Тугоплавкі метали

До тугоплавких відносяться метали з температурою плавлення вище 1700 °С: вольфрам, молібден, тантал, ніобій, хром, цирконій, реній. Найчастіше їх отримують методами порошкової металургії з використанням електровакуумних технологій, виплавки та очищення.

Застосування тугоплавких металів:

• вироби електровакуумної техніки;

• нагрівальні елементи;

• випарники в установках термічного осадження для отримання тонких високопровідних і резистивних плівок;

• тонкоплівкові резистори;

• термопари для вимірювання високих температур.

Усі тугоплавкі метали при нагріванні на повітрі до температур вище 600 °С інтенсивно окислюються з утворенням летких оксидів. Тому в якості нагрівальних елементів вони працюють у вакуумі або в захисному інертному середовищі.

Вольфрам (W) — найбільш тугоплавкий з усіх металів (Т_пл=3400 °С), має високу твердість, хорошу провідність. Вольфрам - це один з найважливіших матеріалів електровакуумної техніки. Він є основним матеріалом для виготовлення ниток ламп розжарювання. Для поліпшення властивостей чистого вольфраму в нього вводять різні присадки.

З вольфраму виготовляють катоди високої напруги потужних генераторних ламп, рентгенівські трубки з робочою температурою
2200÷ 2800 К. Вольфрамові катоди мають стабільну емісію електронів і здатність працювати у високому вакуумі.

Молібден (Mo) — аналог вольфраму, але дещо менш тугоплавкий
(Т_пл=2620 °С) і менш твердий. Серед усіх тугоплавких металів молібден має найменшим питомий опір.

Молібден використовується для нагрівальних елементів у високотемпературних (до 1700 °С) електричних печах, що працюють у захисній атмосфері. З молібдену виготовляють сітки та електроди електронних ламп та інші допоміжні деталі електровакуумних приладів (гачки, нитки, підвіски), що працюють в напруженому тепловому режимі. W-Mo-сплави використовують також для ниток розжарювання електроламп і катодів підігріву, оскільки вони мають максимальний питомий опір.

Реній (Re) — рідкісний і важкий метал з температурою плавлення, яка близька до температури плавлення вольфраму (Т_пл=3180 °С). Реній твердий і міцний, пластичний, має високий питомий опір, стійкий до дуги постійного струму.

Реній і його сплави з вольфрамом застосовують у виробництві електровакуумних приладів.

У радіоелектроніці реній застосовують для захисту від корозії та зносу деталей з міді, вольфраму і молібдену. Тонкі плівки ренію використовуються для прецизійних резисторів в інтегральних схемах.

Тантал (Та) — тугоплавкий метал (Т_пл=3000 °С), завдяки його високій пластичності, можна виготовляти фасонні деталі, дріт і фольгу товщиною до 10 мкм. Тантал утворює на поверхні щільну оксидну плівку Та₂О₅, що стійка до температури 1500 °С. Ця властивість використовується при виробництві електролітичних і тонкоплівкових конденсаторів високої питомої ємності, які одержуються шляхом анодного оксидування.

Тантал широко використовується в електровакуумній техніці для відповідальних деталей: анодів і сіток генераторних ламп, катодів розжарювання, завдяки своїй здатності поглинати гази в діапазоні температур 600÷ 1200 °С. Також тантал використовується у тонкоплівкових технологіях при виробництві резисторів.

Ніобій (Nb) — метал, який є близьким за властивостями до танталу, але він більш легкоплавкий (Т_пл=2500 °С), має високу газопоглинаючу здатність в температурному інтервалі 400÷ 900 °С. Тому в електровакуумних приладах деталі з ніобію одночасно виконують функції гетера. У ніобію серед усіх тугоплавких металів найменша робота виходу електронів, його застосовують у катодах розжарювання в потужних генераторних лампах. Ніобій, як і тантал, також застосовують у кріогенній техніці.

Хром (Cr) має порівняно невисоку температуру плавлення
(Т_пл=1900 °С). Його відмінна риса - висока стійкість до окислення, тому хром використовується для захисного покриття виробів (хромування), у тому числі тих, що експлуатуються при підвищених температурах.

Хром добре сумісний з іншими провідними матеріалами. Тому технологія осадження тонких плівок хрому на підкладку широко використовується в мікроелектроніці при виготовленні резисторів, адгезійних підшарів для контактних площадок і струмопровідних з'єднань [1].