Металл вольфрам

Самый тугоплавкий металл - вольфрам (wolframium), был получен в 1783 году. Испанские химики братья д’Элуяр выделили его из минерала вольфрамита и восстановили углеродом. В настоящее время сырьём для получения вольфрама являются вольфрамитовые и шеелитовые концентраты - WO3. Порошок вольфрама получают в электрических печах при температуре 700-850 °С. Сам металл производится из порошка методом прессования в стальных формах под давлением и дальнейшей термической обработкой заготовок. Заключительный момент - нагрев примерно до 3000 °С происходит путём пропускания электрического тока.

Промышленное применение

Вольфрам долго не находил промышленного применения. Лишь в XIX веке начали изучать влияние вольфрама на свойства стали иной природы. В начале ХХ века вольфрам стали применять в электрических лампочках: нить, изготовленная из него, накаляется до 2200 °С. В этом качестве вольфрам незаменим и в наше время.

Также вольфрамовые стали идут в оборонную промышленность - на изготовление танковой брони, торпед и снарядов, наиболее тонких деталей летательных аппаратов и т.д. Инструмент, изготовленный из вольфрамовой стали, выдерживает самые интенсивные процессы металлообработки.

От всех остальных своих собратьев-металлов вольфрам отличается особой тугоплавкостью, тяжестью и твердостью. Чистый вольфрам плавится при 3380 °С, а кипит лишь при 5900 °С, что совпадает с температурой на поверхности Солнца.

Из одного килограмма вольфрама можно изготовить проволоку длиной 3,5 км. Этой длины достаточно, чтобы изготовить нитей накаливания для 23 000 60-ваттных лампочек.

Любознательных людей наверняка интересует вопрос, какой металл самый тугоплавкий? Прежде чем дать на него ответ, стоит разобраться с сами понятием тугоплавкости. Все известные науки металлы имеют разную температуру плавления в связи с различной степенью устойчивости связей между атомами в кристаллической решетке. Чем слабее эта связь, тем меньшая температура требуется, чтобы ее разорвать.

Самые тугоплавкие металлы в мире используются в чистом виде или в составе сплавов для производства деталей, которые работают в экстремальных термических условиях. Они позволяют эффективно противостоять высоким температурам и значительно продляют эксплуатационный период агрегатов. Но стойкость металлов данной группы к термическому воздействию заставляет металлургов прибегать к нестандартным методам их производства.

Какой металл самый тугоплавкий?

Самый тугоплавкий металл на Земле был открыт в 1781 году шведским ученым Карлом Вильгельмом Шееле. Новый материал получил название вольфрам. Шееле удалось синтезировать триокись вольфрама путем растворения руды в азотной кислоте. Чистый металл был выделен двумя годами позже испанскими химиками Фаусто Фермином и Хуаном Хосе де Элюар. Новый элемент не сразу получил признание и был взят на вооружение промышленниками. Дело в том, что технологии того времени не позволяли обрабатывать столь тугоплавкое вещество, поэтому большинство современников не придали особого значения научному открытию.

Вольфрам был оценен гораздо позже. На сегодняшний день его сплавы используются при производстве термостойких деталей для различных отраслей промышленности. Нить накаливания в газоразрядных бытовых лампах также изготавливается из вольфрама. Также он применяется в аэрокосмической промышленности для производства ракетных сопел, используется в качестве многоразовых электродов в газодуговой сварке. Кроме тугоплавкости вольфрам также обладает высокой плотностью, что позволяет использовать его для изготовления высококачественных клюшек для гольфа.

Соединения вольфрама с неметаллами также широко применяется в промышленности. Так сульфид используется в качестве термостойкой смазки, способной переносить температуры до 500 градусов по Цельсию, карбид служит для изготовления резцов, абразивных дисков и сверл, способных обрабатывать самые твердые вещества и переносить высокие температуры нагрева. Рассмотрим, наконец, промышленное получение вольфрама. Самый тугоплавкий металл имеет температуру плавления 3422 градуса по Цельсию.

Как получают вольфрам?

В природе чистый вольфрам не встречается. Он входит в состав горных пород в виде триоксида, а также вольфрамитов железа, марганца и кальция, реже меди или свинца. По оценкам ученых содержание вольфрама в земной коре в среднем составляет 1,3 грамма на одну тонну. Это достаточно редкий элемент по сравнению с другими видами металлов. Содержание вольфрама в руде после добычи обычно не превышает 2%. Поэтому добытое сырье отправляется на обогатительные фабрики, где методом магнитной или электростатической сепарации массовая доля металла доводится до отметки 55-60%.

Процесс его получения разделяется на технологические этапы. На первом этапе выделяют чистый триоксид из добытой руды. Для этого используют метод термического разложения. При температурах от 500 до 800 градусов по Цельсию все лишние элементы расплавляются, а тугоплавкий вольфрам в виде оксида легко можно собрать из расплава. На выходе получается сырье с содержанием оксида шестивалентного вольфрама на уровне 99%.

Полученное соединение тщательно измельчают и проводят восстановительную реакцию в присутствии водорода при температуре 700 градусов по Цельсию. Это позволяет выделить чистый металл в виде порошка. Далее его спрессовывают под высоким давлением и спекают в водородной среде при температурах 1200-1300 градусов по Цельсию. После этого полученная масса отправляется в электрическую плавильную печь, где под воздействием тока нагревается до температуры свыше 3000 градусов. Так вольфрам переходит в расплавленное состояние.

Для окончательной очистки от примесей и получения монокристаллической структурной решетки используется метод зонной плавки. Он подразумевает, что в определенный момент времени расплавленной находится только некоторая зона из общей площади металла. Постепенно двигаясь, эта зона перераспределяет примеси, в результате чего в конечном итоге они скапливаются в одном месте и их легко можно удалить из структуры сплава.

Готовый вольфрам поступает на склад в виде штабиков или слитков, предназначенных для последующего производства нужной продукции. Для получения сплавов вольфрама все составные элементы измельчают и смешивают в виде порошка в необходимых пропорциях. Далее производится спекание и плавка в электрической печи.

Вольфрам отличается от всех остальных металлов особой тяжестью, твердостью и тугоплавкостью. Плотность вольфрама почти вдвое больше, чем свинца, точнее — в 1,7 раза. По тугоплавкости и твердости вольфрам и его сплавы занимают высшие места среди металлов. Технически чистый вольфрам плавится при 3380°С, а кипит лишь при 5900°С. Такая температура — на поверхности Солнца!

А выглядит «король тугоплавкости» довольно заурядно. Цвет вольфрама в значительной мере зависит от способа получения.

Сплавленный вольфрам — блестящий серый металл, больше всего напоминающий платину. Вольфрамовый порошок — серый, темно-серый и даже черный.

Почти со всеми металлами вольфрам образует сплавы. Из всех сплавов вольфрама наибольшее значение приобрели вольфрам-содержащие стали.

Вольфрамовые стали идут на производство танковой брони, оболочек торпед и снарядов, наиболее важных деталей самолетов и двигателей.

Инструмент, изготовленный из вольфрамовой стали, выдерживает огромные скорости самых интенсивных процессов металлообработки. Скорость резания таким инструментом измеряется десятками метров в секунду.

В начале ХХ века вольфрамовую нить стали применять в электрических лампочках: она позволяет доводить накал до 2200°С. В этом качестве вольфрам совершенно незаменим и сегодня. Это объясняется двумя свойствами: его тугоплавкостью и пластичностью. Из одного килограмма вольфрама вытягивается проволока длиной 3,5 км, которой достаточно для изготовления нитей накаливания 23 тысяч 60-ваттных лампочек.

Вольфра м (лат. Wolframium), W, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, порядковый номер 74, атомная масса 183,85.

Природный вольфрам состоит из смеси пяти стабильных изотопов с массовыми числами 180, 182, 183, 184 и 186. Вольфрам был открыт и выделен в виде вольфрамового ангидрида WO 3 в 1781 году шведским химиком К. Шееле из минерала тунгстена, позднее назван шеелитом.

В 1783 году испанские химики братья д’ Элуяр выделили WO 3 из минерала вольфрамита и, восстановив WO 3 углеродом, впервые получили сам металл, названный ими вольфрамом.

Минерал вольфрамит был известен ещё Агриколе (16 в.) и назывался у него «Spuma lupi» - волчья пена (нем. Wolf - волк, Rahm - пена) в связи с тем, что вольфрам, всегда сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»). В США и некоторых других странах элемент назывался также «тунгстен» (по-шведски - тяжёлый камень).

Вольфрам долго не находил промышленного применения. Лишь во 2-й половине 19 в. начали изучать влияние добавок вольфрама на свойства стали.

Вольфрам мало распространён в природе; его содержание в земной коре 1· 10 -4 % по массе. В свободном состоянии не встречается, образует собственные минералы, главным образом вольфраматы.

В обычных условиях вольфрам химически стоек. При 400-500°С металл заметно окисляется на воздухе до WO 3 . Пары воды интенсивно окисляют его выше 600°С до WO 2 .

Галогены, сера, углерод, кремний, бор взаимодействуют с этим металлом при высоких температурах (фтор с порошкообразным вольфрамом - при комнатной). С водородом вольфрам не реагирует вплоть до температуры плавления; с азотом выше 1500°С образует нитрид.

При обычных условиях вольфрам стойкий по отношению к соляной, серной, азотной и плавиковой кислотам, а также к царской водке; при 100°С он слабо взаимодействует с ними; быстро растворяется в смеси плавиковой и азотной кислот. В растворах щелочей при нагревании вольфрам растворяется слегка, а в расплавленных щелочах при доступе воздуха или в присутствии окислителей - быстро; при этом образуются вольфраматы.

В соединениях вольфрам проявляет валентность от 2 до 6, наиболее устойчивы соединения высшей валентности.

Вольфрам образует четыре окисла: высший - трёхокись WO 3 (вольфрамовый ангидрид), низший - двуокись WO 2 и два промежуточных W 10 O 29 и W 4 O 11 . Вольфрамовый ангидрид - кристаллический порошок лимонно-жёлтого цвета, растворяющийся в растворах щелочей с образованием вольфраматов. При его восстановлении водородом последовательно образуются низшие окислы и вольфрам. Вольфрамовому ангидриду соответствует вольфрамовая кислота H 2 WO 4 - жёлтый порошок, практически нерастворимый в воде и в кислотах. При её взаимодействии с растворами щелочей и аммиака образуются растворы вольфраматов. При 188°С H 2 WO 4 отщепляет воду с образованием WO 3 . С хлором вольфрам образует ряд хлоридов и оксихлоридов. Наиболее важные из них: WCl 6 (t пл 275°С, t kип 348°С) и WO 2 Cl 2 (t пл 266°С, выше 300°С сублимирует). Они получаются при действии хлора на вольфрамовый ангидрид в присутствии угля. С серой вольфрам образует два сульфида WS 2 и WS 3 . Карбиды вольфрама WC (t пл 2900°C) и W 2 C (t пл 2750°C) - твёрдые тугоплавкие соединения, которые получаются при взаимодействии вольфрама с углеродом при 1000-1500°С.

Сырьём для получения вольфрама служат вольфрамитовые и шеелитовые концентраты (50-60% WO 3). Из концентратов непосредственно выплавляют ферровольфрам (сплав железа с 65-80% вольфрама), используемый в производстве стали. Для получения вольфрама, его сплавов и соединений из концентрата выделяют вольфрамовый ангидрид. В промышленности применяют несколько способов получения WO 3 . Шеелитовые концентраты разлагают в автоклавах раствором соды при 180-200°С (получают технический раствор вольфрамата натрия) или соляной кислотой (получают техническую вольфрамовую кислоту):

1. CaWO 4TB + Na 2 CO 3Ж = Na 2 WO 4Ж + СаСО 3ТВ

2. CaWO 4TB + 2HCl Ж = H 2 WO 4TВ + CaCl 2p=p

Вольфрамитовые концентраты разлагают либо спеканием с содой при 800-900°С с последующим выщелачиванием Na 2 WO 4 водой, либо обработкой при нагревании раствором едкого натра. При разложении щелочными агентами (содой или едким натром) образуется раствор Na 2 WO 4 , загрязнённый примесями. После их отделения из раствора выделяют H 2 WO 4 . (Для получения более грубых, легко фильтруемых и отмываемых осадков вначале из раствора Na 2 WO 4 осаждают CaWO 4 , который затем разлагают соляной кислотой.) Высушенная H 2 WO 4 содержит 0,2-0,3% примесей. Прокаливанием H 2 WO 4 при 700-800°С получают WO 3 , а уже из него - твёрдые сплавы. Для производства металлического вольфрама H 2 WO 4 дополнительно очищают аммиачным способом - растворением в аммиаке и кристаллизацией паравольфрамата аммония 5(NH 4) 2 O· 12WO 3 · n H 2 O. Прокаливание этой соли даёт чистый WO 3 .

Порошок вольфрама получают восстановлением WO 3 водородом (а в производстве твёрдых сплавов - также и углеродом) в трубчатых электрических печах при 700-850°С. Компактный металл получают из порошка металлокерамическим методом, т. е. прессованием в стальных прессформах под давлением 3-5 тс/см 2 и термической обработкой спрессованных заготовок-штабиков. Последнюю стадию термической обработки - нагрев примерно до 3000°С проводят в специальных аппаратах пропусканием электрического тока непосредственно через штабик в атмосфере водорода. В результате получают вольфрам, хорошо поддающийся обработке давлением (ковке, волочению, прокатке и т.д.) при нагревании. Из штабиков методом бестигельной электроннолучевой зонной плавки получают монокристаллы вольфрама.

Вольфрам широко применяется в виде чистого металла и в ряде сплавов, наиболее важные из которых - легированные стали, твёрдые сплавы на основе карбида вольфрама, износоустойчивые и жаропрочные сплавы. Вольфрам входит в состав ряда износоустойчивых сплавов, используемых для покрытия поверхностей деталей машин (клапаны авиадвигателей, лопасти турбин и др.). В авиационной и ракетной технике применяют жаропрочные сплавы вольфрама с другими тугоплавкими металлами. Тугоплавкость и низкое давление пара при высоких температурах делают его незаменимым для нитей накала электроламп, а также для изготовления деталей электровакуумных приборов в радиоэлектронике и рентгенотехнике. В различных областях техники используют некоторые химические соединения вольфрама, например, Na 2 WO 4 (в лакокрасочной и текстильной промышленности), WS 2 (катализатор в органическом синтезе, эффективная твёрдая смазка для деталей трения).

Вольфра мовые ру ды, природные минеральные образования, содержащие вольфрам в количествах, при которых экономически целесообразно его извлечение. Основными минералами вольфрама являются вольфрамит, содержащий 74-76% WO 3 , и шеелит - 80% WO 3 . Минимальные содержания трёхокиси вольфрама, при которых рентабельно разрабатывать вольфрамовые руды для крупных месторождений порядка 0,14-0,15%, для более мелких жильных - 0,4-0,5%. Вольфрамовые руды часто содержат другие полезные компоненты (олово, молибден, бериллий, золото, медь, свинец и цинк). Кроме того, вольфрамиты некоторых месторождений содержат повышенные количества тантала и скандия, которые могут быть из них извлечены. Для получения концентратов с содержанием 50-60% WO 3 руды обогащают, используя гравитационный, флотационный и другие методы обогащения.

Тугопла вкие мета ллы , по технической классификации - металлы, плавящиеся при температуре выше 1650-1700 °С. В их число входят титан Ti, цирконий Zr, гафний Hf (IV группа периодической системы), ванадий V, ниобий Nb, тантал Ta (V группа), хром Cr, молибден Mo, вольфрам W (VI группа), рений Re (VII группа). Все эти элементы (кроме хрома) относятся к редким металлам, a Re - к рассеянным редким металлам. Высокой температурой плавления характеризуются также металлы платиновой группы и торий, но они по технической классификации не относятся к тугоплавким металлам.

Тугоплавкие металлы имеют близкое электронное строение атомов и являются переходными элементами с достраивающимися oболочками. В их межатомных связях участвуют не только наружные s-электроны, но и d -электроны, что определяет большую прочность межатомных связей и, как следствие, высокую температуру плавления, повышенные механические прочность, твёрдость, электрическое сопротивление. Тугоплавкие металлы имеют близкие химические свойства. Переменная валентность этих металлов обусловливает многообразие их химических соединений. Они образуют металлоподобные тугоплавкие твёрдые соединения.

Физические и химические свойства. Кристаллические решётки тугоплавких металлов IV группы и Re гексагональные, остальных, а также Ti выше 882 °C, Zr выше 862 °C и Hf выше 1310°C - объёмно-центрированные кубические. Ti, V и Zr - относительно лёгкие металлы, а самые тугоплавкие из всех металлов - Re и W - по плотности уступают лишь Os, lr и Pt. Чистые отожжённые тугоплавкие металлы - пластичные металлы, поддаются как горячей, так и холодной обработке давлением, особенно хорошо - металлы IV и V групп. Для применения тугоплавких металов важно, что благоприятные механические свойства их и сплавов на их основе сохраняются до весьма высоких температур. Это позволяет рассматривать их, в частности, как жаропрочные конструкционные материалы. Однако их механические свойства в значительной мере зависят от их чистоты, степени деформации и условий термообработки. Так, Cr и его сплавы даже при малом содержании некоторых примесей становятся непластичными, a Re, имеющий высокий модуль упругости, подвержен сильному наклёпу, вследствие чего даже при небольшой степени деформации его необходимо отжигать. Особенно сильно на свойства тугоплавких металлов влияют примеси углерода (исключая Re), водорода (для металлов IV и V групп), азота, кислорода, присутствие которых делает эти металлы хрупкими. Характерные свойства всех тугоплавких металлов - устойчивость к действию воздуха и многих агрессивных сред при комнатной температуре и небольшом нагревании и высокая реакционная способность при больших температурах, при которых их следует нагревать в вакууме или в атмосфере инертных к ним газов. Особенно активны при нагревании металлы IV и V групп, на которые действует также водород, причём при 400-900 °C он поглощается с получением хрупких гидридов, а при нагревании в вакууме при 700-1000 °C вновь выделяется. Этим свойством пользуются для превращения компактных металлов в порошки путём гидрирования (и охрупчивания) металлов, измельчения и дегидрирования. Тугоплавкие металлы VI группы и Re химически менее активны (их активность падает от Cr к W), они не взаимодействуют с водородом, a Re - и с азотом; взаимодействие Mo с азотом начинается лишь выше 1500 °C, а W - выше 2000 °C. Тугоплавкие металлы способны образовывать сплавы со многими металлами.

Вольфра мовые спла вы - сплавы на основе вольфрама. Для легирования сплавов применяют металлы (Mo, Re, Cu, Ni, Ag и др.), окислы (ThO 2), карбиды (TaC) и другие соединения, которые вводят в вольфрам для повышения его жаропрочности, пластичности (при температурах до 500°С), обрабатываемости, а также обеспечения необходимого комплекса физических свойств. Вольфрамовые сплавы получают методами порошковой металлургии или сплавлением компонентов в дуговых и электроннолучевых печах. В промышленности применяются главным образом металлокерамические сплавы. По структуре различают 3 группы вольфрамовых сплавов: сплавы (твёрдые растворы), псевдосплавы с соединениями и псевдосплавы с металлами.

Основными вольфрамовыми сплавами с однофазной структурой твёрдого раствора являются сплавы вольфрама с Mo (до 50%) и Re (до 30%). При добавлении Mo повышается жаропрочность и электросопротивление сплава; кроме того, у сплавов W - Mo термический коэффициент расширения примерно такой же, как у различных сортов тугоплавкого стекла. Эти сплавы легче обрабатываются по сравнению с чистым вольфрамом. Сплавы с содержанием 20-50% Mo применяют в электровакуумных приборах для изготовления нагревателей, экранов и др.

Рений в твёрдом растворе на основе W существенно повышает низкотемпературную пластичность и соответственно обрабатываемость. Максимальной пластичностью обладают сплавы вольфрама с 20-28% Re. При дальнейшем увеличении содержания Re пластичность вновь начинает падать из-за выделения избыточной σ- фазы. Кроме повышенной пластичности, сплавы W - Re отличаются высокой жаропрочностью. Несмотря на то, что рений является редким и дорогим металлом, такие сплавы еще в 50-х гг. ХХ века начали использоваться в электровакуумных приборах (сплавы с 5-30% Re) и в качестве термопарных материалов, предназначенных для работы вплоть до 2500°С.

Псевдосплавы вольфрама с нерастворяющимися в нём Cu и Ag (вводимыми раздельно или вместе в количестве от 5 до 40%) имеют гетерогенную структуру, состоящую из зёрен W, окружённых прослойками Cu и Ag или их сплава. Эти материалы сочетают высокую твёрдость, жаропрочность, износостойкость, сопротивление электроэрозии, свойственные вольфраму, с хорошей электро- и теплопроводностью Cu и Ag. Из них изготовляют электроконтакты и др. Вольфрам, пропитанный Ag и Cu, применяется и при изготовлении ракетных двигателей. Близкую к псевдосплавам вольфрама с медью и серебром структуру имеют так называемые «тяжёлые сплавы» W с 3-10% Ni и 2-5% Cu. Их плотность после спекания спрессованных заготовок достигает 18 г/см 3 . «Тяжёлые сплавы» используют в качестве материалов защиты от гамма-излучения в радиотерапии и при изготовлении контейнеров для хранения радиоактивных препаратов. Большая плотность «тяжёлых сплавов» позволяет применять их и в других областях (самолетостроении, точном приборостроении и т. д.)

Вольфрама ты приро дные - группа минералов, являющихся солями вольфрамовой кислоты. В природных условиях встречаются только соли Fe, Mn, Zn, Ca, Pb, Al моновольфрамовой кислоты H 2 WO 4 . Из них широко распространены вольфрамит (Fe, Mn) WO 4 и шеелит CaWO 4 , остальные соединения - штольцит PbWO 4 , санмартинит (Zn, Fe) WO 4 встречаются редко. Вольфраматы образуются в эндогенных гидротермальных условиях. Вольфрамит и шеелит являются основными промышленными минералами, из которых извлекается вольфрам.

Металлы относятся к самым распространенным материалам наравне со стеклом и пластмассами. Они используются людьми с давних времен. На практике люди познавали свойства металлов и с выгодой использовали их для изготовления посуды, бытовых предметов, различных сооружений и произведений искусства. Основной характеристикой этих материалов является их тугоплавкость и твердость. Собственно, от этих качеств зависит их применение в той или иной области.

Физические свойства металлов

Все металлы обладают следующими общими свойствами:

1. Цвет - серебристо-серый с характерным блеском. Исключение составляют: медь и золото. Они соответственно выделяются красноватым и желтым оттенком.
2. Агрегатное состояние - твердое тело, кроме ртути, которая является жидкостью.
3. Тепло- и электропроводность - для каждого вида металлов выражается по-разному.
4. Пластичность и ковкость - изменяющийся параметр в зависимости от конкретного металла.
5. Температура плавления и кипения - устанавливает тугоплавкость и легкоплавкость, обладает разными значениями для всех материалов.

Все физические свойства металлов зависят от строения кристаллической решетки, ее формы, прочности и пространственного расположения.

Тугоплавкость металлов

Этот параметр становится важным, когда возникает вопрос о практическом применении металлов. Для таких важных отраслей народного хозяйства, как авиастроение, кораблестроение, машиностроение, основой являются тугоплавкие металлы и их сплавы. Кроме этого, их используют для изготовления высокопрочного рабочего инструмента. Литьем и выплавкой получают многие важные детали и изделия. По прочности все металлы делятся на хрупкие и твердые, а по тугоплавкости их подразделяют на две группы.

Тугоплавкие и легкоплавкие металлы

1. Тугоплавкие - их температура плавления превышает точку плавления железа (1539 °C). К ним можно отнести платину, цирконий, вольфрам, тантал. Таких металлов всего несколько видов. На практике их применяется еще меньше. Некоторые не используются, так как они имеют высокую радиоактивность, другие - слишком хрупкие и не обладают нужной мягкостью, третьи - подвержены коррозии, а есть такие, что экономически невыгодные. Какой металл самый тугоплавкий? Как раз об этом пойдет речь в данной статье.
2. Легкоплавкие - это металлы, которые при температуре меньше или равной температуре плавления олова 231,9 °C могут изменить свое агрегатное состояние. Например, натрий, марганец, олово, свинец. Металлы применяются в радио- и электротехнике. Их часто используют для антикоррозийных покрытий и в качестве проводников.

Вольфрам - самый тугоплавкий металл

Это твердый и тяжелый материал с металлическим блеском, светло-серого цвета, обладающий высокой тугоплавкостью. Механической обработке поддается трудно. При комнатной температуре он является хрупким металлом и легко ломается. Вызвано это загрязнением его примесями кислорода и углерода. Технически чистый вольфрам при температуре более 400 градусов Цельсия становится пластичным. Проявляет химическую инертность, плохо вступает в реакции с другими элементами. В природе вольфрам встречается в виде сложных минералов, таких как:

• шеелит;
• вольфрамит;
• ферберит;
• гюбнерит.

Вольфрам получают из руды, применяя сложные химические переработки, в виде порошка. Используя методы прессования и спекания, изготовляют детали простой формы и бруски. Вольфрам - очень стойкий элемент к температурным воздействиям. Поэтому размягчить металл не могли в течение ста лет. Не имелось таких печей, которые могли бы разогреваться до нескольких тысяч градусов. Ученые доказали, что самым тугоплавким металлом является вольфрам. Хотя существует мнение, что сиборгий, по теоретическим данным, обладает большей тугоплавкостью, но утверждать твердо этого нельзя, так как он радиоактивный элемент и имеет маленький срок существования.

Исторические сведения

Знаменитый шведский химик Карл Шееле, имеющий профессию аптекаря, в небольшой лаборатории, проводя многочисленные опыты, открыл марганец, барий, хлор и кислород. А незадолго до смерти в 1781 году выявил, что минерал тунгстен является солью неизвестной тогда кислоты. После двух лет работы его ученики, два брата д’Элуяр (испанские химики), выделили из минерала новый химический элемент и назвали его вольфрамом. Только через столетие вольфрам - самый тугоплавкий металл - произвел настоящий переворот в промышленности.

Режущие свойства вольфрама

В 1864 году английский ученый Роберт Мюшет использовал вольфрам как легирующую добавку к стали, которая выдерживала красное каление и еще больше увеличивала твердость. Резцы, которые изготовляли из полученной стали, увеличили скорость резания металла в 1,5 раза, и она стала составлять 7,5 метра в минуту.

Работая в этом направлении, ученые получали все новые технологии, увеличивая скорость обработки металла с использованием вольфрама. В 1907 году появилось новое соединение вольфрама с кобальтом и хромом, которое стало основоположником твердых сплавов, способных увеличивать скорость резания. В настоящее время она возросла до 2000 метров в минуту, и все это благодаря вольфраму - самому тугоплавкому металлу.

Применение вольфрама

Этот металл обладает сравнительно высокой ценой и тяжело обрабатывается механическим способом, поэтому применяют его там, где невозможно заменить другими, сходными по свойствам материалами. Вольфрам прекрасно выдерживает высокие температуры, имеет значительную прочность, наделен твердостью, упругостью и тугоплавкостью, поэтому находит широкое использование во многих областях промышленности:

• Металлургической. Она является основным потребителем вольфрама, который идет на производство высокого качества легированных сталей.
• Электротехнической. Температура плавления самого тугоплавкого металла составляет почти 3400 °C. Тугоплавкость металла позволяет применять его для производства нитей накаливания, крючков в осветительных и электронных лампах, электродов, рентгеновских трубок, электрических контактов.

• Машиностроительной. Благодаря повышенной прочности сталей, содержащих вольфрам, изготавливают цельнокованые роторы, зубчатые колеса, коленчатые валы, шатуны.
• Авиационной. Какой самый тугоплавкий металл используют для получения твердых и жаропрочных сплавов, из которых делают детали авиационных двигателей, электровакуумных приборов, нити накаливания? Ответ прост - это вольфрам.
• Космической. Из стали, содержащей вольфрам, производят реактивные сопла, отдельные элементы для реактивных двигателей.
• Военной. Высокая плотность металла позволяет изготавливать бронебойные снаряды, пули, броневую защиту торпед, снарядов и танков, гранаты.
• Химической. Стойкая вольфрамовая проволока против кислот и щелочей используется для сеток к фильтрам. С помощью вольфрама меняют скорость химических реакций.
• Текстильной. Вольфрамовая кислота используется как краситель для тканей, а вольфрамит натрия применяют для производства кожи, шелка, водоустойчивых и огнестойких тканей.

Приведенный перечень использования вольфрама в разных областях индустрии указывает на высокую ценность этого металла.

Получение сплавов с вольфрамом

Вольфрам, самый тугоплавкий металл в мире, часто используют для получения сплавов с другими элементами для улучшения свойств материалов. Сплавы, которые содержат вольфрам, как правило, получают по технологии порошковой металлургии, так как при общепринятом способе все металлы превращаются в летучие жидкости или газы при его температуре плавления. Процесс сплавления проходит в вакууме или в атмосфере аргона, чтобы избежать окисления. Смесь, состоящую из металлических порошков, прессуют, спекают и подвергают плавке. В некоторых случаях только вольфрамовый порошок подвергают прессовке и спеканию, а затем пористую заготовку насыщают расплавом другого металла. Сплавы вольфрама с серебром и медью получают именно таким способом. Даже небольшие добавки самого тугоплавкого металла увеличивают жаростойкость, твердость и стойкость к окислению в сплавах с молибденом, танталом, хромом и ниобием. Пропорции в этом случае могут быть совершенно любыми в зависимости от потребностей промышленности. Более сложные сплавы, зависящие от соотношения компонентов с железом, кобальтом и никелем, имеют следующие свойства:

• не тускнеют на воздухе;
• обладают хорошей химической стойкостью;
• имеют отличные механические свойства: твердость и износоустойчивость.

Довольно сложные соединения образует вольфрам с бериллием, титаном и алюминием. Они выделяются устойчивостью при высокой температуре к окислению, а также жаропрочностью.

Свойства сплавов

В практической деятельности вольфрам часто соединяют с группой иных металлов. Соединения вольфрама с хромом, кобальтом и никелем, обладающие повышенной стойкостью к кислотам, используют для изготовления хирургических инструментов. А особые жаропрочные сплавы, кроме вольфрама - самого тугоплавкого металла, содержат в своем составе хром, никель, алюминий, никель. Вольфрам, кобальт и железо входит в состав лучших марок магнитной стали.

Самые легкоплавкие и тугоплавкие металлы

К легкоплавким относятся все металлы, температура плавления которых меньше, чем у олова (231,9 °C). Элементы этой группы находят применение в качестве антикоррозийных покрытий, в электро- и радиотехнике, входят в состав антифрикционных сплавов. Ртуть, точка плавления которой -38,89 °C, при комнатной температуре является жидкостью и находит широкое применение в научных приборах, ртутных лампах, выпрямителях, переключателях, в хлорном производстве. У ртути самая низкая температура плавления по сравнению с другими металлами, входящими в группу легкоплавких. К тугоплавким металлам принадлежат все, температура плавления которых больше, чем у железа (1539 °C). Чаще всего их используют в качестве добавок при изготовлении легированных сталей, а также они могут служить и основой для некоторых специальных сплавов. Вольфрам, имеющий максимальную температуру плавления 3420 °C, в чистом виде используют в основном для нитей накала в электролампах.

Довольно часто в кроссвордах задают вопросы, какой из металлов самый легкоплавкий или самый тугоплавкий? Теперь, не задумываясь, можно ответить: самый легкоплавкий - ртуть, а самый тугоплавкий - вольфрам.

Коротко о железе

Этот металл называют основным конструкционным материалом. Детали из железа встречаются как на космическом корабле или подводной лодке, так и дома на кухне в виде столовых приборов и различных украшений. Этот металл имеет серебристо-серый цвет, обладает мягкостью, пластичностью и магнитными свойствами. Железо является очень активным элементом, на воздухе образуется оксидная пленка, которая препятствует продолжению реакции. Во влажной среде появляется ржавчина.

Температура плавления железа

Железо обладает пластичностью, хорошо поддается ковке и плохо обрабатывается литьем. Этот прочный металл легко обрабатывается механическим способом, используется для изготовления магнитоприводов. Хорошая ковкость позволяет его применять для декоративных украшений. Является ли железо самым тугоплавким металлом? Следует отметить, что его температура плавления равна 1539 °C. А по определению, к тугоплавким относятся металлы, температура плавления которых больше, чем у железа.

Однозначно можно сказать, что железо - не самый тугоплавкий металл, и даже не принадлежит к этой группе элементов. Он относится к среднеплавким материалам. Назовите самый тугоплавкий металл? Такой вопрос не застанет теперь вас врасплох. Можно смело отвечать - это вольфрам.

Вместо заключения

Примерно тридцать тысяч тонн в год вольфрама производится во всем мире. Этот металл непременно входит в состав наилучших сортов сталей для изготовления инструментов. На нужды металлургии расходуется до 95% всего вырабатываемого вольфрама. Для удешевления процесса в основном используют более дешевый сплав, состоящий из 80% процентов вольфрама и 20% железа. Используя свойства вольфрама, его сплав с медью и никелем применяют для производства контейнеров, используемых под хранение радиоактивных веществ. В радиотерапии этот же сплав служит для изготовления экранов, обеспечивая надежную защиту.

Металлы - это самый распространенный материал (наряду с пластмассами и стеклом), который применяется людьми с древних времен. Уже тогда человеку была известна характеристика металлов, он с выгодой использовал все их свойства для создания прекрасных произведений искусства, посуды, предметов быта, сооружений.

Одной из главных черт при рассмотрении этих веществ является их твердость и тугоплавкость. Именно эти качества позволяют определять область использования того или иного металла. Поэтому рассмотрим все физические свойства и особое внимание уделим вопросам плавкости.

Физические свойства металлов

Характеристика металлов по физическим свойствам может быть выражена в виде четырех основных пунктов.

1. Металлический блеск - все имеют примерно одинаковый серебристо-белый красивый характерный блеск, кроме меди и золота. Они имеют красноватый и желтый отлив соответственно. Кальций - серебристо-голубой.
2. Агрегатное состояние - все твердые при обычных условиях, кроме ртути, которая находится в виде жидкости.
3. Электро- и теплопроводность - характерна для всех металлов, однако выражена в разной степени.
4. Ковкость и пластичность - также общий для всех металлов параметр, который способен варьироваться в зависимости от конкретного представителя.
5. Температура плавления и кипения - определяет, какой металл тугоплавкий, а какой легкоплавкий. Этот параметр разный для всех элементов.

Все физические свойства объясняются особым строением металлической кристаллической решетки. Ее пространственным расположением, формой и прочностью.

Легкоплавкие и тугоплавкие металлы

Данный параметр является очень важным, когда речь заходит об областях применения рассматриваемых веществ. Тугоплавкие металлы и сплавы - это основа машино- и кораблестроения, выплавки и литья многих важный изделий, получения качественного рабочего инструмента. Поэтому знание температур плавления и кипения играет основополагающую роль.

Характеризуя металлы по прочности, можно разделить их на твердые и хрупкие. Если же говорить о тугоплавкости, то здесь выделяют две основные группы:

1. Легкоплавкие - это такие, которые способны менять агрегатное состояние при температурах ниже 1000 о С. Примерами могут служить: олово, свинец, ртуть, натрий, цезий, марганец, цинк, алюминий и другие.
2. Тугоплавкими считаются те, чья температура плавления выше обозначенной величины. Их не так много, а на практике применяется еще меньше.

Таблица металлов, имеющих температуру плавления свыше 1000 о С, представлена ниже. Именно в ней и располагаются самые тугоплавкие представители.

Данная таблица металлов включает в себя всех представителей, чья температура плавления выше 1000 о С. Однако на практике многие из них не применяются по различным причинам. Например, из-за экономической выгоды или вследствие радиоактивности, слишком высокой степени хрупкости, подверженности коррозионному воздействию.

Также из данных таблицы очевидно, что самый тугоплавкий металл в мире - это вольфрам. Наименьший показатель у золота. При работе с металлами важное значение имеет мягкость. Поэтому многие из обозначенных выше также не используются в технических целях.

Наиболее тугоплавкий металл - вольфрам

В периодической системе располагается под порядковым номером 74. Название получил по фамилии известного физика Стивена Вольфрама. При обычных условиях представляет собой твердый тугоплавкий металл серебристо-белого цвета. Обладает ярко выраженным металлическим блеском. Химически практически инертен, в реакции вступает неохотно.

В природе содержится в виде минералов:

• вольфрамит;
• шеелит;
• гюбнерит;
• ферберит.

Учеными было доказано, что вольфрам - наиболее тугоплавкий металл из всех существующих. Однако существуют предположения о том, что сиборгий теоретически способен побить рекорд этого металла. Но он является радиоактивным элементом с очень коротким периодом существования. Поэтому доказать это пока невозможно.

При определенной температуре (свыше 1500 о С) вольфрам становится ковким и пластичным. Поэтому возможно изготовление тонкой проволоки на его основе. Это свойство используется для изготовления нитей накаливания в обычных бытовых электрических лампочках.

Как наиболее тугоплавкий металл, выдерживающий температуры больше 3400 о С, вольфрам применяется в следующих областях техники:

• как электрод при аргонной сварке;
• для получения кислотоустойчивых, износостойких и ;
• в качестве нагревательного элемента;
• в вакуумных трубках как нить накаливания и прочее.

Помимо металлического вольфрама, широко применяются в технике, науке и электронике его соединения. Как самый тугоплавкий металл в мире он и соединения формирует с очень высококачественными характеристиками: прочные, устойчивые практически ко всем видам химического воздействия, не подвергающиеся коррозии, выдерживающие низкие и высокие температуры (победит, сульфид вольфрама, его монокристаллы и другие вещества).

Ниобий и его сплавы

Nb, или ниобий, - при обычных условиях серебристо-белый блестящий металл. Он также является тугоплавким, поскольку температура перехода в жидкое состояние для него составляет 2477 о С. Именно это качество, а также сочетание низкой химической активности и сверхпроводимости позволяет ниобию становиться все более популярным в практической деятельности человека с каждым годом. Сегодня этот металл используется в таких отраслях, как:

• ракетостроение;
• авиационная и космическая промышленность;
• атомная энергетика;
• химическое аппаратостроение;
• радиотехника.

Этот металл сохраняет свои физические свойства даже при очень низких температурах. Изделия на его основе отличаются коррозионной устойчивостью, жаростойкостью, прочностью, отличной проводимостью.

Этот металл добавляют к алюминиевым материалам для повышения химической стойкости. Из него изготовляют им легируют цветные сплавы. Даже монеты в некоторых странах делают с содержанием ниобия.

Тантал

Металл, в свободном виде и при обычных условиях покрытый оксидной пленкой. Обладает набором физических свойств, которые позволяют ему быть широко распространенным и очень важным для человека. Его основные характеристики следующие:

1. При температуре свыше 1000 о С становится сверхпроводником.
2. Это наиболее тугоплавкий металл после вольфрама и рения. Температура плавления составляет 3017 о С.
3. Прекрасно поглощает газы.
4. С ним легко работать, так как он прокатывается в пласты, фольгу и проволоку без особого труда.
5. Обладает хорошей твердостью и не хрупкий, сохраняет пластичность.
6. Очень устойчив к воздействию химических агентов (не растворяется даже в царской водке).

Благодаря таким характеристикам сумел завоевать популярность как основа для многих жаропрочных и кислотоустойчивых, антикоррозионных сплавов. Его многочисленные соединения находят применение в ядерной физике, электронике, приборах вычислительного плана. Используются как сверхпроводники. Раньше тантал использовался как элемент в Сейчас его место занял вольфрам.

Хром и его сплавы

Один из в естественном виде голубовато-белой окраски. Его температура плавления ниже, чем у рассмотренных до сих пор элементов, и составляет 1907 о С. Однако он все равно используется в технике и промышленности повсеместно, так как хорошо поддается механическим воздействиям, обрабатывается и формуется.

Особенно ценен хром в качестве напылителя. Его наносят на изделия для придания им красивого блеска, защиты от коррозии и повышения износостойкости. Процесс называется хромированием.

Сплавы хрома очень популярны. Ведь даже небольшое количество этого металла в сплаве значительно увеличивает твердость и устойчивость последнего к воздействиям.

Цирконий

Один из самых дорогих металлов, поэтому применение его в технических целях затруднено. Однако физические характеристики делают его просто незаменимым во многих других отраслях.

При обычных условиях это красивый серебристо-белый металл. Обладает достаточно высокой температурой плавления - 1855 о С. Имеет хорошую твердость, устойчивость к коррозии, так как химически не активен. Также отличается великолепной биологической совместимостью с кожей человека и всего организма в целом. Это делает его ценным металлом для использования в медицине (инструменты, протезы и так далее).

Основные области применения циркония и его соединений, в том числе сплавов, следующие:

• ядерная энергетика;
• пиротехника;
• легирование металлов;
• медицина;
• изготовление биопосуды;
• как сверхпроводник.

Из циркония и сплавов на его основе изготавливаются даже украшения, способные влиять на улучшение состояния здоровья человека.

Молибден

Если выяснять, какой металл самый тугоплавкий, то, помимо обозначенного вольфрама, можно назвать и молибден. Его температура плавления составляет 2623 о С. При этом он достаточно твердый, пластичный и поддающийся обработке.

Используется он в основном не в чистом виде, а как составной компонент сплавов. Они, благодаря присутствию молибдена, значительно укрепляются в износостойкости, жаропрочности и антикоррозийности.

Некоторые соединения молибдена используют как технические смазки. Также этот металл является легирующим материалом, одновременно влияющим и на прочность, и на антикоррозийность, что встречается очень редко.

Ванадий

Серый металл с серебристым блеском. Обладает достаточно высоким показателем плавкости (1920 о С). Используется в основном как катализатор во многих процессах, благодаря своей инертности. Применяется в энергетике как химический источник тока, в производствах неорганических кислот. Основное значение имеет не чистый металл, а именно некоторые его соединения.

Рений и сплавы на его основе

Какой металл самый тугоплавкий после вольфрама? Это рений. Его показатель плавкости составляет 3186 о С. По прочности превосходит и вольфрам, и молибден. Пластичность его не слишком высока. Спрос на рений очень велик, а вот добыча составляет сложности. Вследствие этого он является самым дорогим металлом из существующих на сегодняшний день.

Применяется для изготовления:

• реактивных двигателей;
• термопар;
• нитей накаливания для спектрометров и прочих устройств;
• как катализатор при нефтепереработке.

Все области применения дорогостоящие, поэтому он используется только в случае когда заменить чем-либо другим возможности нет.

Титановые сплавы

Титан - это очень легкий металл серебристо-белого цвета, который находит широкое применение в металлургической промышленности и металлообработке. Может взорваться при нахождении в мелкодисперсном состоянии, поэтому является пожароопасным.

Применяется в авиа- и ракетостроении, при производстве кораблей. Широко используется в медицине благодаря биологической совместимости с организмом (протезы, пирсинги, имплантаты и прочее).