2. Прецизионные сплавы

Магнитные сплавы. Основу составляют системы железа – никель, а также хром и кобальт. Высокое сожержание (65 – 80%) никель обеспечивает большую магнитную проницаемость. Высокая индукция насыщения достигается при 36 – 50% Ni. Введение добавок Mo, Cr, Si повышает удельное электросопротивление: Sn и Au снижают магнитную вязкость. Содержанием Cu, V, Mn, W можно регулировать намагничиваемость сплава.

Немагнитные сплавы создаются на основе титана:

Ti – Mo, Ti – Nb, Ti – V, Ti – Cr, Ti – Zr.

Развитие аппаратурного оформления в радиотехнике и электронно-вычислительных машинах требует миниатюризация. для магнитных стержневых антенн, сердечников магнитных усилителей используются ферриты. Они получаются спеканием порошков оксидов Fe₂O₃, Zno, NiO, MnO и др.

Области применения прецизионных сплавов достаточно широки и охватывают практически все современные отрасли: кибернетику, создание ЭВМ, электрону. промышленность, радиотехнику, темаппаратуру.

Сплавы с заданным тепловым расширением. Обычно нужен материал, который бы не менялся под действием температуры. Таковы требования к части инструментальных сплавов. Вакуумной технике необходим материал для пайки с тугоплавким стеклом, цветному телевидению – фиксаторы в кинескопах. Такие сплавы имеют следующие пары: Fe – Cr, Fe – Rd, Fe – Pt, Fe – Ni.

Сплавы с высокой упругостью. Детали приборов, работающие под знакопеременной нагрузкой, т.е. на сгибание-раздвигание, требуют для изготовления материал, обладающий повышенными упругими свойствами. Примером могут явиться волоски часовых механизмов, держатели в электронно-лучевых приборах, размыкатели в электротехнике. Основой являются сплавы Fe – Ni (36%) – Cr (6 – 13%) и легирующая добавка Mo.

Сплавы с заданным электросопротивлением. Без них не могут быть созданы нагревательные приборы для температур 1200 – 1400°С. Основой жаростойкости в них служит хром в системе Ni – Cr или Fe – Cr – Al. В последнем случае сплав не подвержен язвенной высокотемпературной коррозии до 1400°С.

3. Специальные сплавы

Порошковые сплавы представляют собой порошок из железа, цветных металлов и иногда графита, спрессованный при высоком давлении и подвергнутый спеканию при высокой температуре. Такие сплавы называют металлокерамическими ввиду сходства их изготовления с производством керамических изделий (фарфора, фаянса и т.д.). Порошковые сплавы широко применяются для изготовления режущих инструментов (резцов, фрез и др.), пористых подшипников, для изготовления фитилей и горелок, электродов аккумуляторов, пористых железных снарядных поясков, магнетодиэлектриков и др.

В народном хозяйстве получили большое применение сплавы (типа»победит»), содержащие в своей основе карбид вольфрама WC. Такой карбид имеет исключительно высокую твёрдость (близкую к твёрдости алмаза). Для изготовления режущих инструментов порошок карбида вольфрама прессуют и спекают при 1400°С с порошком кобальта, который играет роль пластичной связки. Этот сплав применяется для изготовления волочильных фильеров, резцов для обработки чугуна и цветных сплавов, горно-бурового инструмента и т. п.

Известны десятки чистых металлов, обладающих сверхпроводимостью. Помимо чистых элементов, известно большое количество сплавов и химических соединений, также обладающих сверхпроводимостью. Наилучшими свойствами обладают сплавы ниобия с цирконием и оловом.

Явление сверхпроводимости начинает использоваться в технике, например для создания сверхсильных магнитов. Эти магниты нужны для мощных ускорителей элементарных частиц, магнитногидравлических генераторов, термоядерных реакторов, лазеров, телескопов, электрических приборов и пр. Проблема освоения термоядерных реакций не может быть решена без применения сверхпроводящих мощных магнитов. Сверхпроводники используются в электронно-счётных машинах. Элемент, предназначенный для хранения информации в вычислительной машине, должен обладать свойством быстрого и однозначного перехода из одного физического состояния в другое. Сверхпроводники обладают следующим свойством: пока они находятся при очень низкой температуре, они могут быть переключены в нормальное состояние за счёт помещения их в магнитное поле выше критического значения.

Типичными парами сверхпроводников, используемых для вентильного и управляющего элементов, являются тантал и ниобий, свинец и индий. В сверхпроводящем гироскопе (приборе ориентации движущихся объектов в пространстве) сверхпроводящий шар, изготовленный из ниобия или его сплава, «подвешивается» в магнитном поле, а затем раскручивается и служит ротором гироскопа. Подшипников здесь не надо. Отсутствие трения повышает надёжность и долговечность таких гироскопов.

Любопытный парадокс наблюдается в изменении электропроводимости меди. Как известно, медь является хорошим проводником электрического тока и поэтому является лучшим материалом для изготовления проводов и кабелей. Однако при температуре жидкого гелия она оказывает значительное сопротивление движению электрического тока. Поэтому в настоящее время медью покрывают сверхпроводящие провода и в этом случае медь работает как изолятор.

Природа сверхпроводника, её состав, внутреннее строение, чистота, микро- и макроструктуры определяют характеристики сверхпроводящих материалов, магнитов и различных других установок.

Рекордными сверхпроводящими характеристиками обладают химические соединения Nb₃Sn, V₃Ga, V₃Si. Все сверхпроводящие материалы могут работать только в условиях жидкого гелия. Было бы весьма ценно изобрести сверхпроводники, которые не требовали бы охлаждения. В этом направлении в настоящее время ведётся напряжённая исследовательская работа.

Специфические сплавы

Достижения в той или иной области деятельности человека иногда требуют создания материала узкоцелевого назначения. Так, для медицинской техники стал необходим прочный сплав для костной и пластической хирургии. Такой сплав был создан на основе ниобия и тантала. Металлы эти нисколько не вредят деятельности живых тканей организма. Лечение ранений черепа и сшивание внутренних сосудов стали возможны с появлением такого сплава. Особенностью его является то, что при помощи холодной обработки из него можно получить тонкую фольгу и тонкую проволоку.

Существуют сплавы, способные менять свои акустические свойства в зависимости от структуры. Она меняется с температурой, поэтому, если происходит нагрев, то звук, издаваемый сплавом при ударе, меняет свой тон. Сплав митинол с такими качествами образует никель с титаном. Выше 55°С он издаёт при ударе высокий звук, что может служить сигналом пожарной опасности. У него есть и другое свойство. При охлаждении он «запоминает» свою исходную форму и при нагревании вновь возвращается к ней.