第七章 超纯材料和极端条件下材料的制备.pptVIP

第七章 超纯材料和极端条件下材料的制备 第一节 超纯材料及其制备方法 第二节 超高压条件 第三节 微重力条件 第四节 真空条件 第一节 超纯材料及其制备方法 一、高纯金属概述 1、金属的纯度 金属的纯度是相对于杂质而言的。广义上杂质包括化学杂质(元素)和物理杂质(晶体缺陷)。但是，只有当金属纯度极高时，物理杂质的概念才是有意义的。 生产上一般仍以化学杂质的含量作为评价金属纯度的标准，即以主金属减去杂质总含量的百分数表示，常用N(nine的第一字母)代表，如99.9999％写为6N，99.99999％为7N。 国际上关于纯度的定义尚无统一标准，高纯、超纯或超高纯没有严格的定义，为了叙述方便，以下大多采用高纯金属一词。 2、高纯金属的性质 将金属或合金中的杂质下降到极低值，可展示出意想不到的性质，即高纯金属往往使金属的性质改变。 譬如: 高纯铝特性与纯铝(99.5％～99.7％Al)不同，比纯铝柔软、延展性好，但机械性质劣化，强度和硬度随着纯度提高而下降。 金属镁易腐蚀，但高纯镁难于腐蚀。 高熔点金属钒、铌、钽、钼等，因性脆难于加工，但其高纯金属却容易加工。 如细致除去铁中氧，室温下的高纯铁，柔软程度接近铜，再结晶温度下降到200℃，完全成为一种新铁。普通铁易腐蚀，而高纯铁耐腐蚀。 3、几类高纯金属 （1）、超纯铁 当铁中的其他元素极低时，即为纯铁，纯铁不仅有一定的强度，还有较高的韧性及很好的软磁性能，而且其导电和耐腐蚀性能也比普通的铁和钢好得多。 超纯UHP(ultra high purity)铁还具有诸多独特性能：如UHP铁不溶解于盐酸、硫酸，而溶于硝酸盐；HUP铁铸锭很难用传统的锯条切割。 高纯的Fe-Cr合金铸锭具有难以置信的塑性、强度和耐腐蚀性能，以及低膨胀、高导热等结构材料性能。 （2）、超洁净钢和零夹杂钢 超洁净钢界定为C、S、P、N、H、T，O质量分数之和不大于40×10-6。 Kiedssllng提出夹杂物“临界尺寸”的概念，根据断裂韧性KIC的要求，夹杂物“临界尺寸”为5～8μm。当夹杂物小于5μm时，钢材在负荷条件下，不再发生裂纹扩展，可将此界定为超洁净钢标准之一。 所谓“零夹杂”，并不是钢中没有夹杂物存在，而是指钢液在凝固以前不析出任何非金属夹杂物，钢液在固相状态下析出的非金属夹杂物是高度弥散分布的，其尺寸小于1μm，这些夹杂物在光学显微镜下做常规检验时已观察不到。 因此，“零夹杂”钢实际上是含亚微米夹杂物的钢。 （3）、超高纯铜 通常所说的超高纯铜是指纯度为5N—7N的铜。 如果铜的纯度可以达到5N(99.999％)或更高的6N(99.9999％)，那么它的各种物理性能将得到很大的提高。 例如：把5N或6N的铜应用于音响器材的集成电路，制作音响电缆，将大大提高声音的保真度；制作半导体的黄金粘接线也可以用这种纯度的铜替代，可以节约成本；超高纯铜的软化温度低、展性良好，可以很容易地拉制成的Ф20～30μm细丝。 因此，通过超高纯铜的利用可以提高电子产品的质量，同时又能降低制造成本。 二、高纯金属的制备方法 高纯金属制取通常分两个步骤进行，即纯化(初步提纯)和超纯化(最终提纯)。 生产方法大致分为化学提纯法和物理提纯法两类。 金属提纯方法较多： ①金属化合物法有；化学处理法、精馏法、区熔提纯法、离子交换法，溶剂萃取法，分别升华法等。 ②金属还原法有：氢还原法、碳还原法、金属还原法、电解法等。 ③金属提纯法有：热分解法、电解提纯法、蒸馏法(真空蒸馏、减压蒸馏)、升华法、区熔提纯法、真空熔融法，电子束熔炼法、减压提纯法、直拉晶提纯法等。 金属的提纯可以采用上述一种方法，或两种以上的组合方法。 第二节 超高压条件 这与科学技术不同的时期和不同的领域有关。其中： 压力达100MPa的超高压设备可用于质量控制用的检测设备、化学加工技术和液压工具等； 压力达200MPa的超高压设备可用于化学加工技术、高压提纯设备、润滑系统等； 压力达400MPa的超高压设备可用于化学加工技术、射流切割、压力机等； 压力达700MPa的超高压设备可用于基础科研设备、破损压力检测设备等； 压力达1000MPa的超高压设备可用于基础科研设备、粉末冶金制造等； 压力达1400MPa的超高压设备可用于基础科研设备、炸药检验设备等； 而压力达1400MPa以上的超高压设备可用于基础科研设备等。 由于可得压力不断提高，再加上各种先进的测试手段，使得人们进行高压下精密的物性测量成为可能； 这些高压理论与实践方面的一些新进展，正逐渐改变着人们的观念，使得人们能够考虑和从事某些具有深远意义的研究。 原子间距是决定物质凝聚态最基本的参数之一。压强的最基本效应是改变原子间距从而引