Медь и сера температура плавления: На основе жизненного опыта и используя дополнительную литературу

alexxlab | 14.05.2021 | 0 | Разное

Содержание

Температура плавления меди

На заре человечества люди пытались освоить создание различных элементов из металлов. Такие вещи были более изящные, тонкие и долговечные. Одним из первых была «покорена» медь. Наличие руды требовало расплавления материала и отделения от шлака. Это выполнялось в раскаленных углях на земле. Температуру нагнетали мехами, создающими жар. Процесс был горячим и трудоемким, но позволял получать необычные украшения, посуду и орудия труда. Отдельным направлением стало изготовление оружия для охоты, которое могло служить долгое время. Температура плавления меди относительно невысока, что позволяет и сегодня плавить ее в бытовой обстановке и производить предметы, необходимые для ремонта механизмов или электрического оборудования. Какая температура плавки у меди и ее сплавов? Чем можно выполнить эту процедуру в домашних условиях?

Главное о меди

В таблице Менделеева этот материал получил название Cuprum. Ему присвоен атомный номер 29. Это пластичный материал, отлично обрабатывающийся в твердом виде шлифовальным и резным оборудованием. Хорошая проводимость напряжения позволяет активно использовать медь в электрике и промышленном оборудовании.

В земной коре материал находится в виде сульфидной руды. Часто встречаемые залежи обнаруживаются в Южной Америке, Казахстане, России. Это медный колчедан и медный блеск. Они образовываются при средней температуре, как геотермальные тоненькие пласты. Находят и чистые самородки, которые не нуждаются в отделении шлака, но требуют плавления для добавки других металлов, т. к. в чистом виде медь обычно не используется.

Красновато-желтый оттенок металл имеет благодаря оксидной пленке, покрывающей поверхность сразу, при взаимодействии с кислородом. Оксид не только придает красивый цвет, но и содействует более высоким антикоррозийным свойствам. Материал без оксидной пленки имеет светло-желтый цвет.

Плавится чистая медь при достижении 1080 градусов. Это относительно невысокая цифра позволяет работать с металлом как в производственных условиях, так и дома. Другие физические свойства материала следующие:

  • Плотность меди в чистом виде составляет 8,94 х 103 кг/м квадратный.
  • Отличается металл и хорошей электропроводностью, которая при средней температуре в 20 градусов является 55,5 S.
  • Медь хорошо передает тепло, и этот показатель составляет 390 Дж/кг.
  • Выделение углерода при кипении жидкого материала начинается от 2595 градусов.
  • Электрическое сопротивление (удельное) в температурном диапазоне от 20 до 100 градусов — 1,78 х 10 Ом/м.

Плавление металла и его сплавов

График плавления меди имеет пять ступеней процесса:

  1. При температуре 20-100 градусов металл находится в твердом состоянии. Последующий нагрев содействует изменению цвета, что происходит при удалении верхнего оксида.
  2. При достижении отметки температуры в 1083 градуса, материал переходит в жидкое состояние, а его цвет становится абсолютно белым. В этот момент разрушается кристаллическая решетка металла. На небольшой период рост температуры прекращается, а после достижения полностью жидкой стадии, возобновляется.
  3. Закипает материал при 2595 градусах. Это схоже с кипением густой жидкости, где также происходит выделение углерода.
  4. Когда источник тепла выключается, то пиковая температура начинает понижаться. При кристаллизации происходит замедление снижения температуры.
  5. После обретения твердой стадии, металл остывает окончательно.

Температура плавления бронзы немного ниже из-за наличия в составе олова. Разрушение кристаллической решетки этого сплава происходит при достижении 950-1100 градусов. Медный сплав с цинком, известный как латунь, способен плавиться от 900°C. Это позволяет работать с материалами при несложном оборудовании.

Плавление в бытовых условиях

Плавка меди в домашних условиях возможна несколькими способами. Для этого понадобиться ряд приспособлений. Сложность процесса зависит от использования конкретного вида оборудования.

Самым простым способом для плавления меди дома является муфельная печь. У мастеров по металлу найдется такое устройство, которым можно будет воспользоваться. Кусочки металла ложатся в специальную емкость — тигель. Он устанавливается в печь, на которой выставляется требуемая температура. Через смотровое окно можно заметить процесс перехода в жидкое состояние, и открыв дверцу удалить оксидную пленку. Делать это необходимо стальным крюком и в защитной перчатке. Жар от печи довольно сильный, поэтому действовать необходимо аккуратно.

Еще одним способом плавки меди в домашних условиях является пропан-кислородное пламя. Оно хорошо подходит и для сплавов металла с цинком или оловом. В качестве рабочего инструмента в руках мастера может быть горелка или резак. Ацетилен-кислородное пламя тоже подойдет, но погреть материал придется немного подольше. Кусочки сплава помещают в тигель, устанавливаемый на жаропрочное основание. Горелкой выполняют произвольные движения по всему корпусу емкости. Быстрый эффект можно получить, если следить чтобы факел пламени касался поверхности тигеля кончиком синего цвета. Там наибольшая температура.

Еще одним способом является мощная микроволновка. Но чтобы повысить теплосберегающие свойства и защитить внутренние детали техники от перегрева, необходимо поместить тигель в жаропрочный материал и накрыть его сверху. Это могут быть специальные виды кирпича.

Самым простым в экономическом плане способом служит слой древесного угля, на который устанавливается горн с медью. Усилить жар можно при помощи пылесоса, работающего на выдув. Кончик шланга направленный на угли должен быть металлическим, а сопло иметь плоскую форму для усиления потока воздуха.

Изготовление деталей и других элементов из меди, путем ее плавки в домашних условиях, возможно благодаря относительно низкой температуре разрушения кристаллической решетки в материале. Используя описанные выше приспособления и ознакомившись с видео, у большинства получится реализовать эту цель.

Поделись с друзьями

0

0

0

0

Охлаждающие свойства меди

  • химическая формула - Cu
  • плотность - 8,93 кг / дм 3
  • точка кипения - 2560 градусов по Цельсию
  • температура плавления - 1083,4 ° С
  • предел прочности на разрыв - 210-240 Н / мм2
  • теплопроводность (для 0 ст. С) - 397 Вт / мК
  • тепловое расширение (для 20 - 100 град. C) - 0,0168 мм / м / ºC

Техническая медь имеет много примесей, которые в некоторых случаях очень существенно влияют на ее физико-механические свойства:

  • элементы, которые образуют твердые растворы в меди (например, Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Ag, Pt, Cd и др.), которые оказывают небольшое влияние на пластические свойства меди, повышая ее твердость и прочность, снижая электропроводность и тепловой;
  • элементы, которые не образуют твердых растворов с медью даже в небольших количествах. В эту группу входят главным образом свинец и висмут, которые создают эвтектическую смесь на границах зерен, являются наиболее неблагоприятными загрязнителями меди, снижая в наибольшей степени ее пластические и физические свойства;
  • элементы, которые даже в небольших количествах образуют химические соединения с медью. Эти элементы включают, прежде всего, кислород и серу. Оксиды и сульфиды меди в виде эвтектических смесей также образуются на границах зерен и, как и в предыдущем случае, они понижают пластические свойства, увеличивают прочностные свойства, но более мягким способом.

Медь обладает относительно высокой коррозионной стойкостью. Во влажном воздухе медь покрыта слоем основного карбоната меди, т.н. патина, в некоторой степени защищающая от дальнейшей коррозии. Однако атмосфера меди не является устойчивой к влажной промышленной атмосфере, содержащей диоксид серы, поскольку слой основного сульфата меди, образующийся на его поверхности, не защищает его от дальнейшей коррозии.

Влияние примесей на механические свойства меди очень различно и зависит главным образом от состояния, в котором эти загрязнители встречаются и где они находятся. Структура окисленной меди зависит от содержания кислорода в медном сплаве. В системах холодного, холодного водоснабжения и отопления в основном используются трубы из фосфоресцентной меди. Фосфор является наиболее популярным раскислителем, но его используют в небольших количествах, поскольку его больший остаток в меди после раскисления, как правило, нежелателен, поскольку он влияет на хрупкость материала.

Урок 12.

медь. цинк. титан. хром. железо. никель. платина - Химия - 11 класс

Химия, 11 класс

Урок № 12. Медь. Цинк. Титан. Хром. Железо. Никель. Платина

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению основных металлов побочной подгруппы или Б-группы: меди, цинка, титана, хрома, железа, никеля и платины, их физическим и химическим свойствам, способам получения и применению.

Глоссарий

Катализатор – вещество, которое ускоряет химическую реакцию.

Пассивация – переход металла в неактивное состояние из-за образования на его поверхности оксидной плёнки. Может усиливаться концентрированными кислотами.

Проскок электрона – отступление от общей для большинства элементов последовательности заполнения электронных оболочек.

Хромирование/никелирование – покрытие поверхности металла другим, более устойчивым, для предотвращения коррозии.

Цинковая обманка (ZnS) – сложно идентифицируемое соединение цинка, подверженное сильному влиянию примесей на ее внешний вид.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тесто по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Медь

Электронная конфигурация

Медь является металлом, расположенным в I группе побочной подгруппе и имеет следующую электронную конфигурацию:

1s2

Рисунок 1 – Электронная конфигурация атома меди

Мы видим, что у меди наблюдается проскок электрона – отступление от общей для большинства элементов последовательности заполнения электронных оболочек.

По принципу наименьшей энергии электронные орбитали должны заполняться в следующем порядке:

1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d …

Но для некоторых атомов энергетически более выгодно иметь наполовину (5 электронов, дальше увидим у хрома) или полностью заполненную (10 электронов, как у меди) 3d-орбиталь.

Медь имеет две валентности: 1 и 2 и проявляет степени окисления +1 и +2.

Физические свойства

Медь обладает следующими физическими свойствами

Таблица 1 – Основные физические свойства меди

Свойство

Значение

Цвет

Светло-розовый

Структура

Тягучая, вязкая, легко прокатывается

Температура плавления, °С

1083

Нахождение в природе

В природе медь встречается в самородном виде, а также в составе некоторых минералов:

  • медный блеск, Cu2S;
  • куприт, Cu2O;
  • медный колчедан, CuFeS;
  • малахит, (CuOH)2CO3.

Способы получения меди

Основными способами получения меди являются:

  1. Восстановление коксом и оксидом углерода (II). Таким образом получают медь из куприта:

Cu2O + С = 2Сu + CO

Cu2O + CO = 2Cu + CO2

  1. Обжиг в специальных печах до оксидов. Данный способ подходит для сульфидных и карбонатных руд.
  2. Электролиз. Единственный из перечисленных способов, который позволяет получить медь без примесей.

Химические свойства

При комнатной температуре медь не вступает в реакции с большинством соединений. При повышенной температуре ее реакционная способность резко возрастает.

Реакции с простыми веществами:

2Cu + O2 = 2CuO

2Cu + Cl2 = 2CuCl2

Cu + S = CuS

Реакции со сложными веществами:

Cu + 2H2SO4(конц) = CuSO4 + SO2↑ +2H2O

Cu + 4HNO3(конц) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

3Cu + 8HNO3(разб) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

Применение

Широкое применение находит как сама медь, так и её соединения. В чистом виде она используется для производства проводов, кабелей, теплообменных аппаратов, а также входит в состав многих сплавов.

Соединения меди, например, медный купорос CuSO4∙5H2O используется для защиты растений, а гидроксид меди является качественным реагентом для определения альдегидной группы у органических соединений, а также наличия глицерина (дает голубое окрашивание раствора).

Цинк

Электронная конфигурация

Цинк является металлом, расположенным в II группе побочной подгруппе, и имеет следующую электронную конфигурацию:

Рисунок 2 – Электронная конфигурация атома цинка

В связи с тем, что 4s-орбиталь заполнена, цинк может находиться в единственной степени окисления, равной +2.

Физические свойства

Цинк обладает следующими физическими свойствами

Таблица 2 – Основные физические свойства цинка

Свойство

Значение

Цвет

Голубовато-серебристый

Структура

Хрупок

Температура плавления, °С

419,5

Нахождение в природе

В природе цинк встречается только в связанном состоянии, а именно в цинковом шпате ZnCO3 и цинковой обманке ZnS. Свое название цинковая обманка получила за то, что его сложно идентифицировать, поскольку он может выглядеть совершенно по-разному: быть различного цвета и структуры в зависимости от посторонних примесей.

Способы получения цинка

Чистый цинк получают обжигом с последующим восстановлением:

ZnS + O2 = ZnO + SO2

ZnO + C = Zn + CO↑

Химические свойства

Цинк является довольно устойчивым металлом, поскольку на воздухе покрывается оксидной пленкой, и в дополнение практически не взаимодействует с водой при нормальных условиях. Но так же, как и медь, становится более активным при повышении температуры.

Реакции с простыми веществами:

2Zn + O2 = 2ZnO

2Zn + Cl2 = 2ZnCl2

Zn + S = ZnS

Реакции со сложными веществами:

Zn + 2NaOH(крист) = NaZnO2 + H2

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Применение

Цинк является коррозионно-устойчивым металлом, поэтому он нашёл применение в производстве защитных покрытий металлов, гальванических элементов, а также как компонент сплавов.

Титан

Электронная конфигурация

Титан является элементом IV группы побочной подгруппы и имеет следующее электронное строение:

Рисунок 3 – Электронная конфигурация атома титана

Данная конфигурация позволяет атому титана проявлять две степени окисления: +2 и +4.

Физические свойства

Титан обладает следующими физическими свойствами:

Таблица 3 – Основные физические свойства титана

Свойство

Значение

Цвет

Серебристо-белый

Структура

Высокая прочность и взякость

Температура плавления, °С

1665

Нахождение в природе

В природе титан можно найти в составе таких минералов, как:

  • титаномагнетит, FeTiO3∙Fe3O4;
  • ильменит, FeTiO3;
  • рутил, TiO2.

Способы получения титана

В связи с тем, что в природе не существует титановых руд, человеку приходится извлекать его путём хлорирования рудных концентратов с их последующим восстановлением с помощью магния или натрия.

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

Для удаления примесей магния и его соли полученную смесь продуктов нагревают под вакуумом.

Химические свойства

Титан является очень активным металлом, но его оксидная пленка не даёт ему взаимодействовать при нормальных условиях ни с морской водой, ни даже с «царской водкой». Поэтому все реакции протекают при повышенных температурах.

Реакции с простыми веществами:

Ti + 2Cl2 = TiCl4

Ti + O2 = TiO2

Азотная кислота действует на титан только в форме порошка, в то время как разбавленная серная кислота реагирует с металлом:

2Ti + 3H2SO4 = Ti2(SO4)3 + 3H2

Применение

Титан и его сплавы отличает не только коррозионная стойкость, но и лёгкость, прочность. В связи с этим он активно используется при построении космических ракет, самолётов, подлодок и морских судов. Титан не взаимодействует с тканями организмов, из-за чего используется в хирургии.

Хром

Электронная конфигурация

Хром находится в IV группе побочной подгруппе и имеет следующее электронное строение:

Рисунок 4 – Электронная конфигурация атома хрома

Так как для атома хрома энергетически более выгодно иметь наполовину заполненную 3d-орбиталь, у него, как и у меди, наблюдается проскок электрона, что позволяет ему находиться в степенях окисления от +1 до +6, но наиболее устойчивыми являются +2, +3, +6.

Физические свойства

Хром обладает следующими физическими свойствами:

Таблица 4 – Основные физические свойства хрома

Свойство

Значение

Цвет

Серебристо-белый с металлическим блеском

Структура

Твердый

Температура плавления, °С

1890

Нахождение в природе

В природе большая часть хрома заключена в составе хромистого железняка Fe(CrO2)2. Иногда может встречаться в виде оксида хрома (III) и других соединениях.

Способы получения хрома

Из хромистого железняка путем восстановлением углем при высоких температурах получают смесь железа и хрома – феррохром:

FeO + Cr2O3 + 3C = Fe + 2Cr + 3CO↑

Для получения чистого хрома проводят восстановление оксида хрома (III) алюминием:

Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3

Химические свойства

Как и все вышеописанные металлы, хром покрыт оксидной плёнкой, которую трудно растворить даже сильными кислотами. Благодаря ней он обладает высокой стойкости к коррозии, поэтому начинает реагировать с разбавленными растворами кислот лишь спустя время. Концентрированные кислоты, такие как HNO3 и H2SO4, пассивируют оксидную пленку (укрепляют ее).

Применение

Благодаря своей коррозионной стойкости, хром используют в качестве защитных покрытий (хромируют поверхности металлов и сплавов). Также используется для создания легированных сталей, речь о которых пойдет в следующем уроке.

Железо

Железо – металл, с которым мы чаще всего сталкиваемся в нашей жизни, поэтому переоценить его значимость для человека невозможно. Он является самым распространенным после алюминия и составляет 5% земной коры. Теперь перейдем к рассмотрению его строения и свойств.

Электронная конфигурация

Железо находится в VII группе Б-подгруппе и имеет такое электронное строение, которое позволяет ему находиться в двух степенях окисления: +2 и +3. Конечно, в теории железо может выступать в качестве шестивалентного металла, но из-за пространственных затруднений ему не удается образовать такое количество связей. Поэтому такое состояние является неустойчивым для данного металла.

Рисунок 5 – Электронная конфигурация атома железа

Физические свойства

Железо обладает следующими физическими свойствами:

Таблица 5 – Основные физические свойства железа

Свойство

Значение

Цвет

Серебристо-белый

Структура

Мягкий, пластичный

Температура плавления, °С

1539

Нахождение в природе

 Встречается железо в виде различных соединений: оксидов, сульфидов, силикатов. В свободном виде железо находят в метеоритах, изредка встречается самородное железо (феррит) в земной коре как продукт застывания магмы.

Способы получения железа

Существует множество способов получения железа, и отличаются они друг от друга степенью его чистоты и требуемым типом конечного продукта.

  1. Восстановлением из оксидов (железо пирофорное).
  2. Электролизом водных растворов его солей (железо электролитическое).
  3. Разложением пентакарбонила железа Fe(CO)5 при нагревании до t 250°С.
  4. Методом зонной плавки (получение особо чистого железа).
  5. Технически чистое железо (около 0,16% примесей углерода, кремния, марганца, фосфора, серы и др.) выплавляют, окисляя компоненты чугуна в мартеновских сталеплавильных печах и в кислородных конверторах.
  6. Сварочное или кирпичное железо получают, окисляя примеси малоуглеродистой стали железным шлаком или путём восстановления руд твёрдым углеродом.

Химические свойства

Под воздействием высоких температур железо взаимодействует с простыми веществами:

2Fe + 3O2 = Fe2O3 ∙FeO

В ходе данной реакции происходит получение смеси оксидов, которую иногда записывают в виде общей формулы Fe3O4.

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

Fe + S = FeS

Взаимодействует с разбавленными кислотами, причем с соляной кислотой происходит образование соли только двухвалентного железа:

Fe + 2HCl(разб) = FeCl2 + H2

При комнатной температуре железо пассивируется концентрированными кислотами, но при высоких температурах вступает в реакцию окисления:

2Fe + 6H2SO4(конц) = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Вступает в реакцию обмена с солями, образованными катионами более слабых металлов:

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu↓

Применение

Про области применения железа можно говорить достаточно долго, поэтому выделим основные направления:

  1. В связи с его способностью быстро намагничиваться, его используют в трансформаторах и электромоторах.
  2. Основная масса железа расходуется на производство различных сплавов, таких как чугун и сталь.

Никель и платина

Далее стоит обратить на два металла: никель и платина. Как нам известно, они имеют схожие области применения, но отличаются по цене и качеству, потому предлагаю сравнить их.

Электронная конфигурация

Электронное строение металлов выглядит следующим образом:

Ni …3s2 3p6 3d8 4s2

Характерные степени окисления: + 2 и +3, но последняя является неустойчивой.

Pt …5s2 5p6 5d9 6s1

Характерные степени окисления: + 2 и +4.

Физические свойства

Таблица 5 – Основные физические свойства железа

Свойство

Значение

Ni

Pt

Цвет

Серебристо-белый

Белый

Структура

Очень твердый

Пластичный

Температура плавления, °С

1453

1769

Химические свойства

Никель при повышенных температурах реагирует с галогенами с образованием солей, и с кислородом с образованием оксида никеля (II), в то время как платина очень устойчива к любым взаимодействиям. Реагирует с серой и галогенами в мелкораздробленном виде.

Никель медленно взаимодействует с разбавленными кислотами, когда платина реагирует только с «царской водкой».

Применение

Оба металла активно используются в переработке нефти в качестве катализаторов.

Катализатор – вещество, которое ускоряет химическую реакцию.

Каждые 2-3 года закупаются тонны реагентов, в составе которых всего несколько десятых процента платины или никеля, но именно они определяют их стоимость.

Также они используются в составе высококачественных сплавов, а никель – как антикоррозионное покрытие.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

  1. Решение задачи на вычисление количества исходного реагента.

Условие задачи: При растворении меди в растворе концентрированной азотной кислоты выделилось 2 л газа. Вычислите массу прореагировавшей меди.

Шаг первый. Напишем уравнение реакции и определим, какой газ выделился, расставим коэффициенты.

Cu + 4HNO3(конц) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

Шаг второй. Вычислим количество вещества газа:

Шаг третий. Вычислим количество вещества меди:

По уравнению реакции: n(Cu) = 0,5n(NO2), тогда

n(Cu) = 0,5 ∙ 0,089 = 0,044 (моль)

Шаг четвёртый. Вычислим массу меди:

m(Cu) = 0,044 ∙ 46 = 2,024 (г)

Ответ: 2,024 (г).

  1. Решение задачи на выход продукта.

Условия задачи: при обжиге 8,515 г сульфида цинка с последующим восстановлением оксида с помощью угля выделилось 3,45 л газа. Рассчитайте выход реакции обжига, если выход реакции восстановления равен 60%.

Шаг первый. Запишем уравнения реакций и вычислим молярные массы компонентов:

ZnS + O2 = ZnO + SO2

ZnO + C = Zn + CO↑

M (ZnO) = 81 г/моль

Шаг второй. Вычислим количество вещества газа:

Шаг третий. Вычислим массу оксида цинка:

Так как выход реакции составил 60%, то

n (ZnO) = 0,6n (CO) = 0,6 ∙ 0,154 = 0,0924 (моль)

Шаг четвёртый. Вычислим массу оксида цинка:

Шаг пятый. Вычислим выход реакции:

Ответ: 87, 89%.

Свойства меди

Чистая медь по электрической проводимости занимает следующее место после серебра, обладающего из всех известных проводников наивысшей проводимостью. Высокая проводимость и стойкость к атмосферной коррозии в сочетании с высокой пластичностью делают медь основным материалом для проводов.
На воздухе медные провода окисляются медленно, покрываясь тонким слоем окиси СuО, препятствующим дальнейшему окислению меди. Коррозию меди вызывают сернистый газ SО2, сероводород h3S, аммиак Nh4, окись азота NО, пары азотной кислоты и некоторые другие реактивы.
Проводниковую медь получают из слитков путем гальванической очистки ее в электролитических ваннах. Примеси, даже в ничтожных количествах, резко снижают электропроводность меди (рис. 8-1), делая ее малопригодной для проводников тока, поэтому в качестве электротехнической меди применяются лишь две ее марки (М0 и M1) по ГОСТ 859-66, химический состав которых приведен в табл. 8-1.
В табл. 8-1 не указана бескислородная медь марки М00 (99,99% Си), свободная от содержания кислорода и окислов меди, отличающаяся от меди марок М0 и M1 меньшим количеством примесей и существенно более высокой пластичностью, позволяющей ее волочение в тончайшие проволоки. По проводимости медь М00 не отличается от меди М0 и M1. Медь повышенной чистоты широко используется в электровакуумной технике.
Примеси Bi и Рb в больших количествах, чем указано в табл. 8-1, делают невозможным горячую прокатку меди. Сера не вызывает горячеломкость меди, но повышает ее хрупкость на холоде. Примеси в небольших количествах Ni, Ag, Zn и Sn не ухудшают технологических свойств, повышая механическую прочность и термическую стойкость меди.
Кислород как примесь в малых дозах, не затрудняя заметно прокатку, несколько повышает проводимость меди, так как находящиеся в меди другие примеси в результате окисления выводятся из твердого раствора, где они наиболее сильно влияют на снижение проводимости металла.
Повышенное содержание кислорода снижает проводимость и делает медь хрупкой в холодном состоянии, поэтому в электротехнических марках меди присутствие кислорода ограничивается (табл. 8-1). Медь, содержащая кислород, подвержена также водородной болезни. В восстановительной атмосфере закись меди восстанавливается до металла. Во время реакций, идущих с образованием водяных паров, в меди появляются микротрещины.

Концентраты медные. Методы определения серы – РТС-тендер

ГОСТ 15934.8-80*

Группа А39

КОНЦЕНТРАТЫ МЕДНЫЕ

Методы определения серы

Copper concentrates. Methods for determination of sulphur

ОКСТУ 1733

Дата введения 1981-07-01



Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 30.04.80 N 1981 дата введения установлена 01.07.81

Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (11-12-94)

ВЗАМЕН ГОСТ 15934.8-70

* ПЕРЕИЗДАНИЕ (март 1999 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в апреле 1985 г., феврале 1995 г. (ИУС 7-85, 4-95)


Настоящий стандарт распространяется на медные концентраты всех марок и устанавливает гравиметрический метод определения массовой доли общей серы и титриметрический метод определения массовой доли сульфидной серы от 10 до 40%.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Общие требования к методу анализа - по ГОСТ 27329-87.

1.2. Требования безопасности при выполнении анализов - по ГОСТ 2082.0-81 и ГОСТ 26100-84.

(Введен дополнительно, Изм. N 1).

2. ГРАВИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЩЕЙ СЕРЫ


Метод основан на осаждении сульфат-ионов раствором хлористого бария после предварительного сплавления навески концентрата со смесью углекислого натрия и перекиси натрия или кислотного разложения анализируемой пробы.

(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).

2.1. Аппаратура, реактивы, растворы

Аппарат Киппа.

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77 и разбавленная 1:1 и 1:100.

Аммиак водный по ГОСТ 3760-79, разбавленный 1:25.

Барий хлористый по ГОСТ 4108-72, раствор 20 г/дм.

Бром по ГОСТ 4109-79.

Водорода перекись по ГОСТ 10929-76.

Гидроксиламин солянокислый по ГОСТ 5456-79, раствор 100 г/дм.

Двуокись углерода.

Метиловый оранжевый (пара-диметиламиноазобензолсульфокислый натрий) раствор 1 г/дм.

Натрий углекислый безводный по ГОСТ 83-79.

Натрия перекись.

Серебро азотнокислое по ГОСТ 1277-75, раствор 10 г/дм, подкисленный азотной кислотой.

Углерод четыреххлористый по ГОСТ 20288-74.

Смесь для сплавления: смешивают перекись натрия и углекислый натрий в соотношении 1:1.

Бромная смесь: смешивают 200 см брома и 300 см четыреххлористого углерода. Хранят в вытяжном шкафу в посуде с притертой пробкой.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2. Проведение анализа

2.2.1. Навеску медного концентрата массой 0,5-1 г перемешивают в железном тигле с десятикратным количеством смеси для сплавления и сверху покрывают 0,5 г той же смеси. Тигель ставят на 10-15 мин на край муфеля при открытой дверце, затем перемещают его в более нагретую часть муфеля, закрывают дверцу и сплавляют содержимое тигля при температуре 650-750 °С до получения однородного плава, имеющего красный цвет.

Тигель с плавом охлаждают, помещают в стакан вместимостью 250 см, содержащий 100-150 см теплой воды, и выщелачивают плав, накрыв стакан покровным стеклом. Тигель вынимают и обмывают водой над стаканом. Если раствор окажется окрашенным, прибавляют несколько капель перекиси водорода. Раствор вместе с осадком помещают в мерную колбу вместимостью 500 см, приливают 10 см соляной кислоты и пропускают из аппарата Киппа ток двуокиси углерода в течение 10-15 мин. При содержании свинца в пробе до 0,2% раствор двуокисью углерода не насыщают.

Содержимое колбы охлаждают, разбавляют водой до метки и перемешивают. Затем осадку дают осесть на дно колбы, после чего фильтруют часть раствора через сухой фильтр средней плотности, собирая фильтрат в сухой стакан.

Аликвотную часть фильтрата 100 см помещают в фарфоровую чашку, приливают 10 см соляной кислоты и выпаривают раствор досуха. Выпаривание с соляной кислотой повторяют еще два раза. Сухой остаток растворяют в 3-5 см соляной кислоты, приливают 50-60 см горячей воды и нагревают раствор до кипения, фильтруют через фильтр средней плотности и промывают раствором соляной кислоты (1:99) до отрицательной реакции на ион сульфата с раствором хлористого бария.

Фильтрат и промывные воды собирают в коническую колбу вместимостью 500 см и нейтрализуют аммиаком до щелочной реакции по метиловому оранжевому, а затем до кислой реакции соляной кислотой. Разбавляют до 300 см водой, приливают 5 см раствора соляной кислоты 1:1, 2-5 см раствора солянокислого гидроксиламина, нагревают до кипения и кипятят в течение 5-7 мин.

В нагретый до кипения раствор вливают непрерывной струей при перемешивании 100 смнагретого до кипения раствора хлористого бария. Кипятят 5-7 мин и оставляют раствор с осадком на теплом месте плиты на 2-3 ч или до следующего дня.

Раствор отфильтровывают через плотный фильтр, стараясь не переносить осадок на фильтр. В колбу с осадком приливают 25-30 см горячей воды, протирают стенки колбы кусочком фильтра и переносят на фильтр. Промывают 10-12 раз горячей водой до отрицательной реакции промывных вод на ион хлора с раствором азотнокислого серебра.

Осадок вместе с фильтром помещают во взвешенный платиновый или фарфоровый тигель, подсушивают, озоляют и прокаливают в муфеле при температуре 800-850 °С до постоянной массы. Охлаждают и взв

ешивают.

2.2.2. При кислотном разложении навеску концентрата массой 0,2 г помещают в стакан вместимостью 300 см, добавляют 0,2 г хлористого натрия, приливают 10 см бромной смеси, накрывают стакан покровным стеклом и оставляют без нагревания на 15-20 мин. Затем осторожно, небольшими порциями приливают 10-15 см азотной кислоты и перемешивают. После прекращения бурной реакции раствор нагревают и упаривают до сиропообразного состояния. Стекло снимают, обмывают его над стаканом небольшим количеством воды, приливают 10 см соляной кислоты и выпаривают до влажного состояния. Повторяют выпаривание с соляной кислотой еще два раза. Остаток высушивают при температуре 150 °С до удаления запаха азотной кислоты. Приливают 5-7 см раствора соляной кислоты (1:1), нагревают 2-3 мин, приливают 50-70 см воды и кипятят 5-10 мин, накрыв стакан стеклом. Раствор фильтруют через плотный фильтр, в конус которого вложена фильтробумажная масса, и промывают 5-6 раз горячим раствором соляной кислоты (1:99). Фильтрат с промывными водами собирают в колбу вместимостью 500 см. Объем раствора должен быть 250-300 см. Приливают 2-5 см раствора солянокислого гидроксиламина, накрывают колбу стеклом, нагревают до кипения и кипятят 5-7 мин. Далее продолжают анализ, как указано в п.2.2

.1.

2.3. Обработка результатов

2.3.1. Массовую долю серы () в процентах вычисляют по формуле

,


где - масса осадка сернокислого бария, г;

0,1374 - коэффициент пересчета сернокислого бария на серу;

- масса навески концентрата, соответствующая аликвотной части раствора, г.

2.2-2.3.1. (Введены дополнительно, Изм. N 1).

2.3.2. Расхождения результатов двух параллельных определений и двух результатов анализа при доверительной вероятности =0,95 не должны превышать значений, приведенных в таблице.

Массовая доля серы, %

Допускаемое расхождение, %

параллельных определений

результатов анализа

Св. 10 до 15 включ.

0,25

0,4

" 15 " 20 "

0,3

0,5

" 20 " 30 "

0,4

0,7

" 30 " 35 "

0,5

0,8

" 35 " 40 "

0,7

1,0



(Измененная редакция, Изм. N 2).

2.3.3. Контроль правильности результатов анализа осуществляют методом добавок в соответствии с ГОСТ 25086-87 не реже одного раза в три месяца.

(Введен дополнительно, Изм. N 1).

3. ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУЛЬФИДНОЙ СЕРЫ


Метод основан на сжигании навески концентрата при температуре 850-880 °С с поглощением выделяющейся двуокиси серы перекисью водорода и титровании образовавшейся кислоты раствором гидроокиси калия или гидроокиси натрия.

(Введен дополнительно, Изм. N 1).

3.1. Аппаратура, реактивы, растворы

Установка для сжигания серы (см. чертеж), в которую входят:

- печь трубчатая электрическая типа J СУОЛ 0,25.2,5/14К по ОСТ 16.0.801.397-87* или другого типа, обеспечивающая температуру нагрева до 900 °С;
________________
* На территории Российской Федерации документ не действует. За дополнительной информацией обратитесь по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.

- склянка Тищенко СПТ по ГОСТ 25336-82 для очистки воздуха от примесей сернистого и углекислого газов, влаги. Колонку в нижней части наполняют безводным хлористым кальцием, в верхней - кусочками гидроокиси натрия;

- лодочки фарфоровые N 2 по ГОСТ 9147-80. Лодочки предварительно прокаливают при температуре 850-900 °С в течение 1 ч. Использованные лодочки при последующем применении кипятят в растворе соляной кислоты (1:1), промывают водой, сушат и прокаливают при температуре 1000 °С.


1-3 - склянки Дрокселя поглотительные; 4 - терморегулятор; 5 - термопара; 6 - печь трубчатая,
электрическая, типа J СУОЛ 0,25.2,5/14К; 7 - лодочки фарфоровые; 8 - склянка Тищенко СПТ,
в нижней части - безводный хлористый кальций, в верхней - кусочки гидроокиси натрия



Кислота серная по ГОСТ 4204-77, раствор 5:95.

Кислота янтарная по ГОСТ 6341-75.

Водорода перекись по ГОСТ 10929-76, раствор 1:10.

Калия гидроокись по ГОСТ 24363-80, раствор 0,5 моль/дм.

Натрия гидроокись по ГОСТ 4328-77, раствор 0,5 моль/дм.

Фенолфталеин, раствор в спирте 0,1 г/дм.

Феноловый красный по ГОСТ 4599-73, раствор в спирте 1 г/дм.

Метиловый красный.

Основной метиленовый голубой хлоргидрат.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300-87.

Смесь индикаторов: 0,131 г метилового красного смешивают с 0,081 г метиленового голубого в мерной колбе вместимостью 100 см, приливают в колбу 60 см спирта, растворяют смесь при перемешивании, разбавляют водой до метки и перемешивают.

Кальций хлористый безводный.

3.2. Проведение анализа

3.1, 3.2. (Измененная редакция, Изм. N 1).

3.2.1. Подготовка к анализу

Установку проверяют на герметичность. Для этого в поглотительную склянку 6 в полностью собранной установке наливают 25 см, в склянки 7 и 8 по 10-15 см раствора перекиси водорода, нейтрализованного титрованным раствором гидроокиси калия или натрия до изменения окраски раствора из желтой в красную. Это количество гидроокиси не учитывают. Для проверки герметичности нижнее отверстие колонки 1 закрывают пробкой и включают водоструйный насос или вакуумнасос. Если в поглотительных склянках 6-8 вначале проскакивают пузырьки воздуха, а затем их выделение прекращается, это указывает на герметичность установки.

3.2.2. Установка титра раствора гидроокиси калия

Отбирают три навески янтарной кислоты по 1-1,25 г и помещают их в бюксы, сушат в сушильном шкафу при температуре (100±5) °С до постоянной массы. Затем навески помещают в конические колбы вместимостью 200 см и растворяют в 25-50 см воды. Прибавляют 3-4 капли фенолфталеина и титруют раствором гидроокиси калия до появления неисчезающего розового окрашивания.

Коэффициент поправки к титру вычисляют по формуле

,



где - масса навески янтарной кислоты, г;

- объем раствора гидроокиси калия, израсходованный на титрование навески, см;

0,04134 - масса янтарной кислоты, соответствующая 1 см точно 0,5 моль/дм раствора гидроокиси калия.

Титр раствора гидроокиси калия, выраженный в граммах серы на 1 см раствора, вычисляют по формуле

,


где - коэффициент поправки к титру.

Титр раствора гидроокиси натрия - по ГОСТ 444-75.

3.2.3. Проведение анализа

Навеску медного концентрата массой 0,5 г помещают ровным слоем в фарфоровую лодочку. В поглотительный сосуд наливают 40-50 см раствора перекиси водорода, 2-3 капли индикатора или смеси индикаторов и нейтрализуют титрованным раствором гидроокиси калия или гидроокиси натрия.

Лодочку при помощи металлической проволоки с загнутым концом помещают в печь для сжигания, трубку быстро закрывают пробкой и сжигают навеску в токе воздуха при температуре 850-880 °С в течение 15-17 мин. По окончании сжигания раствор из поглотительных склянок сливают в коническую колбу вместимостью 250 см, промывают 2-3 раза водой и титруют образовавшуюся кислоту раствором гидроокиси калия или натрия в присутствии индикатора или смеси индикаторов до изменения окраски раствора.

3.2.4. Обработка результатов

Массовую долю сульфидной серы () в процентах вычисляют по формуле

,


где - титр раствора гидроокиси калия или натрия по сере, г/см;

- объем раствора гидроокиси, израсходованный на титрование, см;

- масса навески концентрата, г.

Абсолютные допускаемые расхождения между результатами двух параллельных определений при доверительной вероятности 0,95 не должны превышать величин, приведенных в таблице п.2.3.

Контроль правильности результатов анализа - по п.2.3.3.

При разногласиях в оценке массовой доли серы применяют гравиметрический метод с кислотным разложением навески концентрата.

3.2.1-3.2.4. (Введены дополнительно, Изм. N 1).

Разд.4. (Исключен, Изм. N 1).



Электронный текст документа
подготовлен ЗАО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 1999

: Металлургия: образование, работа, бизнес :: MarkMet.ru

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МЕДИ

Медь (Cu) носит также латинское название «купрум», которое происходит от названия острова Кипр, богатого залежами медьсодержащих ископаемых. Медь получила широкое применение в технике и промышленности благодаря ряду ценных свойств, которыми она обладает. Важнейшими свойствами меди являются высокие электро- и теплопроводность, высокая пластичность и способность подвергаться пластической деформации в холодном и нагретом состояниях, хорошая сопротивляемость коррозии и способность к образованию многих сплавов с широким диапазоном различных свойств. По показателям электро- и теплопроводности медь уступает только серебру. Медь диамагнитна.

Чистая пресная вода и сухой воздух практически не вызывают коррозии меди. Незначительное влияние на химическую стойкость меди оказывают сухие газы, ряд органических кислот, спирты и фенольные смолы, к углероду медь пассивна. Хорошей коррозионной стойкостью обладает медь и в морской воде. При отсутствии других окислителей на медь не действуют разбавленные серная и соляная кислоты. Медь растворяется в горячей серной кислоте и легко растворяется в азотной. Она плохо сопротивляется действию аммиака, аммиачных солей и щелочных цианистых соединений. Коррозию меди вызывают также хлористый аммоний и окислительные минеральные кислоты.

Более 50% добываемой меди применяется в электротехнической промышленности. Благодаря высокой теплопроводности и коррозионной стойкости медь широко применяется в теплообменниках, холодильниках, вакуумных аппаратах и т. п. Примерно 30— 40% меди применяется в виде сплавов

Основные физические и механические свойства меди приводятся ниже:

 

Атомная масса

63,54

Плотность при 20°С, г/см3

8,96

Температура, °С:

 

плавления

1083

кипения

2600

Удельная теплоемкость, кал/г

0,092

Теплопроводность кал/(см·сек·град)

0,941

Скрытая теплота плавления, кал/г

43,3

Коэффициент линейного расширения, 1 /град

0,000017

Удельное электросопротивление,

ом-мм2/м

0,0178

Временное сопротивление меди, кГ/мм2

 

деформированной

40-50

отожженной

20-24

Предел текучести меди, кГ/мм2, при температуре, °С

 

20

7

200

5

400

1,4

Относительное удлинение меди, %:

 

Деформированной

4-6

отожженной

40-50

Предел упругости меди, кГ/мм2:

 

Деформированной

30

отожженной

7

Модуль упругости, кГ/мм2

13200

Модуль сдвига, кГ/мм2 

4240

Предел усталости меди при переменно-изгибающих напряжениях на базе 108 циклов, кГ/мм2

 

Деформированной

11

отожженной

6,7

Твердость НВ меди, кГ/мм2

 

Деформированной

90-120

отожженной

35-40

 

 

В технической меди в качестве примесей содержатся: висмут, сурьма, мышьяк, железо, никель, свинец, олово, сера, кислород, цинк и другие. Все примеси, находящиеся в меди, понижают ее электропроводность. Температура плавления, плотность, пластичность и другие свойства меди также значительно изменяются от присутствия в ней примесей.

Висмут и свинец в сплавах с медью образуют легкоплавкие эвтектики, которые при кристаллизации затвердевают в последнюю очередь и располагаются по границам ранее выпавших зерен меди (кристаллов). При нагревании до температур, превышающих точки плавления эвтектик (270 и 327°С соответственно), зерна меди разъединяются жидкой эвтектикой. Такой сплав является красноломким и при прокатке в горячем состоянии разрушается. Красноломкость меди может вызываться присутствием в ней тысячных долей процента висмута и сотых долей процента свинца. При повышенном содержании висмута и свинца медь становится хрупкой и в холодном состоянии.

Сера и кислород образуют с медью тугоплавкие эвтектики с точками плавления выше температур горячей обработки меди (1065 и 1067°С). Поэтому присутствие в меди небольших количеств серы и кислорода не сопровождается появлением красноломкости. Однако значительное повышение содержания кислорода приводит к заметному понижению (механических, технологических и коррозионных свойств меди; медь становится красноломкой и хладноломкой.

Медь, содержащая кислород, при отжиге ее в водороде или в атмосфере, содержащей водород, делается хрупкой и растрескивается. Это явление известно под названием «водородной болезни». Растрескивание меди в этом случае происходит в результате образования значительного количества водяных паров при взаимодействии водорода с кислородом меди. (Водяные пары при повышенных температурах имеют высокое давление и разрушают медь. (Наличие трещин в меди устанавливается путем испытания на изгиб и кручение, а также микроскопическим методом. В меди, пораженной водородной болезнью, после полировки хорошо видны характерные темные .включения пор и трещин.

Сера снижает пластичность меди при холодной и горячей обработке давлением и улучшает обрабатываемость резанием.

Железо растворяется в меди в твердом состоянии весьма незначительно. Под влиянием примесей железа резко снижаются электро- и теплопроводность меди, а также ее коррозионная стойкость. Структура меди под влиянием примесей железа измельчается, что повышает ее прочность и уменьшает пластичность. Под влиянием железа медь становится магнитной.

Бериллий является раскислителем по отношению к меди, несколько снижает электропроводность ее, повышает механические свойства и значительно уменьшает окисление при повышенных температурах.

Мышьяк сильно понижает электро- и теплопроводность меди. Одновременно с этим мышьяк в значительной мере нейтрализует вредное влияние примесей висмута, кислорода, сурьмы и повышает жаростойкость меди. Поэтому мышьяковистая медь с содержанием 0,3—0,5% Аз применяется для изготовления деталей специального назначения, используемых для работы в условиях восстановительной атмосферы при повышенных температурах. Мышьяк растворим в меди в твердом состоянии до 7,5%.

Сурьма очень сильно понижает электро- и теплопроводность меди. Поэтому медь, предназначенная для изготовления проводников тока, должна содержать минимальное количество сурьмы (не выше 0,002%). Растворимость сурьмы в меди при температуре образования эвтектики (64б°С) составляет 9,5%. При понижении температуры растворимость сурьмы в меди резко падает. С этим связано отрицательное влияние сурьмы при прокатке меди. Медь, подлежащая прокатке, не должна содержать сурьмы более 0,06%. В меди, предназначенной для штамповки, допускается содержание сурьмы до 0,2%.

Фосфор сильно понижает электро- и теплопроводность меди, но положительно влияет на ее механические свойства и жидкотекучесть. Фосфор широко применяется в литейном деле в качестве раскислителя  меди и оказывает положительное влияние при сварке меди.

Алюминий повышает коррозионную стойкость и снижает окисляемость меди при нормальной и повышенной температурах, значительно понижает ее электро- и теплопроводность, а также оказывает отрицательное влияние при пайке и лужении медных изделий. На механические свойства и обрабатываемость меди давлением примесь алюминия не оказывает заметного влияния. Растворимость алюминия в меди в твердом состоянии составляет 9,8%.

 

МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

 

Латуни

Сплавы, в которых основными компонентами являются медь и цинк, (называют латунями. Латуни обладают достаточно высокими механическими и технологическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью. Практическое применение в технике имеют латуни с содержанием цинка до 45%. При содержании цинка до 39% латунь имеет структуру однофазного твердого раствора цинка в меди, называемую α-латунью. Структура латуней, содержащих цинк в пределах от 39 до 43%, состоит из смеси кристаллов двух твердых растворов α+β. При содержании цинка более 50% образуется твердый раствор γ обладающий высокой хрупкостью. Максимальной пластичностью обладает латунь, содержащая примерно 32% Zn, а максимальной прочностью — латунь, содержащая 45% Zn. Латуни, структура которых состоит только из α-раствора, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии. Латуни, имеющие двухфазную структуру (α+β), обладают повышенной твердостью, хорошо обрабатываются в горячем состоянии, но в холодном состоянии пластичность их очень мала.

Температуры начала и конца кристаллизации латуней лежат близко друг от друга. Этим объясняется особенность литейных свойств латуней — малая склонность к ликвации, хорошая жидкотекучесть, склонность к образованию концентрированной усадочной раковины. Обработка латуней давлением имеет ряд особенностей.

Твердый раствор латуней β при температуре выше 500°С обладает большей пластичностью и меньшей прочностью, чем α-латуни, в то время как при комнатной температуре прочность их выше, чем у α-латуней. В связи с этим для прокатки в горячем состоянии наиболее пригодны латуни, структура которых состоит из β-раствора или α+β-раствора.

При обработке давлением в холодном состоянии латуни получают значительный наклеп и для снятия напряжений их подвергают отжигу. На свойства латуней самым решающим образом влияет величина зерна. Свойства латуней и величина зерна находятся в зависимости от температуры и продолжительности отжига, а также от степени предшествующей деформации. Для получения мелкого зерна в α-латунях требуется температура отжита в пределах 350— 450°С.

В интервале температур 200—600°С у латуней появляется хрупкость, связанная с образованием примесями свинца, сурьмы и висмута хрупких межкристаллитных прослоек. С повышением температуры эти прослойки растворяются и пластичность латуней резко возрастает.

Атмосферные условия, сухой пар, пресная и морская вода, сухие газы, уксусная кислота в спокойном состоянии, сухой четыреххлористый углерод, фторированные органические соединения, хлористый метил и бромозамещенные соединения при отсутствии влаги не вызывают заметной коррозии латуни. Сильную коррозию латуней вызывают рудничные воды, растворы йодистых солей, окисляющие растворы, азотная, соляная, фосфорная и жирные кислоты, серный ангидрид, сероводород, растворы едких щелочей, растворы аммиака. Скорость коррозии резко возрастает при повышении температуры в морской и пресной воде, в уксусной кислоте, растворах едких щелочей и других средах. Значительно возрастает скорость коррозии латуней в газах с повышением их влажности.

Большой ущерб промышленности наносится обесцинкованием и коррозионным растрескиванием латуней, которое происходит при одновременном воздействии коррозионной среды и растягивающих напряжений. Склонность латуней к коррозионному растрескиванию возрастает с повышением содержания цинка и с увеличением до известного предела растягивающих напряжений. Мало чувствительны к коррозионному растрескиванию латуни, содержащие менее 7% Zn. В латунях с высоким содержанием цинка коррозионное растрескивание наблюдается относительно редко, если внутренние напряжения менее 6 кГ/мм2.

Коррозионное растрескивание нагартованной латуни может наблюдаться и при лежании во влажной атмосфере. Этот вид коррозии в сильной степени зависит от влажности атмосферы и проявляется во все времена года не одинаково интенсивно, поэтому ее иногда называют «сезонным  растрескиванием ».

Медноцинковые сплавы, содержащие, кроме меди и цинка, добавки алюминия, железа, марганца, свинца, никеля и других элементов, называют специальными латунями. Они обладают повышенной коррозионной стойкостью, лучшими технологическими и механическими свойствами, а также особыми специальными свойствами.

Специальные латуни в зависимости от основного легирующего компонента обычно носят и соответствующие названия: алюминиевая, кремнистая, марганцовистая, никелевая, свинцовистая латунь и т. д.

Алюминиевые латуни находят применение в качестве коррозионно- и жаростойкого материала. Из разных марок алюминиевых латуней изготовляют конденсаторные трубки, трубы, шестерни, втулки, различные детали в авиационной и других отра елях промышленности.

При добавке в латуни алюминия резко повышаются прочность и твердость сплава и понижается пластичность. Наибольший практический интерес представляют латуни, содержащие до 4% Аl, которые хорошо обрабатываются давлением. Добавка алюминия повышает коррозионную стойкость сплава в отношении атмосферной коррозии. Однако латуни с добавкой алюминия менее устойчивы в морской воде. Кроме того, они сравнительно сильно подвержены коррозионному растрескиванию. Поэтому такие латуни не рекомендуются для длительного хранения. Кроме того, алюминий ухудшает способность латуней к пайке и лужению.

 

Кремнистые латуни обладают более высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и морской воде, чем простые латуни. Из кремнистых латуней изготовляют поковки и штамповки, литую арматуру, шестерни и детали морских судов, литые подшипники и втулки.

Под влиянием кремния значительно повышаются механические и литейные свойства сплава, а также улучшается технологический  процесс сварки и пайки.В латунях с повышенным содержанием цинка кремний значительно повышает твердость и уменьшает пластичность. Примеси алюминия, железа, сурьмы, мышьяка и фосфора в кремнистых латунях являются вредными, так как ухудшают антифрикционные, коррозионные, литейные и другие свойства латуней.

Марганцовистые латуни характеризуются более высокой прочностью, твердостью и коррозионной стойкостью по сравнению с простыми латунями. (Применяются они в виде полос, листов, прутков, а также поковок в судостроении и в других отраслях промышленности.

При содержании марганца в латунях до 4% значительно повышаются временное сопротивление, пределы пропорциональности и упругости без понижения пластичности. Понижение удлинения, ударной вязкости наблюдается при содержании в латунях марганца выше 4%. Марганцевые латуни хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии. Стойкость их к воздействию хлоридов, морской воды и перегретого пара значительно выше, чем у обычных латуней. Склонность марганцевых латуней к коррозионному растрескиванию весьма значительна.

Никелевые латуни обладают хорошей коррозионной стойкостью, повышенными механическими свойствами и стойкостью против истирания, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состояниях. Применяются никелевые латуни для изготовления конденсаторных трубок для морских судов, манометрических трубок, сеток бумагоделательных машин я других изделий. Под влиянием никеля у латуней повышается коррозионная стойкость в атмосферных условиях, морской воде и в условиях бактериологической коррозии, а также резко уменьшается склонность к коррозионному растрескиванию.

Свинцовистые латуни относятся к числу так называемых автоматных латуней. Они хорошо обрабатываются резанием, обладают повышенными антифрикционными свойствами и хорошо деформируются в холодном состоянии. Значительная часть существующих марок свинцовистых латуней относится к группе специальных латуней, носящих название мунц-металл. Коррозионная стойкость латуней резко повышается в условиях воздействия морской воды при добавке в них 0,5—1,5% Sn «морские латуни». Эти латуни имеют удовлетворительные механические, технологические и литейные свойства. По химическому составу они относятся к оловянным латуням. Наибольшее применение имеют латуни марок ЛO70-1 и ЛO62-1. Из латуни марки ЛО70-1 изготовляют трубки конденсаторов морских судов и -различной теплотехнической аппаратуры. Латунь марки ЛO62-1 применяют для изготовления деталей, от которых требуется повышенная коррозионная стойкость. Выпускается она в виде полос, листов и прутков.

Добавка в латуни железа повышает механические и технологические свойства сплава главным образом вследствие того, что задерживает рекристаллизацию латуни и способствует получению мелкого зерна. При содержании железа более 0,03% латуни становятся магнитными. Поэтому для антимагнитных латуней содержание железа допускается не выше 0,03%. Особо благоприятное влияние на повышение механических свойств и улучшение коррозионной стойкости оказывает железо в сочетании с марганцем, никелем и алюминием.

Сурьма и сера сильно ухудшают качество латуней. Примеси сурьмы вызывают разрушение латуней при обработке давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Под влиянием сурьмы увеличивается склонность латуней к коррозионному растрескиванию.

При содержании в латунях свыше 0,5% Аs они в значительной мере теряют свою пластичность за счет образования на границах зерен хрупких прослоек химического соединения. (Вместе с тем содержание мышьяка до 0,02% предохраняет латуни от обесцинкования, что повышает коррозионную стойкость их в морокой воде.

Небольшие количества фосфора повышают механические свойства латуней и способствуют измельчению зерна в литье. При повышенном содержании фосфора он выделяется в виде отдельной составляющей с температурой плавления около 700°С, увеличивая твердость и снижая пластичность латуней.

В зависимости от способа изготовления изделий и полуфабрикатов из латуней их разделяют на литейные и деформируемые.

Литейные  латуни предназначены для отливки различных коррозионностойких, антифрикционных и других деталей в кокиль, в землю и центробежным способом.

Деформируемые латуни подвергают всем видам горячей и холодной обработки давлением.

Изменяя режимы обработки давлением, получают латуни с различными механическими свойствами: мягкие, твердые, особо твердые.

Мягкая латунь обладает высокой пластичностью. Достигается это обработкой давлением в отожженном состоянии. Степень мягкости полуфабрикатов из таких латуней характеризуется (Величиной предела прочности и относительного удлинения, а для лент и листов — глубиной продавливания по Эриксону.

Твердая латунь характеризуется повышенной прочностью ((твердостью) и пони жени ой пластичностью. Повышенная прочность таких латуней достигается обработкой давлением с высокими степенями обжатия (упрочнением). Обычно требуемые механические свойства полуфабрикатов достигаются при степени нагартовки не менее 30%.

Особо твердая латунь получается холодной обработкой давлением (прокаткой и волочением) с высокой степенью деформации. Таким путем из латуни марки Л68 изготовляют ленты и полосы с временным сопротивлением не менее 62 кГ/мм2 и относительным удлинением не менее 2,5%. Из часовой латуни марки ЛС63-3 изготовляют ленты и полосы с временным сопротивлением не менее 64 кГ/мм2 и относительным удлинением не более 5%.

Установлен следующий порядок маркировки латуней: первая буква Л указывает название сплава (латунь), а следующая за ней цифра обозначает среднее содержание меди в сплаве.

Для специальных латуней приняты следующие обозначения элементов: А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец, К — кремний, С — свинец, О—олово, Н — никель. Первые две цифры, стоящие за буквенным обозначением, указывают среднее содержание меди в процентах, а последующие цифры — содержание других элементов; остальное (до 100%) составляет цинк.

Буква Л в конце наименования марки указывает на то, что латунь литейная, отсутствие этой буквы—латунь предназначена для обработки давлением.

 

Бронзы

Бронзами называют сплавы меди с различными элементами, кроме цинка и некоторых сплавов с марганцем и никелем.

Оловянные бронзы обладают хорошими механическими, антифрикционными и технологическими свойствами, а также высокой .коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, «в сухом и влажном водяном паре, в пресной и морской воде, в сухих газах и кислороде при нормальной температуре.

Оловянные бронзы имеют очень малую усадку и поэтому все наиболее сложные по конфигурации отливки изготовляют из таких бронз. Они не дают сосредоточенной усадочной раковины, и поэтому для отливки изделий из них нет необходимости иметь большие прибыли. Оловянные бронзы мало чувствительны к перегреву, отлично воспринимают пайку и сварку, не дают искры при ударах, немагнитны и .морозостойки.

Оловянные бронзы с содержанием более 22% Sn очень хрупки и не имеют практического применения. Вследствие увеличения хрупкости с повышением содержания олова для обработки давлением применяют оловянные бронзы, содержащие не более 7— 8% Sn. Оловянные бронзы имеют большую склонность к обратной ликвации. При резко выраженной обратной ликвации на поверхности отливок появляются хрупкие выделения в виде белых пятен (оловянного пота), отрицательно влияющих на качество отливок. Они быстро разрушаются под воздействием рудничных вод, содержащих соли-окислители, и в растворах аммиака. Возрастает скорость коррозии оловянных бронз в газах при высоких температурах в присутствии хлора, брома, йода, а также в сернистом газе в присутствии влаги. Значительное влияние на свойства оловянных бронз оказывают примеси.

Фосфор повышает механические, литейные и антифрикционные свойства оловянных бронз, а свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием. В сплавах, обрабатываемых давлением, содержание фосфора допускается не более 0,5%. При более высоком содержании фосфора оловянные бронзы не поддаются горячей обработке давлением.

Железо  при его содержании в оловянных бронзах до 0,03% является полезной примесью, так как способствует образованию мелкозернистой структуры, повышает механические свойства и задерживает рекристаллизацию. При более высоком содержании железа резко снижаются коррозионные и технологические свойства оловянных бронз.

Вредными примесями в оловянных бронзах являются алюминий, кремний, магний, висмут, мышьяк и сера.

Маркировка бронз производится по тому же принципу, что и латуней. Впереди стоят буквы Бр. (бронза), а затем следуют буквенные обозначения элементов, входящих в состав сплава, и за ними цифры, указывающие среднее содержание элемента в процентах.

Сплавы меди с другими элементами, кроме олова и цинка, называют специальными (безоловянными) бронзами. По литейным свойствам оловянные бронзы превосходят специальные. Однако по другим свойствам специальные бронзы обладают более высокими показателями.

Алюминиевые бронзы превосходят оловянные по механическим свойствам и коррозионной стойкости в атмосферных условиях, морской воде, углекислых растворах, а также в растворах многих органических кислот (лимонной, уксусной, молочной). Они кристаллизуются в узком интервале температур, обладают высокой жидко текучестью, не склонны к ликвации, морозостойки, немагнитны и не дают искры при ударах. К недостаткам алюминиевых бронз следует отнести то, что они трудно поддаются пайке мягкими и твердыми припоями, имеют повышенную объемную усадку и недостаточно устойчивы к воздействию перегретого пара.

Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости в алюминиевые бронзы чаще всего добавляют железо, никель, марганец. Железо способствует образованию более мелкой структуры и повышает механические свойства алюминиевых бронз. Никель значительно повышает прочность, твердость, коррозионно- и жаростойкость алюминиевых бронз. Такие сплавы удовлетворительно переносят обработку давлением и применяются для деталей ответственного назначения как сплавы высокой прочности. Марганец повышает коррозионно- и жаростойкость алюминиевых бронз.

Примеси висмута и серы ухудшают механические, технологические свойства и поэтому являются вредными примесями в алюминиевых бронзах. Цинк также оказывает отрицательное «влияние на технологические и антифрикционные свойства алюминиевых бронз.

В наклепанном состоянии прочность алюминиевых бронз значительно возрастает. В широком диапазоне изменяются механические свойства алюминиевых бронз в результате термической обработки.

Бериллиевые  бронзы   имеют высокие пределы прочности, упругости, текучести и усталости; а также высокую электро- и теплопроводность, твердость, износоустойчивость, сопротивление ползучести, коррозионную стойкость и высокое сопротивление коррозионной усталости.

В связи с весьма ценными свойствами, которыми обладают бериллиевые бронзы, они получили широкое применение в технике для изготовления пружин, мембран, пружинящих контактов и т. д. Добавка некоторых количеств никеля и кобальта в бериллиевые бронзы является полезной. Ухудшают качество бериллиевых бронз примеси железа, алюминия, кремния, магния и фосфора. Весьма вредными примесями в бериллиевых бронзах являются свинец, висмут, сурьма.

Марганцевые бронзы при удовлетворительных механических свойствах обладают высокой пластичностью, хорошей коррозионной стойкостью и способностью сохранять механические свойства при повышенных температурах, поэтому их применяют для изготовления деталей, работающих при высоких температурах.

Кремнистые бронзы обладают высокой пластичностью и хорошими литейными свойствами. Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости в кремнистые бронзы обычно добавляют марганец и никель. Такие бронзы имеют высокие механические и антифрикционные свойства, отлично свариваются и паяются, немагнитны, в значительной мере сохраняют свои свойства при низких температурах, не дают искры при ударах и хорошо обрабатываются давлением как «в горячем, так и в холодном состоянии, обладают хорошей коррозионной «стойкостью в пресной и морской воде и в атмосфере сухих газов: хлора, брома, фтора, фтористого водорода, сероводорода, сернистого газа, аммиака, хлористого водорода. В присутствии влаги коррозионная стойкость кремнистых бронз снижается. (Кремнистые бронзы удовлетворительно сопротивляются воздействию щелочей, кроме растворов высоких концентраций, и при высоких температурах. Они быстро корродируют в кислых рудничных водах, содержащих в растворе сернокислую окисную соль железа, а также в растворах солей хромовых кислот и хлорного железа.

В бронзах, обрабатываемых давлением, содержание железа не должно быть выше 0,2—0,3%, так как при более высоком содержании железа заметно снижается коррозионная стойкость сплава. Под «влиянием свинца кремнистые бронзы легко разрушаются при обработке давлением в горячем состоянии, поэтому кремнистые бронзы, предназначенные для горячей обработки давлением, не должны содержать свинца более 0,01 %. Примеси висмута, мышьяка, сурьмы, серы, фосфора являются очень вредными и содержание их в кремнистых бронзах не должно превышать 0,002%.

Свинцовые   бронзы имеют высокие антифрикционные свойства и применяются для изготовления высоконагруженных подшипников с большим удельным давлением.

Состав бронзы, способы ее получения и изготовления готовых изделий выбираются в зависимости от назначения, условий эксплуатации и предъявляемых к ним требований.

По способу изготовления все бронзы разделяют на две группы: литейные и деформируемые.

Литейная бронза предназначена для получения деталей путем литья в песчаные формы, в кокиль, центробежным способом и по выплавляемым моделям. Литейные бронзы широко «применяют для изготовления различной арматуры, антифрикционных «деталей, для художественного литья и других целей.

Деформируемая бронза «предназначена для изготовления полуфабрикатов — поковок, фасонных профилей, прутков круглого, квадратного, прямоугольного и шестигранного сечения, полос, ленты, листов, проволоки и труб путем ковки, прессования, горячей и холодной прокатки.

Из оловянистых бронз в качестве деформируемых материалов применяются бронзы, содержащие до 8% Sn.

Легко обрабатываются давлением алюминиевые бронзы, содержащие обычно до 12% А1: алюминиевожелезные, алюминиево- марганцевые, алюминиевожелезоникелевые и др.

Хорошо поддаются обработке давлением кремнемарганцовистые бронзы марки Бр. КМцЗ-1 и бериллиевые бронзы. Бериллиевые бронзы в закаленном состоянии обла дают высокой пластичностью, а после отпуска они приобретают высокую упругость, прочность и твердость.

В зависимости от назначения, физических, механических и других свойств деформируемую бронзу разделяют на жаропрочную, износостойкую, конструкционную, приборную, пружинную и т. д.

Деформируемая жаропрочная бронза обладает хорошей прочностью при высоких температурах. К таким бронзам относятся кремнистоникелевая марки Бр. КШ-З, алюминиевая Бр.АЖН10-4-4, а также бронзы марок Бр. АЖ9-4 и Бр. АЖМц 10-3-1,5, хотя две последние марки обладают меньшей жаропрочностью. Кроме того, к жаропрочным бронзам относится целый ряд специальных сплавов: хромистая бронза, хромоциркониевые бронзы, хромо- кадмиевые бронзы, хромоцинковые бронзы н др.

Деформируемая износостойкая бронза применяется для изготовления деталей трения. К этой группе сплавов относятся оловянистые, алюминиевые, кремнистые и бариллиевые бронзы. Прутки из оловянистой бронзы марки Бр.ОФ6,5-0,15 применяются для подшипников, изготовляемых в виде втулок, работающих в условиях средней трудности по удельным давлениям и скоростям скольжения или при повышенных нагрузках и малых скоростях скольжения. По сравнению с литейными бронзы оловянистые деформируемые имеют более низкую износостойкость.

Бронзы алюминиевые уступают оловяни стым по сопротивлению заеданию и износостойкости. Однако они обладают большей прочностью и твердостью. В условиях средней трудности и при хорошей смазке алюминиевые бронзы работают надежно. Из алюминиевых бронз изготовляют червячные передачи, направляющие втулки, неответственные подшипники :в виде втулок и другие детали.

Бериллиевая бронза успешно применяется в условиях трения-качения, где недопустимы остаточные деформации материала (в шаровых сочленениях приборов и агрегатов и др.).

Бронза кремнистомарганцовистая в качестве коррозионно- и износостойкого материала используется для изготовления сеток и решеток, работающих в сточных водах, испарителях, дымовых фильтрах и т. д.

Деформируемая конструкционная бронза применяется для изготовления деталей, которые в процессе эксплуатации испытывают силовую нагрузку и от которых одновременно требуются коррозионная стойкость и специальные физические свойства.

Полуфабрикаты из алюминиевых бронз, легированных железом, никелем и марганцем, нашли широкое применение для нагруженных деталей в различных конструкциях химического аппаратостроения, в судостроении, в авиации и общем машиностроении. Этому способствует сочетание в указанных сплавах высоких прочностных характеристик при достаточно высоких пластических свойствах и ударной вязкости с большой коррозионной стойкостью.

Бронзы кремнемарганцовистая (Бр. КМцЗ-1) и кремнистоникелевая (Бр. КН1-3)

при хорошей коррозионной стойкости и достаточно высокой прочности обладают высокой пластичностью. Из бронзы Бр. КМцЗ-1 в отожженном состоянии изготовляют очень тонкие ленты (толщиной до 0,05 мм). При

Алюминиевожелезные бронзы (типа Бр. АЖН 10-4-4) и бронза марки Бр. КН1-3, обладающие высокой жаропрочностью, применяются для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах.

Деформируемая приборная бронза применяется для изготовления деталей, приборов и аппаратов. В зависимости от условий службы для изготовления деталей приборов и аппаратов могут применяться различные высокопрочные конструкционные бронзы, пружинные бронзы и др.

Деформируемая пружинная бронза применяется для изготовления пружин и пружинных деталей различного типа и назначения. В качестве пружинных бронз широко применяются оловянистые бронзы Бр. ОФ6,5-0,15, Бр. ОФ4-0,25, Бр. ОЦ4-3, алюминиевая бронза А7 и бериллие- вые бронзы марок Бр. Б2, Бр. БНТ1,9 к Бр. БНТ1,7.

Оловянистые и алюминиевые бронзы обладают повышенной упругостью и прочностью в нагартованном состоянии. Бериллиевые бронзы, мягкие и пластичные в закаленном состоянии, получают высокую упругость и твердость после отпуска. Пружины из бериллиевых бронз по своим свойствам при нормальной и повышенных температурах превосходят все другие пружины.

Мягкая бронза легко штампуется и гнется. Мягкость бронз достигается обработкой давлением и отжигом при высокой температуре для полного снятия внутренних напряжений и восстановления структуры. Бронзы деформируемые дисперсионно твердеющие называются мягкими в состоянии закалки, а последующий отпуск резко повышает твердость и прочность. Мягкие бронзы применяются тогда, когда по условиям технологии изготовления детали подвергаются дополнительной деформации (штамповке, гибке).

Полутвердая бронза применяется для изготовления мембран, трубок Бурдона, фланцев, гроссов и других деталей крепления, от которых требуется повышенная прочность. Бронзы этой группы при повышенной прочности и твердости сохраняют достаточную пластичность для обработки штамповкой и гибкой. Для получения необходимых свойств бронзы полутвердые подвергаются обработке давлением со средними степенями деформации 10—30%.

Твердая бронза обрабатывается давлением со степенями деформации 30— 50%. Эта бронза обладает повышенной прочностью, твердостью и упругостью, низкой пластичностью и применяется для изготовления пружин, контактов, втулок и других деталей.

Особо твердая бронза имеет высокие пределы упругости, прочности и твердости и пониженную пластичность. Требуемые свойства бронза приобретает после обработки давлением с высокой степенью деформации (более 50%). Таким путем изготавливают особо твердые ленты и полосы из кремнемарганцовистой бронзы марки Бр.КМц3-1,оловянофосфористой бронзы марки Бр. ОФ6,5-0,15 и оловяиноцинковой бронзы марки Бр. ОЦ4-3.

 

МЕДНОНИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ

Медноникелевые сплавы условно разделяют на конструкционные и электротехнические. К конструкционным медионикелевым сплавам относятся коррозионностойкие сплавы типа мельхиор, сплавы меди, никеля и цинка типа нейзильбер и коррозионно- стойкие упрочняющиеся сплавы меди, никеля и алюминия типа куниаль.

Мельхиор. Сплавы этого типа обладают высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, сухих газах и в атмосферных условиях, они хорошо противостоят действию щелочных растворов солей и органических соединений. Структура сплавов типа мельхиор представляет собой твердый раствор и поэтому они хорошо обрабатываются давлением в холодном и горячем состояниях.

Мельхиор марки МНЖМцЗО-0,8-4,0 обладает большой стойкостью в среде парового конденсата. По устойчивости против действия ударной !(турбулентной) коррозии он превосходит практически все другие известные сплавы. Благодаря этим свойствам мельхиор марки МНЖМцЗО-0,8-1,0 применяется для конденсаторных труб морскигз судов, работающих в особо тяжелых условиях. Мягкие конденсаторные трубы, изготовляемые в соответствии с ГОСТ 10092—62, имеют временное сопротивление не менее 38 кГ/мм2 и относительное удлинение в- пределах 03%, а полутвердые трубы 50 кГ/мм2 и 10% соответственно.

Нейзильбер — сплав, обладающий наилучшими свойствами из группы тройных сплавов меди с никелем и цинком. Он представляет собой твердый раствор никеля и цинка и меди, обладает хорошей коррозионной стойкостью, красивым серебристым цветом, повышенной прочностью и удовлетворительной пластичностью в холодном и горячем состояниях. На воздухе нейзильбер не окисляется и достаточно стоек в растворах солей и органических кислот. Применяется этот сплав для изготовления медицинского инструмента, технической посуды, телефонной аппаратуры, паровой и водяной арматуры, изделий санитарной техники, точной механики, бытовой посуды и художественных изделий. Полуфабрикаты из нейзильбера поставляются в виде полос, ленты, прутков и проволоки.

Куниаль  А — сплав меди с никелем и алюминием. Он хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состояниях. Полуфабрикаты из этого сплава производят в виде прессованных прутков с временным сопротивлением не менее 70 кГ/мм2 и относительным удлинением не менее 7%.

Куниаль  Б обладает хорошей коррозионной стойкостью. Полуфабрикаты из него изготовляют в виде полос толщиной 0,5— 3 мм для пружин. Полосы из сплава куниаль Б обладают временным сопротивлением не менее 56 кГ/мм2 и относительным удлинением не менее 3%.

Электротехнические медно- никелевые  сплавы. К ним относятся сплавы типа ТП и ТБ, термоэлектродный сплав с высоким содержанием никеля— копель, реостатный сплав константан и сплав манганин.

Сплав ТП применяется для изготовления компенсационных проводов к платина- платинородиевой термопаре, а сплав ТБ применяется для изготовления компенсационных проводов к платина-золотой и палладий -платинородиевой  термопарам.

Копель— сплав, применяемый в качестве отрицательного термоэлектрода термопар хромель — копель и железо—копель, а также в виде компенсационных проводов. Копель имеет максимальную термоэлектродвижущую силу но сравнению с другими  меднооникелевыми сплавами такого же назначения и практически нулевой температурый коэффициент электросопротивления. Этот сплав является также хорошим материалом для реостатов и нагревательных устройств с рабочей температурой до 600°С.

Константан —сплав, отличающийся высокой термоэлектродвижущей силой, малым температурным коэффициентом, (постоянством электросопротивления. Сплав применяется для реостатов, термопар, нагревательных приборов с рабочей температурой до 500°С. Температурный коэффициент электросопротивления сплава в интервале 20—100°С составляет 2 • 10 -6 1/град.

Манганин. Сплав широко применяют в качестве прецизионного (материала с высоким омическим сопротивлением. В паре с медью он обладает незначительной термоэлектродвижущей силой, что позволяет почти полностью избавиться от термотоков. При 20°С электросопротивление сплава в виде лент, полос и проволоки составляет 0,42—0,48 ом •мм2/м.

Припои марки А ПОС-30ф 8мм, П -14 ф 2,8мм ТУ 48-1728138/ОПП-006-2000 ООО Дон-энергокомплект г. Ростов-на-Дону

 

Применение: Электро и радиоаппаратура, печатные схемы, точные приборы без перегрева.

Температура плавления: 183-190°C

Химический состав: Олово 61% Свинец 39%

Пайка металлов: Бронза, Латунь, Медь, Нержавейка, Олово, Свинец, Сталь

Харакетристики:

Припой ПОС-61 в классификации припоев занимает особенное место. Это обусловлено тем, что в этом сплаве отмечается содержание канифоли, поэтому его можно с успехом использовать для лужения и пайки самых разных контрольно-измерительных приборов.

Припой ПОС 61 - это по-своему универсальный материал, который идеально подойдет для любой разновидности проводов. Также отмечается, что он неплохо себя показывается при пайке микросхем. Кроме того, если нельзя во время работы допустить перегрев места пайки, то припой ПОС-61 справится с задачей куда эффективнее, чем многие другие сплавы. Производитель отмечает, что основной сферой использования припоя ПОС61 является пайка жил к полупроводниковым устройствам, выводам разъемов, медных проводов. Стоит отметить, что это оптимальный выбор для соединения следующих металлов: сталь, латунь, бронза, медь. Припой ПОС 61, если сравнивать с другими оловянно-свинцовыми припоями, представленными на рынке, имеет более высокий уровень чистоты и рассчитан на пайку электромонтажа. За счет повышенного содержания меди в припое снижается интенсивность растворения проводов из меди, а также во много раз увеличивается степень износостойкости медных стержней электрических паяльников. Температура плавления припоя ПОС 61 составляет 183 0С, в то время как полностью он расплавляется при 190 градусах. Пайка с помощью этого припоя может быть выполнена при помощи традиционного паяльного инструмента.

Состав припоя ПОС 61: свинец (39-50%), олово (50-61%). Одновременно с этим, по ГОСТу 21930-76 главным фактором, который определяет характеристики припоя, является химический состав. Помимо свинца и олова в припое ПОС 61 содержатся следующие примеси: Sb, Cu, As, Bi, Ni, S, Zn, Al, Fe.

Применение: Электроаппаратура, детали из оцинкованного железа с герметичными швами.

Температура плавления: 183-238°C

Химический состав: Олово 40% Свинец 60%

Пайка металлов: Бронза, Латунь, Медь, Сталь

Харакетристики:

Припой ПОС-40 является оловянно-свинцовым припоем, поэтому его область использования довольно-таки широка. С помощью припоя этой марки осуществляется пайка железа, латуни медных проводов, элементов из оцинкованного железа с полностью герметичными швами. Именно поэтому припой активно используется в сфере электрооборудования, при ремонте медных и латунных трубопроводов, ремонте радиаторов.

Припой ПОС-40 может быть использован с любым видом паяльного оборудования, поэтому, в большинстве случаев, именно он выбирается для проведения пайки и лужения различных элементов не только в локальном ремонте, но и в заводских масштабах.

Припой ПОС 40 великолепно подходит для формирования прочного (если требуется, и полностью герметичного) шва, а также для получения электроконтакта с небольшим переходным сопротивлением. За счет того, что имеет температуру плавления намного меньшую, чем соединяемые металлы, то он плавится, оставляя при этом основной металл абсолютно твердым. Компоненты будут диффундировать в основной металл, который будет растворяться в припое, за счет чего начнет формироваться промежуточная прослойка, соединяющая все элементы в одно целое после застывания.

Производители выпускает припой ПОС 40 в виде проволоки (без канифоли) и трубок (с сосновой канифолью).

Осуществлять пайку этим припоем можно простым паяльным инструментом, не опасаясь при этом перегрева элементов, потому что припой полностью расплавляется уже при температуре в 238 градусов. Если требуется припой, который будет плавиться при более низких температурах, то рекомендуется выбирать модель ПОС 61 и другие соответствующие виды.

 

 

 

Применение: Пайка изделий машиностроения.

Температура плавления: 183-238°C

Химический состав: Олово 30% Свинец 70%

Пайка металлов: Бронза, Латунь, Медь, Сталь

Харакетристики:

Припой ПОС-30 - оловянно-свинцовый припой, используемый для пайки и лужения радио- и электроаппаратуры приборов с герметичными швами, печатных схем, внутренних швов и медицинских устройств, деталей с герметическими швами из оцинкованного железа. Припой ПОС 30 не имеет достойных зарубежных аналогов и относится к категории мягких припоев, потому что температура его плавления не превышает 300 0С. Сплав является бессурьмянистым.

Отлично подходит для пайки меди, латуни и железа. В промышленных масштабах применяется в энергетической сфере. Во время пайки ПОС 30 с поверхностью детали формируют высококачественную зону промежуточного сплава. Любители и профессионалы используют припой ПОС-30 для пайки электроприборов и радиоаппаратуры. 
Пруток припоя ПОС 30 диаметром 8 мм будет легко гнуться руками, потому что в нем отмечается высокое содержание свинца. В отличие от свинца олово будет придавать припою повышенную степень жесткости и прочности. В состав ПОС 30 входит олово (29-31%) и свинец (69-71%). Температура плавления припоя составляет 256 оС (начало плавления отмечается на 183 градусах). Для большинства радиоэлектронных элементов подобная температура считается предкритической, что обязательно нужно учитывать перед проведением паяльных работ. Именно поэтому, если есть определенный риск повреждения аппаратуры или каких-либо элементов, то лучше воспользоваться припоями с более низкой температурой плавления. Также в состав припоя также входят различные примеси: сурьма, медь, мышьяк, никель, железо, алюминий цинк, сера, висмут. 

Применение: Электро и радиоаппаратура, печатные схемы, точные приборы без перегрева.

Температура плавления: 183-190°C

Химический состав: Олово 61% Свинец 39%

Пайка металлов: Бронза, Латунь, Медь, Нержавейка, Олово, Свинец, Сталь

Харакетристики:

Припой ПОС-61 в классификации припоев занимает особенное место. Это обусловлено тем, что в этом сплаве отмечается содержание канифоли, поэтому его можно с успехом использовать для лужения и пайки самых разных контрольно-измерительных приборов.

Припой ПОС 61 - это по-своему универсальный материал, который идеально подойдет для любой разновидности проводов. Также отмечается, что он неплохо себя показывается при пайке микросхем. Кроме того, если нельзя во время работы допустить перегрев места пайки, то припой ПОС-61 справится с задачей куда эффективнее, чем многие другие сплавы. Производитель отмечает, что основной сферой использования припоя ПОС61 является пайка жил к полупроводниковым устройствам, выводам разъемов, медных проводов. Стоит отметить, что это оптимальный выбор для соединения следующих металлов: сталь, латунь, бронза, медь. Припой ПОС 61, если сравнивать с другими оловянно-свинцовыми припоями, представленными на рынке, имеет более высокий уровень чистоты и рассчитан на пайку электромонтажа. За счет повышенного содержания меди в припое снижается интенсивность растворения проводов из меди, а также во много раз увеличивается степень износостойкости медных стержней электрических паяльников. Температура плавления припоя ПОС 61 составляет 183 0С, в то время как полностью он расплавляется при 190 градусах. Пайка с помощью этого припоя может быть выполнена при помощи традиционного паяльного инструмента.

Состав припоя ПОС 61: свинец (39-50%), олово (50-61%). Одновременно с этим, по ГОСТу 21930-76 главным фактором, который определяет характеристики припоя, является химический состав. Помимо свинца и олова в припое ПОС 61 содержатся следующие примеси: Sb, Cu, As, Bi, Ni, S, Zn, Al, Fe.

Применение: Электроаппаратура, детали из оцинкованного железа с герметичными швами.

Температура плавления: 183-238°C

Химический состав: Олово 40% Свинец 60%

Пайка металлов: Бронза, Латунь, Медь, Сталь

Харакетристики:

Припой ПОС-40 является оловянно-свинцовым припоем, поэтому его область использования довольно-таки широка. С помощью припоя этой марки осуществляется пайка железа, латуни медных проводов, элементов из оцинкованного железа с полностью герметичными швами. Именно поэтому припой активно используется в сфере электрооборудования, при ремонте медных и латунных трубопроводов, ремонте радиаторов.

Припой ПОС-40 может быть использован с любым видом паяльного оборудования, поэтому, в большинстве случаев, именно он выбирается для проведения пайки и лужения различных элементов не только в локальном ремонте, но и в заводских масштабах.

Припой ПОС 40 великолепно подходит для формирования прочного (если требуется, и полностью герметичного) шва, а также для получения электроконтакта с небольшим переходным сопротивлением. За счет того, что имеет температуру плавления намного меньшую, чем соединяемые металлы, то он плавится, оставляя при этом основной металл абсолютно твердым. Компоненты будут диффундировать в основной металл, который будет растворяться в припое, за счет чего начнет формироваться промежуточная прослойка, соединяющая все элементы в одно целое после застывания.

Производители выпускает припой ПОС 40 в виде проволоки (без канифоли) и трубок (с сосновой канифолью).

Осуществлять пайку этим припоем можно простым паяльным инструментом, не опасаясь при этом перегрева элементов, потому что припой полностью расплавляется уже при температуре в 238 градусов. Если требуется припой, который будет плавиться при более низких температурах, то рекомендуется выбирать модель ПОС 61 и другие соответствующие виды.

 

Припой ПМФОЦр 6-4-0,03                купить     Припой ПМФОЦр 6-4-0,03 ТУ 48-17228138

Применение: Пайка кондиционеров, холодильников, теплообменников, волноводов.

Температура плавления: 640-680°C

Химический состав: Медь 89% Фосфор 6% Олово 4% Цирконий 0,03%

Пайка металлов: Бронза, Латунь, Медь, Серебро

Харакетристики:

Припой ПМФОЦр 6-4-0.03 относится к категории медно-фосфорных. В припое этой марки отмечается высокое содержание фосфора и меди, а также значительное количество циркония и олова. 
Это среднеплавкий припой, который имеет повышенную текучесть, отличную устойчивость к коррозийным процессам и агрессивной среде. Основная сфера использования сплава - пайка меди и ее различных сплавов (мельхиора, латуни, бронзы).

Одновременно с этим, ПМФОЦр зачастую применяется как заменитель серебряных припоев в процессе ремонта ювелирных изделий. Запрещено осуществление пайки чугуна и стали припоями с содержанием фосфора, потому что соединение получается хрупким и не способно выдержать нагрузки вибрационного, ударного и изгибающего типа. Это обусловлено тем, что по границе шва фосфоритов образуется видимая пленка. Особенностью припоя ПМФОЦр можно назвать то, что он является самофлюсующимся. Именно поэтому, если им осуществляется пайка изделий из меди, то в этом случае нет никакой необходимости использовать флюс. Как правило, припой этой марки применяется в ремонте бытовых смесителей, кондиционеров, при изготовлении климатического оборудования, электромашин высокой мощности.  В классификации припоев ПМФОЦр относится к категории среднеплавких самофлюсующихся припоев, что допускает осуществление пайки без использования флюса. Пайка с помощью этого припоя может выполняться горелкой любого типа (ацетиленовой, пропановой горелкой, паяльной лампой), с помощью аргонодуговой сварки. Основное условие в этом случае - спаиваемые детали должны нагреться до темно-красного свечения (вишневый оттенок). Затем необходимо нагревать припой до того момента, пока он не начнет растекаться должным образом.

Применение: Пайка холодильников, термодатчики, теплообменники, часы.

Температура плавления: 630-660°C

Химический состав: Медь 53% Фосфор 7% Никель 7% Цинк 33%

Пайка металлов: Медь, Никель, Серебро, Сталь

Харакетристики:

Припой П-81 рассчитан на пайку при изготовлении климатического оборудования, теплообменников, калориферов, термодатчиков, производстве часов и т.п. Пайка с помощью этого припоя может осуществляться только с применением флюса. Допускается изготовление закладных элементов различной формы и колец для осуществления автоматической пайки (подобные работы должны проводиться только в заводских условиях на походящем для этого оборудовании).

П-81 в своем составе содержит несколько основных элементов: цинк (32-36%), медь (52-54%), никель и фосфор (по 6-7%). При помощи припоя П-81 допускается соединение следующих материалов: никель и никелевые сплавы (в том числе и латунь), медь, чугун, серебро, сталь (в том числе нержавейка), твердые сплавы и их всевозможные комбинации. С помощью припоя П-81 разрешается пайка с использованием флюса. П-81 может похвастать особенными свойствами и некоторыми конкурентными преимуществами. Среди них необходимо выделить высокий уровень надежности и долговечности фреоновых элементов, повышенный предел прочности на срез, высокое качество в процессе ремонта твердосплавных инструментов, высокая степень герметичности паяных конструкций в условиях повышенного давления. Нельзя не отметить и то, что П-81 производитель считает столь же эффективным, как и некоторые высокосеребряные припои. При работе с припоем этой марки рекомендуется использовать флюсы, которые соответствуют следующим припоям: ФК-250 (235), ПВ-209.
Температура плавления припоя составляет 630-660 оС, в том время как рекомендованная температура пайки варьируется от 680 до 700 оС. Предел прочности сплава находится в пределах 170 Мпа. 
Припой П-81 показывает себя особенно эффективным, если его использовать взамен высокосеребряных припоев марок ПСр40, ПСр29.5, ПСр25, ПСр45.

 

Применение: Пайка холодильников, кондиционеров, теплообменников, волноводов, бытовых смесителей.

Температура плавления: 640-680°C

Химический состав: Медь 90% Фосфор 6% Олово 4%

Харакетристики:

Припой П-14 представляет собой соединение, в котором присутствует значительное количество меди (основа), олова (от 3,5 до 4,5%) и фосфора (от 5,3 до 6,3%). Все это делает его уместным для использования в процессе пайки калориферов, теплообменников, холодильников, кондиционеров, электрических машин высокой мощности, волноводов и бытовых смесителей. Идеально он способен соединять такие материалы, как серебро, медь и медные сплавы. Отметим, что пайка меди при помощи припоя марки П-14, осуществляется даже без добавления флюса. 
Изготавливают припой этого типа в виде проволоки с различным диаметром, прутка с различным диаметром, ленты с различной толщиной и шириной. Если припой выполнен в виде проволоки, то в ней может присутствовать продольный паз с флюсом марки ФК-320 и марки ФК-235. Поэтому осуществляя пайку той или иной детали можно легко подбирать оптимальный для каждого случая вариант.
В процессе пайки следует придерживаться определенной температуры. Если пайка проводится в газовом пламени, то она должна быть не выше 740 и не ниже 720 градусов, а если пайка в печи - то не менее 800 и не более 820 градусов. Ударная вязкость разрушения составляет порядка 1,5-3 кДж.м/см2, а прочность паяных соединений равна 290-320 МПа.

Применение: Лужение алюминиевых оболочек и пайка алюминиевых жил.

Температура плавления: 300-320°C

Химический состав: Олово 42-45% Цинк 54% Медь 1,2-1,5%

Пайка металлов: Алюминий

Харакетристики:

Припой марки А представляет собой одну из востребованных разновидностей оловянно-медно-цинковых припоев. Именно эти три главных компонента составляют его основу и предопределяют и главные свойства, и сферы, в которых его использование будет отличаться максимальной эффективностью.
Идеально подходит припой марки А для использования в процессе проведения пайки алюминиевых жил и выполнения лужения алюминиевых оболочек. Этому благоволит и то, что он вполне стоек к негативному воздействию коррозии и обладает превосходными технологическими свойствами. Важна и температура плавления этого соединения. Она варьируется в диапазоне от 400 до 400 градусов Цельсия. В то время, как плотность припоя этого типа составляет 7,2 г/см3. Все это следует учитывать при проведении пайки и лужения изделий. 
В составе припоя преобладает содержание цинка, его количество варьируется от 56% до 59%, олова в соединении не более 42,1% и не менее 38,6%. Меди в разы меньше - не более 2%, в некоторых случаях ее присутствие может не превышать показателя в 1,5%. И это предопределяет большую часть свойств припоя, уместность его использования в определенных сферах, а также ряд других важных показателей.

 

Применение: Пайка генераторов, шинопроводов, электродвигателей большой мощности, трансформаторов

Температура плавления: 714-850°C

Химический состав: Медь 93% Фосфор 7%

Пайка металлов: Латунь, Медь, Серебро

Характеристики:

Припой МФ-7 входит в категорию медно-фосфорных припоев и предполагает наличие в своем составе порядка 7% фосфора, о чем и свидетельствует маркировка изделия. Он превосходно показывает себя при пайке латуней и бронз, нейзильбера и медно-никелевых сплавов. Хотя, основной сферой использования в данном случае принято считать пайку меди и разнообразных медных сплавов без применения флюсов. Необходимость во флюсах отсутствует, поскольку припой этой марки относится к самофлюсующим припоям. 
Применять припой, изготовленный под маркой МФ-7, для пайки сталей и чугуна не рекомендуется. В этих сферах он зарекомендовал себя не самым лучшим образом. В этих случаях возникает образование хрупких фосфидов железа непосредственно в паяном шве и как следствие - утрачивается пластичность.
Идеально подходит данный вид припоя для пайки кондиционеров и холодильников. В обоих случаях необходимо применять газопламенный нагрев и придерживаться температуры пайки в диапазоне от 732 до 816 градусов Цельсия. Припою характерна высокая жидкотекучесть и низкая температура плавления, что приравнивает его по свойствам к серебряным и медно-цинковым припоям, востребованным при пайке медных сплавов и самой меди.

 

Температура плавления: 700-900°C

Пайка металлов: Медь, Серебро, Сталь

Харакетристики:

Флюс Бура в промышленной сфере используется достаточно часто. Также сферой его применения считается пайка ювелирных изделий, где необходимо точно рассчитать состав используемых материалов и тип инструментов для пайки. Универсальным решением в этом случае является именно флюс, созданный на основе борной кислоты или буры.

Бура - важнейшая добавка при плавке, которая позволяет обеспечить формирование тигля глазури на стенках, растворение окислов металлов и предохранить расплав от проникновения кислорода. Бура - это соль тетраборной кислоты, которая существует в виде декагидрата в свободной форме. Изготовление флюса такого типа ведется с помощью борной кислоты и буры, которые в соотношении 1:1 по массе растворяются в воде. Чтобы приготовить 1 л флюса бура, необходимо смешать 100 г борной кислоты и 100 г буры, добавив их в 1 л воды, после чего довести до кипения. После естественного остывания массы ее следует отфильтровать. Соотношение борной кислоты и буры в составе флюса необходимо варьировать в зависимости от того, с каким именно металлом предполагается работать. Если это золото, то основу флюса должна составлять борная кислота, а не бура. Обратная ситуация с серебром. 
Флюс бура считается нейтральным флюсом. Он также может быть использован для высокотемпературной пайки меди, стали, чугуна, твердых сплавов с серебряными и медными паяльными сплавами.
 

Флюс ЛТИ-120                                                         купить Флюс ЛТИ-120 500 мл.

Применение: Лужение сплавов меди, стали, никеля, свинца, цинка, серебра, олова, кадмия, палладия.

Температура плавления: 200-300°C

Пайка металлов: Медь, Никель, Олово, Свинец, Серебро, Сталь, Цинк

Харакетристики: Флюс ЛТИ-120 на отечественном рынке представлен достаточно давно. Он относится к категории активированных флюсов, в которой ЛТИ-120 считается уже давно одним из лучших. В состав этого флюса входят уникальные добавки, которые позволяют в разы увеличить его эффективность. Кроме того, предусмотрено наличие полностью пасивирующих добавок. Взаимодействие флюса в полной мере будет зависеть от температуры, при которой проводятся работы. При обычной температуре флюс не проявляет никакой активности и не способен проводить ток даже на повышенных частотах. По завершению паяльных работ остатки флюса можно не убирать, потому что они будут представлены в виде твердого вещества, не подверженного каким-либо внешним факторам. Зачастую остатки флюса выступают в качестве защитного покрытия паяльных соединений. По уровню активности флюс марки ЛТИ-210 схож с современными паяльными кислотами. В состав флюса входят следующие вещества: этиловый спирт, канифоль, диэтиламин солянокислый, триэтаноламин. Именно поэтому допускается его использование при пайке железа, нержавейки, бронзы, меди, стали, никеля, серебра и ряда других веществ. После того, как работы будут завершены, вентилировать помещение необязательно. Если необходимо смыть остатки, то это можно сделать при помощи ацетона или спирта.

 

Флюс ПВ-209                                                                       купить   Флюс ПВ-209

Применение: Пайка меди, твердых сплавов, нержавеющих и конструкционных сталей.

Температура плавления: 600-900°C

Пайка металлов: Медь, Нержавейка, Серебро, Сталь

Харакетристики: Флюс ПВ-209 рассчитан на высокотемпературную пайку серебряными и медными припоями никеля, меди, серебра и сплавов, а также особо твердых и жаропрочных сплавов. Флюс позволяет полностью удалить окисные пленки, а также предотвратить их формирование при нагреве. Флюс также способствует уменьшению поверхностного натяжения жидкого припоя, защите поверхностей, подготовленных к пайке, от негативных внешних воздействий.

Производство флюса ПВ-209 ведется по оригинальной технологии. Нанесение флюса на поверхности, подготовленные к пайке, удобнее всего производить в виде пасты. Ее можно получить с помощью замешивания флюса в воде (пропорция 1:1 в соответствии с массой). Текучесть пасты регулируется добавлением воды. 
Если флюс используется в виде порошка и осуществляется пайка нелегированной стали, то разрешен нагрев до побежалости с дальнейшим нанесением флюса. В процессе пайки нержавеющей стали флюс рекомендуется наносить пастой и контролировать целостность поверхности. При пайке твердосплавных поверхностей их требуется нагревать равномерно и полностью. Остатки флюса после пайки могут быть удалены с помощью кипячения в воде или 10%-ным раствором лимонной кислоты.

 

Паяльная кислота                                       Флюс и реактивы для пайки

Характеристики:

Паяльная кислота - это хлорид цинка, что является химическим соединением цинка и хлора (формула - ZnCl2). Паяльная кислота активно используется для пайки меди, углеродистых сталей, никеля и сплавов с помощью легкоплавких припоев в диапазоне температур от 150 до 320 оС. Также в состав паяльной кислоты (помимо хлорида цинка) входят: соляная кислота, хлорид аммония, специальная смачивающая присадка. Кроме того, паяльную кислоту часто называют активным флюсом в жидком агрегатном состоянии.

Паяльная кислота может быть получена с помощью растворения цинка (либо его окиси) в растворе соляной кислоты с дальнейшим выпариванием раствором. Кроме того, вещество получается по средствам нагревания жидкого цинка в токе хлора. 
Физические и химические свойства паяльной кислоты:
• Температура кипения - 730 оС;
• Температура плавления - 315-320 оС;
• Молекулярная масса - 136,2954;
• Растворимость в воде - 79.8% при 0 оС;
• Концентрированные составы обладают кислой средой, потому при диссоциации в воде наблюдается образование соляной кислоты.

Паяльная кислота также используется для лужения проводов и пайка радиодеталей микросхем. Срок годности паяльной кислоты не превышает 12 месяцев с условием соблюдения стандартов хранения. Хранение вещества нужно производить в плотной закрытой таре, не допуская воздействия прямых солнечных лучей и тепла. Если в помещении проводились работы с использованием паяльной кислоты, его нужно хорошенько проветрить по их завершению.
 

Флюс паяльный ФКСп                                               купить    Флюс ФКСп 500 мл.

СПИРТОКАНИФОЛЬНЫЙ ФЛЮС (он же КЭ, СКФ, и ФКЭт -на этилацетате, жидкая канифоль).

Применение: Для пайка элементов радиомонтажа и печатных плат легкоплавкими припоями при температурах 250-280ºC.
Состав: канифоль сосновая не менее 30%, АИПС-70%. 
Пайка металлов: медь; серебряное, оловянное, оловянно-свинцовое, оловянно-висмутовое, оловянно-никелевое, кадмиевое, золотое покрытия. 

Характеристики : ручная и механизированная пайка и лужение электромонтажных элементов печатных плат и элементов радио электроники в изделиях радио и бытовой электронной аппаратуры. Консервация изделий радио и бытовой электронной аппаратуры для сохранения паяемости в условиях складского хранения и хранения в условиях сборочного цеха в течение одного года. Остатки флюса при ручной пайке изделий бытовой радио аппаратуры (пайке подстроечных элементов, подпайке, исправлении дефектов) допускается не удалять. Остатки флюса при групповой пайке изделий бытовой радио аппаратуры («волной» припоя, погружением, протягиванием) следует удалять. 
 

 

Сульфид меди (I) | AMERICAN ELEMENTS ®


РАЗДЕЛ 1. ИДЕНТИФИКАЦИЯ

Название продукта: Сульфид меди (I)

Номер продукта: Все применимые коды продуктов American Elements, например CU1-S-05-I , CU1-S-05-L , CU1-S-05-P , CU1-S-05-ST

Номер CAS: 22205-45-4

Соответствующие установленные области применения вещества: Научные исследования и разработки

Информация о поставщике:
American Elements
10884 Weyburn Ave.
Лос-Анджелес, Калифорния

Тел .: +1 310-208-0551
Факс: +1 310-208-0351

Телефон экстренной связи:
Внутренний номер, Северная Америка: +1 800-424-9300
Международный: +1 703-527-3887


РАЗДЕЛ 2. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ОПАСНОСТИ

Классификация вещества или смеси в соответствии с 29 CFR 1910 (OSHA HCS)
Вещество не классифицируется в соответствии с Согласованной на глобальном уровне системой (GHS).
Опасности, не классифицированные иным образом
Данные отсутствуют
Элементы маркировки GHS
Нет данных
Пиктограммы опасностей
Нет данных
Сигнальное слово
Нет данных
Формулировки опасности
Нет данных
Классификация WHMIS
Не контролируется
Система классификации
Рейтинги HMIS (шкала 0-4)
(Система идентификации опасных материалов)
ЗДОРОВЬЕ
ПОЖАР
РЕАКТИВНОСТЬ
1
0
1
Здоровье (острые эффекты) = 1
Воспламеняемость = 0
Физическая опасность = 1
Другие опасности
Результаты PBT и Оценка vPvB
PBT: нет данных
vPvB: нет


РАЗДЕЛ 3.СОСТАВ / ИНФОРМАЦИЯ ОБ ИНГРЕДИЕНТАХ

Вещества
Номер CAS / Название вещества: 22205-45-4 Сульфид меди (I)
Идентификационный номер (а):
Номер ЕС: 244-842-9


РАЗДЕЛ 4. ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ МЕРЫ

Описание мер первой помощи
При вдыхании:
Обеспечить пациента свежим воздухом. Если не дышит, сделайте искусственное дыхание. Держите пациента в тепле.
Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
При попадании на кожу:
Немедленно промыть водой с мылом; тщательно промыть.
Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
При попадании в глаза:
Промыть открытый глаз под проточной водой в течение нескольких минут. Проконсультируйтесь с врачом.
При проглатывании:
Обратитесь за медицинской помощью.
Информация для врача
Наиболее важные симптомы и воздействия, как острые, так и замедленные
Данные отсутствуют
Указание на необходимость немедленной медицинской помощи и специального лечения
Нет данных


РАЗДЕЛ 5. МЕРЫ ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Средства пожаротушения
Подходящие средства пожаротушения
Продукт не горюч.Примите меры пожаротушения, которые подходят для окружающего пожара.
Особые опасности, исходящие от вещества или смеси
При попадании этого продукта в пожар могут образоваться следующие вещества:
Оксиды серы (SOx)
Сероводород
Оксиды меди
Рекомендации для пожарных
Защитное снаряжение:
Надеть автономную одежду респиратор.
Надеть полностью защитный непромокаемый костюм.


РАЗДЕЛ 6. МЕРЫ ПРИ СЛУЧАЙНОМ ВЫБРОСЕ

Меры личной безопасности, защитное снаряжение и порядок действий в чрезвычайной ситуации
Используйте средства индивидуальной защиты.Не подпускайте незащищенных людей.
Обеспечьте соответствующую вентиляцию.
Меры по защите окружающей среды:
Не допускайте попадания продукта в канализацию, канализацию или другие водоемы.
Методы и материалы для локализации и очистки:
Подобрать механически.
Предотвращение вторичных опасностей:
Никаких специальных мер не требуется.
Ссылка на другие разделы.
См. Раздел 7 для получения информации о безопасном обращении.
См. Раздел 8 для получения информации о средствах индивидуальной защиты.
См. Раздел 13 для получения информации об утилизации.


РАЗДЕЛ 7. ОБРАЩЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ

Обращение
Меры предосторожности для безопасного обращения
Хранить контейнер плотно закрытым.
Хранить в сухом прохладном месте в плотно закрытой таре.
Информация о защите от взрывов и пожаров:
Продукт не воспламеняется.
Условия безопасного хранения с учетом несовместимости.
Требования, предъявляемые к складским помещениям и таре:
Нет особых требований.
Информация о хранении в одном общем хранилище:
Хранить вдали от окислителей.
Дополнительная информация об условиях хранения:
Держать емкость плотно закрытой.
Хранить в прохладном, сухом месте в хорошо закрытой таре.
Особое конечное использование
Данные отсутствуют


РАЗДЕЛ 8. КОНТРОЛЬ ВОЗДЕЙСТВИЯ / ЛИЧНАЯ ЗАЩИТА

Дополнительная информация о конструкции технических систем:
Правильно работающий вытяжной шкаф для химических веществ, рассчитанный на опасные химические вещества и имеющий среднюю скорость потока воздуха не менее 100 футов в минуту.
Параметры контроля
Компоненты с предельными значениями, требующие контроля на рабочем месте:
Нет.
Дополнительная информация: Нет данных
Средства контроля за опасным воздействием
Средства индивидуальной защиты
Соблюдайте стандартные правила защиты и гигиены при обращении с химическими веществами.
Хранить вдали от продуктов питания, напитков и кормов.
Немедленно снимите всю грязную и загрязненную одежду.
Мыть руки перед перерывами и по окончании работы.
Поддерживайте эргономичную рабочую среду.
Дыхательное оборудование:
При высоких концентрациях использовать подходящий респиратор.
Рекомендуемое фильтрующее устройство для краткосрочного использования:
Используйте респиратор с картриджами типа N95 (США) или PE (EN 143) в качестве резервного средства технического контроля. Следует провести оценку рисков, чтобы определить, подходят ли респираторы для очистки воздуха. Используйте только оборудование, проверенное и одобренное соответствующими государственными стандартами.
Защита рук:
Непроницаемые перчатки
Осмотрите перчатки перед использованием.
Пригодность перчаток должна определяться как материалом, так и качеством, последнее из которых может варьироваться в зависимости от производителя.
Защита глаз: Защитные очки
Защита тела: Защитная рабочая одежда.


РАЗДЕЛ 9. ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Информация об основных физико-химических свойствах
Внешний вид:
Форма: Порошок
Цвет: Черный
Запах: Без запаха
Порог запаха: Нет данных.
pH: нет данных
Точка плавления / интервал плавления: около 1100 ° C (около 2012 ° F)
Точка кипения / интервал кипения: данные отсутствуют
Температура сублимации / начало: данные отсутствуют
Воспламеняемость (твердое тело, газ): Данные недоступны.
Температура возгорания: данные отсутствуют
Температура разложения: данные отсутствуют
Самовоспламенение: данные отсутствуют.
Взрывоопасность: данные отсутствуют.
Пределы взрываемости:
Нижняя: данные отсутствуют
Верхние: данные отсутствуют
Давление пара: нет данных
Плотность при 20 ° C (68 ° F): 5,6 г / см 3 (46,732 фунта / галлон)
относительная плотность: Нет данных.
Плотность пара: Нет данных
Скорость испарения: Нет данных
Растворимость в воде (H 2 O): Нерастворимый
Коэффициент распределения (н-октанол / вода): данные отсутствуют.
Вязкость:
Динамическая: Нет данных
Кинематическая: Нет
Другая информация: Данные отсутствуют


РАЗДЕЛ 10. СТАБИЛЬНОСТЬ И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ

Реакционная способность
Нет данных
Химическая стабильность
Стабилен при рекомендуемых условиях хранения.
Термическое разложение / условия, которых следует избегать:
Разложение не происходит при использовании и хранении в соответствии со спецификациями.
Возможность опасных реакций
Реагирует с сильным окислителем
Условия, которых следует избегать
Данные отсутствуют
Несовместимые материалы:
Окисляющие вещества
Опасные продукты разложения:
Оксиды серы (SOx)
Сероводород
Оксид меди


РАЗДЕЛ 11.ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Информация о токсикологическом воздействии
Острая токсичность:
Эффекты неизвестны.
Значения LD / LC50, имеющие отношение к классификации:
Нет данных
Раздражение или разъедание кожи:
Может вызывать раздражение
Раздражение или разъедание глаз:
Может вызывать раздражение
Сенсибилизация:
Сенсибилизирующие эффекты неизвестны.
Мутагенность зародышевых клеток:
Реестр токсических эффектов химических веществ (RTECS) содержит данные о мутациях этого вещества.
Канцерогенность:
Нет данных о классификации канцерогенных свойств этого материала от EPA, IARC, NTP, OSHA или ACGIH.
Репродуктивная токсичность:
Эффекты неизвестны.
Специфическая системная токсичность, поражающая отдельные органы-мишени - многократное воздействие:
Эффекты неизвестны.
Специфическая системная токсичность, поражающая отдельные органы-мишени - однократное воздействие:
Эффекты неизвестны.
Опасность при вдыхании:
Воздействие неизвестно.
От подострой до хронической токсичности:
Эффекты неизвестны.
Дополнительная токсикологическая информация:
Насколько нам известно, острая и хроническая токсичность этого вещества полностью не изучена.


РАЗДЕЛ 12. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Токсичность
Водная токсичность:
Нет данных
Стойкость и разлагаемость
Нет данных
Потенциал биоаккумуляции
Нет данных
Мобильность в почве
Нет данных
Дополнительная экологическая информация:
Избегать переноса в окружающую среду.
Результаты оценки PBT и vPvB
PBT: N / A
vPvB: N / A
Другие побочные эффекты: Нет данных


РАЗДЕЛ 13.СООБРАЖЕНИЯ ПО УТИЛИЗАЦИИ

Методы обработки отходов
Рекомендация
Обратитесь к официальным инструкциям, чтобы обеспечить надлежащую утилизацию.
Неочищенные упаковки:
Рекомендация: Утилизация должна производиться в соответствии с официальными правилами


РАЗДЕЛ 14. ТРАНСПОРТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Номер ООН
DOT, ADN, IMDG, IATA
N / A
Собственное транспортное наименование ООН
DOT, ADN, IMDG, IATA
N / A
Класс (ы) опасности при транспортировке
DOT, ADR, ADN, IMDG, IATA
Class
N / A
Группа упаковки
DOT, IMDG, IATA
N / A
Экологические опасности:
N / A
Особые меры предосторожности для пользователя
Н / Д
Транспортировка навалом согласно Приложению II MARPOL73 / 78 и Кодексу IBC
Н / Д
Транспортировка / Дополнительная информация:
DOT
Морской загрязнитель (DOT):


РАЗДЕЛ 15.НОРМАТИВНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Нормативы / законы по безопасности, охране здоровья и окружающей среды, относящиеся к веществу или смеси
Элементы маркировки GHS
Н / Д
Пиктограммы опасности
Н / Д
Сигнальное слово
Н / Д
Формулировки опасности
Н / Д
Национальные предписания
Все компоненты этого продукта перечислены в Реестре химических веществ в соответствии с Законом о контроле за токсичными веществами Агентства по охране окружающей среды США.
Все компоненты этого продукта занесены в Канадский список отечественных веществ (DSL).
SARA Раздел 313 (списки конкретных токсичных химикатов)
22205-45-4 Сульфид меди (I)
Предложение 65 Калифорнии
Предложение 65 - Химические вещества, вызывающие рак
Вещество не указано.
Prop 65 - Токсичность для развития
Вещество не указано.
Предложение 65 - Токсичность для развития, женщины
Вещество не указано.
Prop 65 - Токсичность для развития, мужчины
Вещество не указано.
Информация об ограничении использования:
Для использования только технически квалифицированными специалистами.
Другие постановления, ограничения и запретительные постановления
Вещество, вызывающее особую озабоченность (SVHC) в соответствии с Регламентом REACH (EC) № 1907/2006.
Вещества нет в списке.
Должны соблюдаться условия ограничений согласно Статье 67 и Приложению XVII Регламента (ЕС) № 1907/2006 (REACH) для производства, размещения на рынке и использования.
Вещества нет в списке.
Приложение XIV Правил REACH (требуется разрешение на использование)
Вещество не указано
Оценка химической безопасности:
Оценка химической безопасности не проводилась.


РАЗДЕЛ 16. ПРОЧАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Паспорт безопасности в соответствии с Регламентом (ЕС) № 1907/2006 (REACH). Вышеупомянутая информация считается правильной, но не претендует на исчерпывающий характер и должна использоваться только в качестве руководства. Информация в этом документе основана на текущем уровне наших знаний и применима к продукту с учетом соответствующих мер безопасности. Это не является гарантией свойств продукта. American Elements не несет ответственности за любой ущерб, возникший в результате обращения или контакта с вышеуказанным продуктом.Дополнительные условия продажи см. На обратной стороне счета-фактуры или упаковочного листа. АВТОРСКИЕ ПРАВА 1997-2021 AMERICAN ELEMENTS. ЛИЦЕНЗИОННЫМ ДАННЫМ РАЗРЕШЕНО ИЗГОТОВЛЕНИЕ НЕОГРАНИЧЕННЫХ КОПИИ БУМАГИ ТОЛЬКО ДЛЯ ВНУТРЕННЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.

СУЛЬФИД МЕДИ (II) | 1317-40-4

СУЛЬФИД МЕДИ (II) Свойства

Температура плавления:
220 ° C (разл.) (лит.)
Плотность
4,6 г / мл при 25 ° C (лит.)
показатель преломления
1,45
форма
порошок
Удельный вес
4,6 (20 ℃) ​​
цвет
Черный
Растворимость в воде
Растворим в азотной кислоте, гидроксиде аммония, цианиде калия.Нерастворим в воде, этаноле, соляной кислоте, разбавленных кислотах, серной кислоте, цианидах щелочных металлов, водном аммиаке и щелочных растворах.
Чувствительный
Чувствительность к воздуху и влаге
Мерк
14,2965
Константа произведения растворимости (Ksp)
пКсп: 35,2
Стабильность:
Устойчив, но может быть чувствительным к влаге.Несовместим с сильными кислотами, сильными окислителями.
Ссылка на базу данных CAS
1317-40-4 (Ссылка на базу данных CAS)
Оценки продуктов питания EWG
1
FDA UNII
KL4YU612X7
Система регистрации веществ EPA
Сульфид меди (CuS) (1317-40-4)

БЕЗОПАСНОСТЬ

  • Заявление о рисках и безопасности
Заявления о безопасности 22-24 / 25
WGK Германия 3
RTECS GL80
TSCA Есть
Производитель Номер товара Описание товара Номер CAS Упаковка Цена Обновлено Купить
Сигма-Олдрич 342467 Сульфид меди (II) порошок, 100 меш, ≥99% металлической основы 1317-40-4 100 г 90 $.3 2021-03-22 Купить
Сигма-Олдрич 342467 Сульфид меди (II) порошок, 100 меш, ≥99% металлической основы 1317-40-4 500 г $ 357 2021-03-22 Купить
Альфа Эзар 014300 Сульфид меди (II), ультра сухой, 99.98% (мет. Мет.) 1317-40-4 10 г $ 226 2021-03-22 Купить
Альфа Эзар 014300 Сульфид меди (II), ультра сухой, 99.98% (мет. Мет.) 1317-40-4 50 г $ 1113 2021-03-22 Купить
Strem Chemicals 29-2969 Сульфид меди (II) (99.5% -Cu) 1317-40-4 250 г $ 274 2021-03-22 Купить

СУЛЬФИД МЕДИ (II) Химические свойства, применение, производство

Химические свойства

Сульфид меди (II), CuS, [1317-40-4], молекулярный вес 95.6, встречается в природе как сине-черный минерал ковеллит [19138-68-2]. Он нерастворим в воде, но разлагается азотной кислотой. Во влажном воздухе он окисляется до сульфата меди (II). Скорость окисления увеличивается в присутствии щелочи. Сульфид меди (II) используется в качестве пигмента против обрастания и для приготовления анилиновых черных красителей.

использует

В необрастающих красках; при приготовлении смешанных катализаторов; в разработке анилинового черного красителя в текстильной печати.

Определение

ChEBI: сульфид меди, в котором металл находится в степени окисления +2.

Препарат

Сульфид меди (II) получают нагреванием сульфида меди (I) в присутствии избытка серы в атмосфере водорода. Этанольные растворы безводного хлорида меди (II) осаждают сульфид меди (II) при добавлении сероводорода.

Опасность

Токсично при проглатывании.

Продукты и сырье для получения сульфида меди (II)

Сырье

Препараты


Глобальные (128) Поставщики Китай 91 Европа 1 Германия 2 Индия 1 Япония 4 Южная Корея 1 Швейцария 1 Великобритания 8 США 19 В мире 128


Посмотреть последнюю цену от производителей СУЛЬФИДА МЕДИ (II)

1317-40-4 (СУЛЬФИД МЕДИ (II)) Поиск по теме:


  • С.И. 77450
  • C.I. Пигмент Синий 34
  • Медно-синий
  • Моносульфид меди
  • Сульфид меди (CuS)
  • Сульфид меди (2+)
  • CuS
  • Синий Горация Верне
  • Моносульфид моносульфида меди
  • Голубое масло
  • СУЛЬФИД МЕДИ (II)
  • СУЛЬФИД МЕДИ (II)
  • СУЛЬФИД МЕДИ
  • СУЛЬФИД МЕДИ ЧЕРНЫЙ
  • СУЛЬФИД КУПРИНЫ
  • СУЛЬФИД ВОДЫ
  • Сульфид меди (ic)
  • сульфид меди
  • Сульфидная сетка меди, черный порошок
  • СУЛЬФИД КУПРИНЫ, 99.998%
  • Сульфид меди (II) (99,5% -Cu)
  • сульфид меди (ii), ультра сухой
  • КУПРОУССУЛЬФИД
  • Сульфид меди (II), порошок, # 100 меш, 99+% металлов
  • СУЛЬФИД МЕДИ (II), ПОРОШОК, 99,99%
  • Сульфид меди (II) безводный
  • метель на основе меди (II сульфид
  • Сульфид меди (II) (CuS)
  • Сульфид меди (II), -200 меш,
  • Сульфид меди (II), ультра сухой, 99.98% (металлы)
  • Сульфид меди (II), 99.8% (мет. Мет.)
  • Сульфид меди (II): 97%:
  • Сульфид меди (II) 99.998% (мет. Мет.)
  • Маслорастворимый пурпурный синий
  • Ковеллит
  • Сульфид меди (II), ультра сухой (мет. Мет.)
  • Сульфид меди (II), -200 меш, 99.5%
  • Сульфид меди (II) безводный
  • НСК 47694
  • Порошок сульфида меди (II), -100 меш,> = 99% на основе металлических примесей
  • Порошок сульфида меди (II), 99,99% металлических примесей
  • Сульфид меди (II), 99,8% на основе металлических примесей
  • Сульфид меди (II), безводный, ампулированный в атмосфере аргона, 99.98% следов металлов на основе
  • Сульфид меди (ic) Сульфид меди (II)
  • Дисульфид меди
  • 1317-40-4
  • халькогениды металлов
  • Халькогениды
  • Материаловедение
  • Наука о металлах и керамике
  • Неорганические вещества

Факты о сульфиде меди II, формула, свойства, применение

Сульфид меди II или сульфид меди, представленный химической формулой CuS, которая носит название ИЮПАК сульфанилиденмедь [1] , представляет собой черный порошок или комки, растворимые в азотной кислоте, но не растворимые в воде [3] . Встречается в виде минерала ковеллита и представляет собой ионное соединение [3, 4] . Он стабилен на воздухе в сухом состоянии, но окисляется влагой воздуха до сульфата меди [1] .

Сульфид меди II

Идентификация сульфида меди II

Номер CAS 1317-40-4 [1]
PubChem CID 14831 [1]
ChemSpider ID 145403 [2]
Номер ЕС 215-271-2 [1]

Состав и синтез

Сульфид меди II может быть получен реакцией расплавленной серы и медью с последующим кипячением в гидроксиде натрия [1] .

Cu + S = CuS

Формула сульфида меди II

Свойства и характеристики сульфида меди 2

Общая недвижимость

Молярная масса / молекулярная масса 95,606 г / моль [1]

Физические свойства

Цвет / внешний вид Черный порошок [3]
Точка плавления / замерзания 220 ° C, 428 ° F (разлагается) [3]
Точка кипения НЕТ [3]
Плотность 4.6 г мл -1 при 25 ° C [3]
Состояние вещества при комнатной температуре (нормальная фаза) Цельный [3]
Показатель преломления 1,45 [1]

Химические свойства

Растворимость в воде НЕТ [1]

Атомарные свойства

Кристаллическая структура Шестиугольный [1]

Структура сульфида меди II

Заметные реакции CuS

Сульфид меди II реагирует с кислородом при температуре 300-500 ° C с образованием оксида меди и диоксида серы [7] .

2CuS + 3O 2 = 2CuO + 2SO 2

Использование сульфида меди

  1. При приготовлении смешанных катализаторов [3] .
  2. В проявлении анилинового черного красителя для текстильной печати [3] .
  3. В необрастающих красках [3] .
  4. Для фотооптики и полупроводников [6] .

Это опасно

Сульфид меди токсичен при проглатывании. Следует избегать контакта с глазами и кожей, а также вдыхания, так как это может вызвать раздражение.Оказывает длительное вредное воздействие на водные организмы [1, 3, 5] . В условиях пожара он разлагается с образованием опасных оксидов меди и оксидов серы [8] .

Артикул:

  1. Сульфид меди (II) - Pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  2. Сульфид меди (II) - Chemspider.com
  3. Сульфид меди (II) - Chemicalbook.com
  4. Примеры ионной связи - Examples.yourdictionary.com
  5. Сульфид меди CuS - Эспиметаллы.com
  6. Сульфид меди - Americanelements.com
  7. Реакция взаимодействия сульфида меди и кислорода - Chemiday.com
  8. Паспорт безопасности материала - Nwmissouri.edu

Периодическая таблица элементов

Периодическая таблица элементов
Название Вес Номер Точка кипения Точка плавления
Водород 1.00794 1 20.28 Кельвин 13,81 Кельвин
Гелий 4,0026 2 4,216 Кельвин 0,95 Кельвин
Литий 6,941 3 1615 Кельвин 453,7 Кельвин
Бериллий 9.01218 4 3243 Кельвин 1560 Кельвин
Бор 10,811 5 4275 Кельвин 2365 Кельвин
Углерод 12.011 6 5100 Кельвин 3825 Кельвин
Азот 14,0067 7 77,344 Кельвин 63,15 Кельвин
Кислород 15,9994 8 90,188 Кельвин 54,8 Кельвин
Фтор 18,9984 9 85 Кельвин 53,55 Кельвин
Неон 20.1797 10 27,1 Кельвин 24,55 Кельвин
Натрий 22.98977 11 1156 Кельвин371 Кельвин
Магний 24,305 12 1380 Кельвин922 Кельвин
Алюминий 26.98154 13 2740 Кельвин 933,5 Кельвин
Кремний 28.0855 14 2630 Кельвин 1683 Кельвин
Фосфор 30.97376 15 553 Кельвин 317,3 Кельвин
Сера 32,066 16 717,82 Кельвин 392,2 Кельвин
Хлор 35,4527 17 239,18 Кельвин 172,17 Кельвин
Аргон 39.948 18 87,45 Кельвин 83,95 Кельвин
Калий 39.0983 19 1033 Кельвин 336,8 Кельвин
Кальций 40.078 20 1757 Кельвин 1112 Кельвин
Скандий 44.9559 21 3109 Кельвин 1814 Кельвин
Титан 47.88 22 3560 Кельвин 1945 Кельвин
Ванадий 50.9415 23 3650 Кельвин 2163 Кельвин
Хром 51,996 24 2945 Кельвин 2130 Кельвин
Марганец 54,938 25 2335 Кельвин 1518 Кельвин
Утюг 55.847 26 3023 Кельвин 1808 Кельвин
Кобальт 58.9332 27 3143 Кельвин 1768 Кельвин
Никель 58.6934 28 3005 Кельвин 1726 Кельвин
Медь 63,546 29 2840 Кельвин 1356,6 Кельвин
Цинк 65.39 30 1180 Кельвин 692,73 Кельвин
Галлий 69,723 31 2478 Кельвин 302,92 Кельвин
Германий 72,61 32 3107 Кельвин 1211,5 Кельвин
Мышьяк 74.9216 33 876 Кельвин 1090 Кельвин
Селен 78.96 34 958 Кельвин 494 Кельвин
Бром 79,904 35 331,85 Кельвин 265,95 Кельвин
Криптон 83,8 36 120,85 Кельвин 116 Кельвин
Рубидий 85,4678 37 961 Кельвин 312,63 Кельвин
Стронций 87.62 38 1655 Кельвин 1042 Кельвин
Иттрий 88.9059 39 3611 Кельвин 1795 Кельвин
Цирконий 91,224 40 4682 Кельвин 2128 Кельвин
Ниобий 92.9064 41 5015 Кельвин 2742 Кельвин
Молибден 95.94 42 4912 Кельвин 2896 Кельвин
Технеций 98 43 4538 Кельвин 2477 Кельвин
Рутений 101,07 44 4425 Кельвин 2610 Кельвин
Родий 102.9055 45 3970 Кельвин 2236 Кельвин
Палладий 106.42 46 3240 Кельвин 1825 Кельвин
Серебро 107,868 47 2436 Кельвин 1235,08 Кельвин
Кадмий 112,41 48 1040 Кельвин 594,26 Кельвин
Индий 114,82 49 2350 Кельвин 429,78 Кельвин
Олово 118.71 50 2876 Кельвин 505,12 Кельвин
Сурьма 121,757 51 1860 Кельвин 903,91 Кельвин
Теллур 127,6 52 1261 Кельвин 722,72 Кельвин
Йод 126,9045 53 457,5 Кельвин 386,7 Кельвин
Ксенон 131.29 54 165,1 Кельвин 161,39 Кельвин
Цезий 132.9054 55 944 Кельвин 301,54 Кельвин
Барий 137,33 56 2078 Кельвин 1002 Кельвин
Лантан 138.9055 57 3737 Кельвин 1191 Кельвин
Церий140.12 58 3715 Кельвин 1071 Кельвин
Празеодим 140.9077 59 3785 Кельвин 1204 Кельвин
Неодим 144,24 60 3347 Кельвин 1294 Кельвин
Прометий 145 61 3273 Кельвин 1315 Кельвин
Самарий 150.36 62 2067 Кельвин 1347 Кельвин
Европий 151,965 63 1800 Кельвин 1095 Кельвин
Гадолиний 157,25 64 3545 Кельвин 1585 Кельвин
Тербий 158,9253 65 3500 Кельвин 1629 Кельвин
Диспрозий 162.5 66 2840 Кельвин 1685 Кельвин
Гольмий 164.9303 67 2968 Кельвин 1747 Кельвин
Эрбий 167,26 68 3140 Кельвин 1802 Кельвин
Тулий 168.9342 69 2223 Кельвин 1818 Кельвин
Иттербий 173.04 70 1469 Кельвин 1092 Кельвин
Лютеций 174.967 71 3668 Кельвин 1936 Кельвин
Гафний 178,49 72 4875 Кельвин 2504 Кельвин
Тантал 180.9479 73 5730 Кельвин 3293 Кельвин
Вольфрам 183.85 74 5825 Кельвин 3695 Кельвин
Рений 186.207 75 5870 Кельвин 3455 Кельвин
Осмий 190,2 76 5300 Кельвин 3300 Кельвин
Иридий 192,22 77 4700 Кельвин 2720 Кельвин
Платина 195.08 78 4100 Кельвин 2042,1 Кельвин
Золото 196.9665 79 3130 Кельвин 1337,58 Кельвин
Меркурий 200,59 80 629,88 Кельвин 234,31 Кельвин
Таллий 204,383 81 1746 Кельвин 577 Кельвин
Свинец 207.2 82 2023 Кельвин 600,65 Кельвин
Висмут 208,9804 83 1837 Кельвин 544,59 Кельвин
Астатин 210 85 610 Кельвин 575 Кельвин
Радон222 86 211,4 Кельвин 202 Кельвин
Франций 223 87 950 Кельвин 300 Кельвин
Радий 226.0254 88 1413 Кельвин 973 Кельвин
Торий 232.0381 90 5060 Кельвин 2028 Кельвин
Протактиний 231,0359 91 4300 Кельвин 1845 Кельвин
Уран 238,029 92 4407 Кельвин 1408 Кельвин
Нептуний 237.0482 93 4175 Кельвин 912 Кельвин
Плутоний 244 94 3505 Кельвин 913 Кельвин
Америций 243 95 2880 Кельвин 1449 Кельвин

Осаждение и свойства пленок смешанного сульфида молибдена (MoS2) и сульфида меди (CuxS) на поверхности стекла с использованием элементарной серы в качестве прекурсора

Основные моменты

Пленки Cu x S были синтезированы с использованием последовательного ионного послойная адсорбция и метод реакции.

В качестве источника серы использовалась элементарная сера.

MoS 2 был получен методом химической конверсии.

Cu 7 S 4 , Cu 31 S 16, MoS 2 , MoO 3 и S 8 фаз были обнаружены в пленках.

Abstract

Материалы смешанного сульфида молибдена (MoS 2 ) и сульфида меди (Cu x S) были синтезированы на предметных стеклах в качестве модельной подложки путем последовательной адсорбции ионного слоя и реакционного метода с использованием элементарной серы в качестве серы. источник и растворы солей меди (II / I) и молибдена (IV).Данные рентгеновской дифракции показали присутствие сульфидов меди (фазы анилита Cu 7 S 4 и джурлеита Cu 31 S 16 ), дисульфида молибдена и оксида молибдена с регулируемым кристаллическим фазовым составом в зависимости от времени выдержки прекурсора. и температура реакции. Изображения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии, показали, что поверхность имела однородное распределение слоев при более низких температурах / коротких выдержках и состояла из частиц размером ~ 1 мкм. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия не показала присутствия окисленных сульфатных (SO 4 2-) соединений на поверхности образца, в то время как было обнаружено, что тонкий слой MoO 3 покрывает поверхность образца.Оптическая ультрафиолетовая и видимая спектроскопия показала формирование смешанных слоев, содержащих оптические свойства как MoS 2 , так и Cu x S. После отжига в атмосфере N 2 при 100 ° C образец состоял в основном из MoS 2 . и сульфиды меди в кристаллической фазе с минимальным остаточным содержанием S 8 . Также обсуждается возможность использования этого способа получения тонких пленок из мягкого смешанного сульфида металлов на носителях для синтеза высокосернистого природного газа.

Ключевые слова

Элементарная сера

Анилит

Джурлейт

Сульфид молибдена

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2020 Elsevier B.V. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Исследование молекулярной динамики механизма смазки в кристаллической структуре между медью и серой

Чтобы прояснить наноразмерный механизм хорошей смазки в кристалле дисульфида меди (Cu 2 S), который используется в качестве скользящего В данной статье проводится атомистическое моделирование Cu 2 S и моделирование молекулярной динамики (МД). Межатомное взаимодействие между атомами и кристаллическая структура в фазе гексагонального кристалла Cu 2 S тщательно оценены расчетами из первых принципов.Затем, аппроксимируя эти взаимодействия, мы первоначально построили обычную межатомную потенциальную функцию кристалла Cu 2 S в его гексагональной фазе. Используя эту потенциальную функцию, мы выполняем МД-моделирование кристалла Cu 2 S, который подвергается сдвиговым нагрузкам параллельно базисной плоскости. Сравним результаты, полученные при различных условиях направления скольжения. В отличие от обычных гексагональных металлических кристаллов, было обнаружено, что направление легкого скольжения не всегда показывает небольшое напряжение сдвига для кристалла Cu 2 S.Кроме того, установлено, что скорость сдвига в значительной степени влияет на величину среднего напряжения сдвига. Вообще говоря, более высокая скорость приводит к более высокому сопротивлению деформации сдвига. В результате понятно, что кристалл Cu 2 S проявляет отчасти жидкое (аморфное) поведение в условиях скольжения, а сопротивление сдвигу увеличивается с увеличением скорости скольжения.

1. Введение

В последние годы использование свинца (Pb) в металлических материалах строго запрещено из-за риска для здоровья человека.Вот почему в настоящее время ведутся поиски бессвинцовых сплавов для механических материалов. Было установлено, что бронза, состоящая из атомов меди (Cu) и олова (Sn), образует материал с хорошими смазывающими свойствами за счет добавления атомов Pb. Поэтому сплавы Cu-Sn широко используются для механических элементов скольжения, таких как фрикционные материалы тормозов (тормозные колодки) или материалы механических подшипников. Вообще говоря, понятно, что твердые частицы Pb в основном имеют низкую температуру плавления и легко становятся текучими в условиях высокой температуры и высокого давления, как в окружающей среде внутри раздвижного оборудования.Одним из примеров замещения Pb является висмут (Bi), но он считается одним из редких металлов, и его трудно получить. Следовательно, это требует от нас устранения препятствий как в отношении стоимости, так и безопасности. Недавно сообщалось, что бронза с добавлением атомов серы (S) демонстрирует очень хорошие смазывающие свойства в скользящем материале, и она уже была запатентована и фактически была разработана в качестве конструкционного материала для промышленного использования [1]. Исторически было хорошо известно, что атомы S обеспечивают хорошую обрабатываемость (при резке) медного сплава, потому что они работают как «ломающий наконечник» в процессе резания [2].Кроме того, атом S хорошо воспринимается как компонент твердой смазки, такой как атом Pb. Например, дисульфид молибдена MoS 2 , содержащий много атомов S, демонстрирует высокие характеристики в качестве твердого смазочного материала. Следовательно, сплавы из Cu и S могут обеспечивать хорошие характеристики скольжения и трения. Вместо этого в этих сплавах атом S будет играть роль давно существующего атома Pb. Тем не менее, механизм смазки в системе Cu-S еще не выяснен, и мы должны раскрыть его путем дальнейшего изучения.

Hirai et al. удалось разработать бронзу, изготовленную из микроскопической дисперсии сульфида меди (Cu 2 S), и теперь они приступают к ее промышленному использованию [3]. Акамацу и др. также изучают метод производства сплава Cu 2 S, мотивируя это тем, что необходимо избежать риска для здоровья человека [4]. В области минералогии кристалл Cu 2 S хорошо известен как минерал, называемый халькоцитом. В последнее время, поскольку структура Cu 2 S имеет уникальное электронное поведение в отношении ионной проводимости, ее планируется использовать в устройствах переключения, таких как материал солнечной электростанции [5] и сверхпроводящий материал [6, 7]. .В контексте уникальных характеристик скольжения и трения кристалла Cu 2 S, уже обнаруженных экспериментально, авторы настоящей статьи исследовали его с помощью атомистического моделирования. Одна из стабильных стехиометрий медно-сульфидной системы находится при Cu 2 S (Cu: S = 2: 1). Интересно, что это соединение Cu 2 S демонстрирует очень сложное поведение твердофазного перехода [8, 9]. Примерно при стандартной температуре структурная единица Cu 2 S является ромбической, но при температуре выше 105 ° C (градусов Цельсия) она трансформируется в гексагональную симметрию.Более того, при более высокой температуре выше 460 ° C он превращается в кубический кристалл.

Когда медные сплавы используются для материалов скольжения и трения, их обычно помещают в жесткие условия с высокой температурой, превышающей несколько сотен ° C, и поэтому поведение гексагонального кристалла (HC) заслуживает тщательного изучения. Следовательно, в кристалле Cu 2 S один атом S имеет два соседних атома Cu. Таким образом, они имеют тенденцию организовывать треугольную конформацию и сохранять прочную межатомную связь, когда они стабилизируются.Тот же механизм, касающийся атома S, также предлагается в системе MoS 2 , известной как хорошая твердая смазка, где атом S прочно связывается с атомами металла [10].

Помимо халькоцита (Cu 2 S), существуют некоторые хорошо известные природные минералы на основе медного сплава [11, 12], такие как борнит (Cu 5 FeS 4 ), халькопирит (CuFeS 2 ), ковеллита (CuS) и дигенита (Cu 9 S 5 ). Все эти сплавы интересны взаимосвязью при их изготовлении, и все они могут быть применены для создания нового функционального материала в будущем.Однако среди них кристалл Cu 2 S по-прежнему является основным соединением, поэтому на него следует обратить особое внимание. Таким образом, в этой статье мы изучим атомистическую структуру Cu 2 S в HC и обсудим его атомистическое поведение в процессе скольжения и трения.

В настоящем исследовании, нацеленном на беспристрастный подход, расчет из первого принципа ( ab initio ) используется для определения кристаллической структуры Cu 2 S. К настоящему времени были проведены некоторые исследования сульфидов меди к . ab initio , которые в основном используют теорию функционала плотности (DFT) [5, 13, 14].Электронная структура была воспроизведена, но, к сожалению, все еще остается неясность относительно положения атомов меди в единичном кристалле, поэтому потребуется дальнейшее моделирование и обсуждение. Таким образом, в этом исследовании с использованием стандартного программного пакета DFT Wien2k [15] оптимизация структурной единицы Cu 2 S в HC выполняется на основе структурной модели Кашиды и др. [13]. В результате мы получаем его энергетически стабильную структуру и определяем его основную кристаллическую информацию, то есть постоянные решетки как для длин, так и, предполагая конфигурацию HC.

Чтобы понять динамику скольжения или трения в кристалле Cu 2 S, подходит моделирование молекулярной динамики (МД). Константы решетки и энергии основного состояния, полученные с помощью ab initio расчетов, используются при определении межатомного потенциала для МД-моделирования. В моделировании МД существующая межатомная потенциальная функция MoS 2 [10] упоминается для ее функции или функциональной формы. Это кажется разумным, потому что эти два кристалла сульфида металла (Cu 2 S и MoS 2 ) имеют много общих черт, как описано выше.

Таким образом, мы моделируем атомистическое скольжение кристалла Cu 2 S методом МД с исходным и неэмпирическим межатомным потенциалом. Расчетная модель строится путем наложения слоев на плоскость скольжения (базисную плоскость) решетки УВ, которая сначала сжимается, а затем применяется деформация сдвига. Здесь сжатие имеет решающее значение, поскольку в реальной ситуации трение при скольжении должно происходить в условиях жесткого контакта с большим сжимающим напряжением (давление на контактирующую поверхность).Мы сосредоточимся на зависимости от кристаллического направления скольжения или от скорости скольжения в таких тяжелых условиях.

Этот документ организован следующим образом. После введения мы описываем основную информацию о кристаллической структуре Cu 2 S и показываем некоторые теории, необходимые для моделирования и расчета. Затем показана суть расчета ab initio и кратко представлена ​​процедура реализации межатомного потенциала. После этого объясняется модель МД, используемая при моделировании скольжения.Приведены сводные результаты расчетов ab initio и результаты МД моделирования скольжения, и их обсуждение. Наконец, будет сделано заключение этой статьи.

2. Теория и метод
2.1. Атомная структура Cu
2 S Кристалл

К чистым соединениям сульфида меди относятся ковеллит (CuS) и халькоцит (Cu 2 S), и на последний в настоящее время обращают внимание. Для Cu 2 S орторомбический кристалл получается при комнатной температуре, но после 105 ° C он превращается в гексагональный кристалл (HC).Кроме того, при температуре выше 460 ° C он превращается в кубический кристалл [8]. Во время работы медные сплавы часто подвергаются воздействию очень высокого давления и относительно высокой температуры, например, в поверхностном слое механического подшипника. Таким образом, настоящее моделирование должно быть сосредоточено на диапазоне температур около нескольких сотен градусов Кельвина. Соответственно, здесь предполагается, что материал Cu 2 S находится в HC. HC также взят в MoS 2 и углеродный аллотроп (графит или графен нанометровой толщины), и оба они являются хорошо известными твердыми смазочными материалами.Однако среди обычных металлов углеводородный металл, такой как магний (Mg), имеет относительно низкую деформацию из-за отсутствия кристаллических систем скольжения по сравнению с гранецентрированными кубическими (ГЦК) кристаллами, такими как алюминий (Al) и Cu. В кристалле Mg всегда хорошо активируется только базовое скольжение гексагонального кристалла, поэтому его скольжение сильно зависит от направления. Предполагается, что скользящее движение в структуре HC предпочтет такую ​​функцию, зависящую от направления. Это приводит к тому, что соединения со структурой HC, такие как Cu 2 S и MoS 2 , будут хорошо смазывать.

2.2. Расчет из первых принципов

Атомы Cu являются металлами и включают металлические связи, но, с другой стороны, атомы S являются неметаллами и показывают большую электроотрицательность. Соответственно, связь между атомами внутри Cu 2 S кажется очень сложной. Возможно, ионная связь и металлическая связь были бы взаимосвязаны нелинейно. При рассмотрении структуры и состояния связи твердого кристалла полезно воспроизвести и наблюдать детальное распределение электронной плотности. Кроме того, эти результаты могут быть приняты во внимание при построении точного межатомного потенциала для моделирования МД.Расчет из первого принципа (FP) (латинскими словами, ab initio Расчет) относится ко всем квантово-механическим методам вычислительной химии и иногда называется «расчетом диапазона». Он получает электронную плотность вокруг атомных ядер на основе периодической кристаллической структуры составляющих атомов. В настоящее время ряд программных пакетов метода FP доступен во многих исследованиях. Среди этих программных пакетов наш выбор - пакет WIEN2k [15], который основан на теории функционала плотности (DFT).Особенностью WIEN2k является то, что он использует формулировку полного потенциала вместо приближения маффин-тин и использует линеаризованный базисный набор расширенных плоских волн с локальными орбиталями (LAPW + lo). Что касается члена корреляционного обмена, он может применять либо приближение локальной плотности (LDA), либо приближение обобщенного градиента (GGA). Подробная теория и использование не являются основным предметом данного исследования, и их здесь следует опустить.

Хотя все атомы S в Cu 2 S просто расположены в точке решетки HC, предполагается, что атомы Cu, по-видимому, обладают большой подвижностью внутри элементарной ячейки, особенно при высокой температуре, сохраняя свою симметричную атомную конфигурацию.Поскольку фактическое положение атомов Cu в Cu 2 S довольно сложно и, по сути, вызывает разногласия, в настоящем исследовании используется существующая модель кристалла, использованная в предыдущих расчетах Kashida et al. [13] Подтверждено, что модель соответствует экспериментальным фактам, а также теоретическим. Исходное положение атомов Cu 2 S в HC показано в таблице 1. На рисунке 1 показано исходное положение атомов в кристаллической единице Cu 2 S.

(a)
23 905

Элемент Координата (относительно единичной ячейки)
1/3 2/3 1/4
Cu (1) 0 0 1/4
Cu (2) 1/3 2 / 3 0.578

(b)

Свойство Ед. ) нм 0,389
Постоянная решетки (2) нм 0,688
Постоянная решетки (3) град. 90,0
Постоянная решетки (4) град. 90,0
Постоянная решетки (5) град. 120,0
Атомов на элементарную ячейку - 3
Космическая группа - P


904 основное состояние), конфигурация атома настраивается с помощью функции оптимизации в программном обеспечении.Постоянные решетки для угла () фиксированы, так что решетка HC должна сохраняться. С другой стороны, постоянные решетки для длин () меняются следующим образом. При соблюдении определенного соотношения длины () меняют от состояния сжатия до состояния при растяжении. Отклонение от начального значения составляет + 4 ~ + 10%. Изменение объема изменением () находится в пределах от -2 до + 6%. Используется обменно-корреляционная энергия PBE-GGA. Оценка сходимости энергии производится при 0,0001 Ry, где 1 Ry = J = 13.60 эВ. В таблице 2 приведены условия расчета и параметры, использованные в настоящем исследовании. Число точек варьируется, и примерно выше 20000 мы можем сказать, что полная энергия будет сходиться и показывает достаточную точность. Таким образом, мы признаем, что -точки достаточно велики, и это будет использоваться в настоящем исследовании.

6472

Потенциал обменной корреляции - PBE-GGA
Энергия для отделения ядра от валентных состояний Ry −6.0
Критерии конвергенции энергии Ry 0,0001

Изменение соотношения

%% Скорость изменения +% Увеличение ставки (для)% +2

Изменение объема

Скорость изменения% −2 Приращение ставки (для)% +1

Единица энергии: 1 Ry = J = 13.60 эВ.
2.3. Возможная функция Cu
2 S для MD

Как упоминалось выше, дисульфид меди Cu 2 S имеет множество кристаллических структур в зависимости от температуры. Структура является ромбической при стандартной температуре, HC выше 105 ° C, и кубической, далее, выше 460 ° C. Здесь, поскольку предполагается HC и соотношение составов Cu: S = 2: 1, один атом S должен соответствовать двум атомам Cu. Следовательно, эти три атома составляют структурную единицу, и трехчастичная связь формируется как функция их угла.Кстати, MoS 2 тоже имеет структуру HC. Структурной особенностью этих решеток HC является то, что их плоскость скольжения ограничена только базисной плоскостью (0001). Это полностью отличается от ГЦК или ОЦК, которые сопровождают многие системы скольжения. Фактически скольжение решетки HC происходит только при выполнении определенного условия. Таким образом, потенциальная функция, которая была предложена для MoS 2 [10], может использоваться в качестве ссылки для построения функции, необходимой в настоящем исследовании для Cu 2 S.Хотя MoS 2 и Cu 2 S имеют противоположное отношение к атому S, в этих двух кристаллах, вероятно, можно найти много общих черт. Например, трехчастичное взаимодействие с угловой зависимостью имеет решающее значение для стабилизации обоих кристаллов. Для начала мы применяем потенциальные формы, использованные в исследовании MoS 2 , а затем наши результаты, полученные расчетом из первых принципов, правильно подгоняются к новой потенциальной функции для Cu 2 S. теоретически получается только с помощью вычислений DFT, новая потенциальная функция будет несирической ( ab initio ).

Детали новой потенциальной функции для Cu 2 S следующие. Потенциальная функция представляет собой сумму трех различных потенциальных функций, как показано в (1). Ионные и металлические связи представлены потенциалом Борна-Майера-Хаггинса (BMH) и потенциалом Морзе, как выражено в (2) и (3), соответственно. Зависимый от угла потенциал для связи взаимодействия Cu-S, представлен как (4), что представляет собой трехчастичный потенциал. Параметры для этих потенциальных функций сведены в Таблицу 3: В этих уравнениях, или - электронный заряд каждого атома, а значения и используются для атомов S и Cu, соответственно.= 1 [ккал / Å] = 4,186 [кДж / Å] - параметр, который определяет жесткость каждой ионной сферы и заимствован из исследования MoS 2 . В потенциале Морзе равновесное расстояние и энергия связи подгоняются к таковым в оптимизированной структуре, которая получена в нашем расчете ab initio . В угловом потенциале равновесный трехчастичный угол также определяется нашим расчетом ab initio . Но сложно получить жесткость пружины только из нашего расчета ab initio , поэтому здесь применяется то же значение, что и в MoS 2 .Конечно, на жесткость влияет величина. Но его функциональная форма в основном гармонична, и мы обнаружили, что влияние жесткости пружины на скольжение не так важно.

.076
(a) Потенциал BMH
3 Единица 905 2 905 2 3 / моль 0,5 ]

Атомы

Cu 0.696 0,085 0,000
S 1,831 0,085 70,000

9047 907 907 907
Заявка
Единица [кДж / моль] [1 / Å] [Å]

1,800 2,532

(c) Угловой потенциал
Применение [кДж / моль]


°

Cu-S-Cu 196,648 98,943
S-Cu-S 196.648 98,943

2.4. Модель молекулярной динамики для Cu
2 S Sliding

На рисунке 2 показана модель MD для моделирования скольжения. Во-первых, оптимизированная атомная конфигурация, полученная расчетом ab initio , подготавливается и затем термически уравновешивается при конечной температуре. Затем структура сжимается в направлении, показанном на рисунке 2. После этого скорость атомов в направлении двух специальных областей (показанных на рисунке желтым цветом) ограничивается, так что деформация сдвига применяется ко всей области в направление параллельно плоскости скольжения.Предполагается, что эти процессы имитируют кристалл Cu 2 S в состоянии скольжения. Этот вид динамического моделирования скольжения часто изучается для трибологической системы, как было обнаружено в литературе до сих пор [16], и его преимущество состоит в том, что мы можем непосредственно наблюдать поведение скольжения атомной системы.


Предполагается, что кристаллическая плоскость скольжения Cu 2 S играет важную роль в деформации скольжения. Как указано выше, кристаллический элемент Cu 2 S имеет конформацию HC, и первичная плоскость скольжения должна быть (0001) в индексах Миллера.Первичным направлением скольжения должно быть наименьшее межатомное расстояние, существующее на плоскости (0001), то есть. В дальнейшем мы будем называть его (б) -направлением. Вторым по легкости направлением скольжения должно быть направление, которое в дальнейшем мы будем называть (а) -направлением. В настоящем исследовании мы настраиваем эти два возможных направления скольжения для моделирования скольжения и сравниваем эти результаты.

Другими факторами, влияющими на скольжение Cu 2 S, могут быть скорость и температура. Скорости скольжения изменяются таким образом, чтобы соответствующие скорости сдвига равнялись 0.1, 1,0 и 5,0 м / с. Читатель должен почувствовать, что эти скорости кажутся намного выше, чем используемые в реальной машине или оборудовании для скольжения. Однако в моделировании MD приращение времени должно быть очень коротким, например 1 фс (фемтосекунда) или меньше, поэтому такая большая скорость деформации неизбежна.

2,5. Анализ результатов МД

В настоящем исследовании результаты МД в основном анализируются с помощью функции радиального распределения (RDF) и атомного напряжения сдвига. Строгая формализация тензора напряжений с учетом трехчастичного члена потребует дальнейшего обсуждения на этом этапе [17], поэтому мы используем здесь приблизительное и практическое рассмотрение.Эти методы анализа результатов МД объясняются ниже.

2.5.1. Анализ кристаллической структуры с помощью функции радиального распределения (RDF)

Обычно твердый кристалл имеет трехмерный порядок. Кристалл Cu 2 S, использованный в настоящей работе, имеет структуру HC. Одним из методов определения кристаллического порядка является функция радиального распределения (ФРР) [18]. Вкратце, функция дает плотность соседних атомов, находящихся на определенном расстоянии от каждого атома.Его распределение показывает некоторые пики на определенных расстояниях, присущих кристаллическому порядку. Когда повышается температура или когда кристаллический порядок частично теряется из-за появления дефектов решетки, пиковое значение RDF обычно уменьшается, а форма пика расширяется. Таким образом, наблюдая за изменением положения пика и формы кривой RDF, можно обнаружить ухудшение кристаллического порядка и предположить возникновение дефектов решетки.

2.5.2. Атомный анализ напряжений (приблизительное рассмотрение, включая трехчастные условия)

Поскольку наша модель MD находится в твердом состоянии, поведение скольжения и трения отражается напряжением сдвига, усредненным по образцу. Поэтому анализируется напряжение атомного масштаба. Но мы отмечаем, что напряжение (или деформация) - это в основном концепция механики сплошных сред и не является существенной для любой атомной системы. Тот факт, что атомные позиции дискретны и что межатомный потенциал имеет нелокальную природу, будут противоречить локальной теории континуума.Соответственно, нам нужно сформулировать атомное напряжение вместе с некоторым приближением.

Предположим, что полная потенциальная энергия внутри системы включает в себя всю суперпозицию парных взаимодействий. Когда любой выбранный атом проводит однородную деформацию относительно относительного положения по отношению к другому соседнему атому, деформация в межатомном пространстве между ними может быть представлена ​​их межатомным расстоянием и межатомным вектором (это предполагает, что нет скольжения, фазового перехода или длительного диффузия атомов по решетке).Тогда тензор атомных напряжений, возникающих в атоме, выражается как где сумма складывается из работы, совершаемой атомным движением, которая называется «вириалом». в знаменателе - объем, предположительно занятый атомом, поэтому (5) рассматривается как плотность энергии вокруг этого атома. В настоящем исследовании предполагается, что это константа, которая была оценена в эталонной структуре (которая была оценена в недеформированной решетке). Кроме того, векторное произведение () означает диадику между межатомными векторами, поэтому (5) имеет форму (симметричного) тензора второго порядка, а его компоненты равны шести.Таким образом, если межатомный потенциал MD содержит только парный член, вириал может быть напрямую преобразован в атомное напряжение. Но если он включает трехчастичные члены в зависимости от угла, как в настоящем межатомном потенциале, они никогда не могут быть строго разложены на вириалы каждой пары атомов. Однако мы можем применить приближенную формулировку к тройке,, и (). На практике комбинация вириалов каждой пары (), () и () используется как чистый вириал триплета. В результате формулировка атомного напряжения сводится к выражению, где первый член соответствует парному взаимодействию, а второй член - взаимодействию трех тел.В этом выражении,,,, и являются атомным объемом, парной потенциальной функцией, трехчастичной потенциальной функцией, межатомным расстоянием (между и) и его векторными компонентами. При сравнении всех компонентов в (6) во время фактического МД-моделирования понятно, что член из трех частей является относительно большим, поэтому им нельзя пренебречь. Это выражение атомного стресса, включая трехчастный термин, также используется в широко используемом программном обеспечении MD (например, LAMMPS) [19]. Кроме того, эта оценка атомного напряжения была сочтена подходящей, когда мы применили ее к другому МД-исследованию с использованием трехчастичного потенциала Терсоффа (для системы Si-Ge) [20].

3. Результаты и обсуждение
3.1. Оптимизация постоянной решетки кристалла Cu
2 S расчетом из первых принципов

Соотношение между объемом и энергией кристаллического элемента Cu 2 S получено, как показано на рисунке 3, расчетом из первого принципа (FP), включая оптимизацию конструкции. При различном соотношении постоянных решетки наименьшая энергия получается при отклонении = 8%. Более того, при этом условии объемное расширение при + 3% показывает наименьшую энергию.Следовательно, для этой оптимизированной структуры постоянные решетки структуры HC составляют = 0,383 нм и = 0,731 нм, что составляет 1,91 нм. Длина и отношение кажутся относительно большими, чем структура HC обычных металлов. Это означает, что слои атомов серы (S) и меди (Cu) заметно отделены друг от друга в кристалле Cu 2 S. В настоящей статье эти оптимизированные постоянные решетки используются в качестве значений для настройки положения атомов в образце кристалла Cu 2 S.


3.2. Построение функции межатомного потенциала для МД-расчетов

Экспериментально и теоретически понятно, что взаимодействие между атомами Cu и S обычно является сильным. Таким образом, взаимодействие Cu-S может быть выражено потенциальной функцией Морзе, как показано в (3). Оптимизированная конфигурация димера Cu-S получена нами путем расчета FP [21]. Исходя из этого, мы определяем как параметры равновесного расстояния, так и параметр энергии, необходимый для потенциала Морзе.На рис. 4 показано соотношение между межатомным расстоянием и его энергией, полученное расчетом ФП. Полученные параметры для потенциала Морзе представлены в таблице 4.

82
905 905 905 905 905 (S-Cu-S, Cu-S-Cu)022 Вид пары
(a) Потенциал Морзе (Cu-S)
Угловой потенциал

Вид пары
Единица кДж / моль 1 / нм нм

Cu-S 298.916 1,500 2,029
(Mo-S) (152,076) (1,800) (2,532)


Комбинация
Единица град.

S-Cu-S 98.966
Cu-S-Cu 98.966

(c) Ионный потенциал BMH (Cu-S)
Единица нм нм нм

2.5319 2.5319 2.5319 2.531970052 1.8314

уже получено для потенциала MoS 2 [10].

Оптимизированная кристаллическая структура Cu 2 S, которая была получена в предыдущем разделе, может быть использована для корректировки угловых параметров трехчастичного потенциала, показанных в (4). В этом процессе подгонки мы предполагаем, что атомы Cu расположены в среднем положении между тетрагональными и октаэдрическими позициями, как показано на рисунке 5, поскольку существует вероятность того, что атомы Cu могут быть расположены в обоих местах.На практике нам просто нужен равновесный угол трех тел и попарное расстояние. Наконец, они равны и = 2,532 нм соответственно.


Кроме того, термин BMH требует ионных радиусов и для каждого элемента. Предполагается, что радиус атома Cu эквивалентен равновесной длине в приведенном выше потенциале Морзе; радиус нм для S уже доступен из предыдущего исследования MD MoS 2 [10].

Таким образом, параметры потенциала MD для воспроизведения структуры HC Cu 2 S получены в основном расчетом FP, и они сведены в Таблицу 4.

3.3. Скольжение и трение Cu
2 S
3.3.1. Зависимость от ориентации кристаллов

Зависимость от ориентации кристаллов при скольжении Cu 2 S выглядит следующим образом. На рисунке 6 показаны атомные конфигурации при = 600 пс со скоростью скольжения = 0,5 м / с, сравнение между моделями, которые скользят в (a) -направлении () скольжения и в (b) -направлении (). Обе модели однажды схлопываются и теряют кристаллическую структуру во время скольжения.Но после этого атомная структура восстанавливает свою первоначальную укладку в процессе длительного скольжения. Различие между двумя моделями не обнаруживается только визуально по атомным конфигурациям, как видно из ломаных прямоугольных областей черного и желтого цветов, изображенных на рисунках. Следовательно, анализ RDF будет полезен для выявления изменения кристаллической структуры. Кроме того, чтобы распознать переход атомной силы во время скольжения, будет полезен анализ напряжения сдвига.


Результат анализа RDF показан на рисунке 7, который соответствует скорости скольжения = 0.5 м / с и сравнивает результаты между (а) -направлением и (б) -направлением моделями. На этих фигурах RDF на некоторых расстояниях находятся пики, что подтверждает природу кристаллической структуры. В частности, когда мы смотрим на пики, обнаруженные в диапазоне 0,2 ~ 0,8 нм для двух моделей, крутизна распределения в (b) -направлении оказывается сильнее, чем в (а) -направлении. Таким образом, структура, полученная при скольжении в направлении (b), имеет тенденцию сохранять более локальную кристаллическую структуру, чем структура, полученная при скольжении в направлении (а).


Когда результирующее расстояние скольжения становится равным 1,0 нм, получается RDF, как показано на рисунке 8, для различных скоростей скольжения (= 1,0 и 5,0 м / с). На одном и том же расстоянии скольжения кристаллическая упаковка одинакова, поэтому результаты можно сравнивать для различных скоростных условий. Один пик RDF только что определен для расстояния 1-го соседа, что означает, что кристаллическая структура была потеряна, и движение атомов показывает некоторую текучесть.


Напряжение сдвига, усредненное по всему образцу, представляет сопротивление скольжению.Временной переход отражает состояние атомной силы при скольжении. Фактически в процессе релаксации уже возникает определенное значение напряжения сдвига. Это связано с перестройкой атомов внутри кристаллического блока. После того, как образец полностью расслаблен, мы сбрасываем значение напряжения. Пусть значение в начале скольжения будет. Тогда абсолютная величина отклонения текущего значения от начального значения определяется как Это отклонение напряжения отражает внезапное увеличение трения из-за шероховатости плоскостей скольжения.Временной переход достигается, как показано на рисунке 9. Рисунок 9 (A) показывает соотношение между временем и отклонением напряжения. усредняется по всему образцу. Эти графики показывают, что скольжение в (а) -направлении больше, чем в (б) -направлении. Стрелки вниз на рисунке отображают каждое максимальное значение. При низкой скорости атомы около контактных слоев испытывают относительно большее сопротивление скольжению в направлении (а), в то время как скольжение в направлении (b) кажется намного легче. Однако для случаев с более высокой скоростью, например = 1.0 м / с или 5,0 м / с, тенденция напряжения изменяется, как показано на рисунках 9 (B) и 9 (C). Как показано на рисунке 9 (B), например, для = 1,0 м / с, пиковое значение в направлении (b) иногда больше, чем в направлении (a), особенно в течение 50–100 пс или 250–300 пс. пс.


Мы резюмируем зависимость направления скольжения следующим образом. Когда скорость сдвига мала, скольжение (b) в направлении () легче, чем в направлении (а) (). Однако после завершения скольжения, например, до 100 или 200 пс от начала скольжения, различие между направлениями скольжения становится незначительным.Причину такого поведения можно угадать и объяснить следующим образом. Когда скольжение выполняется в достаточной степени, кристаллическая структура Cu 2 S разрушается, и кристаллическая система скольжения (плоскость и направление) больше не определяет поведение скольжения. Даже если существует определенная плоскость или направление легкого скольжения, кристалл не всегда показывает особенно меньшее напряжение сдвига при скольжении.

3.3.2. Зависимость от скорости скольжения

На рисунке 10 (A) показано соотношение между расстоянием сдвига и отклонением напряжения сдвига.Он сравнивает результаты для различных скоростей от 0,5 до 5,0 м / с. Для всех скоростей и расстояния скольжения до 0,2 нм линейно увеличивается с тем же градиентом. Это означает, что материал упруго деформируется при небольшом скольжении и деформации. Однако после этого внезапно уменьшается. Чем больше скорость скольжения, тем больше получается усредненное значение. Разумно, что время уменьшения меньше при более высокой скорости скольжения. Как видно все рассчитанное здесь время, случай = 5.0 м / с показывает самый большой уровень. Для направления (b) рисунок 10 (B) показывает, что значение увеличивается с увеличением скорости скольжения. Сделан вывод, что напряжение сдвига этого материала во многом зависит от скорости скольжения.


Взаимосвязь между скоростью скольжения и скоростью скольжения резюмирована в Таблице 5. Среднее значение по времени также показано в нижней строке. Это означает, что направление (а) примерно на 10% меньше, чем направление (b). В то время как самое легкое направление скольжения / плоскость конструкции HC - (0001) (т.е., (б) -направление), она не оказывает малого сопротивления скольжению. Таким образом, можно сделать вывод, что кристалл Cu 2 S действительно демонстрирует скользящее движение, но не по обычному кристаллическому механизму скольжения (скольжения) обычных металлов.

9605

Скорость скольжения м / с Среднее напряжение сдвига ГПа
(A) (a) - Направление скольжения (B) (b) - Направление скольжения

0.5 19,3 22,8
1,0 21,4 25,4
5,0 26,4 28,3



С другой стороны, интересен тот факт, что напряжение сдвига увеличивается с увеличением скорости. Это означает, что этот материал деформируется при скольжении и имеет несколько жидкое (аморфное) поведение.Скорость деформации (то есть скорость) в таком аморфном веществе вызывает напряжение сдвига внутри из-за его вязкости, и поэтому напряжение сдвига зависит от градиента скорости скольжения (сдвига). Как показано на Рисунке 11, усредненные касательные напряжения, приведенные в Таблице 5, пересчитаны с точки зрения скорости скольжения. Как видно из рисунка 11, напряжение сдвига почти пропорционально скорости скольжения. В текущих условиях моделирования температура системы поддерживается на уровне 10 кельвинов, что довольно мало. Но подвижность атомов в контактных слоях между материалами должна возрасти из-за работы, совершаемой скользящим движением.При наблюдении за движением атомов они показывают прерывистое скольжение, которое иногда называют «движением прилипания и скольжения» в нанотрибологических соображениях. Кроме того, когда на рисунке 11 мы экстраполируем приближенные прямые линии вниз до, напряжение сдвига не возвращается к нулю, но остается на конечном значении = 20 ~ 25 ГПа. Эти идеальные напряжения сдвига при соответствуют статическому трению материалов. Это также означает, что, по крайней мере, слоистые атомы должны демонстрировать материальный поток.


4.Заключение

В этой статье мы проводим молекулярно-динамическое исследование (МД) материала сульфида меди (Cu 2 S) при скользящем движении. МД-моделирование включает новую реализацию функции потенциальной энергии для кристалла Cu 2 S, в которой используются некоторые расчеты из первых принципов. Функция потенциальной энергии состоит из трех частей. Получены следующие результаты, и мы сделаем вывод: (1) Выполнены первопринципные расчеты для гексагональной структурной единицы кристалла Cu 2 S.Из оптимизированной структуры получены исходные параметры решетки, элементарной ячейки и стабильная конфигурация атомов S и Cu. На основе этих результатов для системы Cu и S построена межатомная потенциальная функция, включающая ионные и морзевские члены, а также член, зависящий от угла. Подтверждено, что эта потенциальная функция может демонстрировать достаточную стабильность для гексагональной кристаллической структуры Cu 2 S при моделировании МД. (2) Направление легкого скольжения на плоскости (0001), обычно обнаруживаемое для обычных гексагональных кристаллов, не является направлением с небольшое сопротивление скольжению.(3) Кристалл Cu 2 S демонстрирует частично жидкоподобную структуру и поведение, при котором напряжение сдвига, возникающее в материале, зависит от скорости скольжения.

В дальнейшем исследовании мы должны уточнить температурную зависимость и зависимость от условий сжатия во время скольжения Cu 2 S. Предполагается, что они стали возможными благодаря анализу большего количества атомных траекторий, полученных с помощью МД-моделирования. Это приведет к полному пониманию механизма скольжения кристалла Cu 2 S.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Выражение признательности

Это исследование частично поддержано Инновационным проектом NEDO (2012-2013) и «Стратегическим проектом по поддержке формирования исследовательских баз в частных университетах: субсидия соразмерного фонда от MEXT (Министерство образования, культуры, спорта, Наука и технологии) (2012–2015 гг.) ». Авторы также выражают признательность компании Kurimoto Ltd.за финансовую поддержку.

Температура, кристаллическая фаза и влияние свойств подложки при интенсивном импульсном световом спекании тонких пленок наночастиц сульфида меди большее количество импульсов (рис. 2а – в). Увеличение температуры за импульс, показанное на рис. 2a, b, также наблюдалось для плотностей энергии E2 и E3 (см. Дополнительный рис.S1). Прошлые работы по IPL НЧ металлического серебра показали, что существует поворотный момент в эволюции температуры после определенного количества уплотнения между НЧ, и что после этого момента пиковая температура в каждом импульсе снижается от одного импульса к другому (рис. 2d). ). Также было показано, что это происходит из-за прогрессирующего уменьшения оптического поглощения нанесенными наночастицами в энергетическом спектре ксеноновой лампы (400–700 нм) с увеличением усадки и роста шейки

3 . Несмотря на значительную усадку и фазовый переход в пленке в наших экспериментах (показано ниже), здесь не наблюдается заметной точки поворота в эволюции температуры пленки.

Рис. 2

Характерная эволюция температуры пленки при различной скважности импульса и количестве импульсов и при ( a ) плотности энергии E1 ( b ) плотности энергии E4. ( c ) Максимальная температура пленки, усредненная по крайней мере по трем измерениям для изменения плотности энергии импульса IPL, количества импульсов и рабочего цикла. Нулевые импульсы и рабочий цикл представляют собой неспеченную пленку. Стандартное отклонение при измерении пиковой температуры составляло 10–15%. ( d ) Типичный пример изменения температуры и точки поворота во время IPL наночастиц Ag 3 .

СЭМ-изображения неспеченных пленок (рис. 3а) показывают индивидуально различимые НЧ с шероховатой и неровной поверхностью из-за более крупных агрегатов НЧ, выступающих из поверхности пленки. Пленки после IPL (рис. 3b – e) показывают значительное уменьшение индивидуально различимых НЧ и сглаживание агрегатов НЧ, что указывает на слияние НЧ. На рис. 4а, б показано уменьшение толщины пленки и шероховатости поверхности с увеличением числа импульсов и рабочего цикла при заданной плотности энергии. Это происходит из-за испарения серы, усадки между НЧ из-за слияния НЧ или комбинации обоих явлений.Небольшое увеличение толщины пленки для плотности энергии E3 и E4 при 5 импульсах (рис. 4a) и более значительное увеличение при рабочем цикле 0,15% (рис. 4b), вероятно, связано с образованием Cu 2 SO 4 , побочный продукт окисления во время отжига пленок Cu x S на воздухе, который увеличивает массу пленки 24,34 . Слабые пики Cu 2 SO 4 наблюдались при этих параметрах IPL, как показано ниже на рис. 5c, d. На рис. 4c, d показано уменьшение средней шероховатости пленки с увеличением рабочего цикла и количества импульсов, что подтверждает наблюдение плавления NP в более гладкую поверхность благодаря IPL.

Рисунок 3

Репрезентативные СЭМ-изображения поперечного сечения ( a ) пленки после осаждения и пленки после IPL при ( b ) Fluence E1 ( c ) Fluence E2 ( d ) Fluence E3 ( e ) Fluence E4. Все изображения после IPL показаны для 5 импульсов и рабочего цикла 0,15%. Красные шкалы длины соответствуют 500 нм.

Рисунок 4

Толщина пленки для ( a ) переменного числа импульсов и плотности энергии при рабочем цикле 0,15% ( b ) при изменении рабочего цикла и плотности энергии для 5 импульсов.Маркеры показывают среднюю толщину, а полосы ошибок показывают стандартное отклонение по 10 измерениям. Средняя шероховатость R a для ( c ) переменного числа импульсов и плотности энергии при рабочем цикле 0,15% ( d ) при изменении рабочего цикла и плотности энергии для 5 импульсов. Нулевые импульсы и рабочий цикл представляют собой неспеченную пленку.

Рисунок 5

Спектры GIXRD для плотности энергии IPL ( a ) E1 ( b ) E2 ( c ) E3 ( d ) E4. и представляют собой пики ковеллита и дигенита соответственно.Атомное процентное отношение S к Cu для различного ( e ) числа импульсов ( f ) рабочего цикла. Маркеры показывают среднее отношение S к Cu, а полосы ошибок показывают стандартное отклонение по пяти измерениям для каждой комбинации параметров IPL. Нулевые импульсы и рабочий цикл представляют собой неспеченную пленку.

Интенсивность в сравнении с 2 θ графиками из GIXRD (рис. 5a – d) показывают, что осажденная пленка в значительной степени аморфна из-за отсутствия четко различимых пиков. Спеченные пленки IPL показывают кристаллические пики, которые можно отнести к гексагональному ковеллиту CuS (карта JCPDS 06-0464) и кубическому дигениту Cu 1.8 S (карта JCPDS 24-061).

Некоторые пики ковеллита и дигенита при 2θ = 27,75 ° по своей природе перекрываются, а некоторые пики для CuS (основной пик 2θ = 31,82 °, второстепенный пик 2θ = 32,87 °) и Cu 1,8 S (основной пик при 2θ = 32,15 °) здесь нелегко различить. Однако другие пики для CuS (основные пики 2θ = 29,46 °, 48,06 °; второстепенные пики 2θ = 52,84 °, 59,56 °) и для Cu 1,8 S (основной пик 2θ = 46,42 °; второстепенный пик 2θ = 55,06 °) являются четко различимы, так что можно идентифицировать преобладающую кристаллическую фазу в пленке.Как показывает возрастающая интенсивность основного пика ковеллита 2θ = 48,06 ° по сравнению с интенсивностью основного пика дигенита 2θ = 46,42 ° (рис. 5a), при низком флюенсе E1 пленка после IPL имеет преимущественно фазу ковеллита и Преобладание фазы ковеллита увеличивается с увеличением количества импульсов и рабочего цикла. При промежуточных флюенсах E2 и E3 (рис. 5b, c) пики дигенита начинают преобладать до тех пор, пока при флюенсе E4 (рис. 5d) не образуется первичная фаза дигенита с почти полным исчезновением содержания ковеллита.Сравнивая эти наблюдения с максимальной температурой пленки на рис. 2c, мы видим, что преобладающая кристаллическая фаза ковеллита получается при температурах всего 126 ° C в течение 2,3 секунд после IPL (плотность энергии E1, 5 импульсов, рабочий цикл 0,15%) и рекристаллизации. в фазу, богатую дигенитом, происходит при температурах всего 155 ° C в течение 7,1 секунды после IPL (Fluence E2, 5 импульсов, рабочий цикл 0,08%).

В предыдущей работе сообщалось о рекристаллизации аморфных пленок NP Cu x S до ковеллита при 200 ° C и дигенита при 250 ° C после обычного термического отжига в течение часа 35 .Температура и время, в течение которых мы наблюдаем перекристаллизацию этих фаз в наших экспериментах IPL, даже ниже, чем указанные выше значения. Вероятно, это связано с комбинацией более высокой удельной поверхностной энергии наночастиц, которая снижает температуру, необходимую для испарения атомов серы из решетки и последующей перегруппировки оставшихся атомов, приводящей к рекристаллизации 36 , и быстрого локализованного нагрева пленки за счет свет ксеноновой лампы, хотя точный вклад каждого эффекта еще предстоит проверить.Насколько нам известно, предыдущие работы по IPL халькогенидов не показывают изменения кристаллической фазы 6,28,29,30,31,32 , даже несмотря на то, что наблюдается изменение размера кристаллитов из-за спекания.

На фиг. 5c, d также показан слабый пик Cu 2 SO 4 при 2θ = 41,48 ° (номер карты JCPDS 11-0646), что указывает на то, что присутствующие продукты окисления в основном находятся в аморфной форме. Это образование Cu 2 SO 4 , вероятно, ответственно за увеличение толщины, наблюдаемое при флюенсе E3 и E4 при 0.ПВ 15% и 5 импульсов (рис. 4а, б).

Отношение атомного процента серы к меди в пленке (рис. 5e, f), измеренное с помощью EDS, показывает, что осажденная пленка имеет стехиометрию, соответствующую Cu 1,8 S. Общее снижение S до Отношение Cu после IPL указывает на потерю серы из пленки с увеличением плотности энергии, количества импульсов и рабочего цикла при IPL, которые совпадают с увеличением максимальных температур пленки (рис. 2c). Уменьшение содержания серы во время IPL происходит из-за ее испарения из пленки, как это видно при обычном отжиге пленок Cu x S на воздухе 18,23,24,34 .Типичные спектры EDS для голой стеклянной подложки, пленки после осаждения и спеченной пленки IPL можно найти на дополнительном рис. S2. Поскольку осажденная пленка богата серой с последующим испарением серы и одновременным повышением температуры во время IPL, фазовая эволюция на рис. 5a – d соответствует фазовой диаграмме Cu-S 37 .

На рис. 6a – c сравните процент отражения, пропускания и поглощения пленки после IPL для плотности энергии E1 с плотностью пленки после осаждения.Сравнение дополнительных плотностей энергии E2 и E4 показано на дополнительном рисунке S3a, –c. Эти оптические свойства сравниваются для различных используемых параметров IPL при 550 нм (длина световой волны для человеческого зрения 16 ) и на длине волны в ближнем инфракрасном диапазоне 2000 нм на дополнительных рисунках S3d и e соответственно. Изменение оптических свойств после IPL на фотопической длине волны невелико, например, пропускание после IPL на 550 нм составляет 55–65%, а у пленки после осаждения - 55% (рис. S3d).Пленки после IPL показывают снижение пропускания на длине волны 2000 нм почти на 30%, в основном из-за увеличения оптической плотности (рис. S3e). При заданном рабочем цикле и количестве импульсов незначительное увеличение пропускания и уменьшение поглощения на 2000 нм наблюдается при более высокой плотности энергии (например, при E4 = 15 Дж / см 2 на рис. S3e), но без достижения таких же уровней, как у неспеченной пленки. . Обычно наблюдаемой особенностью отжига тонких пленок Cu x S является уменьшение пропускания в ближнем ИК-диапазоне и увеличение поглощения в ближнем ИК-диапазоне, когда достигается снижение объемного удельного сопротивления по сравнению с пленкой после осаждения.Это приписывается механизму абсорбции свободных носителей 16,38 . На рисунке 6 и дополнительном рисунке S3 показаны тенденции удельного сопротивления, пропускания в ближнем ИК-диапазоне и поглощения в ближнем ИК-диапазоне, которые согласуются с результатами этой прошлой работы. Наблюдаемая выше зависимость оптических свойств от параметров IPL объясняется тем, что кристаллическая фаза постепенно изменяется с CuS на Cu 1.8 S с увеличением плотности энергии импульса IPL (рис. 5a – d) и что Cu 1.8 S Фаза обычно показывает меньшее поглощение и более высокое пропускание в ближней инфракрасной области по сравнению с фазой CuS 16,23,39 .Изменение поглощения в ближней инфракрасной области после IPL также можно отнести к уменьшению толщины, но отсутствие тенденции в зависимости толщины от плотности потока энергии не позволяет легко деконволютировать этот эффект. Эти оптические свойства также показывают, что использование термопары, встроенной в пленку для измерения изменения температуры 25,26 , было бы затруднительно, поскольку пренебрежимо малое пропускание видимого света (например, рис. 6b) привело бы к значительному прямому воздействию и нагреву термопара от ксеноновой лампы загорается сама.

Рисунок 6

Типичная пленка ( a ) Отражение ( b ) Коэффициент пропускания ( c ) Поглощение при плотности энергии E1. Объемное сопротивление для различного ( d ) числа импульсов ( e ) рабочего цикла. Маркеры показывают среднее удельное сопротивление, а полосы ошибок показывают стандартное отклонение удельного сопротивления (метод расчета описан в разделе «Методы»). Нулевые импульсы и рабочий цикл представляют собой неспеченную пленку.

Рисунок 6d, e показывает, что объемное сопротивление пленок после IPL составляет около 10 −3 –10 −4 Ом · см и ниже, чем у пленки после осаждения, по крайней мере, на порядок величина.Обратите внимание, что фаза ковеллита сульфида меди обычно показывает металлопроводность 23 , тогда как фаза дигенита демонстрирует более полупроводниковые свойства 23,24,39 . Для флюенса E1 удельное сопротивление монотонно уменьшается с увеличением рабочего цикла и флюенса по мере развития фазы, богатой ковеллитом (рис. 5a). При флюенсе E2 снижение удельного сопротивления с увеличением числа импульсов и скважности уменьшается, поскольку в пленке появляется все более одинаковое содержание фаз дигенита и ковеллита (рис.5б). Для флюенса E3 и E4 тенденции меняются, т. Е. Увеличение рабочего цикла и импульсов приводит к большему удельному сопротивлению из-за преобладания в пленке полупроводниковой фазы дигенита (рис. 5c, d). Измерения эффекта Холла пленок после IPL показали более высокую концентрацию носителей заряда и пониженную подвижность носителей по сравнению с пленкой после осаждения (см. Дополнительный рисунок S4), и что изменения параметров IPL отражают соответствующие изменения объемного удельного сопротивления. .Как показывает положительный знак коэффициента Холла, пленки после IPL были полупроводниками типа p по сравнению с неопределенным знаком и типом проводимости, измеренными для пленки после осаждения.

Теоретический

Отсутствие наблюдаемой точки поворота температуры в экспериментах (рис. 2) и оптическое поведение в диапазоне 400–700 нм (рис. 6a – c и дополнительный рис. S3) указывает на то, что существует небольшое количество связь между фазовым переходом, уплотнением НЧ и оптическим поглощением.Таким образом, здесь используется и расширяется обычное тепловое уравнение для прогнозирования температуры 6,26 . Во время IPL на стеклянных подложках источником тепла для пленки является часть мощности ксеноновой лампы, которая поглощается пленкой, обозначенная здесь Вт . W , использованный в тепловой модели, был получен, как в уравнении (1). Здесь F - совокупная мощность по спектру ксеноновой лампы, которая выводится из лампы (уравнение (2)), P - постоянная мощность, потребляемая лампой, λ - длина волны, X ( λ ) - дробный спектр мощности ксеноновой лампы, поставляемой производителем (см. дополнительный рис.{\ lambda = 700 \, nm} X (\ lambda) $$

(2)

Эта форма W учитывает абсорбционные характеристики тонкой пленки Cu x S. Суммирование в уравнении (1) было выполнено от λ = 400 до 700 нм, поскольку большая часть энергии света ксеноновой лампы сосредоточена в этом диапазоне длин волн. Оптическая энергия лампы в ближнем инфракрасном диапазоне составляет не более 5% от общей энергии лампы, а любые длины волн ниже 300 нм отфильтровываются окном ксеноновой лампы.Оптическое поглощение пленки в этом диапазоне (рис. 7a, b и дополнительный рис. S6) показало, что разница в совокупном оптическом поглощении в видимой области между пленками после осаждения и после IPL составляет не более 10%. Таким образом, функция A (λ) была фиксированной, как полученная из кривых поглощения пленки после осаждения. Учитывая небольшую толщину пленки, предполагалось, что свет ксеноновой лампы полностью проникает через пленку. Поскольку толщина пленки в нанометровом масштабе также подразумевает небольшое число Био и, таким образом, незначительный температурный градиент, индуцированный проводимостью внутри пленки 27 , W предполагалось равномерно распределенным в объеме пленки.Обратите внимание, что незначительное изменение видимого оптического поглощения в зависимости от параметров IPL подразумевает незначительное изменение величины W с уплотнением и изменением фазы во время IPL. Связь между уплотнением и оптическим поглощением в металлических наночастицах обусловлена ​​их зависимым от наноразмеров плазмонным поведением в видимом спектре, так что по мере того, как слияние наночастиц изменяет наноразмерную форму, изменяется и степень плазмонного поведения 3 . Cu x S не проявляет плазмонного поведения в видимом спектре, а его полиморфы показывают незначительные различия в видимой оптической плотности, так что даже при фазовом переходе и слиянии НЧ наблюдается небольшое изменение поглощения света ксеноном.Это объясняет отсутствие самоограничивающего поведения и температурной точки поворота в IPL пленок Cu x S NP.

Рис. 7

Оптическое поглощение пленок после осаждения и после IPL с плотностью ( a ) E1 ( b ) E4. Прогнозируемая и экспериментальная температура пленки для ( c ) fluence E1-5 импульсов - 0,15% рабочего цикла ( d ) fluence E1-5 импульсов - 0,08% рабочего цикла ( e ) плотности потока энергии E4-5 импульсов - 0,15% рабочего цикла цикл ( f ) плотность энергии E4-5 импульсов-0.Рабочий цикл 08%. ( г ) Экспериментальная и прогнозируемая рассеянная энергия в пленке. A: плотность энергии E1-5 импульсов - коэффициент заполнения 0,15%, B: плотность потока энергии E1-5 импульсов - коэффициент заполнения 0,08%, C: плотность потока энергии E4-5 импульсов - коэффициент заполнения 0,15%, D: плотность потока энергии E4-5 импульсов - коэффициент заполнения 0,08% цикл ( ч ) I vs Q exp график.

Рисунок 7c – f показывает, что существует хорошее согласие между теоретически предсказанными и экспериментально измеренными температурами пленки для рассмотренных здесь случаев валидации. Максимальная ошибка в прогнозировании пиковой температуры импульса составляет 20 ° C и возникает в первом импульсе с наименьшей плотностью энергии E1.

Как хорошо известно из прошлых работ по обычному отжигу системы Cu x S 12,18,34,40 , фазовый переход для данного исходного состава осажденной пленки определяется температурой. история фильма, т. е. сочетание температуры и времени. Сложная температурная история пленки в IPL может быть зафиксирована с помощью тепловой энергии, рассеиваемой в пленке из-за IPL. Экспериментально наблюдаемая рассеиваемая энергия Q exp была рассчитана с использованием уравнения (3), где T exp - экспериментально измеренная температура пленки, ρ и C p - плотность и удельная теплоемкость пленки (значения показаны в дополнительной таблице S1), t film - это толщина пленки, фиксированная на уровне 115 нм (т.е.е., средняя толщина пленки после осаждения на фиг. 4a, b), A пленка - это площадь в плоскости осажденной пленки, а t - время. Теоретически предсказанная рассеиваемая энергия после IPL, т. Е. Q модель , была получена непосредственно из COMSOL. Рисунок 7g показывает, что тепловая модель дает хорошее согласие между Q exp и Q model (максимальная ошибка 15%).{t = {\ rm {end}} \, {\ rm {of}} \, {\ rm {IPL}}} {\ dot {T}} _ {\ exp} dt $$

(3)

Экспериментально наблюдаемое изменение относительной степени содержания фазы дигенита и ковеллита в пленке было количественно зафиксировано как скалярное отношение I , определяемое как отношение интенсивности основного пика 2θ = 46,42 ° Cu 1,8 S к этому пику. основного пика CuS 2θ = 48.06 ° в данных GIXRD (рис. 5a – d). Когда I больше 1, тогда преобладает фаза дигенита, и чем больше значение I , тем больше содержание дигенита относительно фазы ковеллита.Когда I меньше 1, тогда преобладает фаза ковеллита, и чем меньше значение I , тем больше содержание ковеллита по сравнению с фазой дигенита. Если мы рассмотрим только эксперименты, в которых плотность энергии и количество импульсов меняются при постоянной скважности 0,15% (синие кружки на рис. 7h), появляется взаимосвязь между I и Q exp , которая может быть аппроксимируется как линейная функция, когда Q exp ≤ 2.6 миллиджоулей и как квадратичная функция, когда Q exp > 2,6 миллиджоулей. Случаи с рабочим циклом 0,08% (красные квадраты на рис. 7h) также соответствуют этому соотношению, подтверждая его применимость.

На рисунке 7h также показано, что фаза ковеллита все больше образуется, когда Q exp приближается к 2,6 миллиджоулей, то есть I <1 и I уменьшается по величине с увеличением Q exp .Когда Q exp больше 2,9 миллиджоулей, тогда I > 1 и его значение увеличивается с увеличением Q exp , т. Е. С увеличением Q образуется все более богатая дигенитом фаза. ехр . Когда Q exp составляет от 2,6 до 2,9 миллиджоулей, доминирующей фазой по-прежнему является ковеллит (т. Е. I все еще меньше 1), но значение I начинает увеличиваться и стремится к 1 с увеличением Q exp , что указывает на то, что это промежуточная область, где фаза ковеллита все еще доминирует, но доминирует фаза дигенита.Это наблюдение согласуется с предыдущими работами, которые показывают, что теплота образования ковеллита ниже, чем у дигенита 41 .

Поскольку существует хорошее соответствие между расчетной и экспериментальной рассеиваемой энергией (рис. 7g), Q exp на оси x на рис. 7h можно заменить на Q модель , которая позволяет нам использовать подтвержденную тепловую модель (рис. 7c – f) для прогнозирования фазы после IPL, когда помимо стекла используются подложки.Для этого стеклянная подложка в тепловой модели была заменена поликарбонатом (ПК) и бумагой той же толщины, что и стекло, наряду с соответствующими тепловыми свойствами ПК и бумаги (см. Дополнительную таблицу S1). Предполагалось, что ПК будет визуально прозрачным, поэтому ксеноновый свет, проходящий через пленку Cu x S, не нагревает ПК напрямую. Предполагалось, что бумажная основа будет визуально непрозрачной, из-за чего часть света ксеноновой лампы, проходящая через пленку, будет непосредственно нагревать поверхность бумаги на границе раздела пленка-бумага.Чтобы зафиксировать это явление, на границе раздела пленка-бумага был задан граничный источник тепла Q b (рис. 2e) с использованием спектра пропускания пленки Cu x S Tr (λ) , зависящего от длины волны, как показано в уравнении (4). Поскольку было незначительное изменение совокупного коэффициента пропускания пленки в диапазоне длин волн 400–700 нм после IPL (рис. 8a, b и дополнительный рис. S7), функция Tr (λ) была зафиксирована, как и полученная из осажденного фильм.{\ lambda = 700 \, nm} X (\ lambda)} $$

(4)

Рис. 8

Коэффициент пропускания пленки в диапазоне 400–700 нм для плотности энергии ( a ) E1 ( b ) E4. Прогнозируемая температура пленки для ( c ) ПК и ( d ) бумажных носителей. ( e ) Прогнозируемая фаза пленки для ПК и бумажных носителей. ( f ) Прогнозируемые температуры носителя в конце последнего импульса для ПК и бумажных носителей. 0 обозначает дно субстрата.Все случаи показаны для рабочего цикла 0,15%.

Используя энергию, рассеянную в пленке, полученную в результате теплового моделирования, и зависимость I от рассеиваемой энергии, показанную на рис. 7h, фаза пленки была спрогнозирована для случаев использования бумаги и подложки ПК. Экстраполяция не проводилась и не требовалась за пределами диапазона Q exp , показанного на рис. 7h. Для подложки ПК при флюенсе 0,5 × E1 пиковая температура пленки ниже 100 ° C (рис.8в) и образуется преимущественно ковеллитовая фаза ( I = 0,87, рис. 8д). Флюенс 0,9 × E1 вызывает более высокую максимальную температуру пленки, чем флюенс E1 на стеклянной подложке, и соответствующая фаза пленки после IPL в основном представляет собой дигенит ( I = 4,261, рис. 8e). Более высокая пиковая температура на единицу флюенса по сравнению со стеклянными подложками в первую очередь связана с более низкой теплопроводностью ПК по сравнению со стеклом. Для бумажной подложки пиковая температура пленки на единицу плотности энергии значительно выше, чем для подложек из стекла и ПК (рис.8г). Низкие флюенсы 0,10 × E1 и 0,15 × E1 достаточны для повышения температуры пленки и рассеиваемой энергии, достаточной для создания ковеллита ( I = 0,52, рис. 8e) и фаз, богатых дигенитом ( I = 10,1, рис. 8e). соответственно. Это происходит из-за более низкой теплопроводности бумаги (0,05 Вт / м-К) по сравнению с ПК и стеклом, а также из-за наличия граничного источника тепла на границе раздела подложка-пленка из-за видимой непрозрачности бумаги.

Кроме того, рис. 8e показывает, что фаза с более высоким содержанием ковеллита (меньше I , а I <1) образуется с гораздо меньшей плотностью потока для бумажной основы, чем с подложкой из ПК.То же самое верно для образования фазы дигенита с бумажной подложкой по сравнению с подложкой ПК. Обратите внимание, что использование такой же плотности энергии для ПК и бумажных подложек, что и для стеклянной подложки, приведет к более высоким температурам, чем предсказанные на рис. 8c, d, образованию только пленок, богатых дигенитом, и потенциально более сильному окислению пленки. Эти наблюдения показывают, что при управлении параметрами IPL для достижения желаемой фазы пленки необходимо тщательно учитывать оптические (как коэффициент пропускания, так и поглощение) и тепловые свойства пленки и подложки, а не только оптическое поглощение пленки и тепловые свойства. пленки и подложки.

На рис. 8f сравнивается тепловое проникновение в ПК и бумажную подложку в конце последнего включенного импульса, т.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *