Файл: Казаков Б.И. Благородные металлы служат человеку.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.06.2024

Просмотров: 146

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ствием рентгеновских лучей. Ею покрывают экраны рептгеноаппаратов.

Из всего потребления платины в медицину идет 7,6%, а палладия 15%; доля родия, рутения и осмия значитель­

но ниже — 1,2%.

 

 

ПЛАТИНОВЫЕ МЕТАЛЛЫ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ

В

первой половине

X I X в.

русский академик Б . С.

Якоби

для улучшения

работы

телеграфного устройства

предложил контрбатарею с платиновыми электродами.

Контакт — непременная часть

электрической цени. Д л я

того чтобы

ток в цепи не прервался, поверхность контак­

та должна

быть свободной от

окислов. Максимальный

срок службы контакта обеспечивается в тех случаях, ког­

да он

изготовлен из материала

с малой окисляемостыо

при

высоких температурах и

достаточной прочностью.

П р и слабых токах это играет особо важную роль; контакт­ ное сопротивление должно быть ничтожно малым, не должно т а к ж е возникать паразитных токов. Этому усло­ вию лучше всего отвечают металлы платиновой группы.

П р и разрыве электрической цепи

возникает

мгновенно

высокая

температура,

и материал

контакта при

этом

не

должен

оплавляться.

Температура

плавления платины

и

ееспутников достаточно высока.

Пр и больших силах тока может возникнуть искровой разряд, вызывающий эрозию металла — перенос его с од­ ного контакта на другой. Вследствие этого контакты мо­ гут привариться друг к другу и нарушить всю работу эле­ ктрической установки, а иногда и вызвать аварию. В ме­ талл платиновых и палладиевых контактов для предуп­ реждения подобных случаев вводят медь и никель. К подобному легированию благородных металлов приходит­

ся подходить

очень осторожно,

ибо, с н и ж а я эрозию

кон­

тактов, тем

самым повышают

и

окисляемость

их,

что

опять может

нарушить нормальную

работу. К а к

то, так и

другое сокращает срок службы контактов за счет безвозв­ ратных потерь металла. В мощных контактах не исключе­ на возможность возникновения электрической дуги, и по­ тому материал их должен быть особо тугоплавким и из ­ носостойким. Л у ч ш е й добавкой к платине и палладию является иридий. Самым надежным считается сплав из

11*

155


75% платины и 25%

иридия, но

случается,

что содержа­

ние последнего доводят до 30—40%. Иногда

в таких

спла­

вах иридий частично

заменяется

наиболее

тугоплавким

металлом — вольфрамом. Платина

также во

многих

слу­

чаях заменяется более дешевым палладием, но тогда соот­ ветственно в сплав добавляется большее количество ири­ дия, как наиболее тугоплавкого и износостойкого металла. Особенно важно присутствие иридия в контактах, рабо­ тающих на разрыв. Условия эксплуатации контактов мо­

гут быть

самыми

различными. В

наиболее

жестких

ис­

пользуются опять ж е сплавы платины с иридием или

(как

замена)

платины

с рутением. В

современной

технике

те­

леграф и телефон, магнето автомобильных моторов и ави­ ационных двигателей, электрические схемы сложных про­ изводственных установок — все это требует платиновых металлов.

Много написано о том, в каких муках рождалась эле­ ктрическая лампочка. Первым удачным опытом была угольная нить. Прежде чем придти к этому, А. Н. Лоды­

гин

перепробовал нити

из самых различных металлов.

Больше всего надежды было на платиновую

нить,

но и

она

через короткое время

сгорала. К а к известно, за созда­

ние

лампочки

с угольной

нитью Лодыгин

был

награжден

Ломоносовской

премией,

но финансовой

поддержки

для

завершения работ по массовому производству таких эле­ ктроламп он не получил, и в результате, как писали газе­ ты, мир был осчастливлен лампочкой Эдисона. С электри­ чеством газ начал бороться еще до изобретения электри­ ческой лампочки. Объектом его нападок была «электри­ ческая свеча» П. Н . Яблочкова, триумфально прошедшая 100 лет тому назад по всему миру. Замечательную услугу владельцам газовых заводов оказал тогда немецкий уче­ ный Ауэр фон Вельсбах. Сконструированный им колпа­ чок, пропитанный ториевыми солями, давал яркий ров­ ный свет при накаливании пламенем газа. Сила света увеличилась в несколько раз, а потребление газа в шесть раз уменьшилось. Такое замечательное открытие дало га­ зу неоспоримое преимущество перед электричеством. Угольные лампочки такой конкуренции выдержать не могли. Газовые компании торжествовали, а электриче­ ские вели лихорадочные поиски способов удешевления

своего света.

К а к н и странно, из

создавшегося тупика

их

вывел тот ж е

Ауэр фон Вельсбах.

Он предложил им

но-

156


вый источник

света — электрическую

лампочку с нитью

из осмия, которая потребовала

в три

раза меньше

энер­

гии, чем угольная, и давала более приятный, ровный

свет.

Теперь у ж е

газовые компании

вынуждены были

обра­

титься к поискам способов удешевления своего света. Борьба продолжалась еще долго с неременным успехом. Б ы л и нити из тантала, из сплава осмия с вольфрамом — осрама, пока, наконец, завершающий удар не нанес пер­ вый изобретатель лампочки Лодыгин. Предложенная им нить из вольфрама и до сего времени сияет в лампочках всего мира. Осмий сыграл свою роль в деле электриче­ ского освещения, но соперничать с вольфрамом он был не в состоянии не только потому, что он гораздо более дефи­

цитен. Из всех металлов вольфрам самый

тугоплавкий.

Его можно нагреть до температуры в

три с лишним тыся­

чи градусов, а чем выше нагрев, тем

больше

светоотдача.

Потому именно первоначально лампочки с вольфрамовой нитью носили название «экономических». Осмий ж е пе­ решел на службу к газовым компаниям: из него стали из­ готовлять сетки газокалильных лампочек. Применение платины в осветительных лампочках, как у ж е говорилось, было недолговременным — сплав платинит окончательно вытеснил платиновые металлы из этой сферы. Но есть другие «лампы», в которых не обойтись без металлов пла­ тиновой группы: рентгеновские трубки, некоторые виды радиоламп, многие физические приборы.

Золото и платина — благородные металлы, в

которых

с точки зрения интересов

электротехники

есть

сущест­

венное различие. Золото хорошо проводит

электрический

ток, немного х у ж е серебра

и меди, тогда к а к сопротивле­

ние платины почти в семь раз выше . Это различие силь­ но увеличивается с нагревом. С повышением температу­ ры электросопротивление платины очень быстро возрас­ тает. Это свойство не только платины, но и ее спутников. Его использовали при изготовлении обмоток высокотем­

пературных

лабораторных

электрических

нагревателей.

Т а к с помощью обмотки

из

родиевой ленты достигают

температуры

в

1800° С. Такую

ж е

степень

нагрева

полу­

чают, п р и м е н я я

обмотку из сплава

платины

с 30%

родия.

Родий не дешевле платины, но в данном случае преследу­ ются в основном не цели экономии, а л у ч ш а я обрабатыва­ емость, ибо у чистого родия она довольно затруднительна. Печи с обмоткой из сплавов платиновых металлов не

157


только ne дают высокого

нагрева,

по

п отличаются дли­

тельностью службы.

 

 

 

 

Электрические

сопротивления

пз

платиновых

метал­

лов необходимы

н для

приборов

прецизионных

(особо

точных) и автоматически управляемых. В обмотке по­

тенциометров, как

называются такие сопротивления,

н у ж н ы материалы

с низким температурным коэффициен­

том электросопротивления, стабильностью ого, коррозион­

ной

устойчивостью,

сопротивлением износу

и

 

другими

качествами, которые требуются от материала

контактов,

ибо потенциометры

и

являются

скользящими

контакта­

ми. Проволока 'обмотки потенциометров имеет

 

сечение

всего

0,03—0,05 мм.

Вытягивается

она из

сплава

палла­

дия с серебром или медью, платины с иридием

и

некото­

рых

других.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

металлургической,

химической,

энергетической

и других отраслях

промышленности

необходим

постоян­

ный теплотехнический

контроль. Замер температуры осу­

ществляется термопарами. Это

несложное

устройство,

представляющее собой

два

прутка

металла,

соединенные

спаем, окруженные оболочкой и подключенные к милли­ вольтметру. Металлы разнородные, почему при нагреве их спая в цепи возникает слабый электрический ток, нап­ ряжение которого тем выше, чем выше температура. Од­ на из первых термопар сконструирована известным фран­ цузским ученым Л е Шателье. Ею широко пользуются и в настоящее время. Термоэлектроды ее состоят из платины и платинородиевого сплава, в котором родия 10%. Эта

конструкция работает

вполне

устойчиво длительное

вре­

м я при измерении температур

до 1300° С.

Кратковремен­

но она может

работать

и при

1600° С. Техника

измерения

температур

перепробовала

внимательно

изучила)

тер­

мопары с различными электродами. Было

установлено,

например,

что

несколько

видоизмененная

термопара Л е

Шателье,

в которой

взяты

электроды из

сплавов

платины

с родием

( 1 %

и

13%

соответственно),

устойчиво

работа­

ет до нагрева

в

1450° С. Д л я измерения

температур

тако­

го ж е порядка

была

в

свое

время сконструирована термо­

пара с электродами из платины и платинорениевого

спла­

ва ( 8 % ) , но выяснилось, что ей присущ

существенный

недостаток:

рений

испарялся,

сплав

кристаллизовался

и приобретал хрупкость. Л у ч ш е

себя показала

термопара,

когда во

втором

термоэлектроде

уменьшили

содерясание

158


реиия до 4,5% п добавили 5% родия. Если нагрев огра­ ничен температурой 1200° С, то вполне применима более дешевая термопара с электродами из платины с 10% ро­ дия и сплава 60% золота с 40%) палладия. Все более ощу­ щается нужда в измерении высоких температур, для ко­ торых вышеназванные термопары непригодны. В Ф Р Г большое распространение получила сейчас термопара с

электродами из

платииородиевого

сплава (с 30 и

6%

пла­

тины

и

родия

соответственно). В

Великобритании

пред­

почитают

термопары с электродами из

тех

же

спла­

вов,

но с другими соотношениями

платины

и родия:

пла­

тина с 20% родпя и платина с 5% родия или ж е платина с. 40% родия и платина с 20% родия. К а к немецкие, так и английские термопары рассчитаны на измерение темпе­

ратур до

1800° С. Институт

металлургии

А Н

СССР скон­

струировал термопару

широкого

диапазона

температур.

Один электрод ее изготовлен из

родия,

а

другой — из

платины

с 20%

родпя. Ошибка в

показаниях

такой

тер­

мопары,

работающей

при

температуре

порядка

1550° С

в течение

1000

ч, не

превышает

0,8%.

Она

может

ра­

ботать и при 1800° С, но время ее

эксплуатации

в

этом

случае ограничивается 100 ч; ошибка ж е показаний при

соблюдении этого правила не превышает

0,6%. К а к вид­

но из этого краткого, далеко не полного

перечня, плати­

новым металлам принадлежит в а ж н е й ш а я роль в тепло­ техническом контроле. Металлы эти дороги, но стоимость их ничтожна по сравнению с производственными затра­ тами, а помощь в правильном ведении технологического процесса, снижении брака и повышении качества продук­ ции — неоценима.

Д л я

измерения

температур

порядка

2000—2300° С

сконструирована

термопара

с

электродами

из

иридия

и

сплава его с рутением (10%)

или иридия и

иридиеродие-

вого сплава (последнего 6 0 % ) .

В

технике

они

пока

не

н а ш л и

широкого

применения

из-за

высокой

стоимости

и малой

прочности.

Обработка

таких

сплавов

довольно

затруднительна. Однако ими пользуются в научных экс­ периментах.

Приборов теплотехнического контроля существует

много; термопара — только частный случай их.

Платино­

вые металлы в

большинстве

случаев в

таких

приборах

выполняют наиболее ответственную роль. Совсем

недав­

но в Институте

металлургии

А Н СССР

получили

сплав

159