основного компонента
припоя;
D —припой для диффузионной пайки;
V—биметалл или суспензия.
2) В виде порошка.
в) По другим данным эвтектика имеет состав 51 Ni/49 Мо и точку плавления 1 305° С.
4) См. § 9-3, разд, VII (соединение Си —Мо и Си —W способом отливок).
ь) Известен под торговой маркой „Sil Fos“. При пайке в Н2 возможна пористость спая.
6) Известен под торговой маркой „Easy Flo* (Handy and Harman).
’) Например, с помощью электродов для точечной сварки, имеющих вольфрамовые острия.
е) Константан илн Eureka.
8) Торговая марка „Runnot С“; состав: W — около 62%, Си—около 35%, Ni — около 3%. Вольфрам, взвешен-
ный в расплавленном припое в виде мелкозернистого порошка, препятствует вытеканию припоя из места спая.
10) Торговая марка „Runnot S*; состав: около 62% W, около 35% Си, около 3% Ni (см. примеч.6).
!*) Сплав AuCu с 40—90% Au стареет вследствие образования соединения AuCu. Твердость его при этом
возрастает.
*2) С ограничением для всех сплавов, содержащих Fe (межкристаллитная коррозия).
’3) Вследствие высокого давления паров фосфора и опасности отравления оксидных катодов фосфорные при-
пои нашли в вакуумной технике только ограниченное применение, например для соединения меди с медью, так
как при этом склонность фосфора к испарению уменьшается [Л. 66]. Эти припои можно применять для соедине-
ния таких деталей электровакуумных приборов, которые не подвергаются нагреву и не взаимодействуют с пото-
ками электронов или ионов, например для пайки медных канатиков к вводам.
,4) Припой неприменим в вакууме, так как содержит компоненты с высоким давлением насыщенных паров
(Cd, Zn, Bi, РЬ); ои пригоден только для соединения внешних частей электровакуумных приборов или же там-
где приборы эксплуатируются при постоянной откачке (например, вакуумные спектрографы),
15) Состав флюса для этого припоя приведен в табл. 9-3-5/V. Вместо него можно использовать также припой
PbCdSn (80/13/7) [Л. 114].
1в) Давление паров Sn ниже, чем давление паров Ag, но точка его плавления слишком низка для того, что-
бы олово можно было применять в электровакуумных приборах которые при откачке обезгаживают в печи.
17) Давление насыщенных паров, несмотря на относительно низкую точку плавления, сравнительно мало (см.
табл. 7-5-1 и рнс. 9-5-4).
J8) Заключенные в скобки [ ] значения относятся к температуре жидкого течения.
lfi) Торговое обозначение „Nicoro“.
20) Припой обладает низким давлением паров, но тверд и хрупок; при содержании олова более 10% он не
поддается обработке (см. рис. 9-3-39).
21) Ювелирный припой, хорошо обрабатывается и смачивает поверхность деталей.
22) Допускает применение при высоких нагрузках, (красное каление), например в рентгеновских трубках, где
сравнительно высокое по сравнению с Au или Си давление насыщенных паров серебряного припоя могло бы
привести к нежелательным последствиям.
2Э) Подробный обзор свойств олова см. [Л. 164].
24) Известен в США под маркой „ВТ-Solder" (Изготовитель: Handy a. Harman) поставляется также с титано*-
вым сердечником.
§ 9-3]
Соединение металлических деталей
543
Продолжение табл. 9-3-9
а5) По данным [Л. 70].
2в) Торговая марка (США): „SN 7" (Handy a. Harman).
27) Торговая марка (США): „10 К Red #6" (Handy a. Harman).
28) Торговая марка (США): „14К Red #6“ (Handy a. Harman).
ав) Торговая марка (США). „18К Red #6“ (Handy a. Harman).
®°) Изготовитель: Westinghouse Electr. a. Manuf. Comp.
31) Изготовитель: Indium Corp, of America.
82) Хрупкий; температура плавления припоев разных изготовителей различна.
эз) Торговая марка _Cerroseal“.
з^) Электропроводность эвтектического припоя AgCu равна 77,1% электропроводности чистой меди. Средний
коэффициент термического расширения этого припоя в интервале от 20 до 760° С равен 190-10“’ 1/град.
з5) Электропроводность припоя CuAgP (80/15/5) равна 14% электропроводности чистой меди.
36) В сухом водороде (точка росы —62° С).
В7) По данным [Л. 14].
Таблица 9-3-9А
Ориентировочные оптимальные величины
ширины зазора между соединяемыми де-
талями при пайке различными припоями
[Л. 66J
Ширина зазо- ра, мк Характеристика припоя
<15 Электролитически нанесен- ные слои припоев нз чистых металлов (Си, Ag, Ni)
13—25 Чистые металлы (например, Си, Ag, Ni) или припои, по со- ставу близкие к эвтектике, например AgCu (75/25)
38—76 Эвтектические припои, напри- мер AgCu (72/28) или AuCu (80/20)
51—89 Припои внеэвтектического состава1), например AgCu (50/50) или NiCu (70/30)
>) См. табл. 9-3-9, прпмеч. 1.
сфере водорода слой окиси хрома не восста-
навливается, что, как правило, надежно пре-
дохраняет оправки от схватывания с припо-
ем. Только припои, содержащие никель, мо-
гут смачивать слабо окисленную поверхность
хромистых сплавов и спаиваться с оправкой.
При очень точной установке деталей следует
учитывать н термическое расширение мате-
риала оправки. С этой точки зрения для изго-
товления оправок, предназначенных для уста-
новки медных деталей, следует использовать
хромоникелевую (18/8) сталь, коэффициент
термического расширения которой такой же»
как у меди (см. § 6-1, разд. VI).
Припой помещают в место спая в виде
проволочных колец, фольги, лент, пасты из
порошка или •— при очень хорошем контакте
между деталями — в виде электролитического
покрытия. Собранный узел нагревают по
меньшей мере до температуры плавления при-
поя, в большинстве случаев в защитной атмо-
сфере. Расплавленный припой при этом про-
никает глубоко в зазоры или выемки в теле
деталей и образует после затвердевания проч-
ное соединение.
Нагревание свариваемого места при этом,
можно производить различными способами
(см. также табл. 9-3-4).
а) Нагревание места спая открытым пла-
менем. Наиболее просто и быстро припой
удается нагревать открытым пламенем газо-
вой горелки (используют обычно смеси воз-
дух+таз, кислород + газ, кислород-(-ацетилен,
или кислород+водород). В 'большинстве слу-
чаев для растворения окислов требуется по-
крывать припой и спаиваемое место «флюса-
ми», которые состоят в основном из буры, бор-
о Аг
Рис. 9-3-40В. Применение оправок из хромисто! стали при пайке анодов
магнетронов твердыми припоями [Л. 35] (Muhard Radiovalve Со Англия).
I — оправка из окисленной хромистой стали, поверхность которой ие смачи-
вается припоем, с внутренними сегментами анода; II — оправка, вставлен-
ная в посеребренный медный анод; III— то же после припаивания боковой
трубки; IV— после пайки в водороде; оправка удалена, металлические
поверхности зачищены и полированы.
544
Специальные методы обработки металлов
[ Гл. 9
Рис. 9-3-40С. Припаивание пере-
хода из FeNi к медному выводу
(см. рис. 9-3-36А).
1 — переход из FeNi (50/50)1; 2—
внешний медный вывод; 3—ме-
сто пайки, осуществляемой эвтек-
тическим припоем AgCu (72/28)
(см. рис. 9-3-33) с точкой плавле-
ния 779° С или припоем AgCu
(50/50) с температурой ликвидуса
870° С; 4— стеклянная оболочка,
привариваемая после пайки; 5—
защитный колпачок из никели-
рованной латуни, навинчиваемый
или припаиваемый (6) мягким
припоем* к меди: 7—внутренний
медный вывод, который устанав-
ливают после очистки внутренней
части спая травлением.
1 Чтобы обеспечить хорошее
проникновение припоя к обеим
сторонам колпачка из FeNi, края
колпачка не опускают на самое
дно кольцевого паза 3 в медном
выводе, для чего в трех местах
по окружности колпачка выдав-
лены маленькие радиальные
выступы.
ной кислоты и фторидов щелочных металлов390 *
(примеры см. в табл. 9-3-10). По окончании
пайки следы флюса должны быть тщательно
удалены, например быстрым шогружением еще
горячего места спая в холодную воду, допол-
нительным промыванием в спирте и сушкой.
Так, например, если пайку CrFe колпачков с
медными вводами в водородной лечи можно
осуществить за 15 мин, то ту же ^работу уда-
ется выполнить за две операции (см. рис.
6-1-33) с помощью газовой горелки за 2x0,5 мин,
если спаиваемые предметы удобно расположить
на перфорированной асбоцементной подставке.
После пайки, правда, необходимы очистка от
флюса и дополнительное травление в кисло-
те, что, однако, при массовом производстве не
требует больших затрат времени. Точно так
же можно производить пайку коваровых ко-
лец к большим медным внешним анодам
390 Внимание! Не вдыхать пары!
а) Заполнение диа колпачка медью путем плав-
ления медных опилок, б) Герметичное спаивание про-
ходного ввода с медью, находящейся на дие колпач-
ка, эвтектическим припоем AgCu после просверлива-
ния дна колпачка.
(см. рис. 9-3-36А) или соединение железо-ни-
келевых деталей с медными выводами
(рис. 9-3-40С), что удается легче осуществить
при нагревании открытым пламенем, чем в во-
дородной печи. Кроме того, как уже было
указано, при быстрой пайке уменьшается воз-
можность межкристаллитной диффузии при-
поя в основной материал.- Необходимо, одна-
ко, указать, что пайка открытым пламенем
в вакуумной технике применима только там,
где можно обеспечить полное удаление флюса,
а также произвести дополнительную механиче-
скую очистку места спая либо травление де-
талей в кислоте с последующим удалением
кислоты промыванием перед монтажом в элек-
тронную лампу.
Так, например, при пайке платинитовой
проволоки к никелевому выводу в пламени го-
релки с хорошими результатами применялась
спиртовая паста из посеребренного. медиого
порошка с присадкой буры 392. О газообразных
флюсах см. § 9-3-V.
б) Нагревание места спая электрической
дугой. Электрическая дуга между угольными
или вольфрамовыми электродами, чаще всего
в атмосфере водорода, азотно-водородиой сме-
си или инертного газа, также может быть
использована для пайки. Этот метод более
пригоден для точечной пайки проволок, чем
для получения герметичных швов. Так, напри-
мер, можно спаять вольфрамовые прутки,
скрещивающиеся друг с другом, если на один
из прутков надеть короткую трубку из К-мо-
неля, другой пруток уложить на трубку крест-
накрест с первым, а точку соединения нагреть
дугой между угольными электродами под стек-
лянным колпаком, наполненным водородом
[Л. 23]. Такой способ подобен сварке с ис-
пользованием присадочного металла (см.
разд. IV этой главы).
в) Нагревание места пайки проходящим
электрическим током. Небольшие спаи '(напри-
мер, соединение двух стержней припоями Ag,
Ni, Си) можно сравнительно просто произ-
водить иа стайках для точечной сварки пу-
тем вкладывания промежуточной пластинки
припоя. Гораздо большие трудности возни-
кают при пайке миниатюрных плоских сеток
из тонкой вольфрамовой проволоки, навитой
со значительным натяжением, с никелирован-
ной FeNi (58/42) рамкой 393 и при последую-
щем соединении этой рамки со второй, нало-
женной на нее иа сварочном аппарате (см.
рис. 9-3-40D), причем припоем служит никеле-
вое покрытие.
Аналогичный способ применяется для при-
паивания вольфрамовых пластинок к медиым
деталям под колпаком в водороде (в качест-
ве защитного газа). При. этом между соеди-
няемыми деталями помещают фольгу из при-
поя (например, из серебра), величина кото-
рой равна поверхности спая, и закрепляют
” Приготовление: медный порошок, протравлен-
ный в 3-процентной HaSO,. промытый, а лотом по-
серебренный, смешивают с 5-процентной вес. без-
водной размолотой в спирте буры, размалывают
смесь в спирте 80 мин, фильтруют и высушивают. Пе-
ред употреблением пасту смешивают со спиртом до
получения необходимой вязкости.
s93) FeNi42 применяют вследствие того, что ои
обладает таким же тепловым расширением, как и
вольфрам.
§ 9-3]
Соединена^ металлических деталей
545
Таблица 9-3-10
Флюсы для твердой пайки тонким газовым пламенем (изготовитель Degussa,
см. (Л. 114])
А. Паста для пайки при температурах ниже 750" С
27 весовых частей борной кислоты*) Н3В0,
27 весовых частей тетрабората калия’) KSB4O7
36 весовых частей бифторида калия1) KHF2
Хорошо перемешать, потом доба-
вить 18 вес. частей дистиллиро-
ванной воды, 3—4 ч молоть в
шаровой мельнице, просеять через
сито 600—900 меш
Пасту укладывают в стеклянные банки емкостью */4 л., которые перед укупоркой выдержи-
вают открытыми иа воздухе в течение 24 ч.
В. Сухой порошок для пайки при температурах выше
750 С
40 весовых частей буры’) Na2B4O7
25 весовых частей борной кислоты’) Н3ВО3
20 весовых частей окиси кремния SiO2
15 весовых частей криолита Na3AlFe
Хорошо перемешать, молоть без
воды 3—4 ч в шаровой мельнице,
просеять через сито 600 меш
Порошок прессуют и спекают при 200° С до получения легко измельчаемых кирпичиков.
Перед употреблением из него изготавливают суспензию в этиловом спирте.
В виде обезвоженного порошка.
детали графитовыми платинками, которые при
пропускании тока нагреваются и передают
тепло соединяемым деталям (pine. 9-3-41).
Графитовые пластинки можно также укрепить
Рис. 9-3-40D. Изготовление плоских сеток из тонкой
вольфрамовой проволоки пайкой на стайке для точеч-
ной сварки [Л.!38р).
1 и медные электроды; 3—вкладыш, наполненный
HgCu амальгамой (проводящий буфер для автомати-
ческого выравнивания плоскости верхнего электрода);
4—напряженная рамка из FeNi (58/42), электролитически
покрытая слоем никеля толщиной 2 мк*, 5—рамка для
сварки из того же материала» что и 4; иа краях
имеются два загнутых крючка 7—вольфрамовые
проволоки сетки, зажатые между рамками 4 и 5
и сваренные с ними (припоем служит слой никеля)
импульсом тока мощностью 40 кет при давлении
•около i т на всю поверхность 5, размер которой
равен примерно 35 мм2. Размеры готовой сетки приве-
дены на правом рисунке.
J) О применении напряженных сеток в производ-
стве усилительных радиоламп см. [Л. 134].
35—2200
непосредственно на электродах сварочного
аппарата. В этом случае они должны как мож-
но точнее подходить по форме к соединяемым
деталям. Если оказывать на них обычное для
таких аппаратов давление и при этом про-
пустить через детали ток ,([Л. 34] и рис. 9-3-42),
то происходит пайка деталей. При этом до-
стигается очень равномерный нагрев деталей.
Рабочее напряжение сварочного аппарата
подбирают таким, чтобы расплавление припоя
происходило в течение 5—30 сек в зависи-
мости ют размера спая. Когда припой начи-
нает вытекать из шва, ток выключают, но дав-
ление не снимают до полного охлаждения де-
талей. Защитный газ подводят через изогну-
тую вокруг деталей трубку, имеющую отвер-
стия со стороны, обращенной к детали. Через
эти отверстия выходит защитный газ, пламя
Рис. 9-3-41. Приспособление для
спайки двух плоских деталей
между графитовыми прокладками
непосредственно электрическим
током в водороде.
2—охлаждаемые водой мед-
ные электроды станка дли то-
чечной сварки; 3, 4—вольфрамо-
вые насадки; 5, 6—графитовые
вкладыши в виде дисков, толщи-
ной 5—10 мм', 7—первая припа-
иваемая пластина (например, из
вольфрама); 8—вторая припаи-
ваемая пластина (например, мед-
ный блок); 9-—пластинка припоя
(например, эвтектический припой
AgCu илн чистое серебро).
546
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-3-42. Установка для пайки (по типу станка для
точечной сварки) с нагреваемыми проходящим током
угольными электродами, укрепленными в охлаждаемых
водой медных держателях. Прижатие электродов
к деталям производится ножным рычагом. Ток вклю-
чают па время, необходимое для расплавления припоя.
Давление не снимают до тех пор, пока деталь
не остынет [Л .39].
которого полностью охватывает всю деталь.
Пламя препятствует проникновению воздуха
и восстанавливает следы образовавшихся окис-
лов. Незначительная тепловая инерционность
устройства обусловливает сравнительно ко-
роткое время пайки и быстрое охлаждение
после достижения температуры плавления
припоя Это, однако, затрудняет контроль
максимальных температур, получающихся во
время пайки.
Таким же способом можно изготавливать
большие молибденовые сетки генераторных
ламп. Места перекрещивания отдельных про-
волок сначала закрепляют между графито-
выми зажимами сварочных клещей и вводят
в ток водорода. Затем включают ток сварки
(напряжение 6—7 в) и одновременно прижи-
мают к месту пайки припой в виде констан
тановой проволоки CuNi ,(55/45) до тех пор,
пока он хорошо не покроет место соединения
При этом пламя водорода должно полностью
охватывать место пайки.
Применение этого метода для пайки ме-
таллических окошек магнетронов описано
в работе [Л. 129].
Штенгели, внутрь которых по способу
изображенному на рис. 9-3-31, в месте от-
деления вложен твердый припой, могут
быть одновременно запрессованы и спаяны
сварочными клещами. Механическое отделе-
ние конца штенгеля производится позднее
с помощью режущих дисков, острых клещей
или ножниц.
В производстве электронных ламп часто
бывает необходимо присоединять тела накала
к поддерживающим металлическим крючкам
твердым припоем. Это позволяет устранять
переходное сопротивление и точно фиксиро-
вать потенциал этих крючков. В этом случае
место контакта покрывают небольшим коли-
чеством водной суспензии окиси серебра 394,
после чего мгновенно накаляют место спая
включением электрического напряжения меж-
ду крючком и нитью накала. При этом окись
серебра превращается в чистое серебро и
одновременно образуется хороший электриче-
ский контакт в месте соприкосновения.
г) Нагревание места спая в печи с за-
щитной атмосферой [Л. 97, 143, 452]. Наибо-
лее распространенным в вакуумной технике и
надежным способом нагревания подготовлен-
ного места спая является нагревание в элек-
трических колпаковых или туннельных печах.
В этом случае можно равномерно нагреть да-
же детали сложной и неправильной формы 39S.
Чистота применяемого защитного газа долж-
на быть максимальной (в особенности недо-
пустимо содержание кислорода и паров во-
ды) . Необходимо также обращать внимание
на то, чтобы поверхность соединяемых дета-
лей была совершенно чистой и свободной от
окислов.
Для этого детали следует обезжиривать,
травить и отжигать в водороде (последнее-—
лишь в том случае, если пайку производят не
в атмосфере водорода). Обычный расход во-
дорода в печах при панке составляет 40—
50 л]мин.
Соединяемые детали должны плотно при-
легать друг к другу по меньшей мере на дли-
не 2—3 мм, так как только в этом случае
припой под действием капиллярных сил хоро-
шо проникает в зазор. При хорошей подгонке
высота проникновения припоя, несмотря на
действие силы тяжести, может достигать
нескольких сантиметров. Если соединяемые
детали обладают различными коэффициента-
ми термического расширения, то рекомендует-
ся, чтобы припой после охлаждения был на-
гружен не иа растяжение, а на сжатие. При
спаивании концентричных деталей этого до-
стигают тем, что детали из материала, обла-
дающего меньшим коэффициентом расшире-
ния, располагают внутри. Тогда при охлаж-
дении места спая эта деталь сокращается
меньше, в результате чего находящаяся меж-
ду деталями пленка припоя во всех направле-
ниях (осевом, радиальном и тангенциальном)
оказывается под давлением.
Метод введения припоя, необходимые раз-
меры зазоров между деталями и техника из-
готовления оправок для пайки в печах с за-
384 Окись серебра (Ag2O) лучше всего получать
путем реакции йодного раствора NaOH с водным
раствором AgNOs (см табл. S-3-1I)
385 С другой стороны, и под водородным кол-
паком можно осуществить такую пайку, .при которой
допустимо нагревание лишь узкой ограниченной зо-
ны, т. е. в тех случаях, когда общий ,нагрев элек-
тронной лампы может вызвать (разрушение некоторых
ее узлов, а местный (высокочастотный нагрев (им-
пульсный) невозможен из конструктивных соображе-
ний. Для этого в непосредственной близости от ме-
ста пайки располагают экранированные определен-
ным образом вольфрамовые спирали, которые на-
каляют до 2 000° С и выше коротким, длящимся
несколько секунд импульсом электрического тока.
§9-3]
Соединение металлических деталей
547
Таблица 9-3-11
Получение окиси серебра для припаивания нитей накала к крючкам держателей
’) Образуются осадок AgeO и растворимый в воде KN33.
щитиой атмосферой были описаны выше (см.
стр. 540—543).
Если необходимо, чтобы припой не смачи-
вал некоторые участки поверхности, их покры-
вают слоем углерода или хрома.
На рис. 9-3-43 показан наглядный пример
производимой в водородной печи твердой пай-
ки коваровых колпаков с медными вводами и
соединительной гайкой. В этом случае про-
сверливать колпачок не требуется.
Пайка металлокерамических ламп в ва-
куумных печах, сопровождающаяся обезгажи-
ванием ламп при температуре, превышающей
точку плавления припоя, описана в § 9-2-1V.
д) Нагревание места пайки в вакуумной
печи. Пайка в вакууме возможна в том слу-
Рис. 9-3-43. Пайка коварового колпачка 1 с внешним
медным выводом 2 и внутренней соединительной на-
резной втулкой .? при помощи колец серебряного при-
поя 4 и 5. Внутренний контакт б ввинчивается в па-
резку втулки з только после впаивания в стекло 7
и тщательного удаления образующихся при этом по-
верхностных пленок окислов травлением.
чае, если компоненты, входящие в состав при-
поя, обладают низким давлением насыщенных
паров. Преимуществом этого метода пайки
является не только возможность одновремен-
ного удаления газов из соединяемых деталей,
но и полное устранение так называемой водо-
родной болезни меди (см. § 5-4), что позволя-
ет несколько снизить требования к чистоте
этого материала. Как правило, для осуществ-
ления процесса пайки достаточен вакуум по-
рядка 10-1—10-2 мм рт. ст. 396
Для пайки применяют обычно колпако-
вые печи с резиновой уплотняющей проклад-
кой. Нагревательный элемент изготавливают
в виде спирали из ленты сплава CrNiFe (кап-
тал), окружающей соединяемые детали и на
гревающей их своим излучением.
Колпак и его основание охлаждают во-
дой; окружающие нагревательный элемент
экраны, которые защищают колпак от излу-
чения (см. рис. 9-2-9А поз. 4 н 3-3 11), реко-
мендуется укреплять на внутренней поверх-
ности колпака (см. рис. 3-2-24В,//). Тогда
при поднятии колпака открывается совершен-
но свободный доступ к соединяемым деталям
(подробнее см [Л. 14]).
е) Высокочастотное нагревание места пай-
ки (см., например, [Л. 106]). Применять при-
пайке высокочастотный нагрев места спая
(рис. 9-3-43А) допустимо в тех случаях, когда
можно пренебречь неравномерностью нагре-
вания, вызванной скин-эффектом. Этот метод
нагрева используется обычно при соединении
тонкостенных деталей. Высокочастотный на-
грев со многих точек зрения обладает боль-
шими преимуществами. Прежде всего по срав-
нению с другими способами он позволяет зна-
чительно сократить длительность процесса
пайки. Поэтому в тех случаях, когда при дли-
тельной пайке в водородной печи возникает
опасность проникновения припоя между зер-
нами материала спаиваемых деталей, можно
предотвратить ее, применив высокочастотный
зс6 Можно применять двухступенчатый враща-
тельный насос (иногда с насосом Рута).
35*
548
Специальные методы обработки металлов
I Гл. 9
Рис. 9-3-43А. Соединение коваровой трубки с коваро-
вым колпачком с помощью эвтектического припоя
AgCu кратковременным высокочастотным нагреванием
под колпаком1, наполненным восстанавливающим га-
зом. Кратковременное нагревание позволяет избе-
жать межкристаллитной ди рфузии припоя в ковар.
1 На рисунке не показан металлический колпак
со стеклянным окошком (см. рис. 9-3-20).
нагрев. Высокочастотный нагрев в массовом
производстве небольших деталей, часто ис-
пользуемых при изготовлении электровакуум-
ных приборов, чрезвычайно экономичен, осо-
Рис. 9-3-44. Карусельный 24-позицнонный автомат фир-
мы Scientific Electric для пайки с тремя высокоча-
стотными катушками (мощность 18 кет).
Вертикально перемещаемые высокочастотные катушки
могут быть жестко соединены с колпаком из туго-
плавкого стекла или кварца. Для предотвращения
окисления деталей в колпак вводят азото-водородную
смесь. (На рисунке показан tавтомат, приготовленный
для пайки цилиндров; в каждой позиции пять цилинд-
ров; продолжительность пайки на каждой позиции
с учетом времени на перемещение 6 сек', производи-
тельность при 8-часовом рабочем дне 24 000 шт).
Рис. 9-3-45. Некоторые типы концентраторов поля
высокой частоты (Л. 106].
I — первичная обмотка; 2—одновитковая вторичная об-
мотка; з—вводы индуктора; 4—иидуктор; / — перво-
начальный вид; //—вводы 3 значительно укорочены;
HI— вторичная обмотка 2 и нагревательная катушка 4
выполнены как одно целое; [V — расположение соеди-
няемых трубок 5 и 6 с кольцом припоя 7
в индукторе 4.
бенно в случае применения карусельного
автомата, показанного на ри-с. 9-3-44.
Разумеется, и при высокочастотной пайке
следует избегать окисления соединяемых дета-
лей кислородом воздуха. Для этого место
пайки защищают нейтральным или восстанав-
ливающим газом (например, водородом) 397.
Для достижения максимально возможной свя-
зи между индуктором и соединяемыми дета-
лями диаметр индукционной катушки делают
возможно более близким по величине к диа-
метру спаиваемых деталей или же используют
так называемые концентраторы поля; несколько
примеров их конструктивного оформления по-
казано на рис. 9-3-45. В сущности они пред-
ставляют собой высокочастотные трансформа-
торы, расположенные непосредственно на ин-
397 Или же производят пайку в вакууме (см.
рис. 9-2-12 и 9-2-13).
§9-3]
Соединение металлических деталей
54»
Аукционной катушке (подробнее см. [Л. 7, 106
141]). Для их изготовления лучше всего ис-
пользовать медь и вытачивать их из одной
заготовки. Это позволяет избежать переход-
ных сопротивлений в контактах при больших
токах высокой частоты. С помощью таких кон-
центраторов можно производить пайку в не-
посредственной близости от впаев металла
в стекло. Для этого используют кратковремен-
ный импульс тока, достаточный для быстрого
нагревания места пайки до температуры плав-
ления припоя. За это время тепло не успева-
вает распространиться от места пайки к вво-
дам металла в стекло, которые, кроме того,
во многих случаях можно искусственно охлаж-
дать. На рис. 9-3-46 показан пример подобного
устройства [Л. 141], с помощью которого мож-
но осуществить кольцевую пайку цоколя элек-
тронной лампы диаметром около 40 мм, на-
ходящегося на расстоянии только 5 мм от
спая металла со стеклом, припоем AuCu в во-
дороде при температуре около 1 000° С. Мощ-
ность при этом составляет 15 кет при 400 кгц,
длительность импульса тока 0,3 сек. Управле-
ние импульсами тока высокой частоты произ-
водится электронными устройствами, анало-
гичными применяемым в сварочных аппаратах
и использующими в качестве безынерционных
выключателей тиратроны или игнитроны.
В особо критичных случаях, когда длитель-
ность пайки зависит от не везде одинаково
равномерных тепловых контактов соединяе-
мых деталей, длительностью импульса тока
можно управлять с помощью фотоэлемента,
реагирующего на температуру места спая
(см., например, [Л. 179]) 398.
При расчете мощности, необходимой для
импульсной пайки токами высокой частоты
можно пренебречь потерями за счет теплопро-
водности и излучения. Поэтому необходимая
цля пайки мощность равна:
Q Скал 1 сотАТ
£=Т [V«< J=4'2 ^
где ф[кал] — количество тепла; с[кал/г] —
удельная теплоемкость; т[г] — масса нагревае-
мых деталей; АД0 С] — разность температур
окружающей среды и температуры пайки и
Доек] — длительность пайки (длительность вы-
сокочастотного импульса. Отсюда, с учетом
потерь при передаче мощности и к. п. д. ге-
нераторной высокочастотной лампы опреде-
ляем потребляемую мощность [Л. 141]:
Аполн — 5,67, [вщ].
Высокочастотная пайка может быть про-
ведена без ущерба для уже обезгаженных и
очищенных внутренних поверхностей и для
расположенных в электронной лампе чувстви-
тельных катодов. Поэтому в последнее время
ее часто применяют вместо газового пламени
для заварки системы электродов в стеклянный
баллон или соединения стеклянной оболочки
S9S Если расстояние места пайки от стеклянных
частей прибора мало даже для метода высокочастот-
ного нагрева, то может -быть применен только опи-
санный уже метод диффузионной пайки золотом (см.
табл. 9-3-10), так как это единственный метод пайки
твердым припоем, осуществимый при таких низких
температурах, которые не опасны для стекла.
Рис. 9-3-46. Припаивание цоколя к металлическому ци-
линдру, вваренному в стекло, в непосредственной бли-
зости (5 мм) от места спая металла со стеклом. Пайка
производится высокочастотным импульсным нагрева-
нием места спая в защитной атмосфере.
1 — электровакуумный прибор; 2—концентратор; 3 —
наполненный водородом цилиндр из тугоплавкого
стекла; 4— внешняя высокочастотная катушка; 5—
крышка; 6—основание; 7— приток водорода; 8—выход
водорода (пламя).
электронной лампы с внешним анодом. На
рис. 9-3-47 показаны подобная электронная
лампа и соответствующая установка для впаи-
вания системы электродов двухсеточной элек-
тронной лампы с WTh катодом в анодный
блок [Л. 11]; см. также [Л. 47]. Ясно, что хо-
рошо очищенные травлением от окислов пос-
ле впаивания в стекло внутренние детали элек-
тронной лампы .при заварке системы в блок
анода (рис. 9-3-47,///) защищены против по-
вторного окисления. Катод при этом также не
может быть поврежден горячими газами, как
это часто бывает при заварке острым газовым
пламенем. Разумеется, при такой пайке для
большей надежности можно наполнять элек-
тронную лампу защитным газом. Для этого
рекомендуется применять углекислый газ, на-
сыщенный парами спирта .(особенно для элек-
тронных ламп, имеющих медные детали
[Л. 26]).
Установка, предназначенная для высоко-
частотной пайки в защитной атмосфере, с ин-
дукционной катушкой и концентратором по-
казана на рис. 9-3-47А. Она может быть ис-
пользована для герметичного соединения ко-
варового фланца 4, спаянного с баллоном
с фланцем 2, укрепленным на ножке лампы.
Вместо охлаждения спаев металла со
стеклом, лежащих вблизи соединяемых пай-
кой участков, или применения очень коротких
импульсов высокой частоты для предотвраще-
ния растрескивания спаев можно производить
их предварительный равномерный отжиг. Так,
например, для соединения высокочастотной
пайкой медных и коваровых трубок большого
радиуса (например, 120 мм), к которым пред-
варительно были приварены стеклянные дета-
ли, можно воспользоваться следующей мето-
дикой [Л. 46].
'Рис. 9-3-47. Соединение с внешним анодом системы
электродов небольшой двухсеточной генераторной
лампы с катодом из торированпого вольфрама [Л.П]
(см. рис. 6-I-18A).
/ — система электродов, смонтированная на четырех
концентричных впаянных в стеклянные цилиндры ко-
варовых переходах; 2—внешнее коваровое кольцо;
3—медный внешний анод, герметично спаянный с но-
ва ровым кольцом 4, к которому приварен стеклянный цилиндр 5. К верхней части цилиндра
5 приварен такой же коваровый переход 6, плотно посаженный на коваровый цилиндр 2.
Герметичное соединение деталей 6 и 2 производится в приспособлении III с помощ >ю
припоя 7 при нагревании места спая высокой частотой. Лежащие вблизи переходы металл —
стекло при пайке охлаждают водой 8. (Шов 7 можно получить также, пользуясь методом
дуговой сварки угольными электродами, гелиевой сваркой или острым газовым пламенем.
Лампу при этом следует вращать с помощью цанг 9 и 10).
Рис. 9-3-47А. Установка для соединения методом пайки
металлических фланцев ножки и стеклянной оболочки
лампы с накаливаемым катодом [Л .77].
/ — схема установки: / — плоская стеклянная иожка
с коваровый фланцем 2 (по типу рис. 10-274); 3— стек-
лянная оболочка, армированная металлическим флан-
цем 4; 5—кольцо припоя; 6—концентратор; 7—индук-
тор; 8— стеклянный цилиндр; 9—верхний колпак (ке-
рамическая трубка с крышкой из прозрачной пласт-
массы); 10— приток водорода; 11—держатель обо-
лочки 3; 12—выход водорода; // — внешний вид
лабораторной установки.
§9-3]
Соединение металлических деталей
551
Коваровое кольцо, спаянное со стеклом,
нагревают в съемной электрической печи до
температуры, при которой устраняются напря-
жения в стекле. Затем печь быстро удаляют
и еще горячую деталь соединяют высокочас-
тотной пайкой с медной трубкой. После пай-
ки горячую печь снова надвигают на место
спая ковара со стеклом. Только этим спосо-
бом оказалось возможным производить пай-
ку твердыми припоями в непосредственной
близости от стеклянных частей электровакуум-
ных приборов
В усовершенствованном варианте этого
метода (рис. 9-3-47В) высокочастотному на-
греву в защитной атмосфере подвергают не
только место пайки 4 но и близлежащий спай
металла со стеклом 1. Для этого передвиж-
ной индукционной катушкой 7 нагревают сна-
чала графитовое кольцо 3, окружающее спай
металла со стеклом. Излучение графитового
кольца в свою очередь нагревает спай до та-
кой степени, что при последующей пайке на-
пряжения в стекле не образуются. После это-
го быстро опускают индуктор 7 и производят
лайку участка 4.
Метод высокочастотной пайки обладает
также и некоторыми недостатками. Особенно
это заметно при пайке магнитных материалов
(главным образом железа) с немагнитными
металлами (например, с медью). Так как же-
лезо вследствие высокой магнитной проницае-
мости нагревается значительно быстрее, чем
медь, оно может расплавиться прежде, чем
Рис. 9-3-47В. Высокочастотная пайка металлических
соединений, лежащих вблизи переходов металл — стек-
ло, с предварительным нагреванием стеклянных дета-
лей [Л.55].
1— стеклянный цилиндр; 2 — спай етекла с металлом;
3 —графитовый цилиндр: 4— место пайки; 5~ концен-
тратор; 6—защитный колпак из тугоплавкого
стекла; 7— подвижной индуктор; в положении I
производится прогревание стекла, в положенн 11 —
нагрев места пайки; 8— анод с ребрами радиатора
S — узел катод —сетка; 10—стеклянный или металли-
ческий штенгель; и — приток защитного газа (азот);
12—выход защитного газа.
Рис, 9-3-48. Высокочастотная пайка внеш-
него фланца 1 к внутренней трубке 2
с использованием проволочного кольца
припоя 3.
медь раскалится докрасна. Примером такой
с трудом поддающейся пайке конструкции яв-
ляется, например, соединение фланца с труб-
кой, подобное изображенному на рис. 9-3-48.
Если внешний фланец изготовлен из стали,
а внутренняя трубка — из меди, высокочастот-
ная пайка оказывается вообще невозможной.
В обратном случае при правильной геометрии
деталей пайка все же осуществима благода-
ря хорошей теплопроводности меди [Л. 160].
При этом необходимо принимать во внимание,
что в таких случаях вследствие лучшей связи
с индуктором фланец нагревается быстрее и
расширяется больше, чем трубка. Вследствие
этого ухудшается теплопроводность и увели-
чивается зазор между деталями, а припой
вместо того, чтобы проникать в этот зазор,
может растечься по поверхности фланца.
Испытанные методы пайки. Выбор наи-
более пригодных методов соединения деталей,
особенно в случае пайки, ма практике не всег-
да оказывается простым и требует точного
учета всех особенностей конструкции и мон-
тажа электронной лампы. Чтобы облегчить этот
выбор, в табл. 9-3-12 описаны различные со-
единения, осуществляемые методами сварки
и пайки, расположенные в алфавитном по-
рядке следования соединяемых металлов (при
соединении различных металлов положение
в таблице определяется тем металлом, кото-
рый по алфавиту расположен на первом
месте).
VII. Соединения способом отливок
[Л. 27, 49, 107]
Соединение тугоплавких металлов с ме-
таллами, обладающими низкой точкой плавле-
ния, часто вызывает затруднения, особенно
если речь идет от крупных деталях и если
между ними необходимо обеспечить хороший
тепловой контакт (например, соединение воль-
фрамовых зеркал с медными корпусами анти-
катодов рентгеновских трубок см. рис. 3-2-26).
В последнем случае расплавленную медь пос-
ле тщательного восстановления (присадкой
Mg или ВеСи) можно отлить на воздухе
в графитовую форму, на дне которой нахо-
дится закрепленное держателями вольфрамо-
вое зеркало. После этого форму с еще жид-
ким металлом можно для повышения плотно-
сти отливки (усадочные раковины!) подверг-
нуть центрифугированию (см. также § 5-4).
552
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Таблица 9-342
Обзор применяемых в производстве электровакуумных приборов, методов сварки
^и пайки различных металлов
Обозначение принятых сокращений-.
А: Дуговая сварка иа постоянном или переменном токе в атмосфере аргона или гелия с расхо-
дуемым электродом в виде проволоки, непрерывно подающейся к месту сварки (см. рис. 9-3-27
и 28).
В: Атомно-дуговая сварка с двумя вольфрамовыми электродами в потоке водорода с использова-
нием тепла, выделяющегося при рекомбинации атомов водорода (см. рис. 9-3-16).
С: Сварка электрической дугой между деталью и угольным электродом в атмосфере смешанного
газа (80% N2 + 20«/о Н2); деталь присоединяют к положительному полюсу источника напряже-
ния, угольный электрод — к отрицательному (см., например, рис. 9-3-18н-21).
D: Припой для диффузионной пайки.
G: Соединение отливкой в вакууме (см. § 9-3-VII).
Е: Эвтектический припой (см., например, рис. 9-3-33).
//: Сварка дугой постоянного или переменного тока, возбуждаемой между деталью н нерасхо-
дуемым вольфрамовым электродом рис. 9-3-22-^25 в инертном газе (гелии или аргоне).
К- Холодная сварка (см. рис. 9-3-14 и § 9-3-Ш).
L: (...°C): Пайка (в скобках указана температура плавления припоя, т. е. минимальная темпе-
ратура пайки, °C); состав важнейших припоев приведен в табл. 9-3-39.
М: Припой, обладающий минимальной температурой плавления в соответствующей системе
сплавов (см., например, рис. 9-3-35).
Р: Сварка иа станках для точечной или роликовой сварки; подробнее см. табл. 9-3-2.
5. Сварка без использования легкоплавкого присадочного металла.
Соединяемые металлы 1 | 2 Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
Ag Прочие металлы p См. табл. 9-3-2
Ag Ag p Хорошо при тиратронной сварке
Ag Ag s Сварка в стык; С, Н, газовая сварка в пламени О2—Н2 при избытке водорода
Ag Ag L (883° C) AuCu (80/20)
Ag Ag L (779° C) AgCu (72/28) — £-припой
Ag CrNi 8 Сварка в стык, С (Л. 30]
Ag CrNi L (779° C) AgCu (72/28) — Е-припой
Ag Cu S Сварка в стык, С [Л. 30]
Ag Cu L (779° C) AgCu (72/28) — Е-припой
Ag Cu L (150° C) SnPbCd (50/25/25); для соединения лужеиой медной проволоки или фольги с посеребренной поверхностью стекла
Ag FeNi 8 Сварка в стык, С [Л. 30]
Ag FeNi L (779° C) AgCu (72/28) — Е-припой
Ag Латунь L (779° C) AgCu (72/28) — Е-припой
Ag Ni 8 Сварка в стык, С [Л. 30]
Ag Ni L (779° Q AgCu (72/28) — Е-припой
§9-3]
Соединение металлических деталей
55»
П родолжение табл. 9-3-12"
Соединяемые металлы Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
1 2
Ag Pt 8 Сварка в стык, С [Л. 30]
Ag W 8 Сварка в стык, С [Л. 30]
Ag Прочие металлы р См. табл. 9-3-2
Al Al S С, Н, А, В, [Л. 30], сварка тонких проволок может производиться в дуге переменного тока с угольными электродами (см. рис. 9-3-17) с исполь- зованием флюса (см § 9-3-IV с).
Al- фольга Cu L (232° С) Алюминиевую фольгу оцинковывают, медият. я облуживают, после чего ее можно соединять с медными деталями путем пайки оловом. По- дробнее см. § 5-5
Al—Fe (Биметалл) См. Р2-жесть«—►Р2-жесть, Си«—»Р2-жесть в Ni«—►Р2-жесть
Au Au Р Без затруднений
Au Au S Ацетиленовой горелкой
Au Au L (779° С) AgCu (72/28)— Е-припой, возможна пайка тон- ким пламенем без флюса
Au Au К Холодная сварка давлением или ковкой
Be Cu L (779° С) AgCu (72/28) -Е-припой; быстрое нагревание в. ч.; бериллиевый диск желательно сначала при- паять в. ч. чистым медным припоем к железному кольцу (Be и Fe обладают почти одинаковым ко- эффициентом термического расширения, поэтому- вВе диске ие возникают внутренние напряжения), затем соединять железные переходы с медиой де- талью пайкой в водородной печи AgCu — £-при- поем примерно- при 830° С
Be Fe L (1 084° С) Си: высокочастотным нагреванием в Н2
Be Монель L (870° С) AgCu (50/50); в вакууме в, ч. нагреванием, иногда одновременно производят пайку монеля с другими деталями, например коваровыми или медными (см. медь—ковар и ковар—монель). См. также рис. 5-6-12, поз. 2, 3, 4 и [Л. 68]
Be Монель L (779° С) AgCu (78/28) Е-припой
Be Сплавы никеля L (779 до 870° С) См. Ве-монель
Бронза Прочие металлы Р См. табл. 9-3-2
Бронза Бронза S С, [Л. 30]
554
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Продолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
1 2
Cd Прочие метал- лы р См. табл. 9-3-2
Со Со S В [Л. 30]
CoFeNi См. ковар
Сг Сг S В, Н после очистки соединяемых поверхностей фосфорной кислотой [Л. 30]
CrFe (феррит) Прочие металлы р См. табл. 9-3-2
CrFe (феррит) Прочие металлы S Возможна сварка в стык толстостенных FeCr трубок с металлическими деталями
CrFe (феррит) CrFe феррит) S Стали, содержащие Nb или Ti (например, ковар В, сталь „AISI 446“, США, и модифицированная сталь ,430“) поддаются газовой сварке без до- полнительной обработки
CrFe (феррит) CrFe (феррит) L (?° С) AgZr (85/15); в азоте или вакууме
•CrFe (фер- ритная сталь я430“) CrFe (феррит- ная сталь «430“) L (?° С) После механической очистки и никелирования соединяемых поверхностей их можно паять твер- дыми припоями следующего состава: 63%Ag; 28,5% Си; 6% Sn; 2,5% Ni или 60% Ag; 28% Си; 10% Sn; 2% Ni (см. [Л. 70])
CrFe (феррит) CrFe (феррит) L (1 084° Q Си; тонким газовым пламенем с бурой в каче- стве флюса
CrFe (феррит) Си S Сварка в стык [Л. 40]
CrFe (феррит) Си L (1 084° С) Л1едиые штеигели можно соединять с переход- ными цилиндрами из CrFe (25/75) путем пайки при импульсном высокочастотном нагревании [Л. 179]
CrFe (феррит) Си 2. (870° С) Метод соединения прутков. К пруткам из CrFe приваривают точечной сваркой никелевые гильзы, которые затем припаивают к меди припоем AgCu (50/50)
CrFe (феррит) Си L (779° С) Например, соединения CrFe колпачка с медным токоподводом: в CrFe колпачке плавят медные стружки и буру газовым пламенем (см. рис. 6-1-33), затем колпачок просверливают и, наконец, сое- диняют с ним проходной медный пруток с по- мощью AgCu ,“£-припоя в водороде или острым газовым пламенем [Л. 45]
CrFe (феррит) Fe L (1 084° С) Си припоем в вакууме. Поверхность CrFe предварительно хорошо очищают механическими или химическими методами
CrFe (феррит) Ni S Сварка в стык [Л. 30]
CrNi (20/80) Прочие металлы Р См. табл. 9-3-2
§9-3]
Соединение металлических деталей
555
Продолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы 1 1 2 Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
CrNi (20/80) CrNi (20/80) 5 Сварка в стык, С [Л. 30]
CrNi (20/80) Cu S Сварка в стык, С [Л. 30]
CrNi 20/80) Cu L (635° С) AgCdZnCu (50/18/16, 5/15, 5) так называемый припой „Easi Flo“, применяется только для пайки внешних деталей, так как содержит Zn и Cd
CrNi (20/80) FeNi1) (50/50) S Сварка в стык, С [Л. 30]
CrNi (20/80) Ni S Сварка в стык, С [Л. 30]
CrNi (20/80) Pt S Сварка в стык, С [Л. 30]
CrNi (20/80) Ta S Сварка в стык [Л. 30]
CrNi (20/80) W S Сварка в стык, С [Л. 30]
CrNiFe См. CrNi аустенитные стали
CrNi стали (аусте- нитные) Прочие метал- лы р См. табл. 9-3-2
CrNi сталь CrNi сталь S Н [Л. 30], А перед сваркой детали следует протравить в 20% HNO8-(-4% HF. Подробнее см. [Л. 178]
CrNi сталь CrNi сталь L (?° С) Припоем AgZr (85/15) в Na или вакууме
CrNi сталь CrNi сталь CrNi <сталь CrNi сталь CrNi сталь CrNi сталь Z. (1 230 [1 300] °C?) L (960/970° С) L (779° С) ММп (80/20?) в виде проволоки или порошка (Л. 69] Си Мп (85/15). Необходимая тщательная пред- варительная механическая очистка, а иногда и никелирование соединяемых поверхностей. Пайку производят после никелирования соеди- няемых частей Е-припоем AgCu (72/28) или дру- гими припоями, пригодными для пайки Ni с Ni
CrNi Сталь Ковар L (1 084° С) Си: 5 мин (максимум 15 мин) в водородной печи при 1 100—1 150° С. Вместо меди можно использовать чистые Ag или Au
556 Специальные методы обработки металлов [ Гл. 9
Продолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
1 2
CrNi сталь Та S Н [Л. 30]
Си Прочие метал- лы р См. табл. 9-3-2
Си Си р Точечная сварка затруднительна, однако воз- можна с вольфрамовыми электродами; сварка швом почти 'неосуществима; тонкий слой олова сильно облегчает точечную сварку и сварку швом
Си Си S Сварка в стык (кратковременное выделение большой мощности); Н\ хорошие результаты дает только применение бескислородной или восста- новленной меди [Л. 30]. Тонкую облуженную про- волоку можно сваривать угольными электродами дугой переменного тока, применяя изображенное на рис. 9-3-17 приспособление
Си Си L (1 025° С) CuSi (97/3) для пайки в водороде; применим только для раскисленной или бескислородной меди, в противном случае возможна „водородная болезнь" (см. § 5-4)
Си Си L (1010° С) CuAu (70/30)
Си Си L (960/1 025° С) CuAg (95/5)
Си Си L (940/960° С) AuCuAg (42/55/3)
Си Си L (890—900° С) AuCuAg (75/20/5)
Си Си L (880° С) AuCu (81,5/18,5) Af-припой
Си Си L (870° С) AgCu (50/50), если из-за большого зазора меж- ду деталями возникает опасность вытекания при- поя, а также для последовательной пайки не- скольких соединений
Си Си L (779° С) AgCu (72/28) Е-припой. Применяя раскислен- ную или бескислородную медь, можно получить герметичные соединения путем пайки в водород- ных печах
Си Си L (740° С) AgCuSn (59/31/10); применяется при последо- вательной пайке нескольких соединений. См. примеч. so) к табл. 9-3-9
Си Си L (714° С) СиР (91,6/8,4) Е-припой; вследствие высокого давления паров фосфора в производстве электро- вакуумных приборов применяется ограниченно. Дает хорошие результаты при пайке внешних деталей, так кар обладает высокой текучестью и не нуждается в применении защитной атмос- феры и флюсов
§9-3]
Соединение металлических деталей
557
П родолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
1 2
Си Си L (640—704° С) CuAgP(80/15/5) припой „Sil—Fos“: применяется главным образом для пайки вблизи стеклянных деталей. Пайка производится коротким импуль- сом тока между угольными электродами [Л. 66]. Для пайки внутренних деталей электровакуумных приборов применяется редко вследствие высокого давления паров фосфора. Пригоден для пайки внешних деталей, особенно в тех случаях, когда соединения должны обладать способностью к значительным удлинениям. Пайку можно произ- водить даже на воздухе без флюсов. При пайке в Нг возможна пористость швов
Си Си L (627° С и соот- ветственно 618° С) AgCdZnCu (50/18/16,5/15,5) и соответственно (45/24/16/15); непригодны для соединения вну- тренних деталей отпаиваемых электровакуумных приборов
Си Си D (450—500° С) Au, диффузионный припой, см. табл. 9-3-8 и рис. 4-5-1 [Л. 177, 180]
Си Си L (304° С) PbAg (98/2) Е-припой, применяется главным образом для пайки медных ребер воздушных ра- диаторов к внешним медным анодам после пред- варительного облуживания поверхности послед- них SnPb (63/37) Е-припоем при 183° С (см. также рис. 9-3-29, поз. 13)
Си Си L (232° С) Sn; вследствие низкой температуры плавления не поддается обезгаж’иванию, поэтому применяет- ся для пайки деталей, не подвергающихся в дальнейшем нагреванию. В тех случаях, когда пайку производят одновременно’с обезгаживанием прибора, должны быть приняты конструктивные меры, препятствующие вытеканию припоя
Си Си К Холодная сварка медвых штеигелей (см. рис. 9-3-14); медную трубку следует предварительно тщательно декапировать (см. § 5-4)
Си Платинит S Сварка газовым пламенем
Си Fe L (990° С) L (778° С) Перед пайкой железо покрывают слоем меди (толщиной 30 мк), кото- рый затем спекают 5— CuAg (62,5/37,5) 15 мин в водороде при AgCu (72—28)— 840—1 000° С. Пайку под- Е-припой готовленных таким спо- . собом деталей можно производить любым при- поем, пригодным для пары Cu=Cu8'
558
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
П родолжение п1абл. 9-3-1?
Соединяемые металлы 1 | 2 Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
Си Fe О (450—500° С) После меднения Fe можно применять'метод диффузионной пайки золотом (см. табл. 9-3-8)
Си FeNi*) S Сварка в стык. С; сварку проволок можно про- изводить газовым пламенем [Л. 30]
Си FeNi’) L (880° С) AuCu (81,5/18,5) Л1-припой; вводородной печи
Си FeNi*) L (870° С) AgCu (50/50) в водородной печи (см. рис. 9-3-40С поз. 3)
Си FeNP) L (779° С AgCu (72/28) £-припой: пример, соединение FeNi колпачков с медиыми вводами (см. рис 9-3-40С, поз. 3)
Си FeNi1) D (450—500° С) После меднения FeNi деталей диффузионная пайка золотом (см. табл. 9-3-8)
Си Ковар L (990° С) Си Au (62,5/37,5)
Си Ковар L (960° С) Ag, пайку следует производить быстро и только на массивных медных деталях, иначе припой интенсивно сплавляется с медью, образуя рако- вины и отверстия. См. рис. 9-3-43, поз. 4, 53)
Си Ковар L (940—960° С) CuAgAii (55/3/42) [Л. 65]
Си Ковар L (890° С) CuAu (80/20), выплавления материала соеди- няемых деталей не происходит
Си Ковар L (779° С) Коваровый переход предварительно меднят электролитически и покрывают место пайки тон- ким слоем £-припоя AgCu (72/28). Затем пере- ход соединяют в восстанавливающем пламени с кольцом такого же припоя, см. рис. 9-3-36А. Перед пайкой в водородной печи медное покры- тие вжигают в защитной атмосфере при 900° С (30 мин); продолжительность пайки должна быть возможно меньшей (опасность межкристаллитной диффузии! см. § 6-1)
Си Ковар L (7.04—740° С) Ковар предварительно покрывают слоем меди3); для пайки деталей, не подвергающихся нагрева- нию, применим припой CuAgP (80/15/5), который также применяют для соединения ковара с мед- неными деталями из других металлов
§9-3]
Соединение металлических деталей
55»
Продолжение табл. 9-3-12'
Соединяемые металлы Метод пайки Примечания (припой выделен жнриым шрифтом)
1 2
Си Ковар D (450-500° С) Диффузионная пайка золотом (см. табл. 9-3-8> применяется после меднения коваровых деталей
Си Ковар L (183° С) SnPb (63/37) (мягкий припой), применим только- для пайки внешних деталей после их электро- литического облуживания (см. ковар—латунь)
Си Латунь L (232° С) Sn-припой; применим только для приборов с непрерывной откачкой и для пайки внешних де- талей отпаиваемых ламп (см., иапрнмер, рнс. 9-3-29, поз. 4). Можно также применять обычные твердые и мягкие припои, используемые для па- ры Си —Си
Си Мо Р Непосредственная пайка невозможна; бескис- лородную медь (например, траверсы молибдено- вых сеток) покрывают слоем никеля, не содержа- щего Zn, толщиной до 10% от общего диаметра,, а затем подвергают точечной сварке, причем ни- кель служит припоем
Си Мо S Сварка в стык, С (Л. 30]
Си Мо (W) G В вакууме выше 1 100° С. При использовании бескислородной меди осуществимо также в во- дородных печах (см. рис. 9-3-50)
Си Мо L (>700° С) См. Си—Мо, точечная сварка
Си Мо (проволока) Z. (1 025° С и ниже) Молибденовую проволоку меднят в атомарном водороде, а затем паяют (чаще всего в вакууме)» серебряными припоями, например AgCu (72/28). См. также методы пайки Си—Си
Си Мо L (714° С) СиР (до 8% Р) с использованием обычных се- ребряных флюсов [Л. 21] Вследствие содержания- фосфора этот припой, как правило, используют только для соединения внешних деталей, напри- мер для пайки медных проводников к молибде- новым вводам
Си Мо L (221е С) SnAg (89/11), так называемый припой „BTL“- (рабочая температура 305° С), применим для ва- куумной пайки при определенных условиях [Л. 180]
Си МоМп на керамике L (950° С) AuNi (82/18) без никелевой прокладки
Си МоМп на керамике L (779° С) Проволока £-припоя AgCu (72/28), покрытая- никелевой оболочкой (7% вес.). См. [Л. 93]
Си Монель L (779° С) AgCu (72/28) Е-припой (см. [Л. 65])
Си Ni S Сварка в стык, С [Л. 30]
Си Ni L (870° С) AgCu (50/50)
Си Ni L (779° С) AgCu (72/28) Е-прнпой. Применяется так же для- соединения металлизированной и затем никелиро- ванной керамики с медными трубками [Л. 93].
560
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Продолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы 1 1 2 Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
Си Ni сплавы (на- пример, мо- нель) Так же, как Си—Ni
Си Жесть Р2 р Хорошо поддается точечной сварке
Си Pt S Сварка в стык, проволоку можно сваривать газовым пламенем; С [Л. 30]
Си Pt L (232° С) Sn, только для внешних соединений с плати новыми вводами
Си W Р(£) Например, медный канатик можно присоеди- нить к вольфрамовым вводам путем точечной сварки или С с никелевой прокладкой. Анало- гично соединяют медную проволоку с вольфра- мовыми нитями накала, имеющими на концах никелевые пистоны (см. рис. 9-3-12)
Си W S Сварка в стык [Л. 30]
Си W G(>1 100° С) Соединение массивных медных деталей лучше всего производить отливкой в вакууме (напри- мер, пайка вольфрамовых зеркал к медным кор- пусам антикатодов рентгеновских трубок, см. § 9-3-VII, рис. 9-3-49)
Си W L (960° С) Вольфрам сначала никелируют, а затем паяют Ag припоем в водороде. Допустимо применение только раскисленной или бескислородной меди; медиеный вольфрам можно паять серебром также в графитовой оправке по типу рис. 9-3-419)
Си w L (880—920° С) AuCu (80/20). В результате 5 мин нагрева в водородной печи при 920° С можно получить на- дежное соединение стержней и прутков [Л. 26]
Си w L (779° С) AgCu (72/28) Е-припой; вольфрам предвари- тельно протравливают в смеси 1 об. части кон- центрированной HNO3 и 1 об. части коиц. HF промывают в дистиллированной воде н метило- вом спирте
Си w L (280° С) CdZnAg (78,4/16,6/5). Недопустимо применение вакуума (CdlZnl). Пригоден дли соединения мед- ных токоподводов с вольфрамовыми вводами
Си (пла- тинит) Ni S Хорошо свариваются острым газовым пламе- нем
Си (пла- тинит) Ni прутки Е(^900° о Порошок AgCu+бура (рецепт: 13 г буры раз- малывать с 0,5 л спирта в шаровой мельнице в течение 8 ч; смешать с 260 г посеребренного порошка меди и 0,5 ч размалывать; фильтровать на воздухе). Соединяемые поверхности покрыть спиртовой пастой и паять острым пламенем, после чего буру смыть
Fe Прочие ме- таллы р См. табл. 9-3-2
§9-3]
Соединение металлических деталей
561
П родолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы 1 1 2 Метод лайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
Fe Fe $ Длинные швы, например при изготовлении оболочек ртутиых выпрямителей и металлических тиратронов, получают газовой сваркой (автоген); см, рнс. 5-3-6. Для сварки внутренних деталей используют С или Н
Fe Fe L (1 450° С) Ni см. рис. 5-3-4 и § 5-3
Fe Fe L (1 380° С) Таблетки припоя, содержащего 49% вес. Мо порошка+510/о вес. Ni порошка; пайку произво- дят в смешанном газе или водороде за 3—4 мин (см. рис. 5-3-4); детали предварительно тщатель- но обезжиривают, а после пайки очишают песко- струйной, обезжиривают и цирконируют
Fe Fe L (1 320° С) MoNi (46,5/53,5)—Е- припой
Fe Fe Z. (1 084° Q’) Си; недопустимо применение меди для пайки оболочек ртутных приборов. В этих случаях при- меняют CuNi (55/45) или FeNiCr (74/18/8)
Fe Fe L (1 010° С) CuAu (70/30)
Fe Fe L (960° С) Ag (главным образом спеченные слои железа) зазоры между деталями должны быть узкими11); см. Си — Fe
Fe Fe L (940—940° С) CuAuAg (55/42/3)
Fe Fe L (910—935° С) AuCuAg (58/40/2)
Fe Fe L (890—900° q AuCuAg (75/20/5)
Fe Fe L (880° C) АиСи (81,5/18,5)—Af-прнпой
Fe Fe D (450—500° C) Соединяемые поверхности электролитически покрывают толстым слоем меди (30 мк), после спекания которого можно применять диффузион- ную пайку золотом (см. табл. 9-3-8)
Fe Ковар P Без затруднений осуществима точечная и шов- ная сварка, например, жести толщиной 0,3 мм при давлении 5 кг!ммг
Fe Ковар l (i 3oo° q CuNi (55/45)
Fe Ковар L (1 205° q CuNi (75/25)
Fe Ковар L (>1 804° q Паять Си (Ag или Au) 5 мин (макс. 15 мин) при 1 000—1 150° С в водородных или вакуумных печах
Fe Ковар L (990° q CuAu (62,5/37,5)
Fe Ковар L (778° C) AgCu (72/28), Е-припой, Коваровые детали предварительно меднят3)
Fe Ковар L (200° q См. ковар-»латуиь
36—2200
532
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Продолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
1 2
Fe Mo S с
FeNi1) (50/50) Прочие метал- лы р См. табл. 9-3-2
FeNi1) (50/50) FeNi (50/50) S Сварка в стык; С; Н; сварка ацетиленовым пламенем
FeNi1) (50/50) FeNi (50/50) L (1 084° С) Си
FeNi1) (50/50) FeNi (50/50) L (779° С) AgCu (72/28) Е-припой. Имеется опасность межкристаллитной диффузии. Детали желательно предварительно покрывать слоем меди
FeNi1) (50/50) FeNi (50/50) D (450—500° С) FeNi покрыть медью (30 мк)-, после вжигания слоя меди паять диффузионным припоем Ац (см. табл. 9-3-8, рис. 9-3-29, поз. 7 и рис. 9-3-40)
FeNi1) 50/50) FeNi (50/50) К Штенгели из отожженного, тщательно декапи- рованного внутри (см. § 6-1-1) материала подвер- гают холодной заварке (см. рис. 9-3-14). Длина запрессованного участка—около 7 мм; спрессо- ванную часть затем распиливают по середине. По- верхность среза погружают в ванну с расплавом Sn
FeNi1) (50/50) Mo S Сварка в стык, С
FeNi1) Mo (MoMn) L(J78° С) При условии предварительного никелирования нли меднения молибдена возможна пайка Е-при- поем AgCu (72/28)
FeNi1) (50/50) Ni 5 Сварка в стык, С; [Л. 30]
FeNi1) (50/50) Pt 5 Сварка в стык; С; [Л. 30]
FeNi1) (50/50) Ta 5 Сварка в стык [Л. 30]
FeNi1) (50/50) W S Сварка в стык, С; [Л. 30]
FeNi1) (50/50) W L (1 452° С) Тонкие вольфрамовые сетки сваривают между двумя никелированными FeNi рамками на стан- ке для точечной сварки с цилиндрическими элек- тродами (см. рис. 9-3-40D) Ni служит припоем
FeNiCo См. ковар
FeNiCr См. CrNi стали
Инвар1) Прочие метал- лы Р См. табл. 9-3-2
Констан- тан 1 Прочие метал- лы I Р См. табл. 9-3-2
§3-31
Соединение металлических деталей
5бЗ
Продолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
’ 1 2
Констан- тан Pt s Проволоку сваривают газовым пламенем; кон- стантан желательно предварительно покрыть слоем меди
Ковар Прочие метал- лы р См. табл. 9-3-2 [Л. 181]
Ковар Ковар s В; Н; рекомендуется применение сварочных элек" тродов из CrNi стали (18% Сг, 8% Ni) [Л. 181]
Ковар Ковар к (1 084° С) Си: см., например, рис. 9-3-47, поз. 7
Ковар Ковар L (1 010° С) CuAu (70/30), см. например, рис. 9-3-47, поз. 7
Ковар Ковар L (880° С) AuCu (81,5/18,5) Е-припой; [Л. 46]. Возможно применение NiP (89/11)9)
Ковар Ковар L (778° С) AgCu (72/28) Е-припой; только для быстрой высокочастотной пайки в водороде (ввиду опас- ности межкристаллитной диффузии)—максимум 5 мин в водородной печи, после чего медленно охлаждать (30 мин в Н2)3)
Ковар Мо L (960° С) Ag: например, соединение Mo-стержней с коваровыми трубками водяного охлаждения [Л. 153]
Ковар Мо (МоМп) L (778° С) AgCu (72/28) Е-припой. Перед пайкой коваро- вые детали меднят3), а Мо или МоМп—меднят или' никелируют1*)
Ковар Монель L (1 205° С) CuNi (75/25)
Ковар Монель L (1 084° С) Си (см [Л. 65])
Ковар Монель L (870° С) AgCu (50/50): в вакууме высокой частотой3)
Ковар Монель L (779° С) AgCu (72/28) Е-припой; в вакууме высокой частотой (см. рис. 5-6-12 и [Л. 69])’)
Ковар Латунь L (185—200° С) SnPb (63/37) Е-припой, SnPb (60/40) или SnPb (50/50); детали предварительно электроли- тически, а затем погружением (с защитным слоем жира) покрывают оловом и обезжиривают. Пайку желательно производить высокой частотой, но она возможна и с применением паяльника или методом погружения (см. также § 6-1-IV и [Л. 15, 46]
Ковар Ni L (1 300° С) CuNi (55/45)
Ковар Ni L (1 205° С) CuNi (75/25)
Ковар Ni L (1 084° С) Си высокой частотой (см. [Л. 110])
Ковар Ni L (778° С) Е-припой AgCu (72/28). Ковар следует пред- варительно меднить3)
Ковар Pd L (1 063° С) Au на воздухе
Ковар Pd L (960° С) Ag в вакууме высокой частотой (см. § 4-2)3)
36*
564
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
П родолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
1 2
Ковар W L (980° C) CuAu (70/30); в водородной печи в течение 5 мин [Л. 26]
Ковар W L (880° C) AuCu (81,5/18,5) М-припой; в водородной печи 5 мин при 920° С [Л. 26]
Mg Прочие метал- лы P См. табл. 9-3-2
Mg Mg S Н
Мо Прочие метал- лы P См. табл. 9-3-2
Мо Мо P Быстрая сварка (от ’/>о Д° 1 периода) с тира- тронным управлением позволяет избежать чрез- мерного роста зерен и хрупкости соединения. При сварке проволок диаметром 0,8—1 мм поль- зуются медными электродами, которые следует поддерживать в остро заточенном и чистом виде, либо Мо электродами. Соединяемые поверхности перед сваркой следует обезжирить и обработать пескоструйкой [Л. 59]
Мо Mo(W) S В; С (А не применяется)
Мо Mo(W) L (>2600°C) Та фольга (20—40 мк) в виде прокладки слу- жит припоем; сваривать на станке для точечной сварки под слоем воды электродами с вольфра- мовыми наконечниками, Мо и Та образуют спла- вы в любых соотношениях; Мо необходимо пред- варительно очистить травлением (см. § 3-3)
Мо Mo(W) L (2 500° C) Nb; в вакууме (см. § 3-7, рис. 3-7-1)
Мо Mo(W) L (1 966° C) Родий (по данным [Л. 124]); см. также пайку W и родием
Мо Mo(W) L (1 860° C) Дуктильный Zr в виде прокладки фольги тол- щиной 20—40 мк в водороде (см. [Л. 52]5)
Мо Mo(W) L (1 770° C) Точечная сварка в водороде с прокладкой из Pt фольги толщиной 30—40 мк или с платино- вым покрытием (проволока Y, см. § 6-5, ХП) вольфрамовыми электродами. Молибденовые детали можно паять платиной в атмосфере во- дорода дугой с вольфрамовым электродом. Такие спаи устойчивы к действию ртутн и кратковре- менно выдерживают температуру выше 1 600° С, что важно, например, при последующем впаива- нии молибденовой фольги в кварцевое стекло4)
§9-3]
Соединение металлических деталей
565
Продолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы 1 1 2 Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
Мо Мо (W) L (1 450° С) Ni (99°/о) в виде прокладки (фольги). Сварку производят на станке для точечной сварки. Сое- динения двух стержней отличаются хрупкостью вследствие образования эвтектических сплавов WNi или MoNi. Рекомендуется также предвари- тельное никелирование. В этом случае пайку производят так же, как и чистого никеля [Л. 35, 162]
Мо Мо L (1 393° С) L (1 371° С) Инконель ( В атмосфере аргона при (80 Ni/14Cr/6Fe/ ( индукционном нагреве PdAg (60/40) 1 [Л. 83]
Мо Мо (1Г) L (1 320° С) NiMo (53,5/46,5) Е-припой; в атмосфере во- дорода [Л. 162]’
Мо Мо (W) L (1 300° С) CuNi (55/45) (Константан, Eureka); в вос- становительном остром газовом пламени с флю- сом, или иа сварочном станке с угольными зажи- мами прн напряжении 6—7 в в атмосфере Н2, или в потоке нейтрального газа: Пример: сварка проволок плетеных молибденовых сеток между собой или сварка молибденовых проволок с рамкой из молибденовой жести
Мо Мо (W) L (1 205° С) CuNi (75/25); в вакууме или Нг
Мо Мо Мо (W) L (1 204° С) L (1 204° С) PdNi (53/47) 1 В аргоне при индукцион- AgPt (70/30)4) / ном нагревании [Л. 83]
Мо Мо L (1 185° С) AgPt (73/27) [Л. 164]4)
Мо Мо L (1 084° С) Си: Мо стержни к ленточным молибденовым токоподводам припаивают с бурой в смешанном газе путем нагревания за счет излучения воль- фрамовой спирали или дугой С
Мо Мо L (960° С) (?) AgZr (85/15) в чистом водороде или вакууме [Л. 132]
Мо Мо (W) L (950° С) AuNi (82/12)’)
Мо Мо или другие металлы L (884° С) L (778° С) Мппипой’5^8^ ' Молибден следует пред- AgCu (72/28) f варительнсгникелиро Е-припой ) '
Мо Латунь 5 Сварка в стык: С; В; Н [Л. 59, 162]
Мо Ni Р Прутки хорошо свариваются, лучше всего с применением Ni прокладки. Молибденовые прово- лочные сетки навивают на никелевые траверсы иа хромированном медиом керне, а затем прива- ривают на станке для роликовой сварки (см. рис. 9-3-9)
Мо Ni S Сварка в стык; С; [Л. 30]
Мо Ni К Пример: Мо проволоку сеток уклады- вают в вырезы никелевых траверс, а затем за- катывают роликом под давлением (см. рис. 9-3-52)
566.
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Продолжение табл. 9-312
Соединяемые металлы 1 1 2 Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
Мо Pt S Сварка в стык, С [Л. 30]
Мо Ta $ Сварка в стык; сварка дугой между уголь- ными электродами в N2 или инертном газе [Л. 30]
Мо W — См. также Мо-»Мо
Мо W Сварка в стык; С; В [Л. 50]
Мо W L (2 100° С) Порошок Ru или (Ru + Мо) в смеси Ns + Н2 (80/20); образуется эвтектика Мо—Ru с темпера- турой плавления около 1 900° С [Л. 84]
Мо W L (1 053° С) а) Овальные спиральные сетки: тончайшую вольфрамовую проволоку сеток (диаметр 7,5 мк) припаивают к молибденовым рамкам в вакууме, используя в качестве припоя золотую проволо- ку ( диаметр 75 мк), см. рис. 4-5-2, по данным [Л. 172]. б) Плоские сетки: кольцевую рамку зо- лотят методом катодного распыления; сетки на- вивают из вольфрамовой проволоки диаметром 8 мк (40 витков/мм) и затем соединяют витки с рамкой, используя в качестве припоя слой золо- та [Л. 123]
Монель Прочие метал- лы Р См. табл. 9-3-2
Монель w L (1 084° С) Си
Латунь Прочие метал- лы — (См. также Си). Латунь нельзя обезгажнвать вследствие содержания в ней цинка, поэтому ее нельзя применять в отпаиваемых приборах; при- годна для изготовления внешних деталей (см., например, рис. 9-3-29, поз. 3)
Латунь Прочие метал- лы р См. табл. 9-3-2
Латунь Латунь S Сварка в стык, С [Л. 30]
Нержа- веющие стали — — См. CrNi стали
Ni Прочие метал- лы р См. табл. 9-3-2
Ni Ni р Хорошо свариваются; однако никель, содер* жаший А1 (керны оксидных катодов), необходимо предварительно очищать от поверхностной плен- ки А1гО3
Ni Ni S Сварка в стык. С, Н, А (В не применяется) (Л. 30]
Ni Ni L (1 084° С) Си: в водороде. Можно также использовать Au (1 063° С)
§9-3]
Соединение металлических деталей
567
Продолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
> 2
Ni Ni L (960° С) Ag: применяется также для пайки тонких спеченных покрытий
Ni Ni * L (870° С) AgCu (50/50)
Ni Ni L (779° С) AgCu (72/28) Е-припой
Ni жесть Жесть P2 Р Хорошо поддается точечной сварке
Ni Pt S Сварка в стык, С [Л. 30]; проволоку свари- вают газовым пламенем; заостренный конец пла- тиновой проволоки раскаляют добела и затем приводят в соприкосновение с никелем
Ni Ta S Сварка в стык [Л. 30]
Ni W — См. также Мо — Ni
Ni W р Хорошо свариваются
Ni w S Сварка в стык, С [Л. 30]
Ni Zr S Н
Ni карбо- низиро- ванный Ni карбонизи- рованный р При правильном выборе режима сварки (дав" ление и ток) временное сопротивление разрыву в точке сварки составляет 12—13 кг по сравне- нию с 10— 11 кг при использовании матированного никеля
Жесть P2 Жесть P2 р Хорошо подается точечной сварке
Pd Pt L (1 063° С) Au; острым пламенем (например, соединение платиновых токоподводов с Pd трубками или Pt цилиндрами для последующего впаивания в стек- ло [Л. 167])
Pt Прочие метал- лы р См. табл. 9-3-2
Pt Pt S Сварка в стык. С, холодная сварка, газовая сварка [Л. 114]
Pt Ta S Сварка в стык, дуговая сварка с угольными электродами в N2 или инертном газе
Pt W S Сварка в стык, С
Sn Прочие метал- лы р См. табл 9-3-2
Ta Прочие метал- лы р См. табл. 9-3-2
Ta Та р Под слоем воды в качестве защитной среды и на обычных станках для точечной или ролико- вой сварки можно сваривать жесть толщиной
568
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Продолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы Метод пайки Примечание (припой выделен жирным шрифтом)
1 2
0,1—0,15 мм~, длительность 3—10 периодов; ток 135 а!ммг. Рекомендуются CuW электроды и уд- военное по сравнению* со сваркой стали давле- ние. Тантал должен быть чистым и по возмож- ности недавно изготовленным
Та Ta 5 Сварка в стык; сварка дугой постоянного тока между угольными электродами под защитной жидкостью (четыреххлористый углерод) или в инертном газе
Та Ta L (2 550° С) Nb, в вакууме (см. например, рис. 3-7-1)
Та Та Ta Ta L (1 770° С) L (1 450° С) Pt фольга Ni (99"/о); соединения отличаются хрупкостью
Та Ta L (1 084° С) Пайка Си по возможности в вакууме6)
Та Ta L (980° С) CuAu (60/40) [Л. 21]
Та W 5 Сварка в стык; дуговая сварка с угольными электродами в N2 или инертном газе
Та W L (2 996° С) Nb, в вакууме (см., например, рис. 3-7-1)
Ti Прочие метал- лы Р См. табл. 9-3-2; титан ведет себя при точеч- ной сварке так же, как и хромоникелевые стали (.нержавеющие стали"). Это относится также к механической прочности сварных соединений
Ti Прочие метал- лы L (? °C) TiMn (??); см. [Л. 17]
Ti Прочие метал- лы L (900° С?) Возможно применение Е-припоя CuTi (47/53?) (см. ]Л. 17, 92, 118])
Ti Ti Р Поддается точечной сварке при давлении и токе, на 50э/о больших, чем при сварке углеро- дистой стали
Ti Ti S Дугой переменного тока с вольфрамовыми электродами в инертном газе (Н); метод В при- меним только в тех случаях, когда после сварки водород удаляют из титана отжигом в вакууме
Ti Ti и его сплавы D (1 015° С) Порошок TiNi (70/30), просеянный сквозь си- то 100—300 меш, наносят на соединяемые поверх- ности и спекают 30 мин в вакууме [Л. 16]
Ti Ti L (960° С) Чистое серебро: а) В вакууме б) С флюсами, содержащими AgCl [Л. 21, 32, 33] в) На воздухе при кратковременном нагрева- нии (на станках для точечной сварки) г) В гелии при индукционном нагревании [Л. 112] Подробнее см. § 7-2 .Физические свойства"
§9-3]
Соединение металлических деталей
569
Продолжение табл. 9-3-12
Соединяемые металлы 1 1 2 -Метод пайки Примечания (припой выделен жирным шрифтом)
W Прочие метал- лы р " См. табл. 9-3-2
W W S [Л зб°аРКЭ В СТЫК’ С’ В» (Н и А не применяются
W W L (2 996е С) Та фольга при точечной сварке с вэльфра- мовыми электродами
W W L (2500° С) Nb в вакууме (см. § 3-7)
W W L (1 966° С) Rh в виде проволоки диаметром 0,25 мм\ в Нг или Аг с длительностью плавления ие более 20 сек. Количество припоя должно быть мини- мальным [Л. 124]
W W L (1 860° С) Дуктильный Zr в виде фольги (см. [Л. 52]); витки W сеток и W траверсы можно обернуть Zr проволокой, после чего прокаливать в вакууме выше 1 860° С (Л. 48]
W W L (1 770° С) Pt; спаи нехрупкие
W W L (1 450° С) Ni (99%); спаи обладают некоторой хрупко- стью вследствие образования WNi эвтектики (предпочтительно поэтому применять в качестве припоя платину)
W W проволоки (перекрещи- вающиеся) 7,(1316—1 349е Q Пересекающиеся W проволоки можно спаять друг с другом следующим образом: гильза из К-монеля надевается иа одну из W проволок, другую проволоку накладывают поперек гильзы; пайку осуществляют дугой постоянного тока угольным элетродом (отрицательным) в Н2, Аг или Не [Л. 23]; К-монель см. § 6-2-IV, табл. 6-2-8
W W L (1 300° С) CuNi (55/45)
W W L (1 205° С) CuNi (75'25)
W W L 1 185° С) AgPt (73/27) (по данным [Л. 124])
W W L (950° С) AuNi (82/18) М-прииой8)
Zr Прочие метал- лы Р См табл. 9-3-2
Zr Zr S Н с циркониевым или WTh (2% Th) элек- тродом; поверхностные окислы предварительно удалить травлением в смеси HF и Pb (NO3)2
’) Данные для FeNI (50/50) обычно справедливы и для сплавов FeNi, содержащих от 36 до 49% Ni, т. е. и
для иивара (FeNi [64/36]).
2) При тщательной подгонке соединяемых деталей в качестве припоя можно использовать слой чистого
серебра толщиной в несколько микрон, наносимый электролитически; эвтектика AgCu образуется при 780° С н
процессе пайки.
3) Перед пайкой припоями, содержащими серебро, особенно при температуре пайки ниже 850°С, ковар сле-
дует основательно меднить (см. рис. 6-1-19). Слой меди вжигают в поверхность коваровых деталей при 980—
1 000е С (15 мин) или при 900° С (30 мин) в водороде.
•) При пайке вольфрамовых катодов или молибденовой проволоки к W или Мо стержним платиной или
припоем AgPt (73/27) образуются сравнительно пластичные соединения. В первом случае допустима длительная
эксплуатация спая при I 100—1 200® С. во втором случае вследствие испарения серебра эта температура состав-
ляет 500° С ]Л. 89].
570
Специальные методы обработки металлов [Гл. 9
Продолжение табл. 9-3-12
ь) При большом количестве припоя в виде чистого Zr происходит образование хрупкого эвтектического
сплава MoZr с температурой плавления 1 525° С. Поэтому в тех случаях, когда применение циркониевой фоль-
ги оказывается невозможным, рекомендуется перед пайкой покрывать молибден порошком циркония методом
катафореза [Л. 35].
6) Иначе медь ие смачивает тантал.
7) При пайке стальных деталей медью и при больших зазорах между деталями следует избегать темпе-
ратур выше 1 100° С, так как в противном случае диффузия меди по границам зерен железа может привести к
хрупкости соединений. В случае узких зазоров, что обычно имеет место в массовом производстве (пайка в пе-
чах с защитной атмос ферой), количество меди так мало, что большая его часть растворяется кристаллами аусте-
нита стальных деталей, в результате чего в самом шве меди может не оказаться (Л. 105].
е) Несмотря на то, что растворимость Fe в расплавленном серебре составляет только 0,004%, пайка же-
лезных деталей чистым серебром возможна в случае, если зазоры между деталями малы, а при охлаждении
происходит кристаллизация устойчивой при низких температурах модификации железа. Образующиеся прп
этом зерна проникают в пространство шва, причем серебро, по-видимому, служит,зародышем при кристаллизации.
•) Пайку лучше всего вести в вакуумных печах [Л. 14].
10) Перед пайкой на молибден следует нанести слой никеля толщиной не менее 7 мк, который затем
ожигается в водороде при 700° С [Л. 76. 90].
Вследствие значительно большего коэффици-
ента термического расширения литой медный
блок при этом сокращается и прочно стяги-
вает вольфрамовый диск, который, однако,
рекомендуется все же фиксировать выступа-
ли или крючками.
Качество соединения отливкой повышает-
ся, если производить ее в вакууме, а поверх-
ность вольфрамового диска предварительно
методом возгонки (см. рис. 9-4-10) покрыть
слоем меди. Способ соединения вольфрама
с медью путем отливки, который хорошо за-
рекомендовал себя на практике, показан на
рис. 9-3-49. Применяемую медь (как правило,
бескислородную, не содержащую фосфора или
марганца) прежде всего тщательно обезгажи-
вают путем переплавки в установке, показан-
ной на рис. 9-3-49,/, в которой постепенно рас-
плавляемая в .вакууме медь переливается по
каплям из плавильного тигля в (графитовую
форму. Полученный таким способом свободный
от газов слиток затем (иногда после механиче-
ской очистки его поверхности) снова плавят
в другой печи (рис. 9-3-49,//) в вакууме и от-
ливают в тигель, на дне которого укрепляют
вольфрамовыми проволоками предварительно
медненый сублимацией вольфрамовый диск.
Как видно из рис. 9-3-49 (/// и IV), при мас-
совом производстве все операции осуществля-
ют на карусельной машине, на которой без
нарушения вакуума можно производить по-
следовательно ряд операций предварительной
и соединительной заливки (на изображенной
карусельной машине —15 операций одну за
другой).
При соблюдении определенной температу-
ры (1 800° С) и длительности отливки в ваку-
уме образуются очень крупные кристаллы ме-
ди (вплоть до монокристаллов, см. [Л. 72]),
которые характеризуются особенно хорошей
теплопроводностью и газонепроницаемостью
Рис. 9-3-49. Приспособление для отливки в вакууме
I— первая отливка для получения обезгаженного медного слитка; II — вторая отливка держателя антикатода
(Ш —разрез; IV— вид сверху); V —медный держатель с впаянным вольфрамовым зеркалом, полученный после
мовое зеркало для вращающихся антикатодов; VIII— разрез отлитого и высверленного антикатода (см. также
лородная медь или отрезки проволоки из чистой электролитической меди); 4—молибденовая спираль для нагре
в вакууме 1 раз; 8—графитовое основание; 9—колпак из тугоплавкого стекла или кварца; 10— плита основания;
быстрого охлаждения и образования раковин; 14—держатель антикатода из двукратно переплавленной в вакууме
меди с помощью приспособления, изображенного на рис. 9-4-10; 17 — молибденовая проволока, закрепляющая
одной карусели и под одним вакуумным колпаком устанавливают 15 позиций; 19 — вакуумный колпак из меди
карусели; 24—храповик; 25—вращающаяся ось с герметичным ручным приводом через томпаковый снльфои для
ной молибденовый экран; 28—отвер
§9-3]
Соединение металлических деталей
571
Это имеет существенное значение, так как при
мелкокристаллической структуре медных слит-
ков в рентгеновских трубках часто наблюдает-
диффузия ионов водорода из охлаждающей
антикатод воды, что приводит к ухудшению
вакуума. Отлитые медные корпуса после об-
точки можно соединить с другими медными
деталями на резьбе или путем обычной пайки
эвтектическим припоем AgCu, что позволяет
сделать соединение герметичным.
Толстые вольфрамовые или молибденовые
стержни, применяемые в качестве токоподво-
дов или держателей вольфрамовых накаляе-
мых проволок в мощных генераторных лам-
пах и электрических печах, также лучше все-
го соединять с медными выводами отливкой
в вакууме (рис. 9-3-50). Для этой цели мо-
либденовый стержень, .на одном из концов ко-
торого выполнена глубокая нарезка в двух
противоположных направлениях, погружают
в вакууме в середину графитового тигля и за-
тем заливают этот конец медью так, как это
показано на рис. 9-3-49,//. После охлаждения
отливки медь обтачивают до необходимого диа-
метра, если необходимо, нарезают в ней резь-
бу, а затем соединяют всю конструкцию с то-
коподводами.
VIII. Механические соединения
Во всех случаях, когда соединение сваркой,
пайкой или отливкой невозможно или нецеле-
сообразно (например, соединение сильно раз-
личающихся по диаметру или температурам
плавления проволок; хрупкость вольфрама при
рекристаллизации; соединение швом тугоплав-
ких металлов, близость стеклянных деталей
и т. п.), применяют механическое соединение.
Примеры наиболее часто применяемых в ва-
куумной технике методов:
а) Закатка. Соединение тонких проволок
сетки с траверсами. На траверсах машин-
ным способом делают пилообразные насечки,
в которые закладывают проволоки сетки. (На-
сечки закатывают роликом [Л. 135J. Принцип
метода изображен на рис. 9-3-51,0. На прак-
тике изготовление иасечек, вкладывание про-
волок сетки и закатку каждой отдельной ка-
медных держателей антикатодов рентгеновских трубок.
при одновременной установке вольфрамого зеркала; /// — карусельное устройство для отливки с 15 позициями
отливки в форму; VI—после проточки держателя и шлифовки вольфрамового зеркала; VII— залитое вольфра-
рис. 3-2-26); /— графитовый тигель со сливным отверстием в дне; 2—гранитовая крышка; 3 —загрузка (бескнс-
вания тигля при плавке; 5—молибденовый экран; 6—графитовая форма;. 7 — медный слиток, переплавленный
11 — резиновое плотнение; 12— к насосу; 13— дополнительное нагревание формы для предотвращения излишне
меди: 15 — графитовый вкладыш с четырьмя отверстиями; 16— вольфрамовое зеркало, покрытое в вакууме слоем
вольфрамовое зеркало 16 на графитовом вкладыше /5; 18—позиция для плавки и отливки (см. рис 9-3-49, Пу, на
или’стали; 20— резиновое уплотнение; 21— плита основания; 22 — карусель; 23— зубчатое колесо для вращения
ступенчатого вращения карусели; 26— молибденовый проволочный нагреватель в керамической трубке; 27—двой-
стия для откачки; 29—к иасосу.
572
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-3-50. Соединение молибденовой детали с медным
вводом методом заливки.
I — молибденовая деталь с двумя нарезками противо-
положных направлений; II—то же после заливки медью
в графитовом тигле; III—то же после проточки
отлитого медного блока до необходимых размеров и
укрепления токоподводящей шины винтами.
сечки производят последовательно на автома-
те для навивки сеток, основные детали и
принцип работы которого изображены на
рис. 9-3-52 (см. также [Л. 30, 126, 172]). Уве-
личенное изображение траверсы с насечкой,
а также участка готовой сетки (после закат-
ки) приведено на рис. 9-3-52А. На таких ав-
томатах можно навивать сетки длиной до 1 м.
После навивки сетки отжигают в трубках со-
ответствующей длины (диаметр около 35 мм)
из кварцевого стекла, через которые пропускают
смешанный газ [600 л (H2+N2)/r]; нагревание
примерно до 1 000° С производят прямым про-
пусканием тока в течение 10 сек, причем сет-
Рис. 9-3-51. Примеры механических соединений
металлических деталей.
а—завальцовка: 1 — вид сбоку; 2—разрез; Ь—запрес-
совка: 1—исходное положение; 2—после запрессовки;
с—зажимание; 1— простая плоская петля (перед сжа-
тием); 2—плоская петля, сваренная точечной свар-
кой PS (для сварки тонких спиралей необходим керн);
3 — пережатое отверстие с дополнительной дуговой
сваркой LS; 4—соединение с помощью С-образного
хомутика с последующей дуговой сваркой LS; d—фаль-
цовка: 1—исходное положение; 2—готовый шов; е—
клепка: /, 2— сплошными заклепками; 3, 4— пистонами;
5, Ь—при помощи полых цапф; f— соединение вин-
тами (хомутик на стеклянной ножке): 1 — металличе-
ская лента; 2— керамика (A12OS); g — соединение
шплинтом; I — проволока сетки вкладывается в вы-
резы U-образной скобки, затем вставляется шплинт,
фиксирующий положение витков сетки; II— изготовле-
ние спиральной сетки с помощью вспомогательной
фиксирующей спирали (см. рис. 9-3-57): / — витки сетки;
2—фиксирующая спираль; 3—траверса сетки; 4—-пру-
жинящая накладка на шаблон; 5 — шаблон для навивки;
h — перевязка; Н— просверленный поперек токопод-
вод; К— проволока катода; В — проволока для перевя-
зывания.
§9-3]
Соединение металлических деталей
573
рис. 9-3-52. Схема изготовления сеток
приемно-усилительных ламп.
1 — траверсы сетки; 2—проволока навивки; 3 —оправка
для навивки; 4—ножевые ролики для образования на-
сечек; 5—закатывающий ролик для завальцовкн каж-
дого витка сетки; А —вырезанные насечки; В — прово-
лока вложена в иасечку; С—закатанный -'•виток
(см. рис. 9-3-10.//).
ки располагают горизонтально и одновременно
растягивают, прилагая к каждой траверсе осе-
вое усилие, равное примерно 3 кг. Охлажде-
ние сеток производят также при непрерывном
пропускании защитного газа. Такой обработ-
кой, которая с учетом загрузки и извлечения
сеток из печи длится около 35 сек, не только
удаляют загрязнения на поверхности и меха-
нические напряжения, но и выравнивают всю
сетку, за исключением небольшой части (око-
ло 0,5%) обеих траверс. После отжига длин-
ную сетку разрезают на отрезки необходимой
длины.
На рис. 9-3-10 показаны для сравнения
фотографии сваренной и закатанной сеток, на
рис. 9-3-53 — различные сетки, изготовленные
таким путем.
б) Запрессовка. Соединение очень твер-
дых и тонких вольфрамовых проволок с бо-
лее толстыми и мягкими проволочными дер-
Рис. 9-3-52А. Увеличенное изображение траверсы
закатанной сетки.
I — после изготовления иасечек; I/ — после навивки и
закатки витков (Siemens-Rohrenfabrik).
жателями (Ni). Навитую на керн с укреплен-
ными на нем траверсами вольфрамовую про-
волоку запрессовывают большим давлением
(эксцентриковый пресс) в мягкие никелевые
траверсы (см. рис. 9-3-51 ,Ь и 9-3-54).
в) Зажимание. Соединение нитей нака-
ливания с подводящими никелевыми или кон-
стантановыми проводами в лампах накалива-
ния, а также метод монтажа миниатюрных
катодов. Держатели предварительно расплю-
щивают и изгибают в виде петли, которую
затем зажимают (см. рис. 9-3-51,щ и с2) или
же подводящий электрод просверливают и
после пропускания нити накала зажимают
(см. рис. 9-3-51,с3). Соединение можно также
осуществить с помощью переходной V или U-
образной (в сечении) обоймы, в которой за-
жимают нить накала (см. рис. 9-3-51,с4). Час-
то для большей надежности соединение еще
проваривают (точечной или дуговой сваркой,
см. рис. 9-3-21). Плоские сетки с малыми до-
Рис. 9-3-53. Некоторые типы закатанных сеток
(см. рис. 4-5-3,II).
пусками и сетки ламп дециметрового диапа-
зона (для устранения деформации при нагре-
вании во время сварки и для лучшего охлаж-
дения) укрепляют с двух сторон между ребра-
ми V-обазного сечения [Л. 6] или между дву-
мя плоскими пластинками (рис. 9-3-55).
г) Фальцовка. Соединение швов анодов
из трудносвариваемых металлов (см. рис.
9-3-51, d).
д) Соединение заклепками или пистонами
Соединение жести из W, Мо и Та молибде-
-----------4О мм.-----------
Рис. 9-3-54. За вальцованная сетка из вольфрамовой
проволоки (диаметр 50 мк) с прямоугольными никеле-
выми траверсами (1 Х0,3мм*).
574
Специальные методы обработки металлов
[ Гл. 9
Рис. 9-3-55. Свободная сетка для ламп дециметрового
диапазона, изготовленная зажиманием отдельных кон-
цов сетки между двумя металлическими пластинками
[Л. 147].
новыми заклепками, соединение деталей элек-
тродов со слюдой и керамикой (см. рнс.
9-3-51, ef—е4 и 13-4, поз. 3).
е) Клепка при помощи цапф в форме
трубки. Применяется гланым образом для
тантала. В одной из соединяемых деталей
выдавливают цапфы в форме т.рубки, а в дру-
гой выштамповывают отверстия большего
диаметра, в которые входят цапфы первой
детали; затем цапфы расклепывают и таким
Рпс. 9-3-56. Молибденовый анод
генераторной лампы с охлаждаю-
щими ребрами, состоящий из
четырех частей, соединенных
клепкой; анод закреплен на стек-
лянной ножке хомутиком с вин-
тами, ^Изготовитель.* Telefunken.
Рис. 9-3-57. Изготовление сетки с фиксацией витка»
путем Обвязки (см. рис. 9-3-51 ,g//).
/ — временный держатель; 2—трубчатый четырехсек-
ционный шаблон для навивки с радиалоно расположен-
ными гребенками; 3— проволока сетки, уложенная в
пазах гребенки; 4— связующая спираль, вложенная
в навивочные гребни; 5—траверсы сетки, вложенные-
между витками сетки и связующей спиралью в каче-
стве замка. Внизу: внешний вид изготовленной описан-
ным способом сетки генераторной лампы (Siemens).
образом соединяют между собой обе детали
(см. рис. 9-3-51,ез и е6 и 9-3-56).
ж) Соединение винтами. Крепление хому-
тиков на стеклянных ножках (ам. рис. 9-3-51
и 5-4-15, поз. N).
з) Соединение клином или штифтом.
Крепление проволоки сетки на траверсах,
главным образом в генераторных лампах (см.
[Л. 131, 176], рис. 9-3-51,g! и 9-3 57).
и) Перевязывание. Закрепление проволок
сетки на держателях и крупных вольфрамовых
катодов на токоподводах см. рис. 9-3-51,h.
к) Плетение: изготовление сеток, анодов
и т. п. из тонких W, Мо, Ni "поволочек )Л. 144],
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
575
Таблица 9-3-13.
Схема определения характеристик плетеных сеток*
Материал: уток.; основа
Диаметр проволоки D, уток
основа
шаг сетки’) а................................
шаг сетки2) b................................
Длина в свету с ................................
Ширина в свету d................................
Число очков на см2
; на см
' Существующие стандарты: см. D1N 4186 (1953): круглая проволока для сеток; DIN 4189, Blatt 1 und 2 (1953):
проволочные сетки с квадратными отверстиями.
2 Между осями соседних проволок.
Рис. 9-3-58. Металлическая ткань для анодов и сеток.
Изготовитель: Metaltwerk-Piansee, Reutte, Австрия.
I — никелевая ткань с усиленной кромкой, прокатанная
после сплетения; II — плетеная сетка из молибденовой
проволоки (диаметр проволоки 0,15 мм); III — ткань из
NiFeMo (проволока „Д“. Диаметр проволоки 0,1 мм).
См. § 6-4 ПС).
часто дополнительно прокатанных. Схема обо-
значения размеров плетеной сетки (сита) при-
ведена в табл. 9-3-13. Образцы различных ви-
дов плетения для анодов и сеток электрова-
куумных приборов показаны на рис. 9-3-58 (см.
также [Л. 40]). О повышении излучательной
способности анодов путем применения плете-
ных анодов вместо цельных см. рис. 9-4-17.
ЛИТЕРАТУРА
1 Aeg, DRP 436 678/1924/1926 (Медно-
вольфрамовые сварочные электроды).
2. Alexander Р, Gen. Electr. Rev., 29
(1926), 169 (Дуговая сварка в водороде).
3. Al th о use A. W. a. Turnquist
С. Н., Modern welding practice, Chicago,
1942.
4. Anderson N. E., Welding Journ., 28
(1949), 222—228 (Аппаратура для дуговой
сварки в аргоне или гелии).
5. Ardenne М. V., Tabellen der Elek-
tronenphysik, lonenphysik und Ubermikrosko-
pie, Berlin, 1956 (т. II, стр. 731: точечная
сварка жести).
6. Assoc. Electr. Industries, DRP 500
239/23/30 (Закатка проволочных сеток).
7. Б а б а т Г., Лозинский М., Кон-
центраторы поля для высокочастотного на-
гревания Journ. Appl. Phys. И (1940) 816—
823. •
8. Barber С. L., Met. Ind. (London),
51 (1937), 479—482 (Флюсы для пайки мяг-
кими припоями).
9. В а г d t k е Р., Darstellung der gesam-
ten Shcweisstechnik, Berlin, 1931.
10 Baughan E. C, Quart. Rev. Chem.
Soc., 7 (1953), 103 (Давление паров олова)
11. Becquemont I., L’Onde Electri-
que, IV, № 265 (1949), 145—151 (Впаивание
системы электродов в оболочку прибора че
рез коваровые переходы).
12. Bender Н., Ceramic Age, 57 (1954),
Aprilheft, р. 15—21, 46—50 (Пайка металли-
зированной керамики).
576
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
13. Benz W. G. a. Sohn J. S., Welding
Journ., 30 (1951), 911—926 (Дуговая сварка
с расходуемым электродом в виде проволоки
из нержавеющей аустенитной хромоникеле-
вой стали).
14. Bernhard F. u. Bumm Н., Vaku-
um-Technik, 7 (1958), 153—158 (Пайка в ва-
кууме).
15. В 1 а п а г и L., Journ. Sci. Instr., 35
(1958), 184—185 (Вакуумный затвор с рас-
плавленным оловом).
16. В о е g е h о 1 d A. L. a. Vigor С. W.,
Brit. Pat. 746 648 [Диффузионная пайка де-
талей из титана и его сплавов припоем TiNi
(70/30)].
17. В о u n d s А. М. a. Cooper Н. W.,
Metal Progress (August 1950), р. 185 (Пайка
титана).
18. В о у d R. L. F., Electronic Enginee-
ring, 26 (1954), № 312, р. 78—79 (Небольшой
аппарат для атомио-водородной сварки в вы-
соковольтном коронном разряде частотой
108 гц и мощностью 1 кет).
19. Brit. Thomson Houston Со., Brit. Pat.
8 642/1908 (Сварка под слоем защитной жид-
кости).
20. В и г s t у n W., Das Loten, 3 Aufl.,
Berlin, 1944.
21. Chatfield С. H., Welding Journ.,
33 (1954), 864—867 (Пайка твердыми припои-
ми).
22. C h u t e G. H., Electronic control of
resistance welding, New York, 1943.
23. Cl a son С. B., Welding Engineer, 33
(1948), Dezemberheft 60 u. 62 (Соединение
вольфрамовых штабиков путем пайки К-мо-
иелем в водороде дугой постоянного тока с
угольными электродами).
24. С1 a u s е г Н. R., Mat. a. Methods
(Marz 1952), 105—120 (Припои).
25. С о b i n е J. D., Science New Letter,
56 (1949), 328; s. a. Mat. a. Meth., Febr. 1950,
p. 47 (Аппаратура для атомно-дуговой свар-
ки на СВЧ).
26. С о 11 i n s G. В., Microwave magne-
trons, New York, 1948 (Применение пайки в
производстве ламп СВЧ).
27. С о о 1 i d g е W. D., J. Rontgen Soc.,
15 (1921), 3787 (Заливка вольфрамовых ан-
тикатодов в вакууме).
28. Countryman М. A., Journ. Appl.
Phys., 8 (1937), 432 (Способность расплав-
ленных металлов к образованию сплавов и
их взаимная смачиваемость).
29. D a a n е А. Н., Rev. Sci. Instr., 23
(1952), 245—246 (Сварка тантала дугой по-
стоянного тока с угольными электродами в
атмосфере аргона или гелия).
30. D a v i е s J. W. et al., Journ. Meeh.
Eng., 158 (1948), p. 352—363. (Производство
электровакуумных приборов).
31. D e a n R. S. et al, Trans. Am. Inst.
Min. Met. Eng., 17 (1947), 431—438 (Точеч-
ная сварка титана).
32. D e Cec co N. A. a. P a r k s J. M.,
Mat. a. Methods (Juni 1954), 109—111 (Пайка
титана твердыми припоями).
33. D е С е с с о N. А. а. Р а г k s J. М.,
Welding Journ., 32 (1953), 1071—1081 (Флю-
сы для найки титана твердыми припоями).
34. Deutsche Gliihfaden Fabrik, Prospekt
fiber Elmet-Metalle, № 3/3/35 (Berlin, 1935),
S. 9 (Пайка между графитовыми зажимами).
35. Dor gel о E. G., Vakuum-Technik, 5
(1956), Dezemberheft, № 8, S. 177—189 (Пай-
ка твердыми припоями в производстве ламп
36. D о г g е 1 о Е. G., Philips Techn.
Rdsch., 10 (1949), 273 (Применение монтаж-
ных сварочных щипцов).
37. Dor г at, Welding Journ., 31 (1943),
306—312 (Атомно-дуговая сварка).
38. Д э ш м а и С., Научные основы ваку-
умной техники, ИЛ, М,—Л„ 1950.
39. Е a d о n-C 1 а г k е С. Е., Electr. Com-
munication (Sept. 1952), 179—183 (Пайка иа
сварочном стайке с применением графитовых
зажимов).
40. Е i 1 h а и е г О., DRGM 1 305 583/34;
DRGM 1 308 285/34 (Применение металличе-
ской ткани для изготовления деталей элек-
тровакуумных приборов).
41. Е s р е W. (По данным различных
предприятий).
42. Espe W., Slabopr. Obzor, 13 (1952),
155—165; Feinwerktechnik, 57 (1953), 309—319
(Припои и пайка в вакуумной технике).
43. Е s р е W. u. R е i n b а с h R., Pajky
a pajeni, Praha, 1950; s. a. BIOS Final Re-
port № 1844 (London, 1948), p. 41—60.
44. Espe W., DRP 523/1930/34 (Запайка
штенгелей).
45. Espe W., Ferriticke chromzelezo pro
zatovy do skla ve vakuove technice (Феррит-
ные хромистые стали .для спаев со стеклом),
Praha, 1953; dito Vakuum-Technik, 4 (1955),
82—100.
46. Espe W., Kovar, uziteeny material
pro vakuovou techniku a stavbu pristroju, Pra-
ha, 1953, dito: Kovar, ein niitzlicher Werkstoft
der Hochvakuum- und Geratebau-Technik,
Fiissen, 1956.
47. E s p e W. u. Pokorny V., Slabopr.
Obzor, 14 (1953), 178—187 (Заварка систем
электродов в лампы).
48. Espe W., Zirkon, jeho vyroba, vlast-
nosti ve vakuove technice, Praha, 1952, dito:
Zirkonium, seine Herstellung, Eigenschaften
und Anwendung in der Vakuumtechnik, Fus-
sen, 1953.
49. Espe W., Slabopr. Obzor, 14 (1953),
337—353 und 395—403; Nachrichtentechnik, 6
(1956), 355—364 und 401—408 (Соединение
вольфрама с медью методом отливок).
50. Espe W., CSR—Patent 87
428/1956/1957 (Запайка штенгелей большого
диаметра).
51. Fanstell Prod., Electr. World, NY,
104 (1934), 1184 (Сварка тантала под слоем
защитной жидкости).
52. Fast J. D., Foote Prints, 10 2 (1937),
1—24 (Применение циркониевой фольги в ка-
честве припоя).
53. F е г g u s о n L., Welding Engineer,
Juli and August 1933, p. 14—16, 20—23 (Спо-
собность различных металлов к точечной
сварке).
54. Ferguson L., Bell Lab. Rec., 13
(1934/35), 109—112 (Точечная сварка).
55. F i s с h е г H. u. S с h б n h е г г Н_,
DDR—Pat. 9743/1952/1955 (Высокочастотная
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
577
пайка деталей, расположенных вблизи спаев
со стеклом).
56. Fisk J. N. et al., Bell System Techn.
Journ., 25 (1946), 167—348 (Производство
магнетронов).
57. Free dm a n G., Welding Journ., 27
(10) (1948), 838—844 (Применение сварки со-
противлением в производстве электровакуум-
ных приборов).
58. Fry Н., BIOS Report № 1183, Lon-
don, 1947 (Обнаружение течей в накуумных
системах).
59. G е 1 о k J., Mat. a. Methods, 26 (Sept.
1947), 86—80 (Сварка молибдена).
60. G i b s о n G. J., Welding Journ., 26
(1947), Supplement, р. 282s—293s (Гелиево- и
аргоно-дуговая сварка вольфрамовыми элек-
тродами).
61. Gibson, G. J. a. Rothschild
G. R., Welding Journ., 27 (1948), Supplement,
p. 496s—501s (Дуговая сварка алюминия в
инертной атмосфере).
62. Gillette R. Т., Welding Engineer,
26 (12), (1947) Dezeinberheft (Сварка тонких
проиолок).
63. Gonser В. W. a. Heath С. М_,
Trans. Am. Inst. Min. Met. Eng., 122 (1936),
349 (Свойства легкоплавких припоев и проч-
ность соединений).
64. G о о d m a n I. S., Welding Journ., 29
(1950), 863—875 (Сварка тонких проволок из
различных материалов. Например, сварка
вольфрамовой или молибденовой проволоки с
никелевой, железной или никелированной же-
лезной проволокой).
65. Goodman I. S., Mat. a. Methods
(August 1948), р. 64 (Последовательная пай-
ка в производстве ламп СВЧ).
66. Goodman I. S.,. Trans. Electrochem.
Soc., 87 (1946), 261—274 (Сварка и пайка в
производстве электровакуумных приборов).
67. G reb el В., DRP 527 217/26/31 (За-
пеканка вольфрамовой проволоки в никеле-
вые траверсы сеток).
68. Griffoul М. R„ Le Vide, № 33
(Mai 1951), 995—1006 (Соединение ковара с
бериллием путем пайки с монелевым пере-
ходом) .
69. G u s t a f s о n R. A., Welding and
metall fabrication, 24 (1956), Augustheft,
p. 290—291 (Пайка стали твердыми припоя-
ми).
70. Н а 1 b i g I. 1., Iron Age, 172 (1'953),
Dez—Heft, p. 159—163 (Пайка ферритной
хромистой стали типа «430»).
71. Harkins F. G., Welding Journ., 29
(1950), 3—s, 12—s (Точечная сварка никеля).
72. Hausser К. W. u. Scholz P.,
Aiss. Veroff. Siemens-Konz. (3), Bd 5 (1927),
144 (Получение монокристалла меди из рас-
плава в вакууме).
73. Н е s s W. F. a. Milller A., Welding
Journ., 20, Research Supp. (1941), 417s—426s
(Точечная сварка никеля, монеля и инко-
Н^ЛЯ) ,
74. Н i е г s G. О., Metals and Alloys, 2
(1931), 257 (Применение легкоплавких при-
поев) .
75. Hiers G. О. a. Schumacher
Е. Е., Soldering with soft solders; in Metals
Handbook, p. 81, Cleveland, 1948.
37—2200
76. H i 11 i e r M. a. Bell R. L., Brit.
Journ. Appl. Phys., 9 (1958), 94—97 (Пайка
никелированного молибдена с другими метал-
лами твердыми припоями).
77. Н i х A. u. U 1 b е г t К., Slabopr. Ob-
zor, 17 (1956), 690—697 (Аппаратура для пай-
ки с применением высокочастотного импульс-
ного нагревания).
78. Hobart J. F., Soldering and brazing,
New York, 1919.
79. Hoch F., Siemens-Zeitschrift, 25
(1951), 80—88 (Электронное управление сва-
рочными аппаратами).
80. Н о f m a n n W. u. R u g e J., Z. Me-
tallkde, 43 (1952), 133—137 (Холодная свар-
ка металлов давлением).
81. Huff Н. A. a. Kugler A. N., Wel-
ding Journ., 28 (1949), 128—140 (Обзор ме-
тодов дуговой сварки алюминия, бескисло-
родной меди, магния, серебра и стали в
инертной атмосфере).
82. Hutchins W. С., Gen. El. Rev., 40
(1937), 116—124 (Тиратронные регуляторы
продолжительности сварки).
83. J а с о b s о n М. I. a. Martin D. С.,
Welding Journ., 34 (1955), 65S—74S (Пайка
молибдена).
84. Jasionis I. Р. a. Chine I. Е.,
Inst. Rad. Eng. Trans. Electron, Devices, 3
(1956), 162 (Применение рутения в качестве
припоя для соединения вольфрама с молиб-
деном) .
85. J u s t i Е„ DB Pat. 858 925/1950/51
(Эвтектический -припой InSn).
86. Kester Solder Co., Solder and soldering
technique, Chicago, 1948.
87. Kiefer W., Dessertation, Techn.
Hochschule, Berlin, 1935 (Точечная тиратрон-
ная сварка тонких проволок).
88. Kirchner М., Loten, Leipzig, 1939.
89. К n а р t о п A. G., Planseeberichte f.
Pulvermetallurgie, 7 (1959), 2—3 (Диаграмма
состояния Mo-Pt).
90. Korbelak A., Plating, 40 (1953),
1126—1133 (Хромирование и никелирование
молибдена).
91. К г a t о с h v i 1 V., Vyroba elektronek
a zarivek (Производство приемно-усилитель-
ных и люминесцентных ламп). Прага, 1954.
92. Кто 11 W., Z. Metallkde, 23 (1931),
33—34 (Диаграмма состояния Cu-Ti).
93. L a F о г g е L. Н., Ceramic Bulletin,
35 (1956), № 3, р. 117—122, 127 (Пайка с
медью керамики, металлизированной сплавом
Мо-Мп).
94. Langmuir L, Frames of atomic hy-
drogen; Indust, and Engin, Chem., 19 (1927),
667.
95. Law R. R. et al., RCA Rev., 9 (1948),
646 (Диффузионная пайка золотом).
96. L e a c h R. H., Met. and Alloys, 2
(1931), 278 (Применение серебряных при-
поев) .
97. Leach R. H. et al., Brazing, siver
brazing, copper hydrogen brazing and related
joining metiiods; Metals Handbook, p. 78, Cle-
veland 1948.
98. L e w i s W. R., Soldering in relation
to electronics; Electronics Forum, III (1949),
№ 13, p. 21—32.
578
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
99. Lincoln El. Со., Procedure handbook
of arc welding design and practice, Cleveland,
1942.
100. Lincoln I. C., Journ. Amer. Inst.
Elect. Engr., 49 (1930), 110 (Дуговая сварка
с угольными электродами).
101. Loh L. Т., Rev. Sci. Instr.,23 (1952),
339—341 (Декапирование и заварка медных
штенгелей).
102. Lord Н. W. a. Livingston О. W.,
Electronics, 6 (1933), 186 (Тиратронное уп-
равление сварочными станками).
103. Левина Л. Е., Успехи физических
наук, 55 (1955), 101—НО (Методы течеиска-
ния).
104. Е. L ii d е г: (Ausschuss fur wirt-
schaftliche Fertigung AWF); Loten und Lote,
Berlin, 1936.
105. L ti d e r E., Handbuch der Lottechnik,
Berlin, 1952.
106. Lu pi nek M., Slabopr. Obzor, 14
(1953), 28—36 (Пайка с высокочастотным на-
гревом).
107. Machlett Lab., Inc., Electronics,
18 (Jan. 1945), 168 (Заливка медью антика-
тодов рентгеновских трубок).
108. McKeown L, Properties of soft
solders and soldered joints; Res. Monogr.,
№ 5 Brit. Non-Ferrous Met. Res. Ass., 1948.
109. M e b s R. W. a. R о e s e r W. F., Sol-
ders and soldering; Nat. Bur. of Stand. Circu-
lar № 492, Washington, 1950.
110. Medic us G., Rev. Sci. Instr. 23
(1952), 647—648 (Пайка оболочек газораз-
рядных приборов).
111. Meller К., Elektrische Lichtbogen-
schweissung, 2 Aufl., Leipzig, 1932.
112. Meredith H. L., Welding Journ.,
33 <(1954), 537—542 (Пайка титана серебром
или сплавом AgMn в атмосфере гелня).
113. М о г t i m е г J. W., Welding Journ.,
27 (1948), 715—722 (Дуговая сварка раскис-
ленной меди в инертной атмосфере).
114. Moss A. R. a. Brooker Н. R.,
BIOS Final Report № 1844: Some aspects of
German soldering, Brazing and Welding Me-
thods, London, 1947.
115. M. O. Valve Co., DRP 577
652/1931/1933 (Запайка металлических штен-
гелей) .
116. Muller A., et al., Welding Journ.,
29 [6] (1950), 458—482 (Дуговая сварка с
расходуемым электродом в инертном газе).
117. Neumann A. J., Elektrische Wider-
standsschweissung und Erwarmung, Berlin,
1927.
118. Nicolaus H. O., Techn. Rundschau
(Bern), 44 (1952), № 38, S. 1—3; № 40, S. 9—
13 (Пайка титана).
119. N i gh t i n ga 1 e S. I. a. Hud-
son О F., Tin Solders; 2 Aufl., London, 1942.
120. N. N„ Siemens-Ztg, 15 (1935), 239,
Stromrichtersonderheft (Тиратронное управле-
ние станками для точечной сварки).
121. N. N., Electronics (Aprilheft 1952),
р. 236, 238, 240 (Пайка штырьков цоколей).
122. N. N., Mat. a. Methods (Juni 1950),
р. 79 (Соединение медных канатиков с воль-
фрамовыми штабиками путем пайки никелем).
123. N. N„ Electronics, 22 (1949), р. 171—
177 (Пайка плоских вольфрамовых сеток зо-
лотом).
124. N. N., Mat. a. Methods, 33 (Jan. 1951),
р. 97 and 98 and (Febr. 1951), p. 97—98 (Раз-
личные припои).
125. N. N., Helios (Leipz)., 41 (1935), 675
(Герметичная роликовая сварка).
126. N. N., Electronics (Juniheft 1952),
p. 238, 240, 242 (Машина для иавивки сеток.
Крепление витков сетки).
127. N. N„ Vakuum-Technik, 5 (1956), 23—
24 (Описание сварочного станка с электрон-
ным управлением).
128. N. N., Feinwerktechnik, 54 (1950), 86
(Флюс «Linde-Flux» для сварки).
129. Р а 1 i е s R., Le Vide, 12, № 65
(1956), 424—428 (Пайка с нагревом на свароч-
ном станке).
130. Patent-Treuhand-Gesellschaft; Schweiz.
Pat. 171 166/33/34 (Машинная пайка).
131. Payne J. Н. Jr., USA Pat,’ 1 432
411/21/22 (Ригельное крепление сеток).
132. Pearsall С. S. a. Z i n g е s е г P. К.,
Metal Progress, 57 (1950), 261—264 [Пайка
молибдена припоем MgZr (85/15)].
133. Pfetscher О., Elektronische Rund-
schau, 10 (1,956), 237—241 (Точечная сварка
сетчатых деталей на навивочиом станке).
' 134. Pfetscher О., Elektronik (1955),
139—143 (Производство напряженных сеток
для приемно-усилительных радиоламп).
135. Philips, DRP 419 526/22/25 (Закатка
витков сетки).
136. Pike О. W. a. Metcalf G. W.,
Electronics, 7 (1934), 312 (Производство ме-
таллических ламп).
137. Р i г a n i М., Elektrothermie, Berlin,
1930.
138. Pohl W. L, Electronic Engineering
(Marz 1951), 95—99 (Изготовление сварных
плоских сеток).
139. Reeve Н. Т„ US Pat. 2 503
564/1944/1950 (Биметаллический припой с оло-
вянным сердечником и оболочкой из сплава
AgAw).
140. R е g е n s t г е i f J., DRP 522 077/30/31
(Пайка выводов цоколя на автоматах).
141. R е i и а г t z 1. L., Electronics, 23
(1950), Januarheft, р. 78 (Быстрая пайка при
высокочастотном нагревании деталей в водо-
роде с применением концентратора).
142. Rhines F. N. a. Anderson W.А.,
Met. and Alloys, 14 (1941), 704 (Припои).
143. R о b i е 11 е A. G., Met. Ind., London,
48 (1936), 131—135 (Электрические печи для
пайки твердыми припоями).
144. Robinson Е. Y., Brit Pat. 307
857/28/29 (Сетчатые аноды).
145. Robinson F. Е., Marconi Rev., 12
(1949), 108—116 [Свойства сплава CuCr
(95/5)].
146. ' R о s t о s к у L. u. L ti d е г Е„ Z.
Metallkde, 21 (1929), 24 (Физико-химические
основы процесса пайки).
147. Rothe Н. u. Kleen W., Grundla-
gen und Kennlinien der Elektronenrohren, Leip-
zig, 1935 (Стр. 343: сварные и закатанные
сетки).
148. Schimpke Р. u. Horn Н. А.,
Praktisches Handbuch der gesamten Schweiss-
technik (2 Bande), Berlin, 1926.
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
579
149. S с h u I z е R., Werkstatt und Betrieb,
73 (1940), 237 (Zinnfreie Weichlote) (Легко-
плавкие припои, не содержащие олова).
Г50. 3 а йт В„ Диффузия в металлах, ИЛ,
М., 1958.
151. Setapen А. М., Transact. Electro-
chem. Sos., 86 (1945), p. 273—294 (Приемы
пайки твердыми припоями).
152. S1 a n s к у A., Pajeni medi elektrickym
teplem, Praha, 1947 (Пайка меди в электриче-
ских печах).
153. Smith Н. R., Vakuum-Technik, 5
(1956), 124 (Защита припоя AgCu от действия
ртути путем никелирования места спая).
154. S m i t h P. T. a. H e g b a r H. R.,
Proc. Inst. Rad. Eng., 36 (1948), 1348 (Пайка
молибдена с коваром серебряным припоем).
155. Sohn J. S. a. Kugler A. N., Wel-
ding Journ., 27 (1948), 913—916 (Дуговая
сварка алюминия в инертном газе с автомати-
ческой подачей расходуемого электрода).
156. Sow ter А. В., Mat. a. Methods, 28
(1948), Nov.-Heft, р. 60—63 (Холодная сварка
металлов, в основном меди, алюминия и его
сплавов).
157. Sparagen W. a. Claussen G. Е.,
Welding Journ., 20 (4) (1941), 167—166 (Свар-
ка вольфрама, тантала и молибдена).
158. Sparagen W. a. Rosenthal D.,
Welding Journ., 24 (2), (1945), 65—85 (Сварка
разнородных металлов).
159. SSW (Siemens Schuckert Werke),
DRP 512 976/27/30 (Защита мягких припоев
от действия ртути асбестом).
160. Steyskal Н. u. Gezelius R-,
Teknisk" Tidskrift, № 31 (Sept. 1950), S. 741
(Пайка металлов в вакуумной технике).
161. Stohr М., Le Vide, № 9 (Mai 1947),
269—271 (Обзор методов обнаружения течей).
162. Swartz С. Е„ Metal Progress
(August 1950), р. 181—-184 (Пайка молибдена).
163. Thomson Е„ US Pat. 778 286/1904;
р. 2, Z. 94—101 und Abb 114 (Формирование
факела дуги внешним магнитным полем).
164. Tin Research Institute, The properties
of tin, Greenford (England), 1954.
165. Tomlinson I. W., et al., J. Sci.
Instr., 31 (1954), № 3, p. 107—108 (Сварка
молибдена дугой постоянного тока с угольным
электродом).
166. Trimble F. Н., Rev. Sci. Instr., 6
(1935), 216 (Впаивание молибденовых дисков
в медь).
167. Turn bull A. N. u. Н arris-
son М. F„ J. Sci. Instr., 30 (1953), 266—
268 (Пайка палладия и платины).
168. Т u t h i 11 R. W., Welding Journ., 26
(1947), 766 (Сила тока при дуговой сварке
в инертной атмосфере).
169. US Atom. Energy Comm., Reactor
Handbook, Mai 1945 (Свойства расплавленного
олова).
170. Vatter H., Gias- und Hochvakuum-
technik, 1 (1952), 79 (Припаивание металличе-
ских штенгелей к откачной вилке мягкими
припоями).
171. Vi all Е., Electr. Wilding, New York,
1921.
172. Welsh E. J., Bell. Labor. Record,
(1950), 165—167 (Пайка вольфрамовой прово-
локи сеток к молибденовым траверсам золо-
том; изготовление тонких вольфрамовых сеток
путем зачеканки проволоки в никелевые тра-
версы).
173. Webber Н. М„ Gen. El. Rev., 39
(1936), 381—387 (Пайка металлических оболо-
чек электровакуумных приборов твердыми
припоями).
174. Weinmann R. W. a. Langmu-
ir I., Gen. El. Rev., 29 (1926), 160 (Атомно-
дуговая сварка).
175. West Е. G., Sheet Metal Industries,
25 (1948), 1621—1626 (Сварка W, Mo, Ta, Ti).
176. Western El. Co., DRP 459 375/24/28
(Ригельное крепление сеток).
177. Will sh aw W. E. a. Rush-'
forth L., J. Inst. El. Eng., 3 A (1946), 180,
Abb. 1 (Применение диффузионной пайки зо-
лотом в производстве магнетронов).
178. Withmer V. W. in.: Metals Hand-
book, Cleveland, 1948, p. 582—584 (Сварка не-
ржавеющей стали).
179. Wittenberg H. H., Electronics, 23
(1950), Januarheft, 91—93 (Контроль темпе-
ратуры и длительности пайки с помощью фо-
тоэлемента при высокочастотном нагреве).
180. Wright D. A., Journ. Brit. IRE, 11
(1951), 389 (Рамочные молибденовые сетки).
181. Z е п о R. S. a. L е s 1 i е Н. L., Wel-
ding Journ., 30 (1951). 986—992 (Дуговая свар-
ка трубок из фернико в инертной атмосфере).
9-4. ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ
МЕТАЛЛОВ 1
Поверхность металлов подвергают спе-
циальной обработке из следующих основных
соображений.
1. Поверхность металлов в процессе обра-
ботки до помещения в электровакуумный при-
бор должна быть тщательно очищена не толь-
ко от внешних загрязнений, но и от образую-
щихся химических соединений (например,
окнслов). Очистку обычно начинают с удале-
ния крупных загрязнений механическим путем
(пескоструйной, щеткой, мытьем). Присут-
ствующие на поверхности небольшие примеси
удаляют в зависимости от рода материала
очисткой -путем протравливания в кислотах
или щелочах3". Пленки жира удаляют про-
мыванием в обезжиривающих растворах. Ме-
тод очистки, точнее последовательность от-
дельных ее операций, зависит от степени и
рода загрязнений, от химических свойств ма-
териалов и от назначения деталей.
2. Способ обработки поверхности опреде-
ляет излучательную способность нагревающих-
ся электродов, которая должна быть меньшей
или большей в завиоимости от назначения де-
талей. В первом случае стремятся получить
путем полировки возможно более блестящую
поверхность. Во втором случае либо увели-
чивают величину поверхности чеканкой, либо'
придают -поверхности шероховатость обработ-
кой песком или травлением, либо покрывают
ее хорошо излучающей поверхностной пленкой
(«чернение»).
”” Об очистке окисленных поверхностей отжи-
гом в водороде (или парах спирта) нли вакууме
см. § 9-2, III и IV.
37*
580
Специальные методы обработки металлов
(Гл. 9
3. Соответствующей обработкой поверх-
ности можно снизить электронную эмиссию
управляющих сеток, зависящую от материала
и температуры. Это достигается либо покры-
тием материала сетки веществом с более вы-
сокой работой выхода, либо повышением из-
лучательной способности (понижение рабочей
температуры посредством чернения или созда-
ния шероховатой поверхности). Особенно эф-
фективны углеродные .покрытия, так как при
них имеют место оба явления.
4. Наг.екание на поверхность деталей,
сильно нагруженных термически, металлов, об-
ладающих малой испаряемостью и высокой
способностью к поглощению газов (напри-
мер, циркония). Помимо повышения излуча-
тельной способности, этим можно обеспечить
и связывание газов в непосредственной бли-
зости от источника их выделения.
5. Проводимость металлических детален
по отношению к токам высокой частоты мож-
но существенно .увеличить путем нанесения
тонких слоев золота илн серебра на поверх-
ность хуже проводящих но более дешевых
металлов.
I. Промывание
[Л. 16, 43]
Промывание металлических деталей произ-
водят главным образом для удаления с их
поверхности пыли или масел перед оконча-
тельным обезгаживанием обработанных дета-
лей 40°. Для промывания применяют чистейший
бензин, ксилол, этиловый спирт, четыреххло-
рпстый углерод400 401 402 и прежде всего трихлор-
этилен В то время как при работе с бен-
зином, ксилолом и особенно этиловым эфи-
ром необходимо учитывать их крайне легкую
воспламеняемость, применение четыреххлори-
стого углерода и трихлорэтилена безопаснее.
Их, однако, ни в коем случае нельзя приме-
нять для очистки К, Na, Li, Ва, Sr и Са, так
как при этом образуются сильно взрывчатые
соединения 403 [Л. 70].
При использовании трихлорэтилена необхо-
димо также иметь в виду, что при соприкос-
новении с открытым пламенем (даже с тлею-
щей папиросой) образуются пары соляной кис-
лоты и незначительное количество фосгена.
При нагревании (выше 120° С) и длительном
действии света также происходит разложение
трихлорэтилена и выделение НС1. Йз этих со-
ображений необходимо хранить трихлорэтилен
в темной стеклянной посуде. В помещениях,
где применяется трихлорэтилен, запрещаются
400 После промывания и обезгаживания все по-
следующие операции с металлическими деталями
при монтаже необходимо 'производить пинцетами или
руками в резиновых или матерчатых перчатках, ко-
торые необходимо содержать в чистоте.
401 Четыреххлористый углерод (СС1() представ-
ляет собой бесцветную (негорючую жидкость со слад-
коватым запахом. Температура кипения 77" С. В боль-
ших количествах ядовит.
402 CHCI = СС12—светлая негорючая ядовитая
жидкость, похожая по запаху на хлороформ. Темпера-
тура кипения 87“ С. Вместо трихлорэтилена иногда
применяют дихлорэтилен (СНС1=СНС1) с точкой кипе-
ния 55“ С.
'4Ю Вместо перечисленных растворителей в этом
случае следует применять петролейиый эфир, нагре-
тый до 35“ С.
курение и пользование открытым огнем. На-
гревание ванны с растворителем лучше произ-
водить глухим паром, а не электрическими на-
гревательными элементами. Так как пары три-
хлорэтилена, кроме того, обладают свойствами
наркотиков и токсичны (см., например,
[Л. 11, 36]), следует хорошо проветри-
вать помещение, причем необходимо учиты-
вать, что пары трихлорэтилена тяжелее воз-
духа и поэтому долго удерживаются вблизи
пола. Несмотря на указанные недостатки, на
практике из технических и экономических со-
ображений хорошо зарекомендовало себя обез-
жиривание металлических деталей из Ni, Си,
Fe, их сплавов и никелированного железа три-
хлорэтиленом как в производстве электрова-
куумных приборов, так и в других отраслях
промышленности, так как он не действует на
металлические детали я растворяет все жиры,
масла, смолы, воск и аналогичные материа-
лы, не взаимодействуя с ними и не изменяясь.
Поэтому из раствора можно впоследствии
снова выделить растворитель, а также раство-
ренный им материал. Чтобы уменьшить расход
растворителя и обеспечить безупречный с точ-
ки зрения техники безопасности процесс, обез-
жиривание трихлорэтиленом при массовом
производстве производят в закрытых установ-
ках. На рис. 9-4-1 показаны внешний вид и
разрез такого устройства. Оно содержит две
камеры с жидким трихлорэтиленом, из которых
левая служит для предварительной, а правая—
для окончательной очистки. В том же устрой-
стве чувствительные металлические детали мо-
гут быть очищены непосредственно в парах
растворителя. Трихлорэтилен нагревают пример-
но до 80° С изолированным электрическим на-
гревательным элементом или змеевиком с го-
рячим паром. Образующиеся пары конденси-
руют на охлаждаемых змеевиках, расположен-
ных над промывочной камерой. Конденсат со-
бирают в специальном лотке, а затем подают
в камеру окончательной очистки, которая, та-
ким образом, непрерывно пополняется чистым
растворителем. Металлические детали, которые
подлежат обезжириванию, помещают в перфо-
рированные металлические коробки и вручную
или с помощью специального устройства по-
следовательно погружают в обе камеры
(в каждую на 3 мин).
После короткой выдержки в парах рас-
творителя (над камерой) сухие детали выхо-
дят ИЗ моечной машины. Чувствительные де-
тали, на которых присутствуют только незна-
чительные следы жиров, т. е. большую часть
деталей электровакуумных приборов, не по-
гружают в жидкий трихлорэтилен, а разме-
щают в перфорированной ванне, занимающей
все поперечное сечение установки и находя-
щейся в наполненном парами пространстве
непосредственно над нагретой жидкостью.
Кроме того, детали орошают чистым конден-
сатом, который образуется на холодных зме-
евиках. Растворитель, который через некото-
рое время обогащается жирами 4М, можно, как
уже было сказано, использовать снова, реге-
404 Рекомендуется производить периодические
испытания, помещая несколько капель трихлорэтиле-
на на часовое стекло, на котором после высушивания
трихлорэтилена не должно оставаться следов жира.
Рис. 9-4-1. Установка для обезжиривания металличе-
ских деталей трихлорэтиленом или перхлорэтиленом.
Изготовитель: Wacker-Chemie О. т. В. Н-, Мюн-
хен (ФРГ).
/: / — камера для предварительной очистки; 2—камера
для окончательной очистки; -3— нагреватель; 4—кон-
денсатор; 5—обратный холодильник; 6—вытяжной вен-
тилятор; 7—крышка; 8—нижняя отдушина (соединен-
ная иногда с внешним пространством); Р—бак с ди-
стиллированным растворителем; //: внешний вид уста-
новки.
II
§ 9-4] Обработка поверхности металлов
Сл
оо
582
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-4-1 А. Установка для мойки в перхлорэтилене
крупных детален и оболочек, например корпусов ртут-
ных выпрямителей (Siemens-Schuckert-Werke. Берлин).
нерировав его путем перегонки405. Так как
алюминий при сильном нагревании ускоряет
разложение трихлорэтилена, для обезжирива
ния деталей из него вместо трихлорэтилена
часто применяют хлорэтилен 406. Прн обезжи-
ривании деталей из жести Р2 (железная
жесть, покрытая алюминием; см. § 6-5,
111—V) трихлорэтиленом необходимо избегать
нагревания трихлорэтилена, которое может
происходить, например, в результате образо-
вания слоя накипи в промывочной камере
или днстиляционном устройстве. Начинающе-
еся разложение растворителя можно обнару-
жить испытанием на хлор (помутнение рас
твора AgNO3); сильный распад выдает себя
резким запахом НС1. Разложенный трихлор
этилен необходимо сразу же полностью уда
лить из всей установки; металлические дета-
ли, которые соприкасались с разложенным
трихлорэтиленом, необходимо промывать ди-
стиллированной водой до тех пор, пока не бу-
дет удален весь хлор.
Более безопасным обезжиривающим сред-
ством чем трихлорэтилен, является ацетон,
который не содержит свободного С1 (или S);
поэтому его часто применяют в лабораториях
для обезжиривания отдельных деталей. Про-
мывание обычно осуществляют подвешивани-
ем отдельных деталей на тонких проволочках
и передвижением их в растворителе. В этом
случае также необходимо принимать во вни
мание, что в ванне накапливаются жиры, ко-
торые при испарении растворителя остаются
405 Многие устройства для промывания трихлор-
этиленом, например установки, аналогичные показан-
ной на .рис. 0-4-1, могут быть 11юпользованы и для
перегонки, чем экономятся место и расходы иа со-
здание специальных дистилляционных установок.
4“ СС12 = СС12 негорюч, кипнт при 12Г С.
на поверхности деталей. Поэтому обычно ис-
пользуют три последовательные промывочные
ванны, причем после определенного времени
их меняют местами. Первую ванну сменяют
второй (регенерация растворителя дистилля-
цией), а на место третьей устанавливают но-
вую чистую ванну.
Вместо описанных уже средств, которые
растворяют жиры, часто применяют щелочи
или растворы мыла с присадкой аммиака, ко-
торые эмульгируют жиры 407. Возможно и
электролитическое обезжиривание (катодное)
в горячем 10%-ном растворе углекислого ка-
лия или натрия 1(24° Вё) с присадкой 2%-ного
цианистого калия * 4°8. После обезжиривания
детали промывают дистиллированной водой.
Положптельным электродом обычно служит
никелевый или железный сосуд, в кото-
ром производят электролитическое обезжи-
ривание. Обезжиривание ускоряется бурным
выделением водорода на катоде. Графитовые
и карбонизированные детали промываться не
должны.
Применение. Очистка металлических дета-
лей до предварительного обезгаживания для
предотвращения образования пленок углерода
вследствие термического разложения жировых
загрязнений; промывание загрязненных систем
электродов.
Установка для промывания в холодном
перхлорэтилене очень крупных деталей (на-
пример, корпусов ртутных выпрямителей) по-
казана на рис. 9-4-1А После каждого исполь-
зования автоматически производится перегон-
ка растворителя. Конденсат собирают в спе-
циальном бачке. Особенно это необходимо
в тех случаях, когда очищаемые детали вна-
чале подвергались пескоструйной обработке
стальными опилками, которые всегда более
или менее загрязнены жиром.
II. Травление
[Л. 15, 30, 43, 58, 60]
Под травлением понимают растворение
поверхностных загрязнений (окислов) или ма-
тирование чистых поверхностей металлов в
кислотах или щелочах непосредственно или
путем электролиза. В зависимости от рода ве-
щества, концентрации раствора и продолжи-
тельности обработки можно получить или
поверхностное действие при сохранении перво-
начальных свойств поверхности, или глубокое
травление, при котором поверхность приобре-
тает шероховатость (матирование).
Составы важнейших растворов н распла-
вов для травления различных металлов, при-
меняемых в вакуумной технике, приведены
в табл. 9-4-1. После травления металлические
детали необходимо прокипятить в дистиллйро-
407 Например, V» кг ядрового мыла, ие содер-
жащего соды, растворенного в 4 л дистиллирован-
ной воды с прибавлением 100 сги3 аммиака, который
время от времени добавляют. После обезжиривания
детали ополаскивают в кипящей дистиллированной
воде; воду удаляют чистым спиртом: сушат иа филь-
тровальной бумаге.
4Ю Обезжиривание продолжается около 30 сек.
напряжение 5—-10 в, анод из железной или никелевой
жести, плотность тока — около 0,5 срсм?. Особенно
пригодно для очистки W проволок для сеток перед
чернящим хромированием (см. § 9-4, VI).
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
583
Таблица 9-4-1
Важнейшие растворы для травления металлов
Металл Растворы для травления Подробнее см.
Ag Концентрир. HNO3 или H2SO4 Табл. 4-6-2
Al 10%-ный раствор едкого натра, насыщенный пова- ренной солью. Травить 15—20 сек (в присутствии меди алюминий темнеет, даже чернеет; в этом случае не- обходимо повторное травление в 20—30%-ной HNO3); после травления хорошо промыть Табл. 5-5-5
Ац Царская водка Табл. 4-5-2
Be Растворы гидроокисей щелочных металлов, H2SO4, НС1 § 5-6
Бронза См. медь, особенно табл. 5-4-6
Си а) 1 л HNO34~1 л H2SO4 (последнюю медленно приливать при непрерывном помешивании к HNO3, но не наоборот) -ф 15 г NaCl -ф 20 г сажи. Раствор за 24 ч перед употреблением разбавляют дистил- лированной водой в отношении 1:1. Время травления 1—5 сек б) Травление по схеме, описанной в табл. 5-4-6 в) Декапирование в хромовой смеси 100 г хромовой кислоты в 1 л диет, воды -ф 7 см3 конц. H2SO4 (см. также [Л. 46]) . § 5-4
Платинит 20%-ная H2SO4 15—30 мин
Fe а) Протравливание окалины: 10—20% H2SO4, сво- бодной от мышьяка б) Чистое травление: 50% НС1 с добавлением Ferrocleanol (5 см3 на 10 л)2) для предотвращения слишком сильного образования и поглощения Н2 § 5-3
FeCr а) Хромовая смесь б) Анодное травление постоянным током (напряже- ние 6 в), состав электролита: 3,55 л уксусного ангид- рида (СН3СО)2О -ф 2,4 л хлорной кислоты НС104 -ф 1 л дистил. воды; катод графитовый; продолжительность 8—10 мшР) Табл. 6-1-16 Табл. 6-1-16А § 6-I-V
FeCrNi (74/18/8) § 6-1-VI
FeNi (36—52% Ni) Электролитическое травление переменным током при напряжении 5—10 в в растворах цианистого калия; промывание, а затем отжиг в вакууме при 800— 1 000° С § 6-1-1, табл. 6-1-1 А, пп. 1-5, табл. 6-1-ЗА
FeNiCr (52/42,6) Перед меднением: После меднения, борирования и впаивания в стекло; перед серебрением: Перед никелированием: Табл. 6-1-6А Табл. 6-1-6В Табл. 6-1-6С
Г рафит а) Электролитическая полировка в расплаве KHF2 при токе 0,1—1 а/см2-, 1—60 мин [Л. 6] б) 200 см3 конц. HNO3 -ф 400 см3 H2SO4 -ф 200 г КС1О3 § 8-5 и табл. 8-5-6
584
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
П родолжени е табл. 9-4-1
Металл Растворы для травления Подробнее см.
Инвар См. FeNi
1г Горячая царская водка (см. Pt) § 4-4-1
Константан 10’/о-ная H2SO4 холодная или при 60° С в зависи- мости от требуемой степени травления
Ковар а) Электролитическое травление в 10—15%-ной НС1 -f- + 1% NaCl на переменном токе; напряжение: 10— 12 в; ток: 1,6 а[см2, второй электрод из графита или ковара б) 10%-ная НС1ЮУо-ная HNO, (1:1) 2—5 мин при непрерывном движении деталей § 6-1-IV
Латунь См. Си, особенно табл. 5-4-6
Мо а) Хромовая смесь при 90° С б) Блестящее травление: анодное в холодной хро- мовой смеси в) Погружение в расплавленную в железном сосуде КОН с присадкой 10% NaN02 на короткое время (брызги! защитные очки)1) § 3-3, особенно табл. 3-3-4 (содержит и другие рецепты)
Мо керны в W спиралях а) Смесь 50°/о-ной HNO, -J- 5% НС1 при 60—70° С б) Смесь 100 см2 диет, воды -|- 100 см2 5 мин HNO3 (35° Вё) + 100 см* H2SO4 (66° Вё); хо- лодная или при 80° С § з-з
Nb a) HF (прн необходимости кипятить) б) HF + HNOa Табл. 3-7-3
Ni а) 30—50%-ная HNOa б) Удаление окислов; 10%-ная HNO3 при 70° С в) 1 л диет, воды 1,5 л H2SO4 (66° Вё) 4- 2,25 л HNO3 (38° Вё) -|-30 г NaCl, 20—40° С, никелевые детали обезжирить, а затем на 5—20 сек погрузить1) в указан- ную смесь § 5-2, особенно табл. 5-2-6
NiCr HNOj с присадкой NaF нли NaCl
Os Царская водка (см. Pt); для спеченного Os также HNO8 § 4-4-II
Pd Интенсивное травление в технической HNO8; уме- ренное травление в НС1 или H2SO4 § 4-2
Pt Горячая царская водка (1 об. часть HNO8 4~ 3 об. части НС1) § 4-1
Rh а) Горячая H2S04 б) Растворы NaClO Табл. 4-3-3
Ru Растворы NaClO § 4-4-Ш
Ta a) HF; при необходимости кипятить б) Расплавленный КОН (см. Мо) в) Блестящее травление: 2 — 7% HF 4-75—98% H2SO4 4-диет, вода до 100%; анодное травление при токе 4—16 а 1дм2 [Л. 30] § 3-5, особенно табл. 3-5-3
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
585
П родолжение табл. 9-4-Г
Металл Растворы для травления Подробнее см.
Th а) НС] конц. б) HNO, Табл. 7-3-2
Ti a) HF б) НС1 конц. Табл. 7-2-4
W а) Конц. HF -|- конц. HNO3 (1 : 1)’). б) Расплавленный в железной ванне NaN02 в) Анодное травление в 13%-ном растворе NaOH § 3-2 и табл. 3-2-6
Zr Порошок: 5—10%-иая кипящая НС1 (20 мин)1) Дуктильный металл: HF -f- Pb(NO3)2 Табл. 7-1-6
’) После травления детали ополаскивают в кипящей дистиллированной воде, затем 3 раза по 3 мчн—в хо-
лодной дистиллированной воде, 2 раза по 5 мчн—в чистом этиловом или метиловом спирте и сушат в сушиль-
ном шкафу при 90° С.
2 Органический препарат, изготовитель: Heidan und Friedrich, Дрезден.
О применении подобных присадок для устранения нежелательного воздействия растворов на блестящие
поверхности металлов, уменьшения расхода кислот и предотвращения возникновения хрупкости, являющейся
следствием проникновения атомов водорода в металл, подвергающийся травлению, см. [Л. 22]. Предполагает-
ся. что присадки способствуют образованию молекул водорода на неметаллических включениях в материале
обрабатываемых деталей.
ванной воде 409 и несколько раз ополоснуть
в холодной дистиллироваиной воде, чтобы
полностью удалить с них остатки кислот. По-
сле промывания рекомендуется ополоснуть де-
тали спиртом и высушить их в сушильном
шкафу при 80—90° С.
Рис. 9-4-2. Механизм процесса электролитической
полировки.
1—полируемый металл с выступами а и впадинами б;
2—вязкий слой комплексных солей, образующийся при
реакции металла 1 с раствором 3.
Возможна также электролитическая по-
лировка {Л. 38, 39, 49, 60]. Она основана на
образовании вязкой пленки комплексных со-
лей иа поверхности включенной в качестве
анода жести вследствие химического взаимо-
действия раствора с материалом анода
(рис. 9-4-2). Так как поперечное сопротивле-
ние в местах а, где на поверхности металла
имеются выступы, меньше, чем в местах уг-
лублений Ь, в местах а плотность тока значи-
тельно больше, чем в местах Ь. Поэтому вы-
ступы удаляются быстрее, чем остальные ме-
ста, а поверхность при этом выравнивается,
и полируется. Особую роль в составе элек-
тролитов для таких ванн играет хлорная ки-
слота, которая образует очень вязкие ком-
плексные соединения. В табл. 9-4-2 и 9-4-2А.
приведены составы растворов электролитов,
Таблица 9-4- 2'
Электролитическая (анодная)
полировка металлов1
А. По данным Жаке [Л. 38, 39].
1. Состав электролита: К 185 см3 хлор--
ной кислоты (НС1О4) 55° Вё медленно
добавляют при непрерывном охлаждении
765 см1 уксусного ангидрида (СН3СО)20
и 50 см3 дистиллированной воды. Раствор
выдерживают 24 ч. Цвет: от коричневого
до темного.
2. Плотность тока: 5—20 а[дм2, обычно'
10 а/дм2.
3. Температура ванны: 7—10° С.
4. Расстояние анод — катод: несколько'
сантиметров.
5. П родолжительность полировки: око-
ло 10 мин (уменьшение толщины при-
мерно на 8 мк).
Б. По данным [Л. 20].
1. Состав электролита: 160 см3 хлорной
кислоты (НС104) чистой, 800 см3 этило-
вого спирта чистого, 40 см3 дистиллиро-
ванной воды.
2. Плотность тока: 200 а[дм2 (!).
3. Расстояние анод—катод: 70 мм.
4. Продолжительность полировки: 25 сек
5. Прение условия: электролит во время-
полировки следует медленно перемеши-
вать.
После травления в кислотах часто рекомен-
дуется ополаскивание деталей в разбавленном рас-
творе соды для нейтрализации остатков кислоты.
1 Растворы огнеопасны. Работать следует в резж
новых перчатках и резиновом фартуие.
5 86
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Таблица 9-4-2А
Режимы электролитической (анодной) полировки некоторых металлов1
Материал Состав электролита, см3 I, V. в т, °C t, мчн‘, [сек] Примечания
А1 а) Хлорная кислота 45 Этиловый спирт 800 Дистиллированная вода 155 200—400 100—200 <35 [8—12 сек]
б) Хлорная кислота 165 Уксусный ангид- рид 785 2) Дистил ли ро ван- на я вода 50 3—5 50—100 <50 10—15 Присадка: 4—5 г А1 на 1л ра- створа
Ве Ортофосфорная кис- лота , 100 HaSO4 конц. 30 Глицерин 30 Этиловый спирт 30 200—400 Отличный метод препарирования образцов для мик- роскопических ис- следований в по- ляризованном све- те
Сг Хлорная кислота 50 Уксусная кислота ледя- ная 1 000 Дистиллированная вода 5—15 15—20 24—26 20—30 15 Травление по- зволяет получать отличную поверх- ность
Си Ортофосфорная кис- лота 670 H2SO4 конц. 100 Дистиллировавная вода 270 10 2—2,2 22 Высокое каче- ство полировки
Fe Ортофосфорная кис- лота 530 Дистиллированная вода 470 0,6 0,5—2,0 15—20 8—10 Качество хоро- шее
Мо H2SO4, конц. 35 Дистиллированная вода 140 12 50 Только для по- крытий, нанесен- ных вжиганием
Ni Хлорная кислота 210 Уксусный ангидрид 790 18 22 20 Высокое качест- во полировки
Та HsSO4 конц. 90 HF 10 10 34—45 9
Ti Хлорная кислота 10 Уксусный ангидрид 200 100 <5 4
W NaOH 100 Дистиллированная вода 900 3—6 20 20—30
Zr Хлорная кислота 80 Уксусная кислота ле- дяная 910 Дистиллированная вода 10 1—15 12—18 20—30 [45 сек]
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
5 87
Продолжение табл. 9-4-2А
Материал Состав электролита, см3 I, ajdM2 V, в Г, ‘С t, MW, [eetfj Примечания
Углеро- дистая сталь Хлорная кислота 185 Уксусный ангидрид 765 Дистиллированная вода 50 4—7 Сплавы-. 50 <30 4—10
CrNi сталь 18/8 Уксусная кислота ле- дяная 133 СгО3 25 г Дистиллированная вода 7 90—250 20 18 4—6
Высоко- хром и- «стая сталь Хлорная кислота 30 Уксусная кислота ле- дяная 1 000 Дистиллированная вода 10 15—20 24—26 20—30
Монель HNO3 200 Метиловый спирт 400 12,5—15 2,4—2,6 20—30 7—10
Нихром HNO, 200 Метиловый спирт 400 40—50 20—30 [5—10 сек] 3) 3)
’) Библиографию и другие рецепты см. [Л. 17].
2) Пригоден для полировки дюралюминия.
’) Расстояние между электродами 10—20 мм. По-видимому, этим электролитом можно также пользоваться
для полировки Cu, Fe и N1 (Л. 66].
-содержащих хлорную кислоту. Одним из ос-
новных условий, обеспечивающих получение
хороших результатов при электролитической
полировке, является тщательное обезжирива-
ние обрабатываемой поверхности. Желательно
также, чтобы она была блестящей, а шерохо-
ватость ее была такой же, какая принята пе-
ред обычной механической полировкой. На-
пряжение на ванне при электролитической по-
лировке в большинстве случаев выше, чем при
травлении. Между плотностью тока / (а/с-м2)
и напряжением U (в) имеется определенная
связь, характер которой схематично изобра-
жен на рис. 9-4-2А. Можно отчетливо разли-
чить три области. При низких напряжениях
(7) наблюдается обычное травление, не со-
провождающееся полированием. Поверхность
деталей в этом случае становится матовой.
При более высоких напряжениях [(область II,
где наблюдается постоянство плотности тока)
условия наиболее благоприятны для полиро-
вания. Дальнейшее повышение напряжения
сопровождается увеличением плотности тока
и сильным выделением газон [(область III).
Поверхность анода при этом обрабатывает-
ся неравномерно.
По окончании процесса необходимо тот-
час же извлекать протравленные детали из
ванны, хорошо ополаскивать их проточной во-
дой, погружать в этиловый спирт и сушить
в потоке горячего воздуха [Л. 21, 32, 33, 49].
Существенное отличие электролитически
полированных поверхностей от подвергшихся
механической полировке состоит в том, что
кристаллическая структура первых остается
неизменной. Напротив, механическая полиров-
ка приводит к образованию на поверхности
аморфного слоя, состоящего, вероятно, из раз-
рушенных кристаллитов. Сохранность поверх-
ности металлов, подвергавшихся электролити-
ческому полированию, способствует увеличе-
нию излучательной способности, снижению
трения, улучшению коррозионной устойчиво-
сти, а во многих случаях облегчает пайку и
сварку деталей. Предварительное «сглажива-
ние» поверхности деталей высоковольтных
Рис. 9-4-2А. Зависимость плотности тока I от напряже-
ния V при электролитическом полировании.
Область полирование ие происходит, матовое трав-
ление. Область IT, ток не зависит от напряжения; рабо-
чая область полирования. Область III: сильное газо-
выделенне. неравномерное воздействие на поверхность
металла.
588
Специальные методы обработки металлов
[ Гл.
приборов электролитической полировкой за-
метно уменьшает возможность возникновения
автоэлектронной эмиссии (Л. 54].
При использовании электролитической по-
лировки для подготовки деталей к последую-
щему гальваническому нанесению покрытия
следует учитывать, что это может сопровож-
даться пассивированием поверхности деталей,
вследствие чего прочность сцепления покрытий
с основным металлом неизбежно уменьшается
(см. разд. VI этой главы).
Часто используют одновременно и элек-
тролитическое и механическое полирование по-
верхности деталей. В этом случае механиче-
ское полирование обычно используют для уда-
ления грубых дефектов поверхности, которую
затем окончательно полируют электролитиче-
ски. Иногда же, наоборот, после электроли-
тической полировки производят механическую
доводку поверхности до высшей степени чи-
стоты.
Часто бывает необходимым удалить с ме-
таллических деталей, впаянных в стекло и
окисленных при впаивании, пленки окислов.
Удаление окислов с внешних участков де-
талей сравнительно легко достигается элек-
тролитическим травлением, как это, например,
показано на рис. 9-4-3 на примере готовой
Рис. 9-4-3. Анодное травление внешних штырьков гото-
вой лампы с плоской ножкой.
/ — электролит; 2—катод; 3—лампа, погруженная в
раствор штифтами вверх; 4— контактный стержень по-
ложительной полярности.
Рис. 9-4-4. Установка для травления и очистки контак-
тов ртутных выключателей, окисленных во время впаи-
вания в стекло [Л. 24].
/—водоструйный насос; 2—обратный клапан; 3—угло-
вой край; 4 — защитный объем; 5 — сосуд для использо-
ванного протравливающего раствора: 6— резервуар для-
протравливающего раствора; 7—открытая воронка; 8—
кран (детали см. вверху); 9—трубка из хромистой
стали (катод), вставленная в резиновый шланг; 10— от-
резок резинового шланга для установки обрабатывае-
мого прибора при травлении; 11 — стеклянная оболочка
прибора с впаянными вводами, подлежащими очистке;
12—источник постоянного тока (с ограничительным-
сопротивлением и амперметром) для анодного травле-
ния вводов; 13—резервуар с дистиллированной водой;.
14—кран (см. Й); 15—отрезок резинового шланга для
установки прибора при промывании.
Описание процесса'. А—Травление. Кран 3 повер-
нуть в положение В (травление); отверстие крана 8~
в положение а (впуск воздуха); включить водоструй-
ный насос J; лампу 11 вставить в шланг 10; отверстие-
крана 8 установить в положение b (откачать лампу 11):
кран 8 установить в положение с (кислота 6 поступает
в лампу //); включить напряжение 12 между впаянными
вводами лампы II и катодом 9, переключить кран &
в положение Ъ (откачка кислоты в сосуд 5): кислоту
можно периодически перекачивать в сосуд 6 поворо-
том крана 3 в положение L (подачей воздуха): много-
кратное введение кислоты в лампу 11 путем вращения
крана из положения b в положение с; по окончании
травления кран 8 повернуть в позицию а (впуск
воздуха в лампу 11); лампу 11 извлечь. В —Про-
мывание. Кран 14—-в положении а (впуск воз-
духа); кран 3 — в положение IF (промывание);
лампу 11 вставить в шланг /5; кран 14 переключить bi
положение b (откачка): кран 14 переключить в положе-
ние с (наполнение чистой водой); кран 14 перевести в=
положение Ъ (откачка воды); операция промывания’
повторяется несколько раз; край 14 переключить в по-
ложение а (впуск воздуха); извлечь лампу 11 из
шланга 15; сушить лампу в вакууме при 110° С. Эта же-
установка может быть использованв и для обычного*
травления вводов.
электронной лампы с впаянными вольфрамо-
выми или молибденовыми вводами. Электрон-
ную лампу в вытяжном шкафу погружают
штырьками вверх в насыщенный раствор КОН
(1 кг КОН на 2 л дистиллированной воды)
вместе с железным или никелевым цилиндри-
ческим катодом. Затем все штырьки вручную
с помощью заостренного молибденового или
вольфрамового стержня поочередно присоеди-
няют на 2 сек к источнику напряжения по-
стоянного тока (12 в). Ток при этом должен
достигать примерно 15 а410. После этого лам-
пу промывают в теплой воде, штырьки до
410 При использовании угольного электрода мож-
но вести травление на переменном токе.
блеска очищают мягкой щеткой с известью,,
снова промывают водой, ополаскивают спир-
том и сушат в сушильном шкафу при 90—
100° С.
Поверхность впаянных электродов, нахо-
дящуюся внутри приборов, протравливать го-
раздо труднее. Однако это требуется, напри-
мер, в ртутных выключателях для обеспечения
надежного контакта {Л. 51]. На рис. 9-4-4
показано устройство для травления и промы-
вания, которое хорошо зарекомендовало себя
как при обычном, так и при электролитиче-
ском травлении (Л. 24]. Очень часто бывает-
желательно иметь непосредственно на рабочем
месте постоянно готовые к использованию не-
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
589
{Рис. 9-4-5. Установка для быстрой очистки поверхности
металла путем травления и промывания [Л. 26. 47].
7—сосуд с кислотой, термометр 2 и газовая горелка 3;
4—'сосуд с проточной водой; 5—общий штатив.
большие устройства для травления и промы-
вания различных деталей. Простое, сравни-
тельно небольшое устройство, особенно при-
годное для протравливания металлов неза-
долго до впаивания их в стекло, изображено
на рис. 9-4-5.
Применение травления. Удаление пленок
окислов с внутренних деталей и впаянных
в стекло вводов (иначе во 'время эксплуатации
в отпаянных электронных лампах происходит
непрерывное выделение газов); матирование
поверхности сильно нагруженных анодов,
электролитическая полировка поверхности; вы
травливание кернов после навивки спиралей.
III. Профилирование
Гладкую жесть прокатывают между вал-
ками или прессуют штампами с профилиро-
ванной поверхностью. При этом на поверхно
сти жести образуются правильные углубле
ния в виде полосок или растра или же высту-
пы высотой от ’/< до трехкратной толщины
жести. Вследствие изменения излучательной
способности и увеличения поверхности излуче-
ния допустимая нагрузка электродов повыша-
ется на 25%. Для еше большего увеличения
излучательной способности такую жесть ча-
сто чернят до или после профилирования (см
разд. IX и XI). Для этой же цели иногда
комбинируют чеканку и перфорацию (пер-
Рис. 9-4-6. Профилированная жесть с 'ребрами жестко-
сти. Для наглядности расстояния между отдельными
выступами увеличены.
Рис. 9-4-7. Установка для пескоструйной обработки
мелких деталей, в показанной на рисунке установке
матируют стальными опилками танталовые аноды для
повышения их излучательной способности (Fansteel).
форированная и профилированная жесть,
рис. 9-4-6). Такую жесть часто применяют
вместо металлической плетеной сетки (см.
рис. 9-3-58), так как ее можно изготавливать
на гораздо менее сложном оборудовании.
IV. Пескоструйная обработка, галтовка,
очистка щетками
При обработке песком поверхность, пред-
назначенную к очистке или матированию, об-
дувают чистым кварцевым песком (StOs) или
другим твердым зернистым материалом при
давлении 0,5—5 ати. (смотря по толщине ма-
териала). Если на поверхности деталей при-
сутствуют пленки жиров, то их удаляют про-
мыванием сначала в трихлорэтилене или че-
тыреххлористом углероде, а затем в чистом
спирте. Мелкие детали обрабатывают песком
в закрытых камерах (рис. 9-4-7); использо-
ванный песок собирают на дне камеры, а по-
том снова направляют в распыляющее
устройство Время от времени песок следует
менять. Степень шероховатости зависит от ве-
личины зерен песка и от давления воздуха.
Для обработки твердых металлов наиболее
пригоден карборундовый песок (карбид крем-
ния). Так, например, контактные штырьки из
хромистого железа, которые при впаивании
в ножку лампы значительно окисляются и,
кроме того, покрываются пленками стекла,
обрабатывают карборундовым песком (диа-
метр зерен 50 мк) в потоке воздуха под дав-
лением 1—1,5 ати411. Ножку с впаянными кон-
тактными штырьками во время обработки вра-
щают. Стекло защищают от потока карборун-
дового песка перфорированным железным кол-
пачком. Длительность обработки зависит, есте-
ственно, от толщины удаляемой пленки окис-
ла или стекла. После обработки песком нож-
ку промывают в теплой воде, очищают щет-
4,1 Химическое травление для удаления пленок
окислов оказалось в этом случае непригодным вслед-
ствие межкристаллитной -коррозии (см. § 6-1-V
и [Л. 24]).
590
Специальные методы обработки металлов
{Гл. 9
Рис. 9-4-8. Очистка поверхности корпуса мощного выпря-
мителя проволочными щетками (завод Siemens-ROhren-
Werke); о мерах по обеспечению безопасности при
очистке амальгамированных поверхностей см. § 8-4.
ками, ополаскивают спиртом и высушивают.
Остатки SiO2 или SiC (из песка) на тантало-
вых деталях могут приводить к выделению
газов при высоких температурах в вакууме,
поэтому их следует обрабатывать стальными
опилками. Следы стали удаляют соляной ки-
слотой, которая не действует на тантал. После
обработки детали необходимо тщательно про-
мыть дистиллированной водой, ополоснуть
спиртом и высушить.
Стальные опилки применяют также для
очистки поверхности (особенно внутренней)
стальных корпусов мощных ртутных выпря-
мителей. В этом случае обработанные песком
детали следует тщательно промывать трихлор-
этиленом или перхлорэтиленом (см. разд. I
этой главы, рис. 9-4-1 А).
Жесть и сетки, нарезанные предваритель-
но до требуемой ширины, можно непрерывно
протягивать со скоростью около 1,5 м/мин
через ведущие валки под потоком песка. Сте-
пень шероховатости определяется давлением
воздуха, зернистостью песка и удаленностью
обрабатываемой поверхности от сопла. Про-
волоку лучше всего держать в потоке песка
руками, защищенными резиновыми перчатка-
ми, и слегка поворачивать.
Более мелкие, но массивные детали, как,
например, контактные штырьки из хромистой
стали, очищают в массовом производстве пе-
ред впаиванием путем галтовки. Большое ко-
личество деталей (около 100000 шт.) насы-
пают в шестигранный барабан емкостью 5—
10 л с 8 кг суспензии электрокорунда4,2
(размер зерен 50 мк); барабан закрывают и
приводят во вращение ‘(около 30 об/мин) во-
круг горизонтальной оси примерно на 2—8
дней. При этом с поверхности деталей уда-
ляется слой толщиной примерно 20—30 мк
(см. рис. 6-1-25), от чего она становится ма-
товой, что обеспечивает хорошее равномерное
сцепление со стеклом. Обработанные детали
112 Обработку песком и галтовку поверхности
металлических деталей, которые предназначены для
изготовления влаев в стекло, нельзя производить
карборундовым песком (SiC), так как карбид, кото-
рый остается на поверхности материала, образует
при впаивании пузырьки СО2 на границе между ме-
таллом и стеклом и ослабляет, таким образом, спай.
ополаскивают водой, промывают метиловым
спиртом и сушат.
Крупные детали (например, отливки и
внутренние поверхности корпусов мощных ме-
таллических выпрямителей) лучше всего очи-
щать стальными щетками с электроприводом
или вручную (рис. 9-4-8). При пескоструйной
обработке больших металлических деталей для
защиты дыхательных путей (силикоз!) необ-
ходимо устанавливать фильтры. С этой точ-
ки зрения желательно работать со стальными
опилками, а не с кварцевым или карборундо-
вым песком.
Применение. Матирование анодов пли
других сильно нагруженных деталей элек-
тровакуумных приборов для повышения мощ-
ности, рассеиваемой при нагревании (рис.
9-4-9); очистка поверхности металлов.
V. Полировка
[Л. 63, 64]
При полировке поверхность материала по-
степенно стачивают все более мелкими абра-
зивными материалами: наждачными шлифо-
вальными кругами; вращающимися стальны-
ми щетками; быстро вращающимися волося-
ными щетками, покрытыми смесью пемзы и
сурепного масла; вращающимися суконными
полировальными дисками с суспензией вен-
ской извести в стеариновом масле или с окисью
алюминия. Выбор метода зависит от
исходного состояния поверхности материала.
Процесс полировки значительно сокращается,
если применять жесть, гладко прокатанную
до высокого блеска.
Применение. Тепловые экраны для полых
катодов; отражательные экраны для вакуум-
ных печей; очистка толстых проволок и пла-
стинок из твердого материала (ЕМК, хроми-
стая сталь).
Об электролитической полировке
см. разд. II.
Рис. 9-4-9. Полная излучательная способность Е обра-
ботанных пескоструйной танталовых и молибденовых
деталей (пунктирные кривые) по сравнению с соответ-
ствующей кривой Е для необработанных поверхностей
(сплошные кривые) и излучательной способностью аб-
солютно черного тела S в зависимости от температу-
ры Т.
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
591
Таблица 9-4-3
Сводный указатель описанных в различных главах методов нанесения
металлических покрытий
№ п/п. Материал покрытия Материал подложки Предварительная обработка Нанесение покрытий
1 Ag’) CrFe (феррит) Табл. 6-1-1A и 6-1-17: меднение Табл. 6-1-19: химическое серебрение
2 Ag CrFe(феррит) Табл. 6-1-18
3 Ag’) Cu Табл. 4-6-3: химическое серебрение
4 Ag Cu Погружение в конц. НС1: блестя- щее травление: табл, 5-4-6, п.. 6; никелирование: табл. 9-4-4, № 3; серебрение: табл, 9-4-4, № 1 Табл. 9-4-4, № 6
5 Ag Fe Серебрение: табл. 9-4-4, № I Табл. 9-4-4. № 6
6 Ag Ni и его сплавы Травление: табл. 9-4-4, № 5; се- ребрение: табл. 9-4-4, № 1 Табл. 9-4-4, № 6
7 Ag Сплавы Fe, Ni, Cr, Co. Сталь V2A Травление: табл. 6-1-6В; никели- рование: табл. 9-4-4, №3или4; серебрение: табл. 9-4-4, № 1 Табл. 9-4-4, № 6
8 Ag W Табл. 10-27, примеч.13)
9 Ag+In FeNi Серебрение: табл. 6-1-6А, пп. I—8 Осаждение индия: табл. 6-1-1А, п. 9 (состав электролитов см. табл. 7-5-4)
10 Au Ag и другие ме- таллы Табл. 4-5-4
11 Au Cr Травление в 25—50у<>-ной НС1 Табл. 9-4-4, № 7
12 Xu Cu Табл. 9-4-4, № 7
13 Au Fe Меднение: табл. 9-4-4. № 2 Табл. 9-4-4, № 7
14 Au Ni и его сплавы Иногда меднение: табл. 9-4-4, № 2 Табл. 9-4-4, № 7
15 Cr, блестя- щее Cu, Ni, Fe Табл. 7-10-2 (Л) или (В)
16 Cr, матовое Cu, Ni, Fe (Тал. 7-10-2С)
17 Cr, черное Cu, Ni, Fe Иногда матовое хромирование: табл. 7-10-2 (С) Табл. 7-10-2 (D) или (Е)>
18 Cu CrFe (феррит) Блестящее травление: табл. 6-1-16А Табл. 6-1-17
19 Cu Fe, ковар Меднение: табл. 9-4-4, № 2 Табл- 9-4-4, № 8
20 Cu Ni и его сплавы Травление: табл. 9-4-4, № 5 Табл. 9-4-4, № 8
21 Cu Латунь3) Нанесение на поверхность каши- цы свежеосажденной Си(ОН)г для обезжиривания: промыва- ние Табл. 6-3-7
22 Cu Сплавы Fe, Ni, Cr, Co, сталь V2A Никелирование: табл. 9-4-4, № 3 или 4: в случае необходимости затем детали либо никелируют (табл. 9-4-4, № 9 и 5), либо меднят (табл. 9-4-4, № 2 и табл. 6-1-6А) Табл. 94-4, № 8
23 Cu W См. рис. 6-5-11 Табл. 6-5-6
24 Ni Различные ме- таллы Табл. 5-2-8
25 Ni Cr Никелирование: табл. 9-4-4, № 4, а затем (без промывания) мед- нение табл. 9-4-4, № 8 Табл. 9-4-4, № 9
26 Ni Cu Табл. 9-4-4А, п. 1 Табл. 9-4-4, № 9
27 Ni Сплавы CuNi Меднение: табл. 9-4-4, № 2 Табл 9-4-4, № 9
28 Ni Fe Декапирование в растворе винно- каменной кислоты (4 г/л) Табл. 9-4-4, № 9-
29 Ni Сплавы Fe, Ni Cr, Co; сталь V2A См. табл. 6-1-6С
29а Ni Mo4) См. табл. 9-6-2 (§ 9-6)
592
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Продолжение табл. 9-4-3
;П/П. Материал покрытия Материал подложки Предварительная обработка Нанесение покрытий
30 31 Ni Никелевая губка Сталь Никель Табл. 9-4-4А, п. II Табл. 9-4-4, № 9
32 Pt Различные ме- таллы Табл. 4-1-9
•33 Rn Благородные ме- таллы и нике- лированные ме- таллы Табл. 4-3-2
Химическое серебрение (без внешних источников тока).
2) Катодное осаждение черного никеля (так называемой „никелевой губки") на чистый никель нашло при-
менение для чернения анодов с целью увеличения их излучательной способности. Осаждение ведут в специ-
альных электролитах, рецепты которых приводит Пфанхаузер (Л- 58].
я) Для счетчиков Гейгера—Мюллера.
4) См. [Л. 35, 41].
VI. Гальваническое нанесение покрытий
иа металлы
Поскольку методы, применяющиеся для
электролитического нанесения покрытий на де-
тали электровакуумных приборов, ничем не
отличаются от общепринятых, подробное опи-
сание их можно найти в специальной литера-
туре [Л. 15, 28, 48, 57, 58]. Ниже будут опи-
саны лишь те методы, которые имеют особое
значение для производства электровакуумных
приборов и поэтому менее известны. Наряду
ic описанными уже методами они приведены
в табл. 9-4-3. Некоторые новые данные при-
ведены в табл. 9-4-4 и 9-4-4А.
Как правило, перед нанесением гальвани-
ческих покрытий поверхность деталей тща-
тельно обезжиривают, а иногда и подвергают
травлению для полного удаления неметалли-
ческих примесей. Хотя во многих случаях
(например, медные детали) покрытие можно
производить сразу же после травления, неко-
торые металлы приходится подвергать допол-
нительной обработке. Так, например, поверх-
ность Ni, Со, Fe, Сг и их сплавов (нержавею-
щая сталь) перед покрытием «активируют»
путем особого травления. Иногда производят
«депассивирование» поверхности, т. е. удале-
ние пленок окислов413 путем катодной обра-
ботки и замену их по мере возможности сло-
ем какого-либо металла. Часто перед оконча-
тельным покрытием деталь проходит через
ряд ванн, в которых на ее поверхность осаж-
даются тонкие промежуточные слои металла.
Это увеличивает прочность сцепления покры-
тия с подложкой.
Покрытие следует наносить по возможно-
сти сразу же после травления или депасси-
вирования. Если это по каким-либо причинам
невозможно, то детали, особенно в случае
их длительного хранения, следует незадолго
до нанесения покрытия декапировать путем
погружения их на несколько секунд в раство-
413 Особенно часто поверхность металлов пас-
сивируется в тех случаях, когда после травления их
подвергают электролитическому полированию (см.
§ 9-4-II).
ры, удаляющие окислы414. После этого дета-
ли промывают водой и только затем погружа-
ют в гальваническую ванну. При переносе де-
талей из одной ванны в другую их следует
промывать водой для предохранения электро-
литов от загрязнения, особенно тогда, когда
ванны различны по характеру '(кислотные или
щелочные). В таких случаях перед промыва-
нием водой рекомендуется на несколько се-
кунд погружать детали в нейтрализующий
раствор415. Это позволяет очистить имеющие-
ся иа поверхности поры, чего применением
только воды обычно не удается достигнуть.
Нанесение гальванических покрытий на
металлические детали, часть поверхности ко-
торых спаяна со стеклом, сопряжено с осо-
быми трудностями. Поскольку поверхность
таких деталей в процессе изготовления спаев
со стеклом обычно сильно окисляется, непо-
крытые стеклом участки должны быть тща-
тельно протравлены. При этом, однако, сле-
дует остерегаться возможности разрушения
поверхности раздела металла со стеклом. Ре-
цепты травления сплавов, содержащих хром
и предназначенных для изготовления спаев со
стеклом, приведены в табл. 6-1-А, 6-1-В и
6-1-С. Перед травлением металлических дета-
лей, спаянных со стеклом и весьма чувстви-
тельных к резким изменениям температуры
в горячих растворах, их следует сначала по-
гружать в холодную воду и нагревать вме-
сте с нею до температуры, при которой будут
затем производить травление. Затем детали
быстро переносят в раствор для травления,
414 Если для нанесения покрытия используют
кислые ванны, то и декапирование производят
в кислых растворах (например, для железа — 2—
3%--ная H2SO4, для меди —раствор виннокаменной
кислоты с концентрацией 4 г1л). В случае щелочных
гальванических ванн декапиривание также произво-
дят в щелочных растворах (например, для железа
или меди — 5—10%-ный раствор KCN). Вследствие
возможности образования газообразного KCN все
операции с этим раствором следует производить в за-
крытых аппаратах и с индивидуальной вытяжкой.
415 Следы кислых электролитов нейтрализуют
2%-ным водным раствором NaOH или НагСОз. Сле-
ды щелочных ванн нейтрализуют обычно раствором
виннокаменной кислоты (4 г/л).
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
593
Таблица 9-4-4
Составы растворов и режимы электролитического осаждения некоторых металлов
[Л. 37, 58, 66J
№ п/п. Покрытие Состав растворо Реактив 05 [г/ л дистил- лированной воды] Температура [’С] Плотность тока [а/см2] Напряжение [в] Выход по току [%] Материал анода Толщина слоя Г мм, а *1 ~/ или про- должительность осаждет ия
I. П редварительная обработка
1 Ag’) AgCN NaCN 3 62 20 0,020 —- — Сталь V2A (0,5—1 мин)
2 Си CuCN NaCN NaOH NallSO3 Na2CO3 22 30 50 10 4 20 0,020 — •— — —
3 Ni6) NiCl2 HC1 22° Be 240 130 20 0,05—0,08 — — — —
4 Ni NiS04 H2SO4 240 50 35 0,150 — — —
5 Травление никелевых деталей а) Погружение на 1 сек в концентрированную НС1, или б) Погружение на 5 сек в разбавленную НС1, (20% об.), или в) Погружение на 3 мин в разбавленную H2SO4 (30% вес.) ; после травления детали нейтрализуют и промывают водой
II. Осаждение покрытий
6 Ag5). AgCN KCN к2со3 25 37 25 20—27 0,003— 0,004 <1 100 Ag 3,84
~7~ Au AuCl3 K4[Fe(CN)e]3H2Os) Na2CO3 (безводный) 2,65 15 15 15—20 0,001 2,1 100 Графит 1,27
8 Cu CuSO4-5H2O H2SO4 конц. Фенол3) при плот- ности тока »0,01 al см'2 200 50 1 16—50 0,Ol- О.2 1—3 95 Cu 1,25
9 Ni (см. табл. 5-2-8) NiSO4-7H2O Ni(NH4)2(SOt)2-6H2O1) NH4C1 H3BO3 100 25 19 19 16 0,005— 0,01 2—3 95 Ni 1,16
*) Двойной сульфат никеля и аммония.
«) Желтая кровяная соль.
3) Перед введением в раствор фенол следует смешать с
1 ч при 120° С.
<) См. табл. 6-1-1 А, п. 6
8) См. табл. 6-1-1А, п. 7.
«) См. [Л. 76].
равным по весу количеством H9SO„ и кипятить
38—2200
594
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Таблица 9-4-4Л
Обработка металлических деталей
перед никелированием
I. Обработка медных деталей
I. Обезжиривание в парах, растворе или
двухфазной смеси трихлорэтилена.
2. Катодное травление в горячих щелочных
растворах’).
3. Промывание в проточной холодной воде2).
4. Анодное травление в горячих щелочных
растворах1).
5. Промывание в проточной холодной воде2).
6. Погружение в холодную 10/о-ную серную
кислоту’).
7. Промывание в проточной холодной воде2).
8. Никелирование: см. табл 9-4-4, № 9.
II. Обработка стальных деталей
I. Обезжиривание в трихлорэтилене.
2. Катодное травление в горячих щелочных
растворах1).
3. Промывание в проточной холодной воде2).
4. Анодное травление в холодных щелочных
растворах1).
5. Промывание в холодной проточной воде2).
6. Анодное травление в холодной 70»/о-ной
H2SO4.
7. Промывание в холодной проточной воде с
очисткой поверхности пемзой и щеткой.
8. Промывание в холодной проточной воде2).
9. Никелирование: см. табл. 9-4-4, № 9.
*) Применяющиеся для очистки деталей растворы
не должны обогащаться жирами. Растворы следует
регулярно и часто заменять свежими.
®) Качество промывания следует контролировать,
обращая особое внимание на то, чтобы в углублениях
и пазах деталей не оставалось следов кислот или ще-
лочей. Желательно, чтобы каждый аппарат для про-
мывания деталей обслуживал только одну операцию.
что не представляет в этом случае опасности
для стекла. Аналогично поступают и тогда,
когда гальванические покрытия наносят в го-
рячих растворах. По окончании травления или
осаждения покрытий детали переносят в горя-
чую воду и медленно охлаждают с нею (см.
табл. 6-1-6В и 6-1-6С).
Особое внимание при гальванических про-
цессах следует уделять поддержанию опти-
мальной плотности тока. При слишком высо-
кой плотности тока получаются крупнозерни-
стые, пористые хрупкие покрытия. Слишком
малая плотность тока приводит к чрезмерно-
му замедлению процесса, а в предельном слу-
чае— и к полному прекращению осаждения.
Светлые и ровные покрытия обладают лучшей
проводимостью для токов СВЧ. Внешний вид
и электропроводность покрытия в значитель-
ной степени зависят от присутствия в элек-
тролите растворенных или взвешенных орга-
нических и неорганических примесей416, от
перемешивания раствора, его концентрации417
и температуры.
418 Пыль и твердые взвешенные примеси можно
удалить фильтрованием.; Активные органические
примеси удаляют, поглощая их активированным
углем.
417 Для получения стабильных результатов
в массовом производстве необходимо производить
систематические анализы состава ванн, периодически
обновлять электролит, контролировать и поддержи-
вать постоянной величину pH растворов.
При массовом производстве детали, на
которые наносят гальванические покрытия, од-
новременно в большом количестве подвешива-
ют на рамы. При этом необходимо соблюдать
следующие правила:
1. Между рамами и деталями должен
быть обеспечен хороший контакт.
2. Необходимо устранять пузырьки возду-
ха, которые могут задерживаться на нижних
вогнутых поверхностях деталей и быть при-
чиной отсутствия покрытия на отдельных уча-
стках.
3. Рама не должна «затенять» детали, так
как это вызывает неравномерность покрытия.
4. Поле между анодом и деталями долж-
но быть возможно более равномерным даже
при сложном профиле деталей.
5. 'Все части рамы, кроме контактов, дол-
жны быть изолированы. Это помогает устра-
нить как ненужное осаждение на раме, так и
загрязнение ванны в результате растворения
материала рамы.
Перед сушкой покрытых деталей следует
тщательно удалять из поверхностных пор ос-
татки электролита, при высыхании которых
могли бы образовываться кристаллы солей.
Эти примеси, разумеется, нежелательны в про-
изводстве электровакуумных приборов, так
как они могут быть причиной .отравления
катодов и т. п. Их присутствие можно обнару-
жить по образованию темных пятен после су-
шки свежепокрытых деталей. Следы электро-
лита можно устранять либо тщательным про-
мыванием деталей дистиллированной водой
с последующей быстрой сушкой горячим воз-
духом, либо обдуванием их поверхности силь-
ной струей очищенного сухого воздуха, что
позволяет вытеснять жидкость из пор. Напро-
тив, распространенный в обычной практике
метод сушки деталей в древесных опилках
совершенно не применяется в электровакуум-
ной промышленности, так как остающиеся на
поверхности деталей мельчайшие частички
пыли являются постоянным источником выделе-
ния газов при откачке и эксплуатации элек-
тровакуумных приборов. Они могут быть так-
же причиной возникновения шумов в приемно-
усилительных лампах. При мелкосерийном
производстве готовые детали можно последо-
вательно промывать в дистиллированной во-
де и этиловом спирте, а затем сушить в теп-
лом очищенном от пыли воздухе.
Простейшим способом определения проч-
ности сцепления гальванических покрытий
с материалом подложки является испытание
деталей на изгиб. Метод испытания на термо-
удар описан в табл. 6-1-4А, п. 8.
Применение. Гальваническое нанесение
покрытий на поверхность металлов в произ-
водстве электровакуумных приборов применя-
ется, помимо повышения проводимости дета-
лей по отношению к токам высокой частоты
(скин-эффект! см. рис. 9-4-9А), также для
многих других целей.
Ниже приводятся примеры применения
покрытий из различных металлов.
a) Ag. Серебрение
1. Покрытие поверхности медных дета-
лей, соприкасающихся с атмосферой, для по-
вышения проводимости при прохождении то-
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
595
Рис. 9-4-9А. Глубина проник-
новения полц высокой часто-
ты hj в различные металлы в
зависимости от частоты f.
[Наряду с глубиной проник-
новения, величина которой
была определена в § 9-2 (35 %-
иое ослабление), на рисунке
приведены также данные, от-
носящиеся к величине Я у при
уменьшении амплитуды плос-
кой волны поля до 1% от
первоначальной величины].
Данные о глубине проникно-
вения поля при частотах до
106 гц приведены также на
рис. 9-2-24 и в табл1. 9-2-5.
ков высокой частоты. Толщина слоя в боль-
шинстве случаев не превышает 15 мк. Метод
нанесения см. табл. 9-4-3, п. 4.
2. Покрытие разнообразных штырьков цо-
колей, в особенности из ферритных хромистых
сталей, для улучшения контакта с клеммами
панелей (см. табл. 6-1-18).
3. Декоративные покрытия крупных внеш-
них деталей.
ф
б) Au. Золочение
1. Для тех же целей, что н серебрение.
2. Нанесение тонких слоев припоя при
диффузионной пайке золотом для экономии
материалов (см. табл. 9-3-8).
3. В виде тонкого >(примерно 15 мк) слоя,
который предварительно наносят при сереб-
рении вводов из железо-никелевых сплавов
для предотвращения диффузии кислорода
сквозь слой серебра (см. § 4-6 и 6-1).
в) Сг. Хромирование
1. Покрытие нанесенного электролитиче-
ски слоя меди на коваровых вводах приборов
СВЧ для предотвращения разрушения этого
сравнительно тонкого слоя при изготовлении
спаев со стеклом (см. § 6-1-IV).
2. Защита внешней поверхности железных
корпусов электровакуумных приборов от кор-
розии под действием окружающей атмосферы
и охлаждающей воды. Одновременно снижает
проницаемость этих деталей для водорода
(см. § 5-3).
3. Предварительное хромирование молиб-
дена (см. табл. 9-6-2).
г) Си. Меднение.
1. Покрытие металлов, предназначенных
для спаев со стеклом (FeNi или FeNiCr —
кольца или трубки), для улучшения сцепления
со стеклом); иногда на покрытия толщиной
не менее 25 мк наносят слой буры (см. табл.
6-1I-6A).
2. Нанесение на вводы в стекле, изготов-
ленные из материалов с высоким электросо-
38*
противлением .(ковар, ферритные сплавы FeCr,
FeNi, FeNiCr), для 'повышения их ’проводимо-
сти по отношению к токам высокой частоты 418.
3. Покрытие вольфрамовых кернов пря-
моканальных дистилляционных катодов. Слег-
ка окисленный слой меди служит источником
кислорода для образования слоя ВаО—Ва.
4. Нанесение на поверхность деталей из
железа, никеля или их сплавов перед соеди-
нением этих деталей методом диффузионной
пайки золотом (см. § 4-5 и табл. 9-3-8).
5. Защита коваровых деталей от. межкри-
сталлитной диффузии серебра при пайке эв-
тектическим припоем AgCu (см. § 6-1-IV).
д) In. Электролитическое
осаждение индия
Применяется для предотвращения диффу-
зии кислорода сквозь нанесенные на желез-
ные детали серебряные покрытия. Одновре-
менно уменьшается опасность коррозии желе-
за (см. § 6-1, табл. 6-1-1А).
е) Ni Никелирование
1. Нанесение слоя никеля на поверхность
деталей для повышения их способности к свар-
ке или пайке. Примеры: никелирование меди
перед точечной сваркой с вольфрамом или
молибденом (см. табл. 8-3-12); нанесение
в виде тонкого слоя (около 7 мк) на поверх-
ность молибденовых деталей, которые соеди-
няют с другими деталями путем пайки при-
поями CuAg или CuAu в восстановительной
атмосфере; покрытие (толщина менее 10 лис)
вводов из FeNiCr (52/42/6) илн других спла-
вов, содержащих хром, обеспечивает возмож-
ность соединения их с другими деталями пу-
тем пайки, так как материалы, богатые хро-
мом, не смачиваются припоями, а восстанови-
тельный отжиг в водороде невозможен из-за
4,8 После изготовления спая непокрытую стек-
лом и чаще всего окисленную поверхность очищают
от меди н электролитически покрывают слоем сереб-
ра (см. табл. 6-1-6В).
596
Специальные методы обработки металлов
{Гл. 9
медными деталями (§ 9-3-VI). На рис. 9-440
показана простая графитовая печь для пря-
мого и косвенного нагревания электрическим
током, пригодная для массового производства.
Отрезки медн, уложенные в отдельных каме-
Рис. 9-4-10. Установка для
меднения вольфрамовых ано-
дов возгонкой меди.
I—при косвенном подогре-
ве графитовых тиглей:
1 — графитовое основание; 2—
поставленные друг иа друга
графитовые тигли; 3—куски
меди; 4—вольфрамовые ано-
ды; 5 — молибденовый нагре-
ватель; 6—молибденовый эк-
ран; 7—вакуумный колпак;
8— основание;’ 9—к насосу
(нагрев графитовых тиглей
может также производиться
на карусельной машине, см.
рис. 9-3-49); П—при прямом
нагревании графитовых тиг-
лей.
П
наличия стеклянных деталей (см. табл. 6-1-6С)
2. Предварительное никелирование вводов
из FeNiCr перед меднением или серебрением
(см. табл. 6-1-6А и 6-1-6В).
3. Для обеспечения точности внешнего
диаметра трубок из никеля или его сплавов
(например, при диаметре 4,00±0,01 мм).
ж) Pt. Платинирование
Применяется для защиты от коррозии де-
талей электровакуумных приборов, наполнен-
ных агрессивными газами (например, хлором
в счетчиках Гейгера — Мюллера).
з) Электролитическое чернение
Например, черное хромирование для по-
вышения 'излучательной способности анодов
или для подавления термоэлектронной эмиссии
сеток вакуумных электронных приборов.
и) Различные электролитические
покрытия
Главным образом на вольфрамовой или
молибденовой проволоке для последующего
испарения их в высоком вакууме. Применяют-
ся в тех случаях, когда другие способы на-
несения испаряемого вещества на испаритель
по тем или иным причинам нельзя использо-
вать (см. табл. 10-27, примеч. 6 и 43).
VII. Нанесение металлических пленок
на металлическую подложку испарением
в вакууме
Этот способ применяется только в отдель-
ных случаях, когда гальваническое нанесение
прочных покрытий на металлическую подлож-
ку с трудом осуществимо. Например, нанесе-
ние прочных медных покрытий на вольфрамо-
вые зеркала и пластинки (для рентгеновских
антикатодов или различных контактов), кото-
рые затем путем отливки в защитной атмо-
сфере или вакууме (§ 9-3-V) или пайкой се-
ребряным припоем соединяют с массивными
рах, при 1 700° С быстро испаряются, и медь
равномерно, без образования пленок окислов,
покрывает поверхность вольфрама.
При массовом производстве У проволоки
можно непрерывно наносить платиновое по-
крытие на молибденовую проволоку (см.
§ 6-5-ХП). Для этого после обезгаживания
в печи проволоку в атмосфере водорода про-
пускают внутри вольфрамовой спирали, на-
греваемой электрическим током. Спираль об-
вивают тонкой платиновой проволокой и эк-
ранируют снаружи защитным цилиндром.
Аналогичным способом, но при более низ-
ких температурах можно также позолотить
вольфрамовую или молибденовую проволоку
(см. § 6-5-XI). Проволоку протягивают сквозь
вольфрамовую спираль, в которую вложен
кусочек золота, или же пропускают ее сквозь
наполненную водородом и нагреваемую мо-
либденовым нагревательным элементом труб-
чатую печь, где при перемещении проволока
непосредственно касается капли золота.
Обычные методы испарения металлов по-
дробно рассмотрены в § 10-4-V, так как они
в большинстве случаев применяются для обра-
зования металлических покрытий на изолято-
рах, главным образом на стекле.
В ряде случаев, однако, и на металличе-
ские детали наносят тонкие пленки других
металлов испарением в вакууме. Так, напри-
мер, для устранения окисления некоторых мо-
либденовых деталей в процессе заварки си-
стемы электродов в лампу их покрывают тон-
ким (2—5 мк) слоем родия.
VIII. Получение диффузионных покрытий
По этому методу металлическую деталь
засыпают порошком металла, которым ее сле-
дует покрыть, и длительное время нагревают.
Материал порошка при этом диффундирует
в деталь на большую или меньшую глубину
в зависимости от длительности и температуры
нагревания. Этот способ применялся в ваку-
§ 9-4]
<
Обработка поверхности металлов
597
Рис. 9-4-10А. Зависимость полной излучательной спо-
собности Е окиси никеля От температуры Т по сравне-
нию с абсолютно черным телом S [Л. 16].
умной технике для алитирования железных
корпусов охлаждаемых водой ртутных выпря-
мителей. Их внешнюю поверхность засыпали
алюминиевым порошком и нагревали почти до
температуры плавления алюминия; при этом
образовывался диффузионный слой алюминия,
благодаря чему уменьшалась проницаемость
корпуса для водорода (Л. 8, 31, 45, 71].
Метод насыщения поверхности железа
хромом описан в § 6-5-VI.
IX. Окисление поверхности
{Л. 72, 73]
Fe, Ni и Сг — Ni детали можно путем
нагревания до 900° С в атмосфере кислорода
покрыть матовой пленкой окисла, благодаря
чему их излучательная способность значи-
тельно возрастает; например {Л. 16], у Ni от
е=37,5% (блестящий) до 89% (NiO), Сг —
от 39% |(блестящий) примерно до 80% (окис-
ленная поверхность).
Так как окислы железа и никеля при
высоких температурах легко разлагаются, ра-
бочая температура таких деталей в вакууме
не должна превышать 500°С419. Пленка оки-
сла при изгибе легко отслаивается, поэтому
описанный метод можно применять только
при изготовлении деталей, которые не подвер-
гаются дальнейшей механической обработке.
Некоторые свойства окиси никеля приве-
дены в табл. 9-4-5 и '5-2-3, а также на рис.
9-4-10А.
X. Карбидирование
(образование карбидных пленок
на металлической подложке)
[Л. 9]
Этот метод практически применяется толь-
ко для тугоплавких металлов. Танталовые де-
тали (главным образом, сетки) подвергают
воздействию СО или СО2 в электрической пе-
чи при температуре около 1400° С. При этом
на поверхности образуется слой карбида тан-
тала, который обладает большей работой вы-
хода, чем чистый тантал (Л. 10]. Так как кар-
бид тантала обладает значительно меньшей
механической прочностью '(временное сопро-
419 В присутствии водорода происходит восста-
новление N1O даже при низких температурах. Окись
хрома можно нагревать до более высоких темпера-
тур. так как она ие восстанавливается водородом
тивление разрыву при 20° С — только 2—
3 кг/мм2), чем тантал, толщина слоя карбида
не должна превышать определенной величи-
ны. Поэтому продолжительность обработки
должна быть невелика (при 1400° С для об-
разования пленки карбида толщиной 0,1—
0,5 мк достаточно примерно 5 мин). Электри-
ческое сопротивление карбида тантала мало
отличается от сопротивления чистых металлов
(0,1 ом мм2/м по сравнению с 0,15 ом • мм? 1м
для чистого тантала429 Точка плавления его
очень высока '(3877°С). Карбид тантала обла-
дает примерно на 30% меньшей скоростью
испарения, а также большей суммарной из-
лучательной способностью, чем вольфрам (на-
пример, при 2 400° К 73 er/cjw2 по сравнению
с 56 вт/см2 для чистого вольфрама). В ваку-
уме карбид тантала можно нагревать до
3 000° С без разложения, однако в присутствии
следов кислорода или паров воды он разлага-
ется уже при 800° С.
Молибденовые и вольфрамовые детали,
как правило, карбидируют в парах нафтали-
на, бензола или метилового спирта, например
в смеси H2+N2 с примесью паров этих ве-
ществ при 1 300—1 600° С. На вольфра-
мовых деталях при этом образуется смесь
WjC и WC .(точка плавления—около 2800°С),
на молибденовых электродах возникает
Мо2С+МоС (точка плавления — около
2 700° С). Дальнейшие подробности см. § 3-2
(«Вольфрам», раздел «Химические свойства»),
рис. 3-2-21, табл. 9-2-9, п. 3.
Применение. Сетки с большой термиче-
ской нагрузкой, особенно в генераторных лам-
пах (для подавления термоэлектронной эмис-
сии). О применении пленок карбида тантала
для уменьшения скорости испарения накален-
ных вольфрамовых проволок см. {Л. 65].
XI. Карбонизирование
Так называют покрытие поверхности дета-
лей, изготовленных из жести или плетеной
ткани, тонким чернящим слоем углерода. По-
крытие можно осуществлять:
а) осаждением сажи из пламени;
б) нанесением мелко распыленного угле-
рода, смешанного со связующими вещества-
ми (например, аквадаг), на металлическую
подложку (чаще всего матовую) с отжигом
в вакууме при 700—950° С;
в) термическим разложением углеводоро-
дов.
Осаждение каждым из этих методов про-
изводят следующим образом:
а) По первому методу полностью обра-
ботанные и по возможности уже смонтиро-
ванные детали вносят я коптящее пламя бен-
зола. При этом образуются покрытия с ис-
ключительно высоким качеством чернения.
Однако слой углерода непрочен, он легко
стирается с поверхности и содержит большое
количество газов. (Поэтому описанный метод
в настоящее время при массовом производстве
не имеет большого значения. Его применяют
только для чернения аподов простых кено-
тронов с оксидными катодами косвенного на-
кала.
“° Определяя изменение электрического сопро-
тивления. можно установить степень карбидирования.
Некоторые свойства NiO
Таблица 9-4-5
Удельный вес г/сл43 7,45
Цвет От желто-зеленого до серо-черного
Точка плавления °C. 2 090 (1 990)
Давление насыщенных паров1) мм рт. ст. 943° С 10-’ 1 007° С ю-8 1 069° С 10-’ 1 158° С 10“’ 1 248° С ю-5
Давление диссоциации р (Os)1) мм рт. ст. 1 140°К 6-10-’ 1 495° К з-ю-6 1 511° К 4-10-» 1 529° К 6-10-’ 1 566° к 1,4-10-»
Излучательная способность2) % При Х=6 650 А и 1 000° С: 89 См. табл. 9-2-4 и рис. 9-4-10А
Соотношение между истинной и яркостной температурами °C См. табл. 5-2-3
См. [Л.4Э].
См. [Л. 1В|.
Специальные методы обработки металлов [Гл.
СО
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
599
По данным [Л. 75] можно добиться увели-
чения прочности слоя при карбонизировании
никеля и его сплавов путем предварительно-
го нанесения. на поверхность слоя окиси ни-
келя. После карбонизирования слой восста-
навливают и спекают в атмосфере водорода.
б) Покрытия, полученные намазыванием
или напылением из пульверизатора коллоид-
ных графитовых суспензий, также имеют не-
достаточную прочность. Простейшая суспензия
для намазки состоит, например, из порошка
графита и дистиллированного терпентинового
масла; эти компоненты смешивают До получе-
ния требуемой вязкости. Паста не должна
быть слишком вязкой, но в то же время дол-
жна иметь хорошую кроющую способность.
Обработанные песком поверхности протирают
тканью, смоченной этой пастой, а затем за-
чищают.
Значительно большей прочностью отли-
чаются нанесенные методом электрофореза по-
крытия аквадага, вероятно потому, что в этом
случае в отличие от намазки или пульвериза-
ции осаждаются только коллоидные частицы.
Так как частицы графита в водных суспен-
зиях аквадага имеют отрицательный заряд,
при электрофорезе покрываемую деталь сле-
дует включать в цепь анода («анафорез»). Ка-
тодом служит никелевая жесть. Суспензия со-
стоит из аквадага '(см. § 8-5), разбавленного
дистиллированной водой. Во время анафореза
суспензию непрерывно перемешивают стеклян-
ной мешалкой. Напряжение прн анафорезе со-
ставляет 40—50 в, тюк в начале 2—3 ма,
а затем возрастает до 4—6 ма, продолжи-
тельность анафореза — около 10 мин.
в) Наибольшее распространение получило
науглероживание деталей путем термического
разложения углевородоров .(«карбонизация»).
Однако обычно получать таким методом проч-
ные покрытия удается только на никеле или
материалах, покрытых никелем.
Сравнительно простой процесс чернения
заключается в следующем (рис. 9-4-11). Сна-
чала получают COs нагреванием сосуда с твер-
дой окисью углерода .(сухой лед) в водяной
ванне при температуре около 50° С; СОг про-
пускают через измеритель потока газа, в ко-
тором .в качестве рабочей жидкости исполь-
зуют гликоль, затем через нагретую до 500° С
печь, наполненную углем. При этом образует-
ся СО, которую пропускают через вторую
печь, нагретую до 420—450° С, Находящиеся
в этой печи никелевые детали подвергают воз-
Рис. 9-4-11. Чернение никелевых деталей окисью
углерода.
/ — твердая углекислота, 2—водяная баня (50°С), 3—
вентиль избыточного давления, 4—расходомер с гли-
колем в качестве рабочей жидкости, 5—печь, напол-
ненная углем и нагретая до 590°С, е»—фильтр из стек-
лянной ваты, 7—печь: для чернения в виде трубки из
тугоплавкого стекла (420—450°С).
действию СО в течение 1 ч. В результате на
них образуется прочная черная пленка угле-
рода. Слабо удерживающиеся частицы уда-
ляют щеткой. Прй этом не всегда получают
одинаково хорошие результаты; лучшие ре-
зультаты получаются при замене СОг светиль-
ным газом (7% СО, 3% СО2; 50% Н2,
30% СН4, остальное.— азот и тяжелые углево-
дороды), который не должен содержать серы.
В электровакуумной промышленности был
разработан ряд способов карбонизации [Л. 14,
|18], которые основаны на термическом разло-
жении (крекинг) углеводородов. Ниже опи-
саны важнейшие из этих методов.
1. Обработанная песком,, тщательно обез-
жиренная и отожженная в водородной печи
(в течение 10 мин при 850° С) никелевая лен-
та 421 методом перемотки пропускается через
печь 'при температуре около 925° С. При этом
на ней образуется зеленый слой окислов.
Лента сразу же поступает .в следующую
печь с той же температурой, но наполнен-
ную углеводородами (например, бутаном),
которые :при соприкосновении с окисла-
ми никеля разлагаются. Образующийся водо-
род восстанавливает окислы, а углерод осаж-
дается на активной поверхности чистого нике-
ля и образует на нем черную пленку толщи-
ной около 50—75 мк с полной излучательной
способностью около 85% 422.
2. По второму методу [Л. 74] никелевую
ленту пропускают сначала через нагретую до
925° С печь с окислительной атмосферой; за-
тем она проходит восстановительную камеру,
после чего сразу же вводится в камеру для
карбонизации423. В эту камеру подают смесь
азота с каким-либо углеводородом (например,
ацетиленом). Газ не должен содержать сво-
бодный водород. При этом на поверхности
только что восстановленного никеля образует-
ся равномерный слой углерода.
3. По; третьему методу используют че-
тыре отдельные кварцевые трубчатые печи,
в которых раздельно протекают (реакции окис-
ления, восстановления, карбонизации в геп-
тане и обезгаживания. Подробности приведе-
ны в табл. 9-4-6.
При использовании метана 424 в отличие
от описанных методов изменяют порядок опе-
раций: никель перед карбонизацией сначала
восстанавливают, а только потом окисдяюг.
Подробное описание процесса приведено в
табл. 9-4-7. Карбонизацию производят в спе-
циальной печи, схема и внешний вид которой
показаны на рис. 9-4-12. В принципе эта печь
очень похожа на водородные печи для обез-
гаживания, показанные на рис. 9-2-16III или IV.
5. В печи той же конструкции, что и на
рис. 9-4-12, можно производить карбонизацию
в смеси водорода и ацетилена (описание про-
цесса см. в табл. 9-4-8).
421 Механическое напряжение применяется для
повышения химической активности никелевой ленты,-и
облегчения тем самым образования пленки углерода.
422 Измерено -при 727° С; соответствующая вели-
чина для блестящего никеля равна только 16%.
423 Все перегородки между отдельными камера-
ми трубчатой печи — двойные; через промежутки
между >ннмн пропускают нейтральный газ (N2).
424 При выпуске метана из стального баллона
необходимо редуктор нагревать горичим воздухом,
чтобы он не замерзал.
600
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Таблица 9-4-6
Карбонизация никелевых деталей
в гептане (описание процесса)
а) Окисление в трубчатой печи I1), через
которую пропускают воздух (300 л/ч) с по-
мощью вентиляторов. Окисление: 2 мин в
горячей зоне печи при 950+25° С; охлажде-
ние: 2 мин в холодной зоне печи.
б) Восстановление в трубчатой печи IP), в
потоке влажного водорода, 15 мин при
950+25° С; охлаждение в холодильнике печи
15 мин.
в) Карбонизация в трубчатой печи ПР), в
потоке влажного водорода, который со ско-
ростью 800—900 л/ч протекает сквозь жидкий
гептан; 15 мин при 850+25° С, потом охлаж-
дение 15 мин в холодной зоне печи.
г) Галтовка в барабанах (24 об/мин) в те-
чение 20 мин. Для улучшения очистки при
обработке крупных деталей в барабан загру-
жают зерна пшеницы, для более мелких—ри-
совые зерна.
д) Обезгаживание в трубчатой печи IV1) в
вакууме 1/2—1 ч при 950+40° С.
>) Все трубчатые печи изготовлены из каарцевого
стекла и обогреваются газом в специальном муфеле.
6. При мелкосерийном производстве и
в лабораторных условиях хорошо зарекомен-
довал себя метод, предложенный фирмой
Филлипс. Готовые никелевые цилиндрические
Таблица 9-4-7
Карбонизация никелевых деталей
в метане (описание процесса)
1. Промывание никелевых деталей в три-
хлорэтилене.
2. Восстановление деталей в водороде при
850° С 10 мин. Расход Н2 при закрытой крыш-
ке печи 300—400 д/ч, при открытой крышке—
в 3—4 раза больше.
3. Окисление деталей в такой же печи, но
в токе воздуха (300 д/ч) при 850° С 10 мин.
4. Никелевые детали, помещенные в лодоч-
ки1), сначала разогревают в зоне предвари-
тельного нагрева печи (см. рис. 9-4-12), а затем
карбонизируют в горячей зоне печи при 850° С
в потоке влажного метана (400—500 д/ч)
20—30 мин.
Возможные причины брака-.
а) серый цвет, отслаивание или шерохова-
тость покрытия = слишком высокая темпе-
ратура печи;
б) блестящее покрытие = высокая темпе-
ратура печи и недостаточная влажность ме-
тана (пропускать сквозь слой воды);
в) жирное или неравномерное покрытие =
слишком низкая температура печи, детали
после повторного окисления (п. 3) можно сно-
ва карбонизировать (п. 4).
’) Детали следует помещать в печь таким образом,
чтобы газ имел к ним свободный доступ.
Таблица 9-4-8
Карбонизация никелевых или
молибденовых деталей в смеси
ацетилена и водорода (описание
процесса)
1. В печь для карбонизации (рис. 9-4-12)
подавать влажный Н2, пропущенный через во-
дяной газовый счетчик.
2. Нагреть печь до 1 025+25° С для нике-
левых деталей или до 950+25° С1) при обра-
ботке молибденовых деталей.
3. Ввести в поток Н2 ацетилен, пропущен-
ный через второй воднной газовый счетчик.
4. Ввести в печь при усиленном потэке во-
дорода очищенные в парах трихлорэтилена
детали в лодочках из никелевой сетки и про-
двинуть их в горячую зону печи.
5. Закрыть печь и установить расход водо-
рода 500 л/ч, расход ацетилена-—50 д/ч. Ни-
келевые детали обрабатывать при 1 025° С,
молибденовые—при 950° С в течение 15 мин.
6. Прекратить подачу ацетилена, усилить
поток водорода, открыть крышку печи, ло-
дочки продвинуть в холодную зону печи.
7. После охлаждения до 40° С извлечь де-
тали из печи.
8. Отжечь карбонизированные детали в ва-
куумной печи при 950+40° С.
•) Не более, так как иначе молибден становится
хрупким.
аноды нагревают током высокой частоты под
колпаком из тугоплавкого стекла, через кото-
рый пропускают 425 426 смесь азота с ацетиленом.
Схема такого устройства показана на
рис. 9-4-13. Во избежание взрыва при за-
пуске печи сначала следует открывать баллон
с азотом, а потом баллон с ацетиленом 426.
Генератор высокой частоты можно включать
только тогда, когда весь колпак заполнен га-
зом. Карбонизация производится при темпе-
ратуре около 700—-800° С в течение 15—
20 сек (при красном калении—около 2 мин).
Температура не должна превышать 900° С,
так как иначе детали снова приобретают
блеск. Черненые детали очищают щеткой и
одновременно рихтуют. Степень черноты при
этом несколько понижается, излучательная
способность тем не менее остается равной
60—70% излучательной способности черного
тела.
Структура слоя углерода при любом мето-
де карбонизации очень сильно зависит от тем-
пературы, при которой производится разло-
жение углеводородов. При слишком низкой
температуре образуются непрочные бархати-
стые жирные покрытия, которые содержат
много газов, выделяющихся постепенно во
время эксплуатации электронной лампы. При
слишком высокой температуре образуется
блестящее покрытие с малой излучательной
способностью. Если процесс был проведен пра-
425 Небольшие детали, которые не удается хоро-
шо прогреть током высокой частоты, можно -нагревать
в молибденовом цилиндре, имеющем отверстия
для облегчения доступа углеводорода к деталям.
426 По окончании процесса эти операции произ-
водят в обратном порядке!
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
601
Рис. 9-4-12. Печь для чернения деталей ацетилено-во-
дородной смесью или метаном.
I — схема установки: 1— кварцевая трубка диаметром
100/112 мм и длиной около 1 525 мм', 2—алундовая труб-
ка диаметром 125/150 мм И длиной около 1 150 мм;
3 — нагревательный элемент из нихромовой ленты
25X0,74 ля2, закрепленный асбестовым шнуром. Пара-
метры печн; 78 в, 6 квпг, 900—1 000° С в горячей зоне;
измерения температуры проводятся термопарой хро-
мель— алюмель; 4—термоизоляция из алунда и квар-
цевого песка (верхний слой); 5—зона предварительного
иагрева (стальная трубка); 6—холодильник (стальная
трубка с водяным охлаждением); 7—загрузка деталей;
в—выгрузка деталей;/)—приток газа; 10—выход газа;
11— пламя для поджига газа. // — внешний вид уста-
новки.
вильно и никель был предварительно хорошо
обработан, то образуется прочное покрытие,
выдерживающее нагревание в течение 1—
2 мин в водородной печи до 1 000° С и нагре-
вание до 1 100 — 4 300° С в течение 30 мин
при обезгаживании в вакуумной печи без зна-
чительных изменений [Л. <14]. Обезгаживание
карбонизированных деталей в вакууме реко-
мендуется производить вследствие большого
содержания газов в покрытии 427 Следует про-
изводить также выборочный контроль при то-
чечной сварке, который показывает, не являет-
ся ли слой углерода неравномерным или слиш-
ком толстым для точечной сварки. При пра-
вильном выборе давления и тока сварки и хо-
рошем качестве покрытия в точке сварки
удается получить прочность до 12—13 кГ, в то
время как при плохом качестве карбонизации
прочность составляет только 5 кГ, а прочность
ненауглероженного никеля с матовой поверх-
ностью равна примерно 10—И кГ [Л. 14].
Молибденовые детали можно также чер-
нить в ацетилене по методу, описанному
в табл. 9-4j8. В этом случае карбонизацию
производят при более низких температурах,
чем при обработке никеля. Обычно все же
молибден чернят другими способами (напри-
мер, напеканием порошка циркония).
427 В 3 10 раз больше, чем в деталях из некар-
бонизиров энного никеля.
Особой проблемой яв-
ляется карбонизация желез-
ных лент, что требует осо-
бой тщательности и не все-
гда хорошо удается. Фир-
ма Филипс применяла для
этой цели специальную
печь, изображенную на
рис. 9-4-il4, с двумя зонами
нагрева, температура в ко-
торых была равна 800 и
950—1 000° С. Железные
-ленты сначала обрабатывают песком
(стальными опилками) с одной или двух
сторон (в зависимости от того, будут ли
производить чернение с одной или двух
сторон); опилки с поверхности удаляют
щеткой. Для карбонизации используют
светильный газ, который смешивают
в устройстве, изображенном на рис. 9-4-15,
с парами бензина и впускают в печь в на-
правлении от более холодной зоны к бо-
лее горячей со скоростью 600 л)ч. Желез-
ную ленту перемещают в печи в том же
направлении со скоростью 20 м)мин. Лен-
ту натягивают кожаными петлями. ,В кон-
це и начале печи она проходит сквозь
узкие прорези. Если покрытие наносят
только на одну сторону, то две ленты при-
кладывают блестящими не обработанными пе-
ском поверхостями друг к другу и протяги-
вают вместе через печь.
Применение. Повышение излучательной
способности анодов и охлаждающих ребер
(а также и сеток) усилительных и маломощ-
ных генераторных ламп. 'При использовании
науглероженных анодов необходимо надежно
предотвратить образование углеводородов, по-
этому детали нельзя предварительно обезга-
живать в водороде. Для этой цели следует ис-
пользовать только вакуумные печи [Л. 69]. При
дальнейшей обработке науглероженных дета-
лей (очистка щеткой, монтаж, сварка) их
нельзя касаться руками. Необходимо пользо-
ваться пинцетом или перчатками. Тренировку
электронных ламп следует производить при
Рис. 9-4-13. Схема установки для карбонизации нике-
левых деталей в ацетилене путем высокочастотного
нагревания.
/ — азот (скорость потока 30 л/мин); 2—ацетилен
(2 л/мину 3—расходомер; 4—колпак из тугоплавкого
стекла и индуктор с водяным охлаждением; 5—обра-
батываемая деталь.
602
Специальные методы обработки металлов
[ Гл. 9
Рпс. 9-4-14. Установка для чернения железных лент в
смеси светильного газа и бензина (по данным фирмы
Philips). 10
1 — внутренняя угольная трубка диаметром 100 мм п
длиной 1 400 мм', 2—внешняя трубка диаметром 125 мм.
из А1203 с двумя отдельными нихровомыми нагрева-
тельными элементами; 5 — зона с температурой 830° С;
4—зона с температурой 950— I 000° С; 5—приток и вы-
ход смешанного газа (Н2 N2), применяющегося для
удлинения срока службы нагревательных элементов;
6, 7 —приток н выход смесн паров бензина и светиль-
ного газа; 8— зачерняемая железная лента; 9— кожа-
ная петля для натяжения железной ленты; 10— смеси-
тель паров бензина со светильным газом (подробнее
см. рнс. 9-4-15); П — ввод светильного газа.
25%-ной перегрузке Детали электронных
ламп, находящиеся под высоким напряже-
нием, не рекомендуется науглероживать из-за
возможности бурного местного выделения
газов.
На рис. 9-4-16 для сравнения приведены
данные о степени черноты (найденной путем
определения полной излучательной способно-
сти в зависимости от температуры) чистой и
науглероженной поверхности анодов из нике-
ля или железа, покрытого никелем. Эти кри-
вые наглядно показывают, что карбонизация
дает лучшие результаты, чем чернение кол-
лоидным графитом. Сравнительные данные об
излучательной способности при высоких тем-
пературах карбонизированных и чистых нике-
левых анодов с поверхностью, обработанной
различными методами, приведены на рис. 9-4-17.
Примеры применения карбонизированного
никеля в высоковакуумных и газоразрядных
приборах приведены на рис. 9-4-18 и 9-4-19.
XII. Осаждение покрытий из газовой фазы
Осаждением из газовой фазы можно по-
лучить покрытия из чистых тугоплавких ме-
таллов или их соединений. Материал, служа-
щий подложкой (чаще всего W, Pt, Мо, С),
нагревают в атмосфере паров галогенных со-
единений осаждаемых металлов (W, Та, Мо,
Ti, Zr, Hf, Rh). После термического разложе-
ния металлический компонент соединения
осаждается на накаленном металле подложки.
Более подробно см. § 7-1 и 7 2, а также
[Л. 1, 2, 12, 29, 42, 50, 65] и обзоры [Л. 9
и 59]. Таким способом можно, например, по-
крывать цирконием вольфрамовую проволоку
для сеток термическим разложением йодида
циркония (Л. 3], благодаря чему в значитель-
ной степени подавляется вторичная электрон-
ная эмиссия [Л. 62]. Метод осаждения мо-
либденовых покрытий на никель, никелиро-
ванное железо и CuNi (с содержанием
Ni>5:-10%) из хлористого молибдена
см. § 3-3, рис. 3-3-8.
О применении для осаждения покрытия
гкарбонильных соединений метал-
лов (Ni, Fe, Cr, Мо, W, Со и Ru)
см. [Л. 56].
XIII. Покрытие поверхности
порошками металлов, окислов
или карбидов
Из порошка изготовляют су-
спензию, применяя легко испа-
ряющиеся растворители и свя-
зующие вещества (например, эти-
ловый спирт с 10% камфоры),
а затем пульверизатором или
кисточкой наносят ее на поверх-
ность очищенных деталей. Суш-
ку производят при комнатной
температуре или при небольшом
нагревании в сушильном шкафу
Рис. 9’4-15. Устройство для приготовления смесей па-
ров бензина со светильным газом (по данным фирмы
Philips).
1 — металлический резервуар с бензином; 2— рубашка
водяного охлаждения; 3—бензопровод; 4—поплавок
в виде колокола; 5—отверстия для поступления газа
в колокол; 6— отверстия в колоколе для распределе-
ния светильного газа; 7—трубопровод для подвода
светильного газа; 8 — трубопровод для вывода смеси
светильного газа и паров"бензина; 9—смотровое окно
для наблюдения за уровнем бензина.
Светнльпы ! газ поступает через 7, протекает по подъ-
емной трубке до ее открытого конца, затем течет в
обратном направлении, обтекая трубку снаружи, до
отверстий 5, где проникает в поплавок 4, покидает
его через отверстия 6 н после пробулькивания через
бензин выходит по трубопроводу 8. Поплавок 4, а сле-
довательно, и отверстия 6, прн различных уровнях бен-
зина находятся на одинаковой глубине от его поверх-
ности; поэтому путь, проходимый пузырьками светиль-
ного газа, и количество поглощенных нм паров бензи-
на не меняются. Од поврем нно через смотровое окно 9
можно контролировать уровень бензина в резервуаре.
§ 9-4]
Обработке, поверхности металлов
603
Рис. 9-4-16. Зависимость полной излучательной способ-
ности Е никеля и никелированного железа с различно
обработанной поверхностью от температуры Т [Л. 7,67].
Слева вверху; полная излучательная способность гра-
фита с шероховатой поверхностью (см. также табл.
8-5-1).
/ — полированный никель; 2—N2* холоднокатаная; 5—
hJ2, протравленная; 4—N2, обработанная пескоструй-
ной; 5—окисленный никель; 6—никель, покрытый по-
лированой'пленкой аквадага; 7—N2, покрытая матовой
пленкой аквадага; 8—никель, покрытый матовой плен-
кой аквадага; 9 — N2, обработанная пескоструйкой, а
затем покрытая аквадагом; 10—N2 протравленная, а
затем карбоннрованная; 11 — окисленный, а затем кар-
бонированный никель; 12—N2, обработанная песко-
струйкой, а потом карбоннрованная; S— абсолютно чер-
ное тело (по отношению к окружающему пространству
с температурой 20° С). * Жесть №, (Nipron, Nifer) —
покрытая с двух сторон никелем и холоднокатаная
железная жесть (см. 6-5,VIII).
вт/сМ2
Рис. 9-4-17. Зависимость полной излучательной спо-
собности Е карбонизированных никелевых анодов от
температуры Т по сравнению с излучательной способ-
ностью черного тела и некарбонизированных никеле-
вых анодов с различной обработкой поверхности [Л. 27].
1 — шли фованный никель; 2 — перфорированный пикель;
3 — никелевая сетка: 4— карбонизированный никель;
5 — черное тело.
Рис. 9-4-18. Мощный пентод с карбони-
зированным никелевым анодом, прямона
кальным оксидным катодом и оболоч кой
из легкоплавкого стекла (изготовитель;
Tesla, Прага; тип RL65A, максимальное
анодное напряжение 1,5 кв', предельный
анодный ток 125 ма', мощность, рассеи-
ваемая на аноде, 65 вт).
Камфора при этом возгоняется без разложе-
ния. В качестве связующего вещества приме-
няют раствор концентрированной нитроцел-
люлозы (примерно 13,4% N2) в амилацета-
те [Л. 61], который уже при нескольких стах
градусов (чаще всего при нагревании током
высокой частоты под колпаком в вакууме)
испаряется без остатка. В последнее время
используют также кремнийорганические золи,
полученные из этилсиликата (C2H5O)4Si, кото-
рые после разложения при нагревании остав-
ляют как бы скелет из инертной SiO2, что по-
вышает прочность покрытия [Л. 77].
В качестве чернящего порошка применяют
(главным образом для анодов) порошок
вольфрама (см. табл. 9-4-9), TiO2+C (см.
табл. 9-4-110) и окись никеля (см. табл. 9-4-11).
Для чернения применяют также окись вана-
дия У2Оз, которая представляет собой черный
порошок с высокой электропроводностью,
устойчивый до 1900° С. Ее получают путем
обжига V2O5 в водороде. Применяют также
окись хрома Сг2О3 42S.
Для подавления термоэлектронной эмис-
сии сеток применяют смеси окислов вольфра-
ма и тантала, которые при нагревании в во-
------------ /
428 Точка плавления 1 9909 С, коэффициент мо-
о
нохроматического излучения 87—90% Для 7v=6 500 А
между 1 000 и 1 400° С [Л. 52], полная излучательная
способность от 75% (величина зерен 1,5 мк) до 90%
(величина зерен 8 мк) при 1 000° С [Л. 34].
604
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Таблица 9-4-9
Чернение деталей путем нанесения на них суспензии вольфрамового
порошка методом пульверизации
А. Изготовление суспензий (по желанию I или II)
I. 250 см3 амилацетата
250 см3 ацетона
125 см3 метилового спирта
50 см3 6%-ного раствора
коллодия в этиловом
спирте
После растворения до-
бавить 175 г порош-
ка вольфрама (размер
зерен 0,5 мк, черный) и
17,5 г порошка Fe (раз-
мер зерен 0,5 мк)
Суспензию взбалты-
вать в сосуде ем-
костью 1 л 2 ч
100 г очень мелкого черного порошка
вольфрама
50 см3 раствора биндера (раствор 45 г
нитроцеллюлозы Е950 в 1 л амилаце-
тата)
50 см3 амилацетата
Суспензию размалывать в шаровой мель-
нице (5 л) с фарфоровыми шарами ве-
сом 300 г (диаметр 20—35 мм) при
45 об/мин в течение 12 ч
200 см3 метилового спирта
В. Покрытие тщательно промытых в бензние и спирте и закрепленных иа вращающейся
рамке анодов одной из указанных суспензий с помощью пистолета-пульверизатора при непре-
рывном перемешивании суспензии.
Давление сжатого воздуха 1,5 ати, расстояние между выходным отверстием пистолета и
анодом: 0,5 м. Внутреннюю поверхность анодов следует закрывать ватой. Можно также плот-
но насаживать аноды на шаблоны.
Толщина слоя должна быть такой, чтобы металл подложки не просвечивал сквозь покры-
тие. Сушку слоя производят обдуванием деталей очищенным от масел воздухом.
С. Спекание слоя: подвешенные на проволочках аноды отжигают в формиргазе в течение
10 мин при 1 000° С. Некоторые изготовители рекомендуют отжиг в течение 5 мин при 800° С,
так как излучательная способность слоя уменьшается с увеличением продолжительности и тем-
пературы спекания. Спекание можно производить также в вакууме; нагревая детали тока-
ми в. ч.
D. Обезгаживание анодов в вакууме 15 мин при 1 000° С, а затем 5 мин при 900° С.
Конечный вакуум: 10" 4 мм рт. ст.
дороде частично восстанавливаются [Л. 23].
Нанесение окиси циркония на вольфрамовые
и молибденовые сетки применяют для сниже-
ния их вторичной электронной эмиссии [Л 13].
Покрытия из порошкообразных Та, Zr,
Ti и Th, обезгаженпых в вакууме, главным
образом на шероховатых поверхностях молиб-
деновых анодов (см., например ,[Л. 25]), при-
меняют для повышения излучательной способ-
ности деталей (см. рис. 3-3-13А и 7-1-7). Эти
металлы применяются также вследствие их вы-
сокой способности к поглощению остаточных
Таблица 9-4-10
Чернение анодов пастой на основе ТЮ2
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
605
Таблица 9-4-11
Паста для чернения анодов
из закиси никеля
А. Получение закиси никеля
1. Порошок никеля окисляют в никелевых
лодочках 1 ч в потоке Ог(1,5 л) мин
при 950° С.
2. Закись никеля размельчают, а затем раз-
малывают 2—3 недели в шаровой мельнице с
фарфоровыми шарами.
3. Порошок просеивают сквозь сито
130 меш') из фосфористой бронзы. Готовый
порошок следует сразу же подвергать даль-
нейшей обработке.
В. Приготовление суспензии для пульве-
ризации
1. 2 кг просеянной безводной закиси нике-
ля (п. А) смешивают с 1,4 л связующего
раствора, приготовленного путем растворения
50 г нитроцеллюлозы „Е 1160“ в смеси 1,6 л
метилгликоацетата и 400 см3 бутилового
спирта.
2. Суспензию размалывают в шаровой мель-
нице емкостью Зле фарфоровыми шарами в
течение 22 ч.
С. Нанесение покрытия
1. Пульверизация см. табл. 9-4-9, п. В.
2. Отжиг деталей в водородной печи в гра-
фитовой лодочке, облицованной никелем, в те-
чение 8 мин при 1 350° С.
*) Порошок, не прошедший сквозь енто, присо-
единяют к следующей партии и вновь размалывают.
газов. Метод нанесения карбида циркония на
молибденовые сетки с последующим платини-
рованием или золочением см. {Л. 44].
Метод нанесения слоя хрома из его хло-
рида (СгС12) на поверхность железных дета-
лей см. § 6-5-VI
XIV. Прочие методы обработки
поверхности металлов
а) Нанесение блестящих
металлических покрытий
О получении блестящих покрытий из бла-
городных металлов (например, из серебра, зо-
лота, платины), которые используются в основ-
ном для металлизации стеклянных и керами-
ческих поверхностей, однако в отдельных слу-
чаях могут применяться и для покрытия тон-
ких проволок, см. § 10-4-11.
б) Покрытие металлов
изолирующими пленками
1. Эмалирование нанесением и наплавле-
нием тонких пленок стеклянного порошка.
2. Спекание напыленных пульверизацией
или нанесенных катафорезом порошкообраз-
ных керамических материалов, особенно А12О3,
на вольфрамовые нити накала.
3. Нанесение эмиссионных покрытий ме-
тодами катафореза или пульверизации.
Рис. 9-4-19. Ртутный газотрон с накален-
ным оксидным катодом, оболочкой из
тугоплавкого стекла, никелевым карбо-
низированным анодом, экраном из поли-
рованного никеля и молибденовыми вво-
дами в стекло. Максимальное обратное
напряжение 9 кв, сила тока: при дли-
тельной эксплуатации—I а, пиковое зна-
чение—5а (Изготовитель: Tesla, Прага,
тип UA1A).
в) Маркировка металлических
деталей
Во многих случаях необходимо наносить
па металлические детали различные индексы
или штампы изготовителей и т. п. «Чер-
нила» для маркировки, которые практи-
чески пригодны для всех неблагородных ме-
таллов (Ag, Cu, Fe, Ni), можно приготовить
следующим образом: смешать 170 г селено-
вой кислоты (H2SeO3), 120 г ,НС1 (плот-
ность 1,19 г!см3) и 300 см3 дистиллированной
воды, нагреть на водяной бане до растворе-
ния твердых материалов и профильтровать
(в теплом состоянии) сквозь стеклянную ва-
ту. Жидкость можно использовать после ох-
лаждения; хранить ее следует в посуде с при-
тертыми пробками. Перед применением на
стеклянную доску или на доску из пластмас-
сы нужно положить сложенное несколько раз
полотно и увлажнить его жидкостью для
маркировки (табл. 9-4-12). Маркировать нуж-
но обычными резиновыми печатками, кото-
рые смачивают на этом полотне как на обыч-
ной штемпельной подушке. Писать вручную
можно обычной стеклянной палочкой, намо-
ченной теми же чернилами. Надписи получа-
606
Специальные методы обработки металлов
[ Гл. 9
Таблица 9-4-12
Штемпельные чернила для металлов
А)
100 г металлического теллура
500 см3 царской водки (1 часть
HNOj х. ч. и 3 части НС1 х. ч.)
Теллур растворяют в кислоте и упа-
ривают раствор.
Выход-, около 205 г
хлористого теллура (ТеС14)
В)
670 слг3 конц. НС1 х. ч.
205 г хлористого теллура см. п. „А*
Длительное нагревание при переме-
шивании до полного растворения
Ввести в раствор: 100 г хлористой сурьмы SbCl3 — После растворения и охлаждения в раствор вводят 10 ел3 30%-ной пе- рекиси водорода (Н2О2), после чего раствор фильтруют
100 г хлористого висмута В1С13
330 см1 дистиллированной воды —
130 г хлористой меди СиС1а
Для предотврашения слишком бы-
строго высыхания состава при хра-
нении в него вводят 10% об. глице-
рина
готся очень прочными и их можно удалить
только шлифованием поверхности.
Для маркировки внутренних деталей элек-
тронных ламп с чувствительными катодами
(оксидные, пленочные) селеновые чернила
нельзя рекомендовать. В таких случаях сле-
дует применять штампы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ark el А. Е. Van, Physica, 3 (1923),
76; Z. anorg. allg. Chemie, 148 (1925), 345
(Осаждение вольфрама из газовой фазы).
2. А г k е I А. Е. V а п, Physica, 4 (1924),
286 (Осаждение вольфрама, титана и карби-
да тантала).
3. А г k е 1 А. Е. Van, Metallwirtschaft,
13 (1934), 405, 511 (Получение дуктильного
циркония осаждением из газовой фазы).
4. А г п d t К. u. Е n d г a s s Н., Z. Metall-
kde, 30 (1938), 21—24 (Черное хромирование).
5. Astm-Preprint 61, Juni 1957 (Стр. 12—
13: карбонизированная никелевая и никелиро-
ванная стальная жесть для электровакуум-
ных приборов).
6. Bakker I., US Pat. 2 494 425/1950
(Электролитическая полировка графитовых
анодов).
7. Barnes В. Т., Phys. Rev., 34 (1929),
1026—1030 (Излучательная способность бле-
стящего и шероховатого никеля).
8. Baukloh W., Giesseri, 22 (1935),
406 (Алитирование железа для подавления
диффузии водорода).
9. В е с к е г К., Hochschmelzende Hart-
stoffe und ihre technische Anwendung, Berlin,
1933
10. В e с к e г К. u. E w e s t H., Z. techn.
Physik, 11 (1930), 148 und 216 (Работа выхода
электронов карбида тантала).
11. Berka I. u. Vyskocil J., Tri-
chlorethylen, Praha, 1955.
12. Boer I. H. De, Fast J. D., Z. anorg.
Chem., 187 (1930), 177 (Осаждение металлов
из газовой фазы).
13. В о u m е е s t е г Н. G., Philips Techn.
Rundschau, 2 (1937), 115 (Покрытия .из окиси
циркония).
14. Briggs Т. Н., Metals and Alloys, 9,
(Nov. 1938), 303—306 (Карбонизированный
никель).
15. Buchner G„ Hilfsbuch ffir Metall-
techniker, 3. Aufl., Berlin, 1923.
16. Burgess G. K., a. Foote R. D.,
Bull. Bur. Stand., 11 (1914), 41—63 (Излуча-
тельная способность окиси никеля).
17. Bush S. H., Mat. a. Methods (Juni
1954), p. 137, 139, 141 (Рецептуры растворов
для электролитической полировки металлов).
18. Challansonnet J. u. Cham-
paix R., Rev. du Nickel, 16 (1950), 61—70
(Карбонизированный никель).
19. C h i I d s W. J. et al., Transact. Am.
Sor. for Metals, 43 (1951), 105—121 (Покры-
тие никеля и сплава Ni Си молибденом).
20. D e Sy u. Haem er s, Rezeptur fur
electrolytisches Polierbad mit Perchlorsaure;
См. [Л. 49], стр. 2177.
§ 9-4]
Обработка поверхности металлов
607
21. Dettner W„ Metall, 7 (1953), 325—
328 (Электролитическая и химическая поли-
ровка).
22. Dor ling Е., Die Technik, 12 (1953),
821—823 (Присадки, стабилизирующие процесс
травления).
23. Е i t е 1 W. W. et al., Can. Pat. 466
332 to 466 334/1945/50 (Подавление термо-
эмиссии сеток путем нанесения на них слоя
окислов вольфрама или тантала).
24. Espe W., Ferriticke chromzelezo pro
zatavy do skla ve vakuove technice, Prana,
1953: Ferritisches Chromeisen fiir vakuumdichte
G1 as—Meta 11—Verschmelzungen, Vakuum-Tech-
nik, 4 (1955), 82—100.
25. Espe W., Zirkon, jeho vyroba, vlast-
nosti a pouziti ve vakuove technice, Praha,
1952; dto: Zirkonium, seine Herstellung, Eigen-
schaften und Verwendung in der Vakuumtech-
nik, Fiissen Allg., 1953.
26. Espe W., Kovar, uzitecny material pro
vakouvou techniku a stavbu pristroju, Praha,
1953; dto.: Kovar, ein niitzlicher Werkstoff der
Hochvakuum- und Geratebau-Technik, Fiissen
Allg., 1956.
27. Espe W., Hmoty pro elektrotechniku;
tabulky a diagramy, Praha, 1950; dto.: Werk-
stoffe der Elektrotechnik in Tabellen und Dia-
grammen, Berlin, 1954.
28. Field S. u. Weill A. D., Electropla-
ting, A survey of modern practice, 6. Aufl., New
York, 1951.
29. F i s c h v о i g t H. u. К о r e f F., Z.
techn. Phys., 6 (1925), 206 (Осаждение молиб-
дена из газовой фазы).
30. G а 11 J. Е. u. М i 11 е г Н. С., US
Pat. 2 466 095/1944/1949 (Блестящее травле-
ние тантала).
31. Hall L. G., Phys. Rev., 47 (1935),
418 (Диффузия алюминия в железе).
32. Hancher R. L., Metallurgia (Man-
chester), 49, (1954), 47—51 (Электролитическая
полировка).
33. Н е у е s J., Werkstattechnik u. Mas-
chinenbau, 43 (1953), 122—126 (Электролити-
ческая полировка).
34. Н il d К, Mitt. Kais-Wilh.-Institut
Eisenforscbung, Diisseldorf, 14 (1932), 60 (Из-
лучательная способность окислов металлов).
35. Н i 11 i е г М. и. В е 11 R. L., J. Appl.
Phys., 9 (1958), 97 (Никелирование молиб-
дена) .
36. Н о 1 s t е i n Е., Zentralbl. Gewerbehy-
giene und Unfallverhiitung, 24 (1937), 49—54
(Отравление трихлорэтиленом).
37. Homstead R. u. Goldman I.,
Sylvania Technologist, 1 (1948), № 1, p. 9—15
(Применение электроосаждения металлов в про-
изводстве ламп СВЧ).
38. J а с q u е t Р. A., Comptes Rendus,
201 (1935), 1473—1475 (Методы электролити-
ческого полирования металлов).
39. J а с q u е t Р. A., Metallurgical Revi-
ew, 1 (1956), 157—238 (Электролитическое и
химическое полирование металлов).
40. Johnston Н. L. u. Marshall A. L.,
J. Am. Chem. Soc., 62 (1940), 1382 (Давление
паров окисн никеля).
41. Korbelak A., Plating, 40 (1953),
1126—1133 (Никелирование молибдена после
хромирования).
42. Ко ref F., Z. Elektrochem., 28 (1922;.
511 (Осаждение вольфрама из газовой фазы).
43. Krause Н., Masch.-Bau, 12 .(1933),
599 (Химическая очистка металлов).
44. Krol J. W. A. (Philips), DBR-Ausle-
geschrift, 1021 502/1957 (Подавление термо-
эмиссии молибденовых сеток путем нанесения
на молибденовую проволоку слоя ZrC и по-
следующего гальванического платинирования
или золочения).
45. Lewkonja G. u. Baukloh W.,
Metallkde, 25 (1933), 309 (Диффузия водоро-
да в железе).
46. Loh L. Т., Rev. Sci. Instr., 23 (1952),
339—341 (Травление медных штенгелей).
47. L о n g A. L., Journ. Soc. Glass Tech-
nol., 30 (1936), 76—79, 88—89 (Травление ме-
таллических вводов).
48. Metals and Plastics Publ. Inc., Metal
finishing guidebook, 27 Aufl., 1959.
49. Michel P., Report on recent research
in electrolytic polishing; Sheet Metal Industries,
Oct. 1949, p. 2175—2189 (Электролитическая
полировка металлов).
50. Moers К., Z. anorg. allg. Chem., 198
(1931), 233 (Метод осаждения металлов из
газовой фазы).
51. Muth u. Со., DRP 515 763/1927/1931
(Травление вводов ртутных выключателей).
52. Nawo L., Elektrotechn. Z., 35 (1934),
904 (Окись хрома).
53. Nickel-Informationsbiiro, Techn. -Infor-
mations-Schrift «Allgemeines zur Vernicklung»,
Diisseldorf, 1956.
54. N i n e u i 1 M. P., Le Vide, 5, № 27
(Mai 1950), p. 807—813 (Электролитическая
полировка металлов).
55. N. N., Siemens-Z., 15 (1935), 188 (Чер-
ное хромирование).
56. N. N., Gas plating offers versatility,
Steel, 133 (1953), Oktoberheft, p. 120—121, 124
(Нанесение покрытий на металлические и не-
металлические детали методом осаждения из
газовой фазы).
57. 011 а г d Е. A. u. Smith Е. В.,
Handbook of industrial electroplating, 2. Aufl.,
London, 1954.
58. Pfanhauser W., Galvanotechnik, 9
Aufl., Leipzig, 1949 (2 Bde).
59. P i r a n i M., Elektrothermie, Berlin,
1930.
60. P о p i 1 о v L. I., Elektrolyticke lesteni
kovu (Электролитическая полировка металлов),
Praha, 1949.
61. Rogers A. N., Trans. Electrochern.
Soc., 88 (1945), 207—213 (Состав лаков, ис-
пользующихся для приготовления суспензий
металлических порошков).
62. Rusterholz F., ETZ, 71 (1950), 453
(Цирконнрование молибденовых сеток).
63. Schlesinger G., Surface finish,
London, 1942.
64. S i m о n d s H. a. Bregman A., Fi-
nishing metal products, New York, 1946.
65. S k a u p у F„ DRP 437 165/24/26 (На-
несение покрытий карбида тантала на воль-
фрам).
66. S t е у s k а 1 Н., Arbeitsverfahren und
Stoffkunde der H. V;-Technik, Mosbach/Baden,
1955 (Стр. 107—108: электролитическая поли-
ровка). (Окончание на стр. 616).
608
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
§ 9-5. ПРИЛО
Периодическая си
Период 1 группа П группа III группа IV группа V группа
1 н 1,0080
2 3Li 6,940 4Ве 9,013 5B 10,82 6C 12,011 7N 14,008
3 HNa 22,991 12Mg 24,32 13 Al 26,98 14S1 28,09 15P 30,975
4 19К 39,100 29Cu 63,54 20Са 40,08 30Zn 65,38 21Se 44,96 31Ca 69,72 22Ti 47,90 32Ge 72,60 23V 50,95 33As 74,91
5 37Rb 85,48 47Ag 107,880 38Sr 87,63 48Cd 112,41 39Y 88,92 49In 114,82 40Zr 91,22 50Sn 118,70 41Nb 92,91 51Sb 121,76
6 55Cs 132,91 79Au 197,0 56 Ва 137,36 80Hg 200,61 57La* 138,92 81 TI 204,39 72Hf 178,50 82Pb 207,21 73Ta 180,95 83B1 209,00
7 87Fr4 223, ... 88Ra 226,05 89Ac® 227
• 58—71 Редкоземельные элементы 58Ce 140,13 59Pr 140,92 60Nd 144,27
6 (лантаниды) 65Tb 158,93 66Dy 162,61 67Ho 164,94
© 90—103 актиниды 90Th 232,05 91Pa 231,... 92U 238,07
7 97Bk’ 249, .. 98Cf*° 249 99Fmn 255
1 0: п — нейтрон.
2 61; Рт — прометий. Устаревшее название: иллий (иллиний).
8 85: At — астатин. Ранее этот элемент называли алабамином (АЬ) или эка-йодом.
4 87: Fr —франций. Устаревшие названия Vi-’ (виргиний), Ак (актиний К) или эка-цезий.
5 93: Np — нептуний. Устаревшие названия : трансуран н экарений.
е 94: Ри — плутоний.
’ 95: Ат — америций.
§ 9-5]
Приложение
60 9
ЖЕНИЕ
стема элементов
Таблица 9-5-1
VI группа VII группа VIII группа 0 группа
По1 1,0086
2He 4,003
80 16,00 9F 19,00 lONe 20,183
16S 32,066 17С1 35,457 18Ar 39,944
24Сг 52,01 34Se 78,96 25Мп 54,94 35Вг 79,916 26Fe 27Co 28N1 55,85 58,94 58,71 36Kr 83,80
42Мо 95,95 52Те 127,61 43Тс 99,... 53J 126,91 44Ru 45Rh 46Pd 101,1 102,91 106,4 54Xe 131,30
74W 183,86 84Ро 210,... 75Re 186,22 85Ats 210,... 76Os 77Ir 78Pt 190,2 192,2 195,09 86Rn 222,...
61Рш! 145 62Sm 150,35 63Eu 64Gd 152,0 157,26
68Ег 167,2 69Tu 168,94 70Yb 71Lu 173,04 174,99
93Nps 237,... 94Pu« 242,... 95Am7 96Cm8 243,... 244,...
lOOEs11 254 101Md13 256 102No14 257
«96: С tn — кюрий.
* 97: Вк — беркелий.
10 98: Cf — калифорний.
11 99: Fm — фермий (ранее — афиний, Ап).
“ 100: Es — эйнштейний (ранее — центнй, Ct).
,s 101: Md—менделевий.
14 102: No—нобелий.
39—2200
610
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Таблица 9-5-2
Международные атомные веса элементов (1953 г.)
Элемент Символ Атомный номер Атомный вес Элемент Символ Атомный номер Атомный вес
Азот N 7 14,008 Нептуний . . . Np 93 [237]
Актиний Ас 89 227 Никель Ni 28 58,71
Алюминий А1 13 26,98 Ниобий Nb 41 92,91
Америций Ат 95 [243] Нобелий No 102 253
Аргон Аг 18 39,944 Олово Sn 50 118,70'
Астатин At 33 74,91 Осмий Os 76 190,2
Барий Ва 56 137,36 Палладий Pd 46 106,4
Бериллий Be 4 9,013 Платина Pt 78 195,09'
Беркелий Bk 97 [249] Плутоний ... Pu 94 [242].
Бор В 5 10,82 Полоний Po 84 210
Бром Вг 35 79,916 Празеодим Pr 59 140,92
Ванадий V 23 50,95 Прометий . ... Pm 61 [1451
Висмут Bi 83 209,00 Протактиний . Pd 91 231
Водород Н 1 1,0080 Радий Ra 88 226,05
Вольфрам W 74 183,86 Радон Rn 86 222
Гадолиний . ... Gd 64 157,26 Рений ... Re 75 186,22
Галлий Ga 31 69,72 Родий Rh 45 102,91
Гафний Hf 72 178,50 Ртуть Hg 80 200,61
Гелий Не 2 4,003 Рубидий Rb 37 85,48
Германий Ge 32 72,60 Рутений Ru 44 101,1
Гольмий Но 67 164,94 Самарий Sm 62 150,35
Диспрозий Dy 66 162,51 Свинец Pb 82 207,21
Европий .... Eu 63 152,0 Селен Se 34 78,96
Железо Fe 26 55,85 Сера S 16 32,066°
Золото Au 79 197,0 Серебро . Ag 47 107,880-
Индий In 49 114,82 Скандий . . . . Sc 21 44,96
Иридий Ir 77 192,2 Стронций Sr 38 87,63
Иттербий Yb 70 173,04 Сурьма Sb 51 121,76
Иттрий Y 39 88,92 Таллий . TI 81 204,39
Йод J 53 126,91 Тантал Ta 73 180,95
Кадмий Cd 48 112,41 Теллур Те . 52 127,61
Калифорний .... Cf 98 249 Тербий Tb 65 158,93
Калий К 19 39,100 Титан Ti 22 47,90
Кальций Ca 20 40,08 Торий Th 90 232,05
Кислород О 8 16,000 Туллий Tm 69 168,94
Кобальт Co 27 58,94 Технеций Tc 43 99
Кремний Si 14 28,09 Углерод C 6 12,01 Г
Криптон Kr 36 83,80 Уран u 92 238,07
Ксенон Xe 54 131,3 Фермий Fm 100 255
Кюрий Cm 96 243 Фосфор P 15 30,975
Лантан La 57 138,92 Франций Fr 87 223
Литий Li 3 6,940 Фтор F 9 19,00
Лютеций Lu 71 174,99 Хлор Cl 17 35,457-
Магний Mg 12 24,32 Хром Cr 24 52,01
Марганец Mn 25 54,94 Цезнй Cs 55 132,91
Медь . Cu 29 63,54 Церий Ce 58 140,13
Менделевий .... Md 101 256 Цинк Zn 30 . 65,38
Молибден ... Mo 42 95,95 Цирконий Zr 40 91,22-
Мышьяк As 33 74,91 Эйнштейний .... Es 99 254
Натрий Na 11 22,991 Эрбий Er 68 167,2
Неодим Nd 60 144,27
Неон Ne 10 20,183
1 Вследствие различий в изотопном составе атомный вес природной серы может колебаться иа =1=0,003..
Таблица 9-5-3
39*
Основные Свойства элементов и их окислов
Символ Атом- ный номер Атомный (молеку- лярный) вес Масса атома ю-«х X? Удельный вес (20° С) р/С-и5] Точка плавления [°C] Точка кипения ГС] Удельное электри- ческое сопротив- леиие, [ом* мм*/я] Темпера- турный коэ И н- циент термиче- ского расшире- ния» [за] Прочие свойства см. в таблице Окисел
Символ Точка плавления [°C]
1 2 3 4 5 6 7 ' -8 9 10 11 12 13
Ag 47 107,880 180 10,5 960,8 2210 0,016 200 2,28 4-6-1 AgjO/AgjOj З00’/>100’
А! 13 26,98 44,9 2,70 659 2 300 0,027 255 3,74 5-5-1 А12 0,3 2 015—2 034
Аг 18 39,444 66,4 1,66-10-’ —189,4 —185,8 — 20-1 —. —
As 33 74,91 125 5,72 817 610® 0,35 47 5,1) AS2O3 321’
Au 79 197,0 328 19,32 1 063 2 970 0,023 145 4,58 4-5-1 Au2O >200’
В 5 10,82 18,0 2,3 2 300 2 600 ; 1,8-10” 83s 4,5 __ B20j 577
Ва 56 137,36 229 3,7 704 1 640 0,5 190 2,29 8-2-1 ВаО 1 920
Be 4 9,013 15,0 1,85 1 284 2 510 0,06 145 3,37 5-6-1 ВеО 2 530—2 570
Bi 83 209,00 318 9,8 271 1630 i 1,07 133’ 4,28 7-8-1 Bi2O3(₽) 817
Br 35 79,916 133 3,12 —7,3 58 — — •— —
С (графит) 6 12,011 20,0 2,25 ~3 700’ 1,8-10” 6—11 11—40’ 4,39 8-5-1 CO/COj —207*/—78,5’
Са 20 40,08 66,7 1,55 849 1 450 0,04 220 2,76 8-2-1 CaO/CaO2 -s.2 570/400’
Cd 48 112,41 187 8,65 321 765 0,07 298’ 3,92 7-6-1 CdO >1426
Се 58 140,13 —— 6,8 775 2 400 0,77 2,7 7-4-1 CeOg >2 600(1 950)
С1 17 35,457 59,1 — —101 —34,7 ,— __ —. —. -
Со 27 58,94 98,0 8,9 1 495 3 000 0,062 145 4,18 .— CoO/Co3O4 1 8107910’
Сг 24 52,01 86,5 6,9 1890 2 500 0,13 • 65 4,51 7-10-1 Cr2O3 2 440
Cs 55 132,91 221 1,9 28 690 0,19 970 1,89 8-3-1 Cs2O/Cs2O4 380’/432
Си 29 63,54 106 8,93 1 083 2 600 0,017 1 177 4,47 5-4-1 Cu20/CuO 1 230/1 030’
F 9 19,0 31,6 —218 —188,3 г ___
Fe 26 55,85 92,9 7,86 1 535 2 740 0,096 131 4,36 5-3-1 FeO/Fe2O3 1 371/-Ч.1 570
Fe3Ot 1 457
1
т ...
Ga 31 69,72 116 5,91 29,8 2 070 0,57 180’ ' 3,96 7-7-1 Ga2O3/Ga2O 1 725/>660
Ge 32 72,60 — ’5,36 959 (2 700) (900) — 4,56 — GeO2(p) -115
§ 9-5] Приложение
П родолжение табл. 9-5-3
Символ Атом- ный номер Атомный (молеку- лярный) вес Масса атома 10-=* х Хг Удельный вес (20° С) [г/см3] Точка плавления ГС) Точка кипения [°C) Удельное электри- ческое сопротив- ление, [ом • мм*/м] Темпера- турный коэффи- циент термиче- ского расшире- ния1 [КН!/град] ?о‘ [эв] Прочие свойства см. в таблице Ок ис ел
Символ Точка плавления [°C]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
а
>—»
to
Н2 1 2,016 3,35 0,088-10-’ —262 —252,8 — — — 20-1 H2O 0
Не 2 4,003 — 0,166.10-’ —271 —267 — — — 20-1 —. —>
Hg 80 200,61 334 13,55 —38,87 357 1,03 1 826’ 4,52 8-4-1 HgHfciHgC) 100“/430“
Hf 72 178,50 — 13,09 2 130 (5 400) 0,32 59” 3,53 7-1-1A •4,2 900
In 49 114,82 191 7,3 156 4,2 000 0,08 3307 —- 7-5-1 8502
Ir 77 192,2 — 22,5 2 454 •4.5 300 0,05 68 4,57 4-4-1 IrO2 990“
J 53 126,91 211 4,93 113,6 183 1,3-10” 930 — — — —
к 19 39,100 65,1 0,86 63 762 0,06 830’ 2,15 8-3-1 K2O4/K2O 380/—
Кг 36 83,8 139 3,488.10-’ -157,2 —153 — — — 20-1 —
La 57 138,92 ,— 6,15 866 4 340 0,59 3,3 — LSjOa 2 320
Li 3 6,940 11,5 0,53 186 1 370 0,09 560’ 2,39 8-3-1 Li2O >1 700
Mg 12 24,32 40,4 1,74 650 1 110 0,045 270 3,46 8-1-1 MgO/MgO2 2672—2 800/50
Mn 25 54,94 91,5 7,2 1 244 2 150 1,85 220 3,95 — MnO/Mn3O4 1 790/1 560
Mo 42 95,95 160 10,2 2 622 •4.4 800 0,055 53 4,27 3-5-1 MoO2/MoO3 7502/795
n2 7 28,016 46,6 1,165-10-’ —210 —196 — — — 20-1 N2O/NO/N2O3 —91/—164/—102
Na 11 22,991 38,3 0,97 97,7 890 0,04 710’ 2,27 8-3-1 Na2O/Na2O2 —/4802
Nb 41 92,91 155 8,5 2 500 -4,5 000 0,15 75 3,99 3-7-1 Nb2O5(7) 1 450—1 520
Ne 10 20,183 33,6 0,839-10-’ —248,6 —246 —. —. —— 20-1 ——
Ni 28 58,71 97,7 8,9 1 453 2 730 0,07 144 4,84 5-2-1 N1O” 1 960—1 990
o2 8 32,0 53,3 1,332-10-’ —218,7 —183 — — — 20-1 —
Os 76 190,2 — 22,6 •4,2 700 •4.5 500 0,095 55 4,55 4-4-1 OsO2/OsO4 650“/42
P (белый) 15 30,975 51,6 1,82 44 280 10” 1 250 — —L P4O„/P2O5 23/566
'Pb 82 207,21 345 11,3 327,4 1 740 0,21 293 4,02 — PbO(₽)/Pb2O4 885/530“
Pd 46 106,4 178 12 1 555 -4,3 000 0,11 122 4,82 4-2-1 PdO 790s
Pt 78 195,09 325 21,5 1 773 4 400 0,11 92 5,29 4-1-1 Pto/Pto2 550“/430
Специальные методы обработки металлов [ Гл.
со
П родолжение табл. 9-6-3
Символ Атом- ный номер Атомный (молеку- лярный) вес Масса атома ю-«х хе Удельный вес (20’ С) [г/см3] Точка плавления 1’С] Точка кипения [°C] Удельное электри- ческое сопротив- ление, [ом-ммум] Темпера- турный коэффи- циент термиче- ского расшире- ния1 [10-’1/су>а5] ’О [эв] Прочие свойства см. в таблице Окисел
Символ Точка плавления ]’С]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Rb 37 85,48 142 1,53 39 690 0,125 900’ 2,13 8-3-1 RbgOs/RbaOj 600/490
Re 75 186,22 310 20,6 3 176 5 900 0,21 63 5,1 3-8-1 Rf^Oj/RegOj 296/147
Rb 45 102,91 171 12,4 1 966 >4 000 0,05 83’ 4,65 4-3-1 Rh2O/RhO Rh2O3 1 030’/1 020’ 1 110—1 150’
Ra 44 101,1 — 12,2 2 500 4,4 900 0,08 91 4,52 4-4-1 Ru02/RuO4 1 000’/27
S 16 32,066 53,4 2,07 118—120 445 2-10’1 640’ ,— —. so2/so3 —75,7/16,85
Sb 51 121,76 203 6,68 630 1 620 0,4 85—108 4,08 —— SbgOj/SbaOg 655/300’
Se 34 78,96 131 4,26- 220 680 — 370’ 4,72 7-11-1 SsO2/SeO3 316’/120’
Si 14 28,09 46,8 2,3 1 414 2 480 10s (28—73) 4,1 — SiO2(P) SiO, (кристобалит) 1 610—1 670 1 702—1 713
Sn 50 118,70 198 7,28 231,9 2 270 0,11 220’ 4,11 9-3-4В SnO/Sn3O4 -х.1 040/1 100’
Sr 38 87,63 146 2,6 77 j 1 380 0,3 — 2,35 8-2-1 SrO/SrOj 2 450/170’
Ta 73 180,95 301 16,8 2 996 (4 100) 0,14 66 4,12 3-5-1 Ta2O5 1 470’
Те 52 127,61 212 6,2 452 1 390 -4,2 000 168’ 4,73 — TeO2 733
Th 90 232,05 386 11,7 1 690 4 200 0,15 131 3,41 7-3-1 ThO2 2 950—3 300
Ti 22 47,90 79,6 4,5 1 690 ^3 535 0,5 85’ 4,09 7-2-1 TiO (P)/Ti,O, 2 020/2 130
Ti 81 204,39 340 11,85 300 1 460 0,16 280’ 3,76 7-9-1 TiO2 T1OS/T12O3 1 830 490’/715
и 92 238,07 396 18,9 -vl 133 3 900 0,30 (486) 3,74 — uo2 2 176
V 23 50,95 6,1 1 900 4,3 400 0,26 96 4,11 4,50 —. v2o6 660
w 74 183,86 306 19,3 3 382 5900 0,055 44 3-2-1 WO,/WO,.(P) 1 580/1 470
Xe 54 131,30 218 5,495-Ю-3 —112 — 108 — — 20-1 ——
Zn 30 65,38 109 7,13 419,4 907 0,06 397 3,74 — ZnO Х.1 975е
Zr 1 в T циент терм ! Тем 3 Воз г ‘ Киш • SO, •ПОД 40 ех случг аческогс лература оняется гг при - кипит п давлени 91,22 1Ях, когда э рас ширен и разложена -191,6° С. ри — 10,02е ем. 152 то особе я в иит я. с. 6,5 не оговорено, грвале от 20 до 1 857 приводится 30Q’ С. 3 700 средний коэфф 0,42 и- 67 ’ 20—100’ • Коэффив • 20—750’ 10 0-1 000’ 11 «о—рабо “ См. табл 3,84 1 7-1-1 С. иент объемного рас С. С. га выхода электрон 9-4-5. ZrO2(₽) гширения при 100’ С. ов по данным (Л: 16]. 2 715
о
ь-*
00
§ 9-5] Приложение
Таблица 9-5-4
Температура плавления Tf и давление насыщенных паров Р элементов по данным [Л. 9]s
Элемент1 Tf Температура T [*K] при давлении насыщенных паров Р [мм рт. ст.)
°K 10"’ Ю-’ Ю-« IO"’ io-* 10-’ ю-’ Ю-* 1 10* 10’ 769
Ag 1 234 852 903 961 1 030 1 105 1 195 1 305 1 440 1 610 1 830 2 120 2 435
Al 932 950 1 010 1 080 1 155 1 245 1 355 1 480 1 620 1 820 2 050 2 350 2 720
As4 1 090 377 400 423 447 477 510 550 590 645 710 790 886
Au 1 33b 1 045 1 115 1 180 1260 1 355 1 470 1605 1 780- 1 980 2 240 2 580 2 982
В 2 300 1 650 1 735 1 850 1 960 2 100 2 250 2 430 2 650 2 930 3 300 3 730 4 200
Ba 983 560 600 640 690 740 810 900 1 000 1 140 1 310 1 570 1 910
Be 1 556 972 1 030 1 100 1 175 1 260 1 365 1 485 1 640 1 840 2 060 2 370 2 750
. SB! 544 590 629 672 723 781 851 934 1 035 1 165 1 330 1 555 832
Brs 266 113 120 128 137 147 159 174 192 214 243 282 331
s c — 1 950 2 030 2 140 2 250 2 380 2 520 2 700 2 900 3 140 3 420 3 800 (4 200)
Ca 1 123 555 590 630 675 725 790 865 960 1 090 1 240 1 480 i 765'
Cd 594 346 368 393 422 455 494 540 594 665 759 883 1 038
Ce 1 048 1 080 1 120 1 200 1 280 1 360 1 460 1 680 1 710 1 870 2 070 2 290 (1 530)
Cl2 172 —• — —• —» 103 112 123 136 153 172 201 239
Co 1 768 1 200 1 265 1 345 1 435 1 535 1 650 1 790 1 970 2 180 2 440 2 770 3 150
Cr 2 176 1 125 1 180 1 250 1 335 1 435 1 540 1 665 1 830 2010 2 240 2 550 2 938
Cs 303 256 274 295 319 348 383 425 479 550 646 786 958
Cu 1 357 1 005 1 065 1 135 1 215 1 305 1 415 1 545 1 700 1 895 2 140 2 460 2 851
Fe 1 812 1 150 1 220 1 290 1 380 1 180 1 595 1 740 1 910 2 120 2 370 2710 3 130
Ca 310 845 899 961 1 030 1 115 1 210 1 330 1 470 1 645 1 870 2 170 2510
Ge 1 210 1 085 1 150 1 225 . 1 310 1 415 1 535 1 680 1 855 2 070 2 350 2710 3 100
Hg 234 199 213 228 245 265 289 318 354 398 456 534 630
J2 387 178 188 199 212 226 242 262 285 312 345 388 456
In 429 770 820 877 943 1 020 1 110 1 220 1 350 1 515 1 730 2010 2 364
Ir 2 727 1 720 1 840 1 950 2 070 2 220 2 380 2 580 2 800 3 100 3 440 3 900 (4 400)
К 337 294 314 337 364 396 435 481 539 614 715 857 1 039
La 1 193 1 260 1 330 L430 1 535 1 650 1 800 1 970 2 170 2 420 2 730 3 180 3 640
Li 454 505 539 577 621 672 733 806 896 1 010 1 155 1 355 1 604
Mg 923 462 490 524 560 603 655 715 790 885 1 000 1 175 1 377
Mn 1 587 807 855 910 970 1 040 1 125 1 220 1 340 1 500 1 700 1 975 2 324
Mo 2 850 1 855 1 970 2 ПО 2 360 2 440 2 650 2 900 3 200 3 570 4 040 5 100
Na 371 350 373 400 431 511 563 628 710 818 967 1 163
Специальные методы обработки металлов [ Гл.
Продолжение табл. 9-5-4
Элемент1 Tf Температура T [° KJ при давлении насыщенных паров Р [мм рт. ст.]
°K ю-« КГ’ ю-« 10-’ ю-‘ IO'® ю-» Ю-" 1 101 10» 760
Nb 2 770 2 080 2 200 2330 2 470 2 630 ’2 810 ЗОЮ 3 250 3 530 3 900 (ч=4 550) 2 800 (4=5 200) 3 360
Nd 1 297 1 005 1070 1 150 1 230 1 335 1 465 1 615 1810 2 050 2 370
Ni 1 725 1 185 1 260 . 1 330 1 415 1 520 1 630 1 770 1 940 2 150 2 400 1 750 3 112
Os 2 970 1 980 2 100 ‘ 2 220 2'370 2 520 2724 2 930 .3190 3 500 3 860
р* 870 320 335 355 380 403 430 460 495 535 580 640 704
Pb 601 617 658 705 . 760 824 900 992 1 105 1 250 1 435 1 695 2 024
Pd ’ 1 823 1 180 1 255 1 330 1 430 1 535 1 660 1 820 2 000 2 240 2 560 2 940 3 400
SPo 527 387 408 432 460 493 536 587 655 745 860 1 025 1 235
Pt 2 043 1 560 1-650 1 755 1875 2015 2 180 2 350 2 590 2 860 3210 3 630 4 100
Rb 312 270 288 - 312 337 368 406 449 501 573 665 800 974
Re 3 453 2 200 2 330 2 480 2 640 2 830 3 060 3 330 3 670 5900
Rh 2 239 1 550 1 640 1 745 1 860 1 980 2 130 2 300 2 520 2 800 3120 3 530 (4 000)
Ru 2 700 (1840) 1 930 2040 2 190 . 2 330 2 500 2 700 2 940 3210 3540 3 950
s s 392 241 256 272 291 313 339 370 408 456 519 606 717
SSb 903 550 580 615 655 700 750 815 890 1 030 1 250 1 570 1 910
Sc 1 670 1 090 1 155 1 230 1 320 1 430 1 540 1 690 1 870 2 070 2 350 2 680 (3 020)
S Se 490 357 375 394 • 417 440 470 505 550 620 702 820 958
S Si 1 688 1 200 1 270 1 355 1 450 1 555 1 680 1 820 1 990 2 200 2 430 2 740 3 060
Sn 505 937 999 1 070 1 155 1250 1 365 1 500 1 670 1 885 2 160 2 540 2 952
Sr 1 043 499 533 571 615 667 729 804 896 1 015 1 170 1 380 1 640
Ta 3 270 2 230 2 360 2 510 2 670 2 860 3 080 3 340 3 645 4010 5 700
Tsj 723 451 476 503 534 569 609 656 3 645 4010 __ 5 700
Th 2 100 1 620 1 710 1 830 1 960 2 100 2270 2 470 2 700 2 990 3 330 3 770 (4=4 500) 3 559
Ti 1 963 1 330 1 415 1 500 1 600 1 715 1 850 2 000 2 200 2 450 2 750 3 130
TI 577 558 595 637 685 741 808 888 986 1 НО 1 270 1 480 1 740
U 1 403 2 130 1 405 1 495 1 600 1 715 Г 855 2010 2 200 2 430 2 720 3 070 3 540 4 200
V 1 428 1 510 1 600 1 705 1 824 1 960 2 120 2310 ’ 2 560 2 850 3 220 3 650
W (3 650) 2 340 2 480, 2 640 2 820 3030 3 280 3 570 3 915 —— 5 800
Xe 161 — — • — — — __ — 105 120 140 165
Zn 693 . 396 421 449 481 519 563 615 678 758 864 1 005 1 179-
Zr 2 125 1 745 1850 1 975 2 110 2 275 2 460 2 670 2920 3 250 3 620 4 688.
(например, /><)
Приложение
„„____1_1,3?б1?®е/а.влеяис паров (в случаях, когда газ образован различными по Составу молекулами данного вещества); индекс при символе элемента
означает, что газ образован в основном молекулами указанного состава. ,
Сведения о равновесном давлении важнейших паров и гааов (главных образом инертных газов Na и Ot) см. рис. 20-1.
сл
616
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
67. Szymanowitz R., Electronics, 16
(1943), 93, 178 (Излучательная способность по-
верхности различных сеток и анодов).
68. TKD: DRP 556 089/30/32.
09. Wagner ,Е. R., Electronics, 7 (1934),
104 und 213 (Исходные материалы для произ-
водства Электровакуумных приборов).
70. Wegener X., Z. Metallkde, 23 (4931),
285 (Мойка металлических деталей).
71. Wendt К., Kruppsche Mh., 3 (1922),
133; 6 (1925) 29 (Алитирование железа).
72. Western El. Со., Brit. Pat. 185
030/21/22 (Чернение деталей окисью никеля).
73. Western El. Со., DRP 545 329/24/32,
Brit. Pat. 228 760/24/25 (Окисленные хромо-
никелевые сетки).
74. Westinghouse, DRP 549 282/1929/1932
(Карбонизирование металлов).
75. W о е с k е 1 Е., Nickel-Berichte, 15
(1957), 59—61 (Применение никеля в электро-
вакуумных приборах).
75. Wood D„ Metal Ind. (NY), 36 (1938),
330 (Предварительное никелирование железа
и его сплавов).
77. Wooten L. A., US Pat. 2 348 045
und 2 368 600 (Применение этилсиликата для
приготовления суспензий нз металлических по-
рошков) .
Давление насыщенных паров элементов
(К табл. 9-5-4)
В случае свободного испарения связь меж-
ду данленнем насыщенных ларов Ps [мм рт. ст.]
и скоростью испарения W [г- см~2- сек-1] вы-
ражается соотношениями:
Р — — w Ут
Ps~yM*
И
«7 = 0,0585 У М
Ps
ут ’
где Т {°К] — температура и М— молекуляр-
ный вес испаряющегося вещества.
Измерения скорости испарения в опреде-
ленной области температур, таким образом,
позволяют определять давление насыщенных
паров элементов.
На рис. 9-5-4А— S-5-4C в форме графи-
ков приведены давления насыщенных па-
ров Ps н величины скоростей испарения важ-
нейших элементов <(н углерода) по данным
Дэшмана [Л. 4]. В табл. 9-5-4 приводятся
более современные данные Хонига [Л. 9]. Зна-
чительные расхождения в величинах, привод
димых различными авторами для отдельных
металлов, являются следствием эксперимен-
тальных трудностей, неизбежных при измере-
нии свободного испарения весьма малых
количеств веществ.
В общем случае, но далеко не всегда,
давление насыщенных паров металла Ps тем
выше, чем ниже его точка плавления
(рис. 9-5-4Д). В большинстве случаев макси-
мально допустимая рабочая температура ме-
таллов в электровакуумных приборах опреде-
ляется именно величиной давления насыщен-
ных паров, а не температурой плавления (за
исключением, например, олова и индия).
Максимальная рабочая температура спла-
вов определяется, как правило, давлением
насыщенных паров наиболее летучей компо-
ненты.
Зная величины скорости испарения
W [г см~2 сек-1] или давления насыщенных
паров Ps мм рт. ст., можно определить тол-
щину слоя D[mm] вещества, испаряющегося
с поверхности металла за 1 ч при темпера-
туре Г(°К]:
W Ум
D = 36 000 — = 2 100 —
Y Т УТ
где у[е/см~3] — удельный вес, а М — молеку-
лярный вес испаряющегося вещества.
Плотность молекул Л/s (число атомов или
молекул в 1 см3), находящихся в объеме элек-
тровакуумного прибора, равномерно нагретого
до температуры Т° К, при наличии конденса-
та может быть определена из уравнения
As=9,7.H0,8Ps/r [сл~3],
где Ps[mm рт. ст.)—давление насыщенных
паров.
Таблица 9-5-5
Распространенность важнейших металлов в земной коре
• Металл Содержание, % Металл Содержание. %
Кремний • . 27,72 Стронций • 0,015
Алюминий 8,13 Ванадий 0,015
Железо • 5,00 Никель • • . . 0,01
Кальций 3,63 Медь 0,01
Натрий 2,83 Вольфрам . . - ...... 0,0069
Калий 2,59 Церий • • . 0,0046
Магний 2,09 Олово • • - • . 0,004
Титан . . . . • 0,44 Цинк 0,004
Марганец 0,1 Кобальт «... 0,004
Рубидий • . . 0,031 Ниобий 0,002
Барий 0,025 Свинец 0,0016
Цирконий 0,022 Молибден 0,0015
Хром 0,02 Тантал • 0,0015
40—2200
Рис. 9-5-4А. Давление насыщенных паров металлов Р$ в области температур от 300 до 1 30G* К (а основном по данным [Л. 4 }). LT —температура плавления.
§ 9-5]________ ______Приложение 617
40*
Рис. 9-5-4С. Скорость испарения металлов W в области'температур'от ;300 до 4 000* К по данным (Л. 4].
§ 9-5 ] Приложение
>—•
<£>
620
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Рис. 9-5-4D. Зависимость температуры Т 10"’» при которой давление насыщенных паров достигает
10“’ мм pm. cm., от температуры плавления Г^е для основных металлов и углерода [Л. 5, 6).
Таблица 9-5-8
Полное излучение абсолютно черного тела в зависимости от температуры Т [°К],
вычисленное по уравнению Стефана—Больцмана: S=5,6694-10~12r4 (S [вт/сл?]; Т[°К]
Температура окружающего пространства 0° К1
т 7* S Т S
-к •С вт-см* ’к °C вт>см~2 °К “С вт-см~‘
300 27 0,045 1 300 1 027 16,0 2 600 2 327 258
350 77 0,089 1 350 1 077 18,6 2 700 2 427 300
400 127 0,144 1400 1 127 21,8 2 800 2 527 346
450 177 0,241 1 450 1 177 25,0 2 900 2 627 400
500 227 0,354 1 500 1 227 28,5 3 000 2 727 455
550 277 0,51 1550 1 277 32,6 3100 2 827 520
600 327 0,73 1 600 1 327 37,2 3 200 2 927 593
650 377 1,00 1 650 1 377 42,0 3 300 3 027 668
700 427 1,36 1 700 1427 47,2 3 400 3127 746
750 477 1,79 1 750 1 477 53,0 3 500 3 227 850
800 527 2,31 1800 1 527 59,5 3 600 3 327 950
850 577 2,95 1 850 J 1 577 66,0 3 700 3 427 1052
900 627 3,74 1 900 1 627 73,8 3 800 3 527 1 140
950 677 4,62 1 950 1 677 81,1 3 900 3 627 1 300
1 000 727 5,67 2 000 1 727 90,8 4 000 3 727 1 440
I 050 777 6,9 2100 1 827 ПО 4200 3 927 1 760 1
Я 100 827. 8,2 2 200 1 927 132 4 400 4 127 2 120 J
Я 150 877 10,0 2 300 2 027 159 4 600 4 327 2 525®
П 200 927 11,7 2 400 2 127 188 4 800 4 527 2 990#
1250 977 13,8 2 500 2 227 220 5 000 4 727 3 521»
абсолютно
черного тела
умень
полное
тело
излучение
поглощает из пространства с темпе]
1 При температуре окружающего пространства 20° С
ется на 0,04 вт[см\ так как это количество энергии черное
.рой 293* К.
§ 9-5]
Приложение
621'
Рис. 9-5*8. Полное излучение абсолютно черного тела
(см. табл. 9-5*8).
622
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
S
0
ызаб/к
а
мм
ъ
мм
а
ом/м
0.01 -
tn
ъ
ом/м
----10
2 —
КОнтразит
10
о
в
аз
0.Р2-
20
0.9
0.8
0.7
0.6
&
ИкВар
О.
5
4
02
0.03
30
ГеСг(7о/зо),
з-
— — FeHl(50/M)
ОА
г
0.3
0.2
п
п
Та
-----Fe
-----Pt
01 ~
0,09 —
0.06 —
0.07—
0.06---
HI
0.00
Л1
0.03
ом
- — Си
~~йд
w
МО
0.01—
ai
О.О9
0.08
а.07
0.06
0.05
0.00
40
50
60
ОМ
0.05
0.06
007——70
0.08——80
0.09— —90
02 —
1 -ч
0.9
ОЛ
0,7
06
05
ОА
0.3
0.2
0.1
0,09
0J08
0.07
0.06
005----
аоё\
aoi
о.оо—
аоз—
0.03
02
аз
в
9
10
оа
0.5
0.6
0,7
0.8
\0.9
100
200
зоо
ООО
500
600
700
800
900
WOO
2000
3000
иооо
5000
6000
7000
~1~ 8000
— — 9000
------ 10000
м металлической
Рис. 9-5-6. Номограмма для расчета электрического сопротивления Rm
проволоки различного диаметра и с удельным электрическим сопротивлением р. Масштаб а
на оси диаметров зависит от масштаба а на оси Rm и пропорционален масштабу Ь.
§9-5]
Приложение
623
• Таблица 9-5-10
Различные единицы давления, отнесенные к 1 мм рт. ст.
Единицы давления 1 мм рт. ст
1 микробар =1 дан!см* 0,75006-10-*
1 миллибар = 10’ дин[см* 0,75006
1 бар = 10е дин/см* 750,062
1 кг]м* 1 мм столба воды 0,73556.10-*
1 ата (техн.) = 1 кг! см* 735,56
1 кг!мм* 73,556-10*
1 ат(физич.) 760
1 мм столба воды 7,3554.10-*
1 англ, фунт/кв. дюйм 51,715
1 мк 1-10-*
1 ДЮЙМ рт. ст. 25,42
1 дюйм столба воды 1,87
1 фунт столба воды 22,10
а % вакуум 7RO/1 а °/о > 760 < 100 >
темп₽п»тип51РтНИ паеМ°СТЬ некот°Р“х металлов по отношению к газам t(H„ О„ N,. СО) в зависимости от
температуры 1. Для сравнения приведен также ряд кривых для кварца (по данным [Л. 201). См. также
________ рис. 5-2-8А.
о0п»о*1П^Г?.3‘ДПРОНИЧаеМОСТЬ» металла £ подразумевается количество газа (я си’), проникающее за 1 Сек
'®р®3 ' СМ металла толщиной 1 мн, находящегося при температуре Т, если по одну сторону металлической
в США едивш^Л Т млжНоОСлВВЛЯеТ ’ ат' а ™ ДРугую поддерживается вакуум. Для перехода от принятых
в ъша единиц [Л. 4] можно воспользоваться уравнением
1 л ПО-» мм pm. cm.,0°C}.MM _ 2 2 10-» Гс“*(7в0 мм рт' ст - О’С]'"*
см'-мин ' ' [ см^сек
624
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Кг
*юг:
•С
Та(6500й)
to-
il—.
i3-i
-4
к
С2=,4.з-ЮБ [ммкград] =_6
T=t*273‘C I
-7
MgO - l8
-Ю
А1г03 --
»"=
15-5
IB-
17—
18-
19-
го-
21—
22—
23-
24—
25—
—18
— 19
-20
— 21
-22
-23
—24
~25
z-60
fezo3 --so
-90
-WO
Рис. 9-5-9A. Номограмма для определения истинной температуры Тур по измеренной
о
при 6 500 А яркостной температуре Т$ и излучательной способности А^ [Л. 17];
см. также (Л. 2 и 8]. Для установления истинной температуры накаленного тела
величину его излучательной способности А\ (см. табл. 9-2-4) следует соединить
прямой лннией с величиной Т$, определяемой пирометрически при длине волны
о _
6 500 А. Точка пересечения этой прямой с линией Где-соответствует встиниой тем
пературе. На шкале А^ обозначены величины относительной излучательной способ-
ности некоторых материалов (с гладкой поверхностью). Эта шкала справедлива
только для свободно излучающих тел; излучатели, частично окруженные отражаю-
щими полыми экранами (например, катоды в системах электродов), обладают более
высоким А^, так же как и материалы шероховатые (например, блестящий W: 46%;
блоки W, спресованные из крупного порошка, до 80%).
Переход от шкалы Фаренгейта (°F) к шкале Цельсия (°C) Пример: —246,0’F = —151,1 ° С—3,3° С=—154,4’ С; 3 762° F=2071,l° С+1,1° С=2072,2° С; 2423,5°F=1326,6° С+1,6’ С+0,27° С=1328,47’ С Таблица 9-5-11
°F 0 ю 20 30 40 50 60 70 80 90
°C ° С ’С ’ С ’С ’С °C °C °C °C
—400 —240,0 —245,5 —251,1 —256,6 —262,2 —267,7 , . . •
—300 — 184,4 —190,0 —195i5 —201,1 —206,6 —212,2 —217,7 —223,3 —228,8 —234,4
—200 —128,8 — 134,4 — 140,0 —145,5 —151,1 —156,6 — 162,2 —167,7 —173,3 —178,8
—100 —73,3 —78,8 —84,4 —90,0 —95,5 —101,1 — 106,6 —112,2 —117,7 —123,3
—0 —17,7 —23,3 —28,8 —34,4 —40,0 —45,5 —51,1 —56,6 —62,2 —67,7
+0 —17,7 —12,2 -6,6 —1,1 +4,4 +Ю.0 + 15,5 +21,1 +26,6 +32,2
100 37,7 43,3 48,8 54,4 60,0 65,5 71,1 76,6 82,2 87,7
200 9з;з 98,8 104,4 110,0 115,5 121,1 126,6 132,2 137,7 143,3
300 148,8 154,4 160,0 165,5 171,1 176,6 182,2 187,7 193,3 198,8
400 204,4 210,0 215,5 221,1 226,6 232,2 237,7 243,3 248,8 254,4
500 260,0 265,5 271 J 276,6 282,2 287,7 293,3 298,8 304,4 310,0
600 135,5 321,1 326,6 332,2 337,7 343,3 348,8 354,4 360,0 365,5
700 371,1 376,6 382,2 387,7 393,3 398,8 404,4 410,0 415,5 421,1
800 426,6 432,2 437,7 443,3 448,8 454,4 460,0 465,5 471,1 476,6
900 482,2 487,7 493,3 498,8 504,4 510,0 515,5 521,1 526,5 532,2
1 000 537,7 543,3 548,8 554,4 560,0 565,5 571,1 576,6 582,2 587,7 °F 1 °C 0 5
1 100 593,3 598,8 604,4 510,0 615,5 621,1 626,6 632,2 637,7 643,3 2 1,1
1 200 648,8 654,4 660,0 665,5 671,1 676,6 682,2 687,7 693,3 698,8 3 1,6
1 300 704,4 710,0 . 715,5 721,1 726,6 732,2 737,7 743,3 748,8 754,4
1 400 760,0 765,5 771,1 776,6 782,2 787,7 793,3 798,8 804,4 810,0
1 500 815,5 821,1 826,6 832,2 837,7 843,3 848,8 854,4 860,0 865,5 4 2,2
1 600 871,1 876,6 882,2 887,7 893,3 898,8 904,4 910,0 915,5 921,1 5 2,7
1 700 926,6 932,2 937,7 943,3 948,8 954,4 960,0 965,5 971,1 976,6 6 3,3
I 800 982,2 987,7 993,3 998,8 1004,4 1010,0 1015,5 1021,1 1026,6 1032,2
1 900 1037,7 1043,3 1048,8 1054,4 1060,0 1065,5 1071,1 1076,6 1082,2 1087,7_
2 000 1093,3 1098,8 1104,4 1110,0 0*115,5 1121,1 1126,7 1132,2 1137,7 1143,8 ( 8 О ,о 4,4
2100 1148,8 1154,4 1160,0 1165,5 1171,1 1176,7 1182,2 1187,7 1193,3 1198,8 9 5,0
2200 1204,4 1210,0 1215,5 1221,1 1226,6 1232,2 1237,7 1243,3 1248,8 1254,4
2300 1260,0 1265,5 1271,1 1276,6 1282,2 1287,7 1293,3 1298,8 1304,4 1310., 0
§9-5] Приложение 625
Продолжение таблицы 9-5-11
°F 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
2400 1315,5 1321,1 1326,6 1332,2 1337,7 1343,3 1348,8 1354,4 1360,0 1365,5
2 500 1371,1 1376,6 1382,2 1387,7 1393,3 1398,8 1404,4 1410,0 1415,5 1421,1
26J0 1426,6 1432,2 1437,7 1443,3 1448,8 1454,4 1460,0 1465,5 1471,1 1476,6
2 700 1482,2 1487,7 1493,3 1498,8 1504,4 1510,0 1515,5 1521,1 1526,6 1532,2
2800 1537,7 1543,3 1548,8 1554,4 1560,0 1565,5 1571,1 1576,6 1582,2 1587,7
2900 1593,3 1598,8 1604,4 1610,0 1615,5 1621,1 1626,6 1632,2 1637,7 1643,3
3000 1648,8 1654,4 1660,0 1665,5 1671,1 1676,6 1682,2 1687,7 1693,3 1698,8
3100 1704,4 1710,0 1715,5 1721,1 1726,6 1732,2 1737,7 1743,3 1748,8 1754,4
3200 1760,0 1765,5 1771,1 1776,6 1782,2 1787,7 1793,3 1798,8 1804,4 1810,0
3 300 1815,5 1821,1 1826,6 1832,2 1837,7 1843,3 1848,8 1854,4 1860,0 1865,5
3 400 1871,1 1876,6 1882,2 1887,7 1893,3 1898,8 1904,4 1910,0 1915,5 1921,1
3 500 1826,6 1932,2 1937,7 1943,3 1948,8 1954,4 1960,0 1965,5 1971,1 1976,6
3600 1982,2 1987,7 1993,3 1998,8 2004,4 2010,0 2015,5 2021,1 2026,6 2032,2
3 700 2037,7 2043,3 2048,8 2054,4 2060,0 2065,5 2071,1 2076,6, 2082,2 2087,7
3 800 2093,3 2098,8 2104,4 21'10,0 2115,5 2121,1 2126,6 2132,2 2137,7 2143,3
3 900 2148,8 2154,4 2160,0 2165,5 2171,1 2176,6 2182,2 2187,7 2193,3 2198,8
4 000 2204,4 2210,0 2215,5 2221,1 2226,6 2232,2 2237,7 2243,3 2248,8 2254,4 •
4100 2260,0 2265,5 2271,1 2276,6 2282,2 2287,7 2293,3 2298,8 2304,4 2310,0
4 200 2315,5 2321,1 2326,6 2332,2 2337,7 2343,3 2248,8 2354,4 2360,0 2365,5
4300 2371,1 2376,6 2382,2 2387,7 2393,3 2398,8 2404,4 2410,0 2415,5 2421,1
4 400 2426,6 2432,2 2437,7 2443,3 2448,8 2454,4 2460,0 2465,5 2471,1 2476,6
4500 2482,2 2487,7 2493,3 2498,8 2504,4 2510,0 2515,5 2521,1 2526,6 2532,2
4600 2537,7 2543,3 2548,8 2554,4 2560,0 2565,5 2571,1 2576,6 2582,2 2587,7
4 700 2593,3 2598,8 2604,5 2610,0 2615,5 2621,1 2626,6 2632,2 2637,7 2643,3
4800 2648,8 2654,4 2660,0 2665,5 2671,1 2676,6 2682,2 2687,7 2693,3 2698,8
4 900 2704,4 2710,0 2715,5 2721,1 2726,6 2732,2 2737,7 2743,3 2748,8 2754,4
5000 2760,0 2765,5 2771,1 2776,6 2782,2 2787,7 2793,3 2798,8 2804,4 2810,0
5100 2815,5 2821,1 2826,6 2832,2 2837,7 2843,3 2848,8 2854,4 2860,0 2865,5 ор ор
5200 2871,1 2876,6 2882,2 2887,7 2893,3 2898,8 2904,4 2910,0 2915,5 2921,1 I Л К
5300 2926,6 2932,2 2937,7 2943,3 2948,8 2954,4 2960,0 2965,5 2971,1 2976,6 2 1,1
626 Специальные методы обработки металлов [ Гл.
Продолжение табл. 9-6-11
•F 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 9-5]
5 400 5 500 5 600 5 700 5800 5 900 2982,2 3037,7 3093,3 3148,8 3204,4 3260,0 2987,7 3043,3 3098,8 3154,4 3210,0 3265,5 2993,3 3048,8 3104,4 3160,0 3215,5 3271,1 2998,8 3654,4 3110,0 3165,5 3221,1 3276,6 3004,4 3060,0 3115,5 3171,1 3226,6 3282,2 3010,0 3065,5 3121,1 3176,6 3232,2 3287,7 3015,5 3071,1 3126,6 3182,2 3237,7 3293,3 3021,1 3076,6 3132,2 3187,7 3243,3 3298,8 3026,6 3082,2 3137,7 3193,3 3248,8 3304,4 3032,2 3087,7 3143,3 3198,8 3254,4 3310,0 3 4 5 6 7 .8 9 Приложение СО С4 b- СС СОО СЧ СЧ СО СО X* IQ
6 000 3315,5 3321,1 3326,6 3332,2 3337,7 3343,3 3348,8 3354,4 3360,0 3365,5
6100 6200 6 300 6 400 6500 6 600 6 700 6800 6 900 3371,1 3426,6 3482,2 3537,7 3593,3 3648,8 3704,4 3760,0 3815,5 3376,6 3432,2 3487,7 3543,3 3598,8 3654,4 3710,0 3765,5 3821,1 3382,2 3437,7 3493,3 3548,8 3604,4 . 3660,0 3715,5 3771,1 3826,6 3387,7 3443,3 3498,8 3554,4 3610,0 ' 3665,5 3721,1 3776,6 3832,2 3393,3 3448,8 3504,4 3560,0 3615,5 3671,1 3726,6 3782,2 3837,7 3398,8 3454,4 3510,0 3565,5 3621,1 3676,6 3732,2 3787,7 3843,3 3404,4 3460,0 3515,5 3571,1 3626,6 3682,2 3737,7 3793,3 3848,8 3410,0 3465,5 3521,1 3576,6 3632,2 3687,7 3743,3 3798,8 3854,4 3415,5 3471,1 3526,6 3582,2 3637,7 3693,3 3748,8 3804,4 3860,0 3421,1 3476,6 3532,2 3587,7 3643,3 3698,8 3754,4 3810,0 3865,5
7 000 3871,1 3876,6 3882,2 3887,7 3893,3 3898,8 3904,4 3910,0 3915,5 3921,1 627
7100 7200 7 300 7400 7 500 7600 7 700 7800 7900 3921,6 3082,2 4037,7 4093,3 4148,8 4204,4 4260,0 4315,5 4371,1 3932,2 3987,7 4043,3 4098,8 4154,4 4210,0 4265,5 4321,1 4376,6 3937,7 3993,3 4048,8 4104,4 4160,0 4215,5 4271,1 4326,6 4382,2 3943,3 3998,8 4054,4 4110,0 4165,5 4221,1 4276,6 4332,2 4387,7 3948,8 4004,4 4060,0 4115,5 4171,1 4226,6 4282,2 4337,7 4393,3 3854,4 4010,0 4065,5 4121,1 4176,6 4232,2 4287,7 4343,3 4398,8 3960,0 4015,5 4071,1 4126,6 4182,2 4237,7 4293,3 4348,8 4404,4 3965,5 4021,1 4076,6 4132,2 4187,7 4243,3 4298,8 4354,4 4410,0 3971,1 4026,6 4082,2 4137,7 4193,3 4248,8 4304,4 4360,0 4415,5 3976,6 4032,2 4087,7 4143,3 4198,8 4254,4 4310,0 4365,5 4421,1
°F 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
628
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
Таблица 9-5-12
Стандартные размеры полотен для сит
Таблица 9-5-12А
Американские стандарты
Число отверстий на погонный дюйм Номер сита Диаметр проволоки Ширина отверстия
дюйм мк дюйм мк
323,00 325 0,0014 36 0,0017 44
270,26 270 0,0016 41 0,0021 53
238,10 230 0,0018 46 0,0024 62
200,00 200 0,0021 53 0,0029 74
166,67 170 0,0025 63 0,0035 88
142,86 140 0,0029 74 0,0041 105
120,48 120 0,0034 86 0,0049 125
101,01 100 0,0040 102 0,0059 149
85,47 80 0,0047 119 0,0070 177
72,46 70 0,0055 140 0,0083 210
61,93 60 0,0064 162 0,0098 250
52,36 50 0,0074 188 0,0117 297
44,44 45 0,0087 220 0,0138 350
38,02 40 0,0098 250 0,0165 420
ММ ММ
32,15 35 0,0114 0,29 0,0197 0,50
• 27,62 30 0,0130 0,33 0,0232 0,59
23,47 25 0,0146 0,37 0,0200 0,71
20,16 20 0,0165 0,42 0,0331 0,84
17,15 18 0,0189 0,48 0,0394 1,00
14,66 16 0,0213 0,54 0,0469 1,19
12,58 14 0,0240 0,61 0,0555 1,41
10,72 12 0,0272 0,69 0,0661 1 68
9,21 10 0,0299 0,76 0,0787 2,00
7,89 8 0,0331 0,84 0,0937 2,38
6,80 7, 0,036 0,92 0,111 2,83
5,81 6 0,040 1,02 0,132 3,36
4,98 5 0,044 1,12 0,157 4,00
4,22 4 0,050 1,27 0,187 4,76
3,57 37. 0,057 1,45 0,223 5,66
3,03 3 0,065 1,65 0,265 6,73
2,58 27а 0,073 1,85 0,315 8,00
Немецкий стандарт (DIN 1171)
Таблица 9-15-12В
Новое обозначе- ние сита Число отверстий иа: Размер отверстий в свету, мк Диаметр прово- локи, (±5%), мк Примечания
см1 см2
0,050 120 14 400 50 33 2
0,060 100 10 000 60 40
0,075 80 6 400 75 50
0,090 70 4 900 90 55
0,100 60 3 600 100 65
0,12 50 2 500 120 80
0,15 40 1 600 150 100
0,20 30 900 200 130
0,25 24 576 250 170
0,3 20 400 300 200
0,4 16 256 400 240
(0,43) 0,5 (14) 12 (196) 144 (430) 500 р а
0,6 10 100 600 400
0,75 8 64 750 500
§ 9-5]
Приложение
629
П родолжение табл. 9-5-123
Новое обозначе- ние сита Число отверстий на: Размер отверстий в свету, мк Диаметр прово- локи ( ±5%), мк Примечания
СМ1 см2
| мм ММ
1,0 6 36 1 0,65
1,2 5 25 1,2 0,8
1,5 4 16 1,5 1,0
2,0 >4.3,3 11 2,0 1,0
2,5 ж.2,8 8 2,5 1,0
3,0 >4.2,4 5 3 1,2
4,0 -4.1,85 3 4 1,6
5,0 -U ,5 2 5 2,0
6,0 1 1 6 2,5
1 Одновременно является устаревшим обозначением номера сита.
s Бронзовая проволока.
8 По возможности не применять. •
9-5-13. Указатель содержащихся в т. I сравнительных сведе-хй о свойствах
металлов, применяющихся в вакуумной технике
Содержание Раздел или рисунок Стр. Содержание Раздел или рисунок 1 Стр. |
I. Общие сведения Переодическая система эле- ментов Атомные веса Распространенность метал- лов в земной коре § 9-5-1 § 9-5-2 § 9-5-5 Температурный коэффициент термического расширения Зависимость термического расширения от температуры Зависимость теплопроводно- сти от температуры § 9-5-3 § 3-2-20 Рис. 5-4-9 Рис. 5-4-8 Рис. 9-5-6 Табл. 9-2-5 Рис. 9-2-24 Рис. 9-4-9А
II. Механические свойства Твердость по Бринеллю в зависимости от степени деформации Предел прочности в зави- симости от степени де- формации Предел прочности в зависи- мости от температуры отжига Зависимость предела проч- ности от температуры Зависимость глубины вы- тяжки по Эриксену от толщины лент Рис. 5-1-1 Рис. 5-1-2 Рис. 5-1-3 Рис. 5-1-4 Рис. 5-1-6 IV. Электрические свойства Удельное электрическое со- противление в зависимости от температуры Сопротивление отрезка про- волоки длиной 1 м Глубина проникновения поля высокой частоты в зависи- мости от частоты
V. Прочие свойства Зависимость растворимости водорода от температуры Растворимость газов и завися- мости от температуры Зависимость газопроницаемо- сти от температуры Давление диссоциации окис- лов Температура обезгаживания Зависимость полного излуче- ния от температуры Спектральная излучательная способность Способность к точечной свар- ке Методы сварки и пайки Рис. 9-2-1 Рис. 9-2-2 § 9-5-7 Рис. 9-2-18 Рис. 9-2-18А Табл. 9-2-3 Рис. 9-4-9 Рис. 9-4-16 Рис. 9-4-17 Табл. 9-2-4 § 9-5-9 Табл- 9-3-2 Табл. 9-3-12
III. Термическ ие свойства Температура плавления чис- тых металлов Температура плавления окис- лов Температура рекристаллиза- ции Зависимость давления насы- щенных паров от темпера- туры Соотношение между давлени- ем насыщенных паров и температурой плавления Зависимость скорости испаре- ния от температуры § 9-5-3 § 9-5-3 Табл. 2-1 § 9-5-4, А и В § 9-5-4 § 9-5-4С
630
Специальные методы обработки металлов
[Гл. 9
ЛИТЕРАТУРА
1. Brewer L., The thermodynamic and
physical properties of the elements, Report for
the Manhattan Project, 1946 (Цитируется no
(Л. 4]).
2. Coblenz W. W, Int. Crit. Tables,
5 (1929), 238 (Константы излучении).
3. D i t c h b u r n R. W. a. Gilmour J. C„
The vapor pressures of monatomic vapors; Rev.
Modern Phys., 13 (1941), 310—3127.
4. Дэш м ан С., Научные основы ваку-
умной техники, ИЛ, М„ 1950.
5. Е s р е W. u. Н i х Р„ Damfdrucke von
Metallen; Slabopr. Obzor, 15 (1954), № 3,
S. P15—P20.
6. E s p e W., Hmoty pro elektrotechniku,
Praha, 1950; Werkstoffe der Elektrotechnik in
Tabellen und Diagrammen, Berlin, 1954.
7. Eucken A., Metallwirtschaft, 15
(1936), 67 (Уравнения давления насыщенных
паров для многих металлов).
8 Forsythe W. Е., Int. Crit. Tables, 5
(1929), 245.
9. Н о n i g R. E., RCA — Review (Juni
1957), p. 195—204 (Давление насыщенных па-
ров элементов).
10. К е 11 е у К. К., Bureau of Mines Bul-
letin № 383 (1935) (Давление насыщенных па-
ров металлов).
11. Kellogg Н. Н„ Eng. Mining Journ.,
156 (1955), 72—84 (Стоимость титана).
12. Kieffer R. и. В е п е s о v s к у F.,
Berg- und Hiittenmannische Monatshe'te, 101
(1956), 292—300 (Технико-экономические ха-
рактеристики титана).
13. Landolt-Bornstein, Physika-
lisch-chemische Tabellen, Berlin, 1950—1957.
14. Law R. R., Vapor pressure data for
various substances; Rev. Sei. Instr., 10 (1948),
920____922.
15. Liempt J. A. M. Van, Rec. Trav.
Chim. Phys—Bas, 54 (1935), 847—852 (Давле-
ние насыщенных паров и скорость испарении
в вакууме).
16. Michaelson Н. В., Journ. Appl.
Phys., 21 (1950), 536—540 (Работа выхода
элементов).
17. Mi ething Н., Messtechnik, 4 (1928),
180 (Диаграмма Tw-Ts).
18. N. N., Z. anorg. Chem., 278 (1955), 113
(Международное атомные веса 1953 г.).
19. ОЕЕС (Organisation Europ. Есоп. Co-
Operation), Titanium, zirconium and some other
elements of growing industrial importance, Pro-
ject, № 247, Paris, 1956.
20. W a 1 d s c h m i d t E„ Z. angew. Phy-
sik, 6 (1954), 313—318 (Приближенные фор-
мулы для вычисления давления насыщенных
паров).
9-6. ДОПОЛНЕНИЯ
Табл. 9-6-1. Удельная электроииая
эмиссия 1 таитала при различных
температурах Т (дополнение к табл. 3-5-2)
См. также Fiske М. D., Phys. Rev.,
61 (1942), 513.
Рис. 9-6-1. Предел текучести пр (-----------) и от.
посительное сужение <]> (-------------) вольфрама,
молибдена и железа в зависимости от температуры Т.
т. °к /, а/см* Г. "К I, а!см*
1 600 9,1-10-® 2 400 5,1-10-»,
1 800 3,3-10-* 2 600 2,25 - >.
2 000 6,2-10-’ 2 800 12,53 "
2 200 6,8-10-’ 3 000 45,60
Табл. 9-6-2. Нанесение покрытий на молибден
(дополнение к табл. 9-4-3, п. 29а)
/. Диффузионное никелирование
1. Нанесение на поверхность молибдена
суспензии порошка никеля в амилацетатиом
растворе коллодии.
2. Отжиг деталей в водороде при 1 000° С
в течение 30 мин.
II. Никелирование без предварительного
хромирования
1. Анодное травление молибдена в тече-
ние 30 сек в растворе H2SO4/H2O ((2/1) при
напряжении 10 в и плотности тока 0,1—
0,3 а)см2.
2. Промывание в воде.
3. Погружение в разбавленный раствор
щелочи.
4. Промывание в воде.
5. Погружение в 10%-иый (об.) рас-
твор H2SO4.
6. Промывание в воде.
7. Никелирование в нагретом до 45—55° С
электролите (состав см. табл. 9-4-4, п. 3).
Толщина слоя никеля ие должна превышать
6—7 мк, так как иначе вследствие различия
в коэффициентах термического расширения
никеля и молибдена, а также вследствие об-
разования на поверхности молибдена в про-
цессе осаждения переходных окислов, нерас-
творимых в электролите, покрытие отслаивает-
си при нагревании деталей в инертной атмо-
сфере.
По этой причине желательно предвапи-
тельное хромирование молибдена (см. п. III).
///. Нанесение гальванических покрытий на
предварительно хромированный молибден *А
1. Обезжиривание.
2. Электролитическая очистка сильно
окисленных (например, при впаивании в стек-
§ 9-6]
Дополнение
631
РисЛ9-6-2- Схема вакуумной печи для обезгаживания
(к рис. 6-2-ЗА).
1—нагреваемая часть печи (1(Г4 мм рт. ст., 1 000* С);
2—оболочка, откачанная до вакуума I0”1 мм рт. ст.
для предотвращения деформации ампулы 1; 3—нагре-
ватель; 4—охлаждаемая часть печи; 5—загрузка; 6—
устройство для подъема деталей из горячей зоны в
холодильник 4; 7—к высоковакуумному насосу; 8—
к насосу предварительного разрежения.
ло) деталей в 10%-иом растворе NaOH
при 20° С. Напряжение 25 в; продолжитель-
ность— около 20 сек. При отсутствии стеклян-
ных деталей окислы удаляют отжигом в во-
дороде при 980° С в течение 30 мин.
3. Анодное травление в растворе
H2S04/H2O (2 об./1 об.) при температуре от
20 до 32° С (не выше!). Напряжение 10—
24 в2 3 4 5; плотность тока 0,1—О.За/сл»2; продолжи-
тельность 30 сек. В результате травления
детали приобретают блестящую голубоватую
поверхность. Следует учитывать, что примесь
меди в серной кислоте приводит к образова-
нию коричневой пленки иа поверхности дета-
лей, мешающей проведению дальнейших опе-
раций. Раствор может использоваться очень
долго, если его не применять для других
целен.
4. Промывание в воде. При этом уда-
ляется большая часть голубого окисла молиб-
дена.
5. Удаление оставшихся окислов путем
Промывания деталей в обычных щелочных
растворах или в растворе NaOH и трииатрий-
фосфата.
6. Промывание в воде.
7. Промывание в ‘10% -ной H2SO4.
8. Промывание в воде.
9. Предварительное хромирование в обыч-
ных растворах8 (см. табл. 7-10-2В) при тем-
пературе выше 50° С4. Плотность тока
0,15 а] см2. Продолжительность осаждения до-
статочно толстого слоя хрома 60 сек.
10. Промывание в воде.
11. Предварительное никелирование в хло-
ридных электролитах5 (см. табл. 9-4-4, п. 3).
Оптимальная плотность тока 0,05 а/см2, одна-
ко достаточно и 0,025 а!см2.
12. Промывание в воде .(не производится
в тех случаях, когда в последующем детали
никелируют).
13. Нанесение основного покрытия в
обычных электролитах, например:
а) Никелирование или меднение для пай-
ки молибденовых деталей (см. табл. 9-3-12).
Ь) Никелирование для защиты от окисле-
ния молибденовых деталей при впаивании
в стекло. Особенно рекомендуется при изго-
товлении впаев в кварц с переходными стекла-
ми (например, в производстве газоразрядных
приборов высокого давления).
с) Гальваническое осаждение серебра,
золота, меди (скин-эффект).
d) Осаждение платины на молибденовую
проволоку для сеток. В этом случае предва-
рительное хромирование имеет особое значе-
ние, поскольку слой хрома препятстнует срав-
нительно быстрой диффузии платины в молиб-
ден и тем самым позволяет дольше сохранять
обусловленный платиной эффект подавления
вторичной электронной эмиссии сеток.
е) Гальваническое платинирование молиб-
деновых нагревательных элементов стеклова-
ренных печей. Слой платины позволяет пред-
отвратить быстрое окисление молибдена на
границе между зеркалом ваниы и воздухом.
Защитный слой платины предпочтительнее и
потому, что платина в отличие от хрома не
окрашивает стекломассу.
f) Гальваническое осаждение железа ре-
комендуется производить в обычных электро-
литах на основе хлоридов железа и кальция.
Дополнение к § 7-2. Титан. Впаиваемые
титановые электроды газоразрядных приборов
из форстеритовой керамики описаны Лаферти
(см. J. М. Lafferty, IRE Trans. ED-5
(1958), 143—147].
1 Слой хрома растворяет окислы молибдена, что.
повышает прочность сцепления с поверхностью осаж-
даемых впоследствии покрытий.
2 При более высоких концентрациях раствора
серной кислоты применяют более высокие напря-
жения.
3 При малых плотностях тока в растворах, за-
грязненных примесями меда и железа, хромирование
молибдена прекращается.
4 При температуре электролита ниже 50° С на-
блюдается осыпание покрытия.
5 Предварительное никелирование увеличивает
прочность сцепления покрытий с молибденом. При-
месь меди в электролите вызывает бледно-розовое
окрашивание раствора при малых плотностях тока и
приводит к отслаиванию наносимых в дальнейшем
покрытий.
• Подробнее см. А. К о г b е 1 a k. Plating, 40
(1953). 1126—1133.
6П2.15 Эспе Вериер
Э84 Технология электрова-
куумных материалов.
Том 1, М.—Л., Гос-
энергоиздат, 1962.
632 с. с илл.
6П2. 15
Редактор В. В. Енютин
Техн, редактор Н. И. Бору нов
Сдано в набор 31/Ш 1962 г.
Подписано к печати 15/Х 1962 г.
Бумага 70Х1081/1в
54,12 печ. л.4-1 вклейка
Уч.-изд. л. 74,8. Тираж 10000 экз.
Цена 5 р. 39 к, Зак. 2200
Типография Госэиергоиздата.
Москва, Шлюзовая наб., 10.
Рнс. 3-2-17В. Спектральная излучательная способность ₽- накаленной вольфрамовой ленты при
от цпнпн рпппы * СП. 31].
Зяк 2W
HAJONIIJHUBt И / XejAll