Metallurgiyada qo'llaniladigan o'tga chidamli materiallar

Metallurgiyada qo'llaniladigan o'tga chidamli materiallar


Reja:

1. 
   Gafniy, tantal va uglerod (HF-Ta-C) elementlaridan tashkil topgan.
   
2. 
   Keramika materialini isitish
   
3. 
   Niobiy asosidagi o'tga chidamli qotishmalar Niobiy va uning qotishmalari
   

1.Ilgari gafniy, tantal va uglerod (HF-Ta-C) elementlaridan tashkil topgan moddaning rekord darajadagi erish nuqtasiga ega ekanligi eksperimental tarzda tasdiqlangan edi.Physical Review B jurnalida keltirilgan hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, ma'lum bir tarkibga ega bo'lgan material gafniy, azot va uglerod (HF-NC) 4400 K dan ortiq erish nuqtasiga ega bo'ladi, bu tajriba natijasidan 200 K ga yuqori. Amalga oshirilgan hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, gafniy, azot va ugleroddan olingan materialning optimal tarkibi HfN 0,38 C 0,51 dir. Tadqiqotchilarning keyingi bosqichi laboratoriya natijalarini tasdiqlash uchun materialni sintez qilish bo'ladi.
"Hisoblash yondashuvining afzalligi shundaki, siz arzon narxlarda ko'plab turli kombinatsiyalarni ko'rib chiqishingiz va laboratoriyada tajriba o'tkazishga arziydiganlarini topishingiz mumkin", dedi tadqiqot hammuallifi Aksel van de Uoll. Tadqiqotchilar kvant mexanikasi qonuniga amal qilgan holda, atom darajasidagi fizik jarayonlarni taqlid qilish orqali erish harorati hisoblangan hisoblash usulidan foydalanishdi. Erish dinamikasi nano miqyosda, taxminan 100 atomli bloklarda o'rganiladi.
Tadqiqotchilar erish nuqtasi allaqachon eksperimental ravishda aniqlangan HF-Ta-C materialini tahlil qilishdan boshladilar. Simulyatsiyalar materialning issiqlikka bardosh berish qobiliyatiga hissa qo'shadigan ba'zi omillarni aniqlashga muvaffaq bo'ldi. Ish shuni ko'rsatdiki, HF-Ta-C yuqori termoyadroviy issiqlikni (energiya qattiq holatdan suyuqlikka o'tganda chiqariladi yoki so'riladi) qattiq va suyuq fazalar entropiyasi o'rtasidagi kichik farq bilan birlashtiradi.
Keyin tadqiqotchilar ushbu topilmalardan bunday talablarga eng yaxshi javob beradigan birikmalarni topish uchun foydalanganlar. Ular gafniy, azot va uglerod birikmasi xuddi shunday yuqori erish nuqtasiga ega bo'lishini, lekin qattiq va suyuq entropiya o'rtasidagi farq kichikroq ekanligini aniqladilar.
Ular erish nuqtasini hisoblaganlarida, u HF-Ta-C uchun tajribada olinganidan 200 K ga yuqori bo'lib chiqdi. Ta-HF-C-N qotishmalarining erish nuqtalari. Qattiq doiralar HF-C va Hf-C-N tizimlarida hisoblangan erish nuqtalarini ko'rsatadi va ochiq doiralar taqqoslash uchun Ta-HF-C tizimi uchun ma'lumotlarni ko'rsatadi. Ish oxir-oqibat qoplamalardan tortib to ilovalar uchun yangi yuqori sifatli materiallarga ishora qilishi mumkin gaz turbinalari tezyurar samolyotlarning tafsilotlariga. HfN 0.38 C 0.51 bu yangi materialga aylanadimi yoki yo'qmi, hali aniq emas, deydi tadqiqotchilar. London Imperial kolleji tadqiqotchilari ma'lum nisbatlarda tantal karbid va gafniy karbid aralashmasi insonga ma'lum bo'lgan har qanday materialning eng yuqori erish nuqtasiga ega bo'lgan material ekanligini aniqladilar. Ushbu kompozit sopol materialning erish nuqtasi 4000 daraja Selsiyga yaqinlashdi va bu termal himoya vazifasini bajaradigan bunday keramika asosida issiqlikka chidamli materiallarning yangi sinfini yaratishga imkon beradi. kosmik kemalar va kelajakdagi gipertovushli samolyotlar.
Tantal karbid (TaC) va gafniy karbid (HfC) juda barqaror kimyoviy birikmalar bo'lib, ular juda yuqori haroratlarga qo'shimcha ravishda, masalan, yadroviy reaktor yadrolarining qizib ketgan muhitida mavjud bo'lgan bir qator o'ta salbiy omillarga bardosh bera oladi. Yaqin vaqtgacha olimlar tantal karbid va gafniy karbidiga asoslangan kompozit keramika materiallarining erish nuqtasi haroratini aniq o'lchay olmadilar; an'anaviy usullar faqat ushbu materiallarning har birining erish nuqtasi haroratini alohida va eng past harorat variantlarini o'lchashga muvaffaq bo'ldi. ularning kombinatsiyalaridan. Londonlik olimlar o'z tadqiqotlarida sof tantal karbid, gafniy karbid va ularning uchta turdagi "keramika qotishmasi" Ta1?xHfxC, x = 0,8, 0,5 va 0,2 dan foydalanganlar. Va bu materiallarning erish nuqtalarining haroratlarini o'lchash uchun maxsus ishlab chiqilgan lazerli isitish texnologiyasi ishlatilgan.
2. Keramika materialini isitish uchun to'rtta lazer impulslari ketma-ketligi ishlatilgan. Birinchi impuls taxminan 1000 millisekund davom etgan eng past energiya zarbasi edi. Har bir keyingi impulsning kuchi bir vaqtning o'zida bir necha yuz millisekundga qisqarishi bilan oshdi. Materialning bunday silliq va ko'p bosqichli isishi materialdagi termal stresslarni minimallashtirish va sinov namunalarining mexanik shikastlanish xavfini kamaytirish uchun zarur edi. Olimlar tomonidan olingan natijalar avvalgi tadqiqotlar natijalarini to'liq tasdiqlaydi. Ushbu natijalarga ko'ra, sof tantal karbid 3768 daraja Selsiyda eriydi va gafnium karbidining erish nuqtasi 3958 daraja Selsiy. Eng yuqori erish nuqtasi HfC0.98 kompozit keramika materialiga ega, u 3959 daraja Selsiyda eriydi va bu material hozirgi kunga qadar eng o'tga chidamli materialdir.
Yaqin kelajakda olimlar asl komponentlarning boshqa foiziga ega bo'lgan kompozit keramika materiallariga nisbatan shunga o'xshash tadqiqotlar o'tkazishni rejalashtirmoqda. Bundan tashqari, to'rt turdagi Ta-Hf-C-N atomlaridan tashkil topgan materiallarni o'rganish rejalashtirilgan, ular nazariyaga ko'ra, uch turdagi Ta-Hf-C atomlari asosidagi materiallardan ham yuqori erish nuqtasiga ega bo'lishi kerak. Vikipediyaga ko'ra, o'tga chidamli metallar erish nuqtasi 2200 ° C bo'lgan metallardir. Niobiy, reniy, molibden, tantal va volfram bu bayonotga kiradi. O'tga chidamli metallar ko'plab sohalarda va sanoatda keng qo'llaniladi Kundalik hayot. Ular cho'g'lanma lampalar, mobil telefonlar, kompyuterlar yoki masalan, yadro reaktorlarini ishlab chiqarishda qo'llaniladi.Kengroq tushuncha va amaliy qo'llanilishida vanadiy, gafniy, ruteniy, xrom, sirkoniy va osmiy ham o'tga chidamli metallar deb ataladi.
Ular, shuningdek, operatsion yoki texnologik xususiyatlar to'plamini yaxshilash uchun birinchi guruhdagi metallar bilan qotishmalarda qotishma elementlar sifatida ishlatiladi. Sof metallarning o'zi, albatta, ishlab chiqarishda qo'llaniladi, masalan, sof molibden va volfram radioelektron sanoatda, kimyo texnikasida yoki issiqlik bilan ishlov berish pechlarini ishlab chiqarishda qo'llaniladi. Ammo ularning ko'pchiligi yuqori haroratlarda mo'rt sinishga moyil bo'lib, ular ham nisbatan past issiqlik qarshiligiga ega. Operatsion xususiyatlarini yaxshilash nuqtai nazaridan, ushbu metallarning qotishmalaridan foydalanish ancha qiziqroq.
Volfram asosidagi o'tga chidamli qotishmalar Bunday qotishmalarning vakili 1200 ° S gacha bo'lgan issiqlikka chidamlilik haroratiga ega volfram va niobiy BB2 qotishmasi hisoblanadi. Korroziyaga chidamlilik va refrakterlikni yaxshilash uchun volfram qotishmalari reniy bilan qotishtiriladi. Va toriy bilan aşınma qarshiligini oshirish uchun. Molibden asosidagi qotishmalar Molibden va uning qotishmalari, ehtimol, barcha refrakterlar orasida eng ko'p qo'llaniladi. Sanoatda tsirkoniy, bor, titanium, niobiy bilan qotishmalari ko'pincha ishlatiladi: TsM3, TsM6, TsM2A, VM3 qotishmalari.


3.Niobiy asosidagi o'tga chidamli qotishmalar Niobiy va uning qotishmalari
yuqori korroziyaga chidamliligi, yuqori issiqlikka chidamliligi (1300 ° S gacha) va neytron nurlanishida yaxshi ishlashi tufayli yadro sanoati uchun mahsulotlar ishlab chiqarishda keng qo'llanilishini topdi. Niobiy asosidagi qotishmalarga misol sifatida VN2, VN2A, VN3 qotishmalarini eslatib o'tish kerak. Qotishmalarning issiqlikka chidamliligi va issiqlikka chidamliligini oshirish yo'llari Olovga chidamli qotishmalarning issiqlikka chidamliligi, yuqorida aytib o'tilganidek, qotishmada o'rnini bosuvchi qattiq eritmalar hosil qiluvchi yuqori erish nuqtasiga ega bo'lgan elementlar bilan qotishma orqali ortadi.
Issiqlikka chidamliligini va ba'zi hollarda aşınmaya bardoshliligini oshirishda yuqori samaradorlikka karbidlar (ZrC, NiC), nitridlar (TiN) va oksidlar (ZrO 2) hosil bo'lishi bilan qotishmaning yog'ingarchilik bilan qattiqlashishi bilan erishish mumkin. Barcha refrakter metallar past issiqlikka chidamliligiga ega, shuning uchun ularni 400 ° C dan yuqori haroratlarda himoya qilish uchun intermetalik va keramik qoplamalar qo'llaniladi. Molibden va volfram uchun silikon asosidagi qoplamalar (MoSi 2, WSi 2) ishlatiladi. Oddiy sharoitlarda deyarli barcha metallar qattiq moddadir. Ammo ma'lum haroratlarda ular agregatsiya holatini o'zgartirishi va suyuqlikka aylanishi mumkin. Keling, metallning eng yuqori erish nuqtasi nima ekanligini bilib olaylik? Eng pasti nima? Metalllarning erish nuqtasi Davriy jadvaldagi elementlarning aksariyati metallardir. Hozirda ularning taxminan 96 tasi bor. Ularning barchasi suyuqlikka aylanishi uchun har xil sharoitlarga muhtoj.
Qattiq kristall moddalarni qizdirish chegarasi, ular suyuqlikka aylanadi, erish nuqtasi deyiladi. Metalllarda u bir necha ming daraja ichida o'zgarib turadi. Ularning ko'pchiligi nisbatan yuqori isitiladigan suyuqlikka o'tadi. Shu sababli, ular kostryulkalar, kostryulkalar va boshqa oshxona jihozlarini ishlab chiqarish uchun keng tarqalgan materialdir. Kumush (962 °C), alyuminiy (660,32 °C), oltin (1064,18 °C), nikel (1455 °C), platina (1772 °C) va boshqalar o'rtacha erish nuqtalariga ega. Bundan tashqari, refrakter va bir guruh mavjud erituvchi metallar. Birinchisi suyuqlikka aylanadi, siz 2000 darajadan ko'proq, ikkinchisi - 500 darajadan kam harorat kerak. Past eriydigan metallarga odatda qalay (232 ° C), rux (419 ° C), qo'rg'oshin (327 ° C) kiradi.
Biroq, ularning ba'zilari hatto pastroq haroratga ega bo'lishi mumkin. Misol uchun, fransiy va galliy allaqachon qo'lda eriydi va seziy faqat ampulada qizdirilishi mumkin, chunki u kisloroddan alangalanadi. Metalllarning eng past va eng yuqori erish nuqtalari jadvalda keltirilgan: Volfram Eng yuqori erish nuqtasi volfram metallidir. Ushbu ko'rsatkichda undan yuqorida faqat metall bo'lmagan uglerod mavjud. Volfram - och kulrang porloq modda, juda zich va og'ir. U 5555 °C da qaynaydi, bu deyarli Quyosh fotosferasi haroratiga teng. Xona sharoitida u kislorod bilan zaif reaksiyaga kirishadi va korroziyaga uchramaydi. O'tga chidamliligiga qaramay, u juda egiluvchan va 1600 ° C gacha qizdirilganda ham soxtalashtiriladi. Volframning bu xususiyatlari lampalardagi filamentlar va payvandlash uchun elektrodlarning kineskoplari uchun ishlatiladi.
Qazib olingan metallning ko'p qismi mustahkamligi va qattiqligini oshirish uchun po'lat bilan qotishtiriladi. Volfram harbiy sohada va texnologiyada keng qo'llaniladi. U o'q-dorilar, zirhlar, dvigatellar va harbiy mashinalar va samolyotlarning eng muhim qismlarini ishlab chiqarish uchun ajralmas hisoblanadi. Bundan tashqari, jarrohlik asboblari, radioaktiv moddalarni saqlash uchun qutilar tayyorlanadi. Merkuriy Simob erish nuqtasi minus bo'lgan yagona metalldir. Bundan tashqari, u oddiy sharoitda oddiy moddalar suyuqlik shaklida mavjud bo'lgan ikkita kimyoviy elementdan biridir. Qizig'i shundaki, metall 356,73 ° S ga qizdirilganda qaynaydi, bu uning erish nuqtasidan ancha yuqori.
U kumushrang-oq rangga va aniq yorqinlikka ega. U xona sharoitida allaqachon bug'lanib, kichik to'plarga aylanadi. Metall juda zaharli. U odamning ichki organlarida to'planib, miya, taloq, buyrak va jigar kasalliklarini keltirib chiqarishi mumkin. Merkuriy insoniyatga ma'lum bo'lgan ettita birinchi metallardan biridir. O'rta asrlarda u asosiy alkimyoviy element hisoblangan. O'zining toksikligiga qaramay, u bir vaqtlar tibbiyotda tish plombalarining bir qismi sifatida, shuningdek, sifilisni davolovchi vosita sifatida ishlatilgan. Endi simob dori-darmonlardan deyarli butunlay chiqarib tashlandi, ammo u o'lchash asboblarida (barometrlar, bosim o'lchagichlar), lampalar, kalitlar va eshik qo'ng'iroqlarini ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi.