Золото, серебро, платина. Характеристики и применение в электротехнике

Министерство  культуры РТ

Казанское театральное  училище

 

 

 

 

 

ДОКЛАД

по дисциплине: «Материаловедение»

на тему: «Золото, серебро, платина. Характеристики и применение в электротехнике»

 

 

 

 

 

Выполнил: Романов  И.Н.

Проверил: Валеев М.Д.

 

 

 

 

 

Казань 2012г.

Золото.

Свойства.

Золото - элемент побочной подгруппы первой группы, шестого  периода периодической системы  химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 79. Обозначается символом Au.

Чистое золото - мягкий металл жёлтого цвета. Красноватый оттенок  некоторым изделиям из золота, например, монетам, придают примеси других металлов, в частности, меди. В тонких плёнках золото просвечивает зелёным. Золото обладает исключительно высокой  теплопроводностью и низким электрическим  сопротивлением.

Золото - очень тяжёлый  металл: плотность чистого золота равна 19 621 кг/мі (шар из чистого золота диаметром 46 мм имеет массу 1 кг). Среди металлов по плотности занимает шестое место: после осмия, иридия, рения, платины и плутония. Высокая плотность золота облегчает его добычу. Самые простые технологические процессы, такие, как, например, промывка на шлюзах, могут обеспечить весьма высокую степень извлечения золота из промываемой породы. Золото - очень мягкий металл: твёрдость по шкале Мооса ~2.5 (сравнима с твёрдостью ногтя), по Бринеллю 220-250 МПа.

Золото также высокопластично: оно может быть проковано в листки толщиной до ~0,1 мкм (сусальное золото); при такой толщине золото полупрозрачно и в отражённом свете имеет жёлтый цвет, в проходящем - окрашено в дополнительный к жёлтому синевато-зеленоватый. Золото может быть вытянуто в проволоку с линейной плотностью до 500 м/г.

Золото - самый инертный металл, стоящий в ряду напряжений правее всех других металлов, при нормальных условиях оно не взаимодействует  с большинством кислот и не образует оксидов, благодаря чему было отнесено к благородным металлам, в отличие  от металлов обычных, легко разрушающихся  под действием окружающей среды. Затем была открыта способность  царской водки растворять золото, что поколебало уверенность в его инертности.

Применение.

Золото и его сплавы стали конструкционным материалом для гигантских ускорителей элементарных частиц. Ускоритель, как правило, - это  огромная кольцевая камера - труба, свернутая в баранку. Чем большее  разрежение удается создать в  такой трубе, тем дольше могут  жить в ней элементарные частицы. Трубы изготовляют из нержавеющей  стали, выплавленной в вакууме. Внутреннюю поверхность трубы полируют до зеркального  блеска - при такой поверхности  легче поддерживать глубокое разрежение.

Давление в ускорителе элементарных частиц не превышает миллиардных  долей атмосферного. Излишне объяснять, насколько сложно поддержать в гигантской «баранке» такой вакуум, тем более что в баранке имеются отводы, рукава, стыки.

Уплотняющие кольца и шайбы  для ускорителей делают из мягкого  пластичного золота. Золотом паяют  стыки камеры. В некоторых случаях пластичность золота оказывается незаменимым качеством, а в других, наоборот, создает затруднения. Одно из старейших применений золота - изготовление зубных протезов. Конечно, мягкому металлу легче придать нужную форму, но зубы из чистого золота сравнительно быстро изнашиваются. Поэтому зубные протезы и ювелирные изделия изготовляют не из чистого золота, а из его сплавов с серебром или медью. В зависимости от содержания серебра такие сплавы имеют неодинаковый цвет: при 20…40% серебра получается зеленовато-желтый металл, при 50% - бледно-желтый.

Сплавы дополнительно  упрочняют термической обработкой, и при этом золото ведет себя очень своеобразно. Хорошо известен процесс закалки стали: металл нагревают до определенной температуры и затем быстро охлаждают. Такая обработка придает стали твердость. Чтобы снять закалку, металл повторно нагревают и охлаждают медленно - это отжиг. Сплавы золота с медью и серебром, наоборот, приобретают мягкость и пластичность при быстром охлаждении, а при медленном отжиге - твердость и хрупкость.

Золото в электротехнике.

По электропроводности золото занимает третье место после серебра  и меди.

При контакте под давлением  золота с медью в восстановительной  среде или в вакууме процесс  диффузии - проникновения молекул  одного металла в другой - идет довольно быстро. Детали из этих металлов соединяются  между собой при температуре, значительно более низкой, ч им температура плавления меди, золота или любого их сплава. Такие соединения называют золотыми печатями. Их используют при изготовлении некоторых типов радиоламп, хотя прочность золотых печатей несколько ниже прочности соединений, полученных путем сплавления. Из сплавов золота с серебром или медью делают волоски гальванометров и других точных приборов, а также миниатюрные электрические контакты, предназначенные для приема огромного числа замыканий и размыканий. При этом, что особенно важно, эти конструктивно несложные детали должны работать без прилипания контактов, должны реагировать на каждый импульс. В сплавах, обеспечивающих наименьшее прилипание, золоту принадлежит особая роль. Безотказно работают сплавы золота с палладием (30%) и платиной (10%), палладием (35%) и вольфрамом (5%), цирконием (3%), марганцем (1%). В специальной литературе описаны сплавы с подобными свойствами, способные конкурировать с золотыми. Это, например, сплав платины с 18% иридия, но он дороже любого из перечисленных сплавов. Да и все лучшие контактные сплавы очень дороги, однако без них не может обойтись современная космическая техника. Кроме того, их применяют в наиболее важных аппаратах не космического назначения, от которых требуется особая надежность.

Серебро.

Свойства.

Серебро - элемент побочной подгруппы первой группы, пятого периода  периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 47. Обозначается символом Ag.

Чистое серебро - довольно тяжёлый (легче свинца, но тяжелее  меди), необычайно пластичный серебристо-белый  металл (коэффициент отражения света  близок к 100%). Тонкая серебряная фольга в проходящем свете имеет фиолетовый цвет. C течением времени металл тускнеет, реагируя с содержащимися в воздухе  следами сероводорода и образуя  налёт сульфида. Обладает высокой  теплопроводностью. При комнатной  температуре имеет самую высокую  электропроводность среди всех известных  металлов.

Серебро в электротехнике.

Серебро - очень хороший контактный материал, удовлетворяющий всем требованиям, за исключением дугостойкости при значительных токах. При малых токах обладает хорошей износостойкостью. Оксиды серебра имеют почти такую же проводимость, как и чистое серебро. Серебро используется для главных контактов в аппаратах на большие токи, для всех контактов продолжительного режима работы. В контактах на малые токи при малых нажатиях (контакты реле, контакты вспомогательных цепей).

Серебро обычно применяется  в виде накладок - вся деталь выполняется  из меди или другого материала, на который приваривается (припаивается) серебряная накладка, образующая рабочую  поверхность.

Если мы раскроем современный  справочник по материаловедению, то и  там найдем несколько серебряных припоев: ПСр-10, ПСр-12, ПСр-25; цифра указывает  на процентное содержание серебра (остальное  медь и 1% цинка). В технике эти  припои занимают особое место, ибо паянный  ими шов не только прочен и плотен, но и коррозионно устойчив. Никто, конечно, не подумает запаивать такими припоями кастрюли, ведра или консервные банки, но судовые трубопроводы, котлы высокого давления, трансформаторы, электрические шины в них очень нуждаются. В частности, сплав ПСр-12 используют для пайки патрубков, штуцеров, коллекторов и другой аппаратуры из меди, а также из медных сплавов с содержанием основного металла больше 58%. Чем выше требования к прочности и коррозионной устойчивости паяного шва, тем с большим процентом серебра применяются припои. В отдельных случаях используют припои с 70% серебра. А для пайки титана годно лишь чистое серебро.

Мягкий свинцово-серебряный припой нередко применяют в качестве заменителя олова. На первый взгляд это  кажется нелепостью: «металл консервной банки», как окрестил олово академик А.Е. Ферсман, заменяется валютным металлом - серебром! Однако удивляться здесь нечему, это вопрос стоимости. Самый ходовой оловянный припой ПОС-40 включает в себя 40% олова и около 60% свинца. Заменяющий же его серебряный припой содержит всего лишь 2,5% драгоценного металла, а всю остальную массу составляет свинец.

Значение серебряных припоев  в технике неуклонно растет. Об этом можно судить по недавно опубликованным данным. В них указывалось, что  только в США на эти цели расходуется  до 840 т серебра в год.

Платина.

Свойства.

Платина - элемент побочной подгруппы восьмой группы, шестого  периода периодической системы  химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 78. Обозначается символом Pt.

Платина имеет бело-серую  окраску, схожую по цвету со сталью и практически нерастворима ни в  воде, ни в кислотах, за исключением  горячей царской водки. Платина  пластична, хорошо полируется и обладает большой отражательной способностью. Наряду с палладием и иридием  она имеет очень низкую тепло- и электропроводность, низкую удельную теплоёмкость. Платина в чистом виде очень мягка, поэтому её легируют иридием, родием и другими металлами.

Платина легко поддается  прокатке, штамповке, волочению. Отличается повышенной химической стойкостью, по сути, один из наиболее устойчивых металлов: растворяется только в горячей «царской водке», цианистом калии и расплавленных  щелочах. Ни одна из кислот в отдельности  на этот металл не воздействует. Платина  не окисляется на воздухе даже при  самом сильном накаливании, при  остывании сохраняет свой естественный цвет.

Применение.

Платину применяют для  изготовления лабораторной посуды и  аппаратуры для химических лабораторий, в качестве нерастворимых анодов в производстве перекиси водорода, перхлоратов. Платиновые катализаторы используют в химии для реакций  гидрогенизации и дегидрогенизации, восстановления нитросоединений и галоидных соединений, в производстве серной кислоты контактным способом, при получении синильной кислоты.

Среди потребителей платины  на одном из первых мест стоит автомобильная  промышленность, где применяются  платиновые катализаторы, существенно  улучшающие дожигание выпускных  газов. Другая очень важная область  применения платиноидов - платино-рениевые катализаторы в риформинге - процессе получения высокооктановых бензинов из продуктов крекинга нефти. Платиновые катализаторы применяются во всех процессах химической промышленности, связанных с окислительными реакциями (например, при получении азотной и серной кислот путем окисления аммиака и сернистого газа и др.). На изготовление различных катализаторов расходуется до половины всей добываемой платины.

В производстве аммиака и  азотной кислоты применяют катализаторные сетки, изготовленные из сплавов  платины с родием и палладием, а в производстве синильной кислоты - сетки из сплава платины с родием.

Платина в электротехнике.

Платину, платиновые металлы  и их сплавы широко используют при  изготовлении контактов, катодов и  антикатодов рентгеновских трубок, электрических сопротивлений, плавких  предохранителей, аппаратуры связи, термопар.

Платина во всем мире используется в точных приборах. Из тонкой платиновой проволоки делают термометры сопротивления, по ним можно измерять температуру  с высокой точностью и в  очень широком интервале. Широко используются и термопары из платинородиевых  сплавов, содержащих от 60 до 99% платины; они позволяют измерять температуру  вплоть до 2000 К.

Стабильность электрических, термоэлектрических и механических свойств платины плюс высочайшая коррозионная и термическая стойкость сделали этот металл незаменимым для современной электротехники, автоматики и телемеханики, радиотехники, точного приборостроения. Платиной покрывают контакты и сопротивления, а из сплавов платины и кобальта делают очень мощные постоянные магниты. Платина используется в производстве специального стекла для компьютерных дисплеев на жидких кристаллах и других комплектующих деталей компьютеров. Из платины делают электроды топливных элементов. Такие элементы применены, например, на космических кораблях серии «Аполлон».