Материал: Учебное пособие ЭТМ

Первое место по запасам и добыче золота на суше занимает Южная Африка, второе — США, третье — РФ, четвертое — Китай, пятое — Австралия.

В настоящее время технология получения золота из минералов основана на обработке их цианидами с последующим электролизом. Физические свойства золота: температура плавления 1063 ° С, плотность 19,3 г/см3. Золото — металл желтого цвета. Коэффициент теплопроводности при 20 ° С равен 312 Вт/(м·К). Удельное электрическое сопротивление Au при 20 ° С равно 2,0·10- 8 Ом·м. Предел механической прочности равен 140 МПа, твердость — 2,5 балла. У золота са-

(путем раскатки) можно сделать микропровод длиной 2 км или пластину площадью 1 м2.

В РФ выпускается 2 марки золота: «999,9» — более 99,99 % золота и «999» — более 99,9 % золота.

При 20 ° С удельное электрическое сопротивление равно 2·10- 8 Ом·м. При температуре плавления 1063 ° С удельное электрическое сопротивление равно 30·10- 8 Ом·м. У золота при нормальном давлении и макроразмерах сверхпроводимость отсутствует.

Золото не взаимодействует с серой, водой, кислородом и с большинством кислот (серной, соляной, азотной). Растворить золото можно в «царской водке» (3 части HCl + 1 часть HNO3). Золото взаимодействует с газообразным хлором и бромом при 100 – 150 ° С. Золото растворяется в жидкой ртути, образуя золотую амальгаму (Au + 2Hg → AuHg2). В частности, на этом процессе был основан способ, применявшийся в древности для извлечения золота из тканей с золотыми нитями.

К достоинствам золота относятся:

высокая электропроводность и теплопроводность (третье место среди металлов);

высокая коррозионная стойкость;

138

отсутствие взаимодействия с плавиковой кислотой, что важно для интегральных схем

Недостатки золота:

дефицитность (в Земной коре содержится не более 5·10- 7 %); низкая механическая прочность (140 МПа); высокая истираемость.

Применение золота:

90 % золота используется в банковском деле и ювелирных украшениях;

10 % используется в технике.

Применение в области электро- и радиотехники:

электрические контакты для цепей со слабыми токами (реле, размыкатели). Для этих контактов применяют только сплавы золота

(Ag + Cu, Zn + Cu + Au; Ag + 65 %Au и Ag + 75 %Au — наиболее час-

то используемые); проводники в интегральных схемах;

золотые пасты для металлизации керамики, стекла (аналогично с серебром);

высокотемпературные припои (Au + Ag + Pt и Au + Ag + Pd).

5.3.2. Криопроводники

Криопроводники — такие проводники, которые при температуре меньшей, чем 77 К (температура испарения жидкого азота), обнаруживают резкое изменение удельного электрического сопротивления на три – четыре порядка относительно ρ при нормальных условиях, а также демонстрируют слабую зависимость сопротивления от температуры (рис. 5.13).

Криопроводники — термоотожженные проводники с минимальным содержанием примесей. Только при этом можно достичь у проводника высокой электропроводности (табл. 5.4).

139

ρ

Рис. 5.13. Температурная зависимость удельного электрического сопротивления криопроводника

Таблица 5.4

Влияние примесей и отжига на электропроводность алюминия

К криопроводникам относят обычно только два металла: алюминий и бериллий. Температурные зависимости удельного сопротивления для этих проводников представлены на рис. 5.14.

ρ

ρ = 4,0·10-8 Ом·м

ρ = 2,8·10-8 Ом·м

Ве: ρ ≈ 1,0·10-10 Ом·м

Рис. 5.14. Температурные зависимости удельного сопротивления алюминия и бериллия (численные значения ρ для Al и Be, приведенные на рисунке, относятся к температурам 300 К и 4,2 К)

140

Из данных, представленных на рис. 5.14, можно сделать вывод о том, что, если в распоряжении имеется жидкий гелий, то целесообразно применять алюминий. В том случае, если по экономическим причинам используют жидкий азот, то следует применять бериллий, так как при температуре меньше 77,4 К удельное сопротивление бериллия более слабо по сравнению с алюминием зависит от температуры.

Бериллий. В таблице Д. И. Менделеева бериллий (Be) находится под № 4 в II группе. Распространенность бериллия в Земной коре порядка 3·10- 4 %. Этот металл не встречается в виде самородков, только в виде соединений, например, в составе изумруда (Be – Al – Si – Cr – O). Физические свойства бериллия: температура плавления 1284 ° С, плотность 1,83 г/см3 (меньше, чем плотность алюминия). Бериллий — легкий металл серебристого цвета. Порошок бериллия токсичен. Электрические свойства: удельное электрическое сопротивление при 20 ° С равно 4·10- 8 Ом·м. Имеется сверхпроводимость при Тс равной 0,03 К.

Применение бериллия:

в качестве криопроводника;

бериллиевая бронза Cu + ≤ 10 % Be. Из нее делают безыскровые электрические контакты, так как эта бронза пружинит. Изготавливают также инструменты для работы в шахтах, на газовых заводах, где нельзя использовать инструменты из обычной стали;

легирующая добавка, повышающая механическую прочность легких сплавов. Это важно для авиации, ракетостроения.

5.3.3. Классификация проводников различного назначения

Для этой группы материалов важными являются не электрические, а другие физические свойства (теплофизические, механические, радиационные и другие).

Проводники по температуре плавления делятся на три группы: материалы с высокой температурой плавления (больше2500 °С);

141

материалы со средней температурой плавления (более 500 ° С и менее 2500 ° С);

материалы с низкой температурой плавления (меньше 500 ° С).

Проводники различного назначения с высокой температурой

плавления (тугоплавкие металлы)

Свойства тугоплавких металлов приведены в табл. 5.5.

Изделия из тугоплавких металлов изготавливают с помощью специальных технологий. Это связано с тем, что отсутствуют материалы для тиглей, в которых можно плавить эти металлы. Необходимо, чтобы температура плавления тигля была выше, чем температура плавления металла.

Таблица 5.5

Проводники с высокой температурой плавления (более 2500 °С)

Из оксидных материалов самым тугоплавким является оксид тория (Тпл = 3050 ° С). Однако, такой температуры недостаточно, чтобы расплавить, например, W, Re, Os, поскольку прежде чем расплавится металл, произойдет расплавление тигля, в котором находится нагреваемый металл. Поэтому в случае тугоплавких металлов применяют метод порошковой металлургии: порошкообразные частицы металла спекаются при температуре спекания, которая ниже температуры плавления (частицы укрупняются).

Вольфрам. В таблице Д. И. Менделеева вольфрам находится под № 74 в VIб группе. Распространенность вольфрама в Земной коре

142