2.1.3. Ниобий

Минералы: K₂NbF₇ - фторниобат калия иNb₂O₅. Для получения порошкаNbиз первого минерала применяетсянатриевотермический способс использованием метода СВС (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза) по реакции:K₂NbF₇+ 5Na→Nb+ 5NaF+ 2KF. Реакция проходит в конических тиглях при послойной загрузке реагентов после точечного нагрева в нижней части конуса, температура при реакции достигает 1000^оС. В результате получается порошокNb, основная часть частиц (до 70%) которого имеет размеры 2,5 мкм и менее, а в порошке присутствуют примеси, вес.%:Ti(0,02÷0,06);Fe(0,04÷0,06);Si(0,03÷0,06);C(0,1÷0,15);O₂(0,5). Для получения порошкаNbизNb₂O₅используетсякарботермический способ, состоящий из трёх этапов: а) получение карбида ниобия в графито-трубчатых печах в атмосфере Н₂:Nb₂O₅+ 7 С → → 2NbC+ 5CО↑; б) карботермическое восстановлениеNbпри температура 2000^оС в вакууме:Nb₂O₅+ 5NbC→ 7Nb+ 5CО↑; в) гидрирование, измельчение и дегидрирование, при этом в порошке присутствуют примеси, вес.%: С – 0,3; О – 0,5.

Дальнейшая переработка порошкового Nbв компактный металл осуществляется методом ПМ (спекание штабиков, электронно-лучевая и электро-дуговая плавка).

2.2.Никель

Температура плавления – 1455^оС, температура кипения – 2900^оС.

Химические свойства:Niна воздухе окисляется при температуре выше 500^оС; очень устойчив к щелочам; растворяется в минеральных кислотах, особенно вHNO₃и смесиHF+HNO₃;Niактивно взаимодействует сS- делается хрупким; при длительном хранении деталей во влажном воздухе на поверхности образуются светло-жёлтые цвета побежалости;N₂ наNiне действует; Н₂приt> 350^оС восстанавливает окислыNi; приt> 50^оС в присутствии СО образуется карбонилNi–Ni(СО)₄;ClнаNiне действует; газы, содержащиеS(SO₂,H₂S), приt= 20^оС – окрашивание, приt> 320^оС - межкристаллическая коррозия.

Травление окислов Ni на деталях: а) 1-2 мин в тёплом (70^оС) водном раствореHNO₃; б) 1л Н₂О + 1,5лH₂SO₄+ 2,25лHNO₃+ 30гNaCl– 5÷20cприt= 20÷40^оС; в) электролитическое травление (для толстых слоёв окисла): постоянный ток – 6÷12В сNiэлектродом и составом электролита: 200 см³ дистиллированной Н₂О + 130 см³концентрированнойH₂SO₄+ 25г сернокислогоNi(NiSO₄).

Применение Ni:проволочные держатели и токовводы, сетки элект- ронных ламп, керны оксидных катодов, аноды с малой термической нагрузкой, экраны и колпачки из жести.

Гальваническое никелирование– для различных внешних деталей (для защиты от коррозии): штырьки и корпуса цоколей. Методика никелирования:1) состав электролита (217,3гNiSO₄кристаллического; 10,7г чистейшего (NH₄)₂SO₄(сернокислый аммоний); 240 г чистейшегоNa₂SO₄(сернокислый натрий); 25г уксусной кислоты (СН₃СООН); 1л дистиллированной воды); 2) аноды – чистыйNi; 3) ток при никелировании 8-штырьковых плоских ножек - 80мА; продолжительность процесса – 30÷40 мин.

Ni порошок– для припоя при пайке керамики и металла; для синтерирования оксидных катодов.

2.3.Медь

Плавление Cu(t_пл= 1083^оС), после электролиза сыройCu, осуществляется в атмосфере СО во избежание «водородной болезни»:Cu₂O+H₂↔ ↔2Cu+H₂O(Н₂диффундирует в толщу металла, в результате указанной реакции образуются пары воды и при большом давлении образуются микротрещины – медь становится губчатой и ломкой – поэтому для приборов, в которых есть Н₂, используется бескислороднаяCu).

Химические свойства: 1) сухой воздух не взаимодействует сCu, влажный воздух (СО₂) на поверхности образует зелёный налёт (карбидCu), приt> 200^оС в атмосфере О₂идёт окислениеCuс образованием на поверхности цветов побежалости; 2) Н₂поглощаетсяCu, если в ней содержитсяCu₂O, то возникает «водородная болезнь»; 3) в чистойCuгазыN₂,CO,CO₂не растворяются; 4) кислоты реагируют сCuтолько в присутствии О₂:HClиH₂SO₄– не действуют,HNO₃(хороший окислитель) – бурно взаимодействует с образованием окислов азота (особенно 25%HNO₃), царская водка (1ч.HNO₃+ 3ч.HCl) – растворяетCu; 5)Hg– амальгамированиеCuи увеличение её хрупкости.

Растворы для травления Cu-деталей.

А. Предварительное травление: 400см³HNO₃(уд.вес 1,40г/см³), 300 см³конц.H₂SO₄(1,83г/см³), 5см³HCl(1,16г/см³), 295см³Н₂О. Детали погрузить в раствор (! - серную кислоту вливать в соляную небольшими порциями, а не наоборот), затем промываются в проточной Н₂О.

Б. Блестящее травление: 240см³HNO₃(уд.вес 1,40г/см³), 600см³конц.H₂SO₄(1,83г/см³), 20см³HCl(1,16г/см³), 130см³Н₂О. Детали погрузить в раствор, промыть в проточной воде (иначе при промывке в цианистом натрии образуется ядовитый цианистый водород - !), а затем промыть в растворе цианистого натрия (15,3гNaCNна 1л Н₂О), промыть в воде и высушить.

С. Матовое травление: 650см³HNO₃(уд. вес1,40 г/см³), 350см³конц.H₂SO₄(1,83г/см³), 120г сернокислогоZn(ZnSO₄),технического. Медные детали погрузить в раствор приt= 80^оС, потом промыть в проточной воде, в этиловом спирте (!) и высушить.

Преимущества применения Cu для деталей ЭВП: 1) очень низкое удельное сопротивление; 2) очень высокая теплопроводность; 3) высокая вакуумная плотность; 4) малое растворение газов; 5) лёгкость обработки давлением; 6) достаточно высокая температура плавления; 7) лёгкость образования сплавов сAg,Ni,Au,Feи их сплавами (ковар,FeNi, монель); 8) нечувствительность к Н₂(у бескислородной меди); 9) отличная растворимость окислов меди в стекле, хорошее и прочное прилипание закиси меди (Cu₂O) к меди в присутствии фосфора; 10) высокая дуктильность при низких температурах; 11) лёгкость плавки и отливки в графитовых тиглях; 12) хорошая химическая устойчивость по отношению к Н₂О и воздуху при комнатных температурах; 13) сравнительно низкая стоимость.

Выводы из анализа преимуществ: 1) применение в качестве токовводов; 2) возможность охлаждения; 3) изготовление тонкостенных деталей, сопряжённых с атмосферой; 4) незначительное выделение газов в вакууме; 5) лёгкость изготовления различных деталей; 6),7),8) возможность пайки (герметичные швы) в атмосфере, Н₂и в вакууме; 9),10) возможность изготовления несогласованных впаев тонких цилиндровCuв тугоплавкое и легкоплавкое стекло; 11) отливки без раковин и с малым содержанием газов, соединение заливкой деталей тугоплавких металлов (W,Mo); 12) изготовление тонких оболочек (при необходимости с нанесёнными покрытиями изAgиAu); 13) рентабельное изготовление бескислороднойCu.

Недостатки Cu: 1) высокая скорость испарения (невозможность использования сильно нагреваемых внутренних деталей ЭВП и ИС); 2) большая склонность к текучести (невозможность приложения больших усилий); 3) большая вязкость (обработка резанием затруднена); 4) большая электропроводность (точечная и роликовая сварки затруднены); 5) незначительная растворимость газов (отсутствие геттерных свойств); 6) большая чувствительность к Н₂(водородная болезнь); 7) чувствительность кHg(невозможность использования внутри ртутьсодержащих ЭВП и ИС).