Alles, was Sie über feuerfeste Metalle wissen müssen

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Alles, was Sie über feuerfeste Metalle wissen müssen

Sie möchten mehr über hochschmelzende Metalle erfahren? Dann sind Sie bei uns genau richtig. In diesem Artikel finden Sie alles Wissenswerte über Refraktärmetalle .

Alles, was Sie über feuerfeste Metalle wissen müssen

Zuallererst, was sind Refraktärmetalle?

Feuerfeste Metalle beziehen sich auf Metalle mit Schmelzpunkten über 3632 °F und bestimmte Mengen an Reserven, einschließlich Wolfram, Tantal, Molybdän, Niob, Hafnium, Chrom, Vanadium, Zirkonium und Titan.

Normalerweise feuerfeste Metalle haben große Dichten und wiegen schwer. Mit Refraktärmetall als Matrix werden die mit anderen Elementen versetzten Legierungen als Refraktärmetalllegierungen bezeichnet, einschließlich Wolframlegierungen, Molybdänlegierungen, Nioblegierungen, Titanlegierungen, Vanadiumlegierungen, Chromlegierungen, Rheniumlegierungen, Chrom- und Zirkonlegierungen, Tantal und Knopflegierungen , usw.

Außerdem feuerfeste Metalle können normalerweise zu Blechen, Bändern, Folien, Rohren, Stangen, Gewinden, Profilen und pulvermetallurgischen Produkten wie Tantalstangen verarbeitet werden , Molybdändraht , Wolframplatte , und so weiter.

Alles, was Sie über hochschmelzende Metalle wissen müssen –  Entdeckung

Seit hochschmelzenden Metallen haben sehr aktive chemische Eigenschaften und ihre Extraktionsverfahren sind kompliziert, erst spät entdeckten die Menschen feuerfeste Metalle.

Molybdän wurde erstmals 1782 vom schwedischen Chemiker Jimmer (P.J.Hjelm) entdeckt. Wolframpulver wurde erstmals 1783 von den spanischen De-Lure-Brüdern mit der Kohlenstoffreduktionsmethode extrahiert. Chrom wurde 1798 vom französischen Chemiker L. N. Vauquelin extrahiert. 1866 entdeckte C. W. Blomstrand Niob durch Wasserstoffreduktion von Niobchlorid. Kunststoff-Tantal wurde erstmals 1903 von einem Deutschen namens Bolton abgebaut. Metall Zirkonium und Titan wurden erstmals 1824 bzw. 1910 entdeckt. Metall Rhenium wurde erst 1925 entdeckt.

Alles, was Sie über hochschmelzende Metalle wissen müssen –  Entwicklung

Bis zum 20. Jahrhundert wurden hochschmelzende Metalle waren weit verbreitet. Im Jahr 1909 verwendete der Amerikaner W. D. Coolidge zum ersten Mal das pulvermetallurgische Verfahren zur Herstellung von Wolframknüppeln. Nach dem Pressen und Dehnen wurde das Material zu Wolframdrähten für Glühbirnen.

1910 wurde Molybdän zu Stäben, Stücken und Drähten verarbeitet. Mitte der 1940er Jahre entwickelt sich die rasante Entwicklung von hochschmelzenden Metallmaterialien und deren Verarbeitungstechnologie aufgrund der Bedürfnisse der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik und der Atomenergietechnik schnell.

Daher wurden das Schmelzen von hochschmelzenden Metallen, die Pulvermetallurgie und die Kunststoffverarbeitung gefördert. In den 1940er Jahren erschien der erste weiße Vakuum-Elektrolichtbogenofen. In den 1950er Jahren wurde ein Elektronenstrahlschmelzofen erfunden.

Elektronenstrahlschmelzofen

Ab den 1960er Jahren gab es viele neue Technologien, darunter kaltes, isostatisches Heißpressen, Präzisionsguss, isotherme Verformung, Schweißen und eine Reihe von Pulvermetallurgie, Gießen, Kunststoffverarbeitung, Wärme Verarbeitung und so weiter.

Mit diesen fortschrittlichen Technologien wurde eine große Anzahl von hochschmelzenden Metallen und hochschmelzenden Legierungen hergestellt. Im Jahr 1956 extrahierte A. Caverly Wolfram-, Molybdän- und Rhenium-Einkristalle mit einer Reinheit von mehr als 4 N mit der Elektronenstrahl-Suspensions-Flächenschmelztechnologie.

Alles, was Sie über hochschmelzende Metalle wissen müssen –  Eigenschaften 

Spröde bei niedrigen Temperaturen

Feuerfeste Metalle werden bei hohen Temperaturen nicht leicht reißen oder brechen und können wiederholtes Erhitzen oder Thermoschock vertragen. Wolfram, Molybdän, Chrom und andere hochschmelzende Metalle werden bei niedrigen Temperaturen wahrscheinlich spröde, während sie unter Hochtemperaturbedingungen duktil werden.

Die Duktil-Spröde-Übergangstemperatur (DBTT) ist ein wichtiger Index für die Duktilitätsverarbeitung und Verwendung von Refraktärmetallen. DBTT kann von vielen Faktoren beeinflusst werden, wie der Reinheit des Materials, Legierungsbestandteilen, Verarbeitungsverfahren und Strukturen. Es gibt zwei Möglichkeiten, DBTT zu reduzieren. Eine ist die Zugabe von Legierungselementen in hochschmelzende Metalle.

Zum Beispiel kann Wolfram Rhenium hinzugefügt werden. Der andere Weg ist die Wahl vernünftigerer Verarbeitungsmethoden, wie der Technologie der Kunststoffverarbeitung.

Oxidationsbeständigkeit

Feuerfeste Metalle von hoher Dichte sind bei Raumtemperatur sehr stabil und an Luft nicht leicht zu oxidieren. Refraktäre Metalle werden jedoch bei hohen Temperaturen schnell oxidiert.

Wolfram und Molybdän beginnen bei etwa 752 °F zu oxidieren. Sie werden oxidiert und mit steigender Temperatur zu WO3 bzw. MoO3 gebildet. Wenn die Temperaturen 1562 ° F und 1112 ° F erreichen, werden die Materialien deutlich sublimiert. Rhenium beginnt bei 572 °F zu oxidieren und wird bei einer Temperatur von 662 °F zu Re2O7.

Tantal und Niob beginnen bei Temperaturen von 536°F und 392°F zu oxidieren. Wenn die Temperatur über 932 °F beträgt, werden sie zu Ta2O5 und Nb2O5 umgewandelt. Titan und Zirkonium können bei Temperaturen über 1112℉ bis 1292℉ schnell oxidiert werden. Das Pulver aus Zirkonium und Titan kann sich an der Luft selbst entzünden und sogar bei Explosionen brennen.

Um das Oxidationsproblem zu beheben, gibt es zwei Maßnahmen. Der erste produziert antioxidative Legierungen und der zweite bedeckt die feuerfesten Metalle mit antioxidativen Beschichtungen.

Das Problem der Oxidation von hochschmelzenden Metallen unter hohen Temperaturen ist jedoch bisher nicht vollständig gelöst.

Oxidationsbeständigkeit

Oxidationsbeständigkeit

Wolfram, Molybdän, Rhenium reagieren nicht mit Wasserstoff, aber ihre Oxide können bei einer bestimmten Temperatur mit Wasserstoff zum Metall reduziert werden. Wolfram, Molybdän und Rhenium können bei der Aufnahme von Wasserstoff spröde werden. Wenn die Temperatur zwischen 572 °F und 932 °F erreicht, absorbieren diese Metalle die große Menge Wasserstoff und bilden sprödes Metallhydrid.

Unter Hochvakuumbedingungen wird Wasserstoff freigesetzt. Daher kann diese Eigenschaft von hochschmelzenden Metallen zur Herstellung des Legierungspulvers aus Titan, Zirkonium, Tantal und Niob verwendet werden.

Wasserstoffreaktion

Korrosionsbeständigkeit

Feuerfeste Metalle haben eine gute Korrosionsbeständigkeit. Wenn die Temperatur unter 302°F liegt, weist die Oberfläche des Tantals einen dichten und stabilen Oxidfilm auf. Daher sind die chemischen Eigenschaften von Tantal sehr stabil.

Tantal hat eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, organische Säuren und Salpetersäurehydrochlorid, schmilzt jedoch in Flusssäure, konzentrierter Alkalilösung und geschmolzen Basis.

Die Korrosionsbeständigkeit von Niob ist ähnlich der von Tantal, aber nicht so gut wie die von Ta. Wolfram ist bei Raumtemperatur in Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Flusssäure und Königswasser sehr stabil, korrodiert jedoch leicht Natriumnitrat. Molybdän ist ähnlich, aber nicht so gut wie Wolfram in der Korrosionsbeständigkeit.

Im Allgemeinen sind Tantal, Niob, Titan, Zirkonium und andere hochschmelzende Metalle ausgezeichnete Korrosionsschutzmaterialien, die als Schutzschichten dienen.

Alles, was Sie über hochschmelzende Metalle wissen müssen –  Bewerbungen

Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technik werden immer strengere Anforderungen an Materialien gestellt. Heutzutage können traditionelle Materialien diese neuen Anforderungen nicht erfüllen, aber feuerfeste Materialien spielen eine unersetzliche Rolle in den Bereichen Landesverteidigung und Militärindustrie, Luft- und Raumfahrt, elektronische Information, Energie, chemische Prävention, Metallurgie und Nuklearindustrie.

Kernindustrie

Refraktäre Metalle in der Nuklearindustrie werden hauptsächlich Zirkoniumrohre verwendet gefolgt von Wolfram und Molybdän. Zirkonium hat eine gute Beständigkeit gegen Strahlung und wasserseitige Korrosion und eignet sich daher besonders für verschiedene Rohrleitungen in „Clean Water“-Reaktoren.

Um die nukleare Sicherheit zu stärken und nukleare Lecks zu verhindern, kann der Trägheitsenergiespeicher aus Wolfram-basierter hochdichter Legierung, der in der neuen Generation von Kernreaktoren verwendet wird, den Kühlkreislauf aufrechterhalten 3-5 min ohne Strom nach dem Unfall.

Auf diese Weise können wir wertvolle Notfallzeit für die Abwicklung von Unfällen gewinnen und verhindern, dass der Kernreaktor durchbrennt und nukleare Lecks verursacht. Außerdem feuerfeste Metalle und Legierungen werden oft als Lagertanks für Atommüll verwendet.

Elektronische Informationstechnologie

In der neuen Generation integrierter Schaltkreise werden die Anforderungen an Wärmeableitung und Temperaturtoleranz die Nachfrage nach Wolfram- und Molybdänsubstraten erhöhen, da die Verdrahtung immer dünner wird (derzeit bis zu 0,2 μm). feuerfeste Materialien werden auch häufig in Stützteilen, Sicherungsringen und Grundträgern in der Elektronikindustrie verwendet.

Wolframlegierung und W-Cu-Verbundwerkstoffe sind gute Elektrodenmaterialien, da Wolfram eine gute Elektronenemissionsfunktion hat, die in EDM, Führungsblöcken für Elektrolokomotiven, Ultrahochspannungsschaltern und Schweißen in der Energieindustrie weit verbreitet ist.

Darüber hinaus hat die W-Re-Legierung Platin als Thermoelement für die Temperaturmessung bei vielen Gelegenheiten und Hochleistungs-Wolfram-Rhenium-Draht replaced ersetzt wurde auch als Bildröhre verwendet, um Elektronen in Tausende von Haushalten zu übertragen.

Weltraum, Ozean und Medizin

Im 21. Jahrhundert bereiten sich viele Länder aktiv auf den Bau von Raumstationen und Unterwasserwelten vor, in der Hoffnung auf eine friedliche Nutzung des Weltraums und der Schatzkammern des Meeres.

Es gibt viele Staubpartikel und Weltraumschrott im Weltraum, die hochintensive Materialien erfordern und gleichzeitig der Strahlung hochenergetischer Strahlen im Universum widerstehen können . Feuerfeste Materialien haben hier einzigartige Vorteile. Beispielsweise wurden in der Raumstation Mir der ehemaligen Sowjetunion und dem US-Space Shuttle viele feuerfeste Materialien verwendet.

Ähnlich ist die korrosive Wirkung von Meerwasser für gewöhnliche Materialien unerträglich. Titan ist die beste Wahl, um auf dem Meeresboden eine dauerhafte menschliche Umgebung zu schaffen. Es ist nicht nur leicht und hochfest, sondern hat auch eine gute Korrosionsbeständigkeit.

Niob-Legierung hat eine gute Beständigkeit gegen Blutkorrosion und kann zur Herstellung von Gefäßgerüsten verwendet werden. W, W-Mo, W-Re und W-Graphit wurden als Röntgenziele in der Medizin verwendet und haben unzählige Leben gerettet. Feuerfeste Metalle werden auch in der Ultraschall-Steinzerkleinerungselektrode, dem mehrdimensionalen selbstmontierenden Strahlengitter, dem Gamma-Messer und dem Kollimator des Ultraschall-Konzentratormessers und anderen fortschrittlichen medizinischen Einrichtungen verwendet.

Andere Anwendungen

Wolfram und Molybdän werden häufig als Heizelement, Hitzeschild, Tiegel und tragende Teile für das Schmelzen von Seltenen Erden in einem Hochtemperaturofen verwendet. Große Wolfram- und Molybdänrohre, Molybdänelektroden, Molybdänbeschichtungen, Kernstäbe und Trichter haben Platin in der Glas- und Glasfaserindustrie erfolgreich ersetzt und große soziale und wirtschaftliche Vorteile erzielt.

Feuerfeste Metalle werden auch als elektrothermische Bauteile und thermische Messhülsen für die elektrothermische Messer- und Zinkschmelze in der Textilindustrie eingesetzt.

Schlussfolgerung 

Vielen Dank für das Lesen unseres Artikels – Alles, was Sie über feuerfeste Metalle wissen müssen , und wir hoffen, dass es für Sie hilfreich sein kann. Wenn Sie mehr über Refraktärmetalle erfahren möchten, besuchen Sie Advanced Refractory Metals (ARM ) für weitere Informationen.