4.7. Тугоплавкі провідникові матеріали
Метали з температурою плавлення більше 1700°С відносять до тугоплавких. Характерно, що ці метали як правило хімічно стійкі при низьких температурах, але при підвищених температурах активно взаємодіють з атмосферою. Тому вироби з них (електроди, нагрівачі, катоди) експлуатують у вакуумі або в середовищі інертних газів. Механічна обробка тугоплавких металів затруднююча, оскільки в них підвищена твердість і крихкість.
Вольфрам – важкий і твердий метал сірого кольору. Із всіх металів він володіє найбільш високою температурою плавлення. Вольфрам отримують з руд різного складу. Проміжним продуктом є вольфрамова кислота М2WO4, з якої “відновленням” воднем при нагріві до 900°С отримується металічний вольфрам у виді дрібного порошку. З цього порошку при високому тиску пресують стержні, які піддають складній термічній обробці в атмосфері водню (для уникнення впливу кисню). Для вольфраму характерна слабка зв’язаність окремих кристалів, тому при зернистій будові порівняно товсті вольфрамові вироби крихкі і легко ламаються.
При механічній обробці вольфрам набуває волокнисту структуру, цим пояснюється гнучкість тонких вольфрамових ниток. Із зменшенням товщини вольфрамової проволоки сильно збільшується і її границя міцності при розтягу (від 500 – 600 МПа) для стержнів діаметром 5 мм, до 3000 – 4000 МПа для тонких ниток, відносне видовження перед розривом 4 %. Вольфрам є одним з важливих матеріалів для електровакуумної техніки.
Завдяки тугоплавкості і великій механічній міцності при підвищених температурах вольфрам може працювати при високій температурі (більше 2000 °С), але лише у вакуумі чи в інертному газі (азом, аргон), так як вже при нагріві до температури декілька сот градусів Цельсія в присутності кисню він сильно окислюється.
Рис.4.12. Температурні залежності теплоємності с, коефіцієнта електропровідності γT, коефіцієнта лінійного розширення αl, питомого опору ρ для вольфраму.
Вольфрам застосовують також для виготовлення контактів, які є стійкими в роботі, мають малий механічний знос завдяки високій твердості матеріалу, здатні протистояти дій дуги, стійкі до корозії. Недоліками вольфраму як контактного матеріалу є: утворення оксидних плівок, необхідність застосування високого тиску для забезпечення малого опору контакту. Вольфрам порівняно дорогий і тому застосовується тільки там, де його не можна замінити.
Молібден широко застосовують в електровакуумній техніці при менш високих температурах, ніж вольфрам; накалюючі деталі з молібдену повинні працювати у вакуумі чи в інертному газі. Має найменший питомий опір із всіх термоплавких матеріалів (металів). Структура кованого молібдену така ж як і вольфраму. Однак нагрітий у високій температурі дрібнозернистий молібден характеризується хорошою пластичністю і його механічна обробка не викликає особливих забруднень.
Механічні властивості молібдену в значній мірі залежать від термічної і механічної обробки матеріалу, виду і розрізу виробу. Для потреб електровакуумного виробництва промисловість випускає особливо чистий молібден (ОЧМ) із вмістом домішок не більше 0,02%, чистий молібден (МЧ) і молібден з присадкою окисі кремнію (МК). Марка МК відрізняється від інших підвищеною механічною міцністю при високих температурах. Це кращий матеріал для виготовлення деталей складної конфігурації (електроди, нагрівачі електропечей і т.д.). Значення ТКε молібдену близьке з ТКε кремнію і германію, що дає змогу використовувати його разом з вольфрамом в корпусах потужних ВЧ і СВЧ – напівпровідникових пристроїв для тепловідводу. В парі з вольфрамом молібден використовують для виготовлення термопар. Основні електрофізичні властивості тугоплавких металів наведені в додатках.