АЛУМИНИЙ С СПЕЦИАЛНА ЧИСТОТА свойства, приложение, получаване
Алуминият е лек (плътност 2720 kg/mg) сребристо-бял метал със синкав оттенък. Той е доста топъл и електропроводим, устойчив на корозия и топлина.
Алуминият със специална честота е маркиран като алуминий A999 с примеси, които не надвишават 0,001%.
Спецификации за алуминий с висока чистота.
Печати
Химичен състав на алуминия, %
Примеси, не повече
Алуминий, не по-малко от
Желязо
Силиций
Мед
Цинк
Титан
Други примеси, всеки поотделно
Сума
Алуминий с висока чистота
Алуминий с висока чистота
Алуминий от технически клас
Комбинацията от физични, механични и химични свойства на алуминия определя широкото му приложение в почти всички области на техниката, особено под формата на сплави с други метали. В електротехниката алуминият успешно замества медта, особено при производството на масивни проводници, например във въздушни линии, кабели за високо напрежение, разпределителни шини, трансформатори (електрическата проводимост на алуминия достига 65,5% от електрическата проводимост на медта и е повече от три пъти по-лек от медта; с напречно сечение, което осигурява същата проводимост, масата на алуминиевите проводници е половината от тази на медта). Свръхчистият алуминий се използва в производството на електрически кондензатори и токоизправители, чиято работа се основава на способността на филма от алуминиев оксид да предава електрически ток само в една посока. Изключително чистият алуминий, пречистен чрез зоново топене, се използва за синтеза на полупроводникови съединения тип AIII BV, използвани за производството на полупроводникови устройства.
Описание на технологичния цикъл на алуминий с висока чистота
Алуминий с висока чистота (клас A999) може да бъде получен по три начина: зоново топене, дестилация чрез субхалогениди и електролиза на органоалуминиеви съединения. От горните методи за получаване на алуминий със специална чистота методът на зоново топене получи практическо приложение в СССР.
Принципът на зоново топене се състои в многократно преминаване на разтопената зона по алуминиевия блок. По стойността на коефициентите на разпределение K = Stv / Cf (където Stv е концентрацията на примеси в твърдо вещество и Cf - в течна фаза), които до голяма степен определят ефективността на пречистване от примеси, тези примеси могат да бъдат разделени на три групи. Първата група включва примеси, които понижават точката на топене на алуминия; те имат K Ba, Pt, Au, Bi, Pb, Cd, In, Na, Mg, Cu, Si, Ge, Zn. Втората група включва примеси, които повишават точката на топене на алуминия; те се характеризират с K> 1 и по време на зоновото топене се концентрират в твърдата (началната) част на слитъка. Тези примеси включват Nb, Ta, Cr, Ti, Mo, V. Третата група включва примеси с коефициент на разпределение, много близък до единица (Mn, Sc). Тези примеси практически не се отстраняват при зоново топене на алуминий. Алуминият, предназначен за зоново топене, се подлага на известна подготовка, която се състои от филтриране, дегазиране и декапиране. Филтрирането е необходимо, за да се отстрани от алуминия огнеупорен и издръжлив оксиден филм, диспергиран в метала. Двуалуминиевият оксид, присъстващ в разтопения алуминий, може да създаде центрове на кристализация по време на неговото втвърдяване, което води до производството на поликристален слитък и нарушаване на ефекта на преразпределение на примесите между твърдия метал и разтопената зона. Алуминиевата филтрация се извършва ввакуум (остатъчно налягане 0,1-0,4 Pa) през отвор в дъното на графитния тигел с диаметър 1,5-2 mm. Извършва се предварителна дегазация на алуминий преди зонно топене (също и нагряване във вакуум), за да се предотврати разпръскване на метала по време на зонно топене, в случай че процесът се извършва във висок вакуум.
Последният етап от подготовката на алуминия за зоново топене е ецването на повърхността му със смес от концентрирана солна и азотна киселина. Тъй като алуминият има значителна химическа активност и особено чистият графит се използва като основен материал за контейнери (лодки), зоновото топене на алуминия се извършва във вакуум или в атмосфера на инертен газ (аргон, хелий). Зонното топене във вакуум осигурява висока чистота на алуминия поради изпаряването на някои примеси по време на вакуумиране (магнезий, цинк, кадмий, алкални и алкалоземни метали), а също така изключва замърсяването на пречистения метал с примеси в резултат на използването на защитни инертни газове. Зоновото топене на алуминий във вакуум може да се извърши с непрекъснато евакуиране на кварцова тръба, където е поставена графитна лодка с алуминиев слитък, както и в запечатани кварцови ампули, от които предварително се евакуира въздух до остатъчно налягане от приблизително 1 ּ10–3 Pa.
За да се създаде разтопена зона върху алуминиев блок по време на зоновото му топене, може да се приложи нагряване с помощта на малки съпротивителни пещи или високочестотни токове. Захранването на електросъпротивителните пещи не изисква сложно оборудване, пещите са лесни за работа. Единственият недостатък на този метод на нагряване е малкото напречно сечение на алуминиевия блок, който се почиства. Индукционното нагряване с високочестотни токове е идеален начин за създаване на разтопена зона върху слитък при зоново топене. Високочестотен методнагряването (в допълнение към факта, че позволява зоново топене на слитъци с големи сечения) има важното предимство, че разтопеният метал непрекъснато се смесва в зоната; това улеснява дифузията на примесните атоми от фронта на кристализация в дълбочината на стопилката.