Техника - молодёжи 1962-04, страница 6

пературу рекристаллизации 4-150°С. После очистки методом зонной плааки (9 проходов зоны) алюминий не упрочняется при холодной пластической деформации, так как он самопроизвольно рекристаллизуется при температурах выше —50 С и после холодной деформации остается мягким.

Известно, что железо обычной чистоты становится при низкой температуре хрупким, что вызывает механическое разрушение стали. Зонная плавка приводит к тому, что даже при температуре жидкого гелия (4,2³К) очищенное железо оказывается весьма пластичным.

Исключительно интересные данные получены в результате очистки тугоплавких металлов — ванадия, ниобия, молибдена, тантала, рения и вольфрама.

Во-первых, значительное снижение твердости тугоплавких металлов после зонной плавки. Твердость металлов снижается на 30—50°/о.

во-вторых, чрезвычайно сильный рост пластичности. Вольфрам считается металлом, обладающим повышенной хрупкостью. Слиток вольфрама после дуговой плавки рассыпается на отдельные кристаллы после легкого удара. Хрупкость вольфрама не дает возможности применить его в качестве конструкционного материала в новой технике, а ведь вольфрам самый тугоплавкий металл и, следовательно, самый жаропрочный. Зонная плавка открывает весьма обнадеживающие перспективы. Монокристалл вольфрама после зонной плавки становится пластичным при комнатной температуре. Он легко поддается изгибу, из него можно навить спираль в виде пружины, согнуть петлю и т. д.

Таким образом, сейчас появилась принципиальная возможность получать пластичный вольфрам в значительных количествах и использовать его как конструкционный материал.

Другой тугоплавкий металл — молибден — с температурой плавления 2622° также считался в свое время хрупким по природе. При комнатной температуре литой молибден не обладает пластичностью. В результате же зонной плавки очищенный монокристалл молибдена может быть прокатан вхолодную до тонкой фольги, из него может быть получена проволока при волочении. Он поддается изгибу даже при температуре жидкого азота. Легко можно представить, какие перспективы открываются перед чистым молибденом— из него можно будет делать изделия любой формы, он найдет широкое применение в новой технике.

Высокую пластичность в чистом виде обнаруживают и другие тугоплавкие металлы — тантал, ниобий и ванадий.

Ванадий после зонной плавки можно прокатывать вхолодную без упрочнения до тонкой фольги, хотя обычно после дуговой плавки это хрупкий металл. А ведь ванадий — металл чрезвычайно стойкий к кислотам, и трудно переоценить его значение для химической промышленности. Таким образом, зонная плавка как метод очистки тугоплавких металлов оказывается весьма перспективной. Применение этих металлов в качестве конструкционных материалов при создании новых приборов, машин, двигателей, работающих при сверхвысоких температурах, бесспорно, откроет 'широкие возможности в развитии новых отраслей техники.

Молибден технической чистоты после дуговой плавки хрупок — при растяжении он рвется с малым удлинением и сужением поперечного сечения. Тот же молибден после зонной плавки очень пластичен — при растяжении он сильно удлиняется и при разрыве дает сужение поперечного сечения около lOO'/c!

►

Расплавленная зона, проходящая через металлический образец, очищает его от различных примесей.

АШИ6АЕН ДО 0ЧИСШ1

Электронно-лучевая зонная плавка хорошо лечит тугоплавкие металлы от болезни, вызванной примесями, — хрупкости при низких температурах.

и получать чистейшие монокристаллы всех тугоплавких металлов, включая самый тугоплавкий из них — вольфрам. А ведь температура плавления вольфрама (3410°) всего в два раза ниже температуры поверхности Солнца.

Для оценки чистоты металлов, очищенных зонной плавкой, не подходит ни химический, ни спектральный, ни мас-спектрометрический анализ. Для определения их чистоты пользуются обычно косвенными методами. Самый распространенный из них — определение отношения удельного электросопротивления при комнатной температуре к удельному электросопротивлению при температуре жидкого гелия.

Теоретические расчеты говорят о том, что в случае идеально чистого металла это отношение имеет величину порядка 10^е. Следует отметить, что это отношение снижается не только от появления примесей в металле, но и от появления искажений и несовершенств в кристаллической решетке. Зонная плавка позволяет получить металлы с очень большим значением величины отношения, то есть металлы чрезвычайно высокой чистоты. Так, олово очищается до значений отношения порядка 10⁵, алюминий — 7 000, молибден — 2 500, вольфрам — 1 500.

Какими же свойствами обладают эти чистейшие материалы? Исследования показывают, что свойства металлов меняются коренным образом. Именно на таких чистейших образцах мы узнаем истинные свойства металлов, которые были скрыты или искажены присутствующими в металле примесями.

Так, известно, что алюминий технической чистоты способен к упрочению при пластической деформации и имеет тем

Процесс зонной плавки проводится следующим образом. Из вакуумной камеры, где расположен образец, откачивается воздух до остаточного давления порядка М0~⁵ мм ртутного столба. Вакуум нужен при плавке по двум причинам— во-первых, чтобы обеспечить возможность электронам свободно перелетать с катода на анод, и, во-вторых, чтобы исключить возможность окисления тугоплавких химически активных металлов при нагреве. Затем в нижней части образца, закрепленного неподвижно в вертикальном положении, расплавляется узкая зона и включается устройство, медленно перемещающее всю катодную установку кверху. Вместе с катодом вверх движется и расплавленная зона. После того как расплавленная зона пройдет весь образец, нагрев выключается. Катод возвращается в исходное положение, и цикл повторяется 5—8 раз.

Описанная установка позволяет проводить зонную плавку

4