ALUMINIU DE PURITATE SPECIALA Proprietati, aplicare, obtinere
Aluminiul este un metal alb-argintiu ușor (densitate 2720 kg/mg), cu o nuanță albăstruie. Este destul de cald și conducător electric, rezistent la coroziune și rezistent la căldură.
Aluminiul cu o frecvență specială este marcat ca aluminiu A999 cu impurități care nu depășesc 0,001%.
Specificații pentru aluminiu de înaltă puritate.
Ștampile
Compoziția chimică a aluminiului, %
Impurități, nu mai mult
Aluminiu, nu mai puțin de
Fier
Siliciu
Cupru
Zinc
Titan
Alte impurități, fiecare separat
Suma
Aluminiu de înaltă puritate
Aluminiu de înaltă puritate
Aluminiu de calitate tehnică
Combinația de proprietăți fizice, mecanice și chimice ale aluminiului determină aplicarea sa largă în aproape toate domeniile tehnologiei, în special sub forma aliajelor sale cu alte metale. În inginerie electrică, aluminiul înlocuiește cu succes cuprul, în special în producția de conductori masivi, de exemplu, în linii aeriene, cabluri de înaltă tensiune, bare de comutație, transformatoare (conductivitatea electrică a aluminiului atinge 65,5% din conductibilitatea electrică a cuprului și este de peste trei ori mai ușoară decât cuprul; cu aceeași secțiune a cuprului are aceeași secțiune transversală care asigură o jumătate de conductivitate a cuprului). Aluminiul ultra-pur este utilizat în producția de condensatoare și redresoare electrice, a căror funcționare se bazează pe capacitatea peliculei de oxid de aluminiu de a transmite curent electric într-o singură direcție. Aluminiul ultrapur purificat prin topire zonală este utilizat pentru sinteza compușilor semiconductori de tip AIII BV utilizați pentru producerea dispozitivelor semiconductoare.
Descrierea ciclului tehnologic al aluminiului de înaltă puritate
Aluminiul de înaltă puritate (gradul A999) poate fi obținut în trei moduri: topire în zonă, distilare prin subhalogenuri și electroliza compușilor organoaluminiu. Dintre metodele de mai sus pentru obținerea aluminiului de puritate specială, metoda de topire a zonei a primit aplicare practică în URSS.
Principiul topirii zonei constă în trecerea multiplă a zonei topite de-a lungul lingoului de aluminiu. Conform coeficienților de distribuție K=Stv/Szh (unde Stv este concentrația de impurități în solid și Cf în faza lichidă), care determină în mare măsură eficiența purificării de impurități, aceste impurități pot fi împărțite în trei grupe. Prima grupă include impuritățile care scad punctul de topire al aluminiului; au K Ba, Pt, Au, Bi, Pb, Cd, In, Na, Mg, Cu, Si, Ge, Zn. Al doilea grup include impuritățile care măresc punctul de topire al aluminiului; ele sunt caracterizate prin K> 1 și în timpul topirii zonei sunt concentrate în partea solidă (inițială) a lingoului. Aceste impurități includ Nb, Ta, Cr, Ti, Mo, V. Al treilea grup include impurități cu un coeficient de distribuție foarte apropiat de unitate (Mn, Sc). Aceste impurități practic nu sunt îndepărtate în timpul topirii zonei a aluminiului. Aluminiul destinat topirii zonelor este supus unei anumite pregătiri, care constă în filtrare, degazare și decapare. Filtrarea este necesară pentru a îndepărta din aluminiu un film de oxid refractar și durabil, dispersat în metal. Alumina prezentă în aluminiul topit poate crea centre de cristalizare în timpul solidificării sale, ceea ce duce la producerea unui lingou policristalin și la perturbarea efectului de redistribuire a impurităților între metalul solid și zona topită. Filtrarea aluminiului se realizează învid (presiune reziduală 0,1-0,4 Pa) printr-un orificiu din fundul creuzetului de grafit cu diametrul de 1,5-2 mm. Degazarea preliminară a aluminiului înainte de topirea zonei (și încălzirea în vid) este efectuată pentru a preveni stropirea metalului în timpul topirii zonei în cazul în care procesul se desfășoară în vid înalt.
Ultima etapă în prepararea aluminiului pentru topirea zonei este gravarea suprafeței sale cu un amestec de acizi clorhidric și azot concentrați. Deoarece aluminiul are o activitate chimică semnificativă și în special grafitul pur este folosit ca material principal pentru containere (ambarcațiuni), topirea zonei a aluminiului se realizează în vid sau în atmosferă de gaz inert (argon, heliu). Topirea zonelor în vid asigură o puritate ridicată a aluminiului datorită volatilizării unor impurități în timpul vidului (magneziu, zinc, cadmiu, metale alcaline și alcalino-pământoase) și exclude, de asemenea, contaminarea metalului purificat cu impurități ca urmare a utilizării gazelor inerte de protecție. Topirea zonei a aluminiului în vid poate fi efectuată cu evacuarea continuă a unui tub de cuarț, unde este plasată o barcă de grafit cu un lingou de aluminiu, precum și în fiole de cuarț sigilate, din care aerul este evacuat preliminar la o presiune reziduală de aproximativ 1-10-3 Pa.
Pentru a crea o zonă topită pe un lingou de aluminiu în timpul topirii zonei sale, încălzirea poate fi aplicată folosind cuptoare cu rezistență mică sau curenți de înaltă frecvență. Alimentarea cuptoarelor cu rezistență electrică nu necesită echipamente complexe, cuptoarele sunt ușor de operat. Singurul dezavantaj al acestei metode de încălzire este secțiunea transversală mică a lingoului de aluminiu care este curățat. Încălzirea prin inducție cu curenți de înaltă frecvență este o modalitate ideală de a crea o zonă topită pe un lingot în zona de topire. Metoda de înaltă frecvențăîncălzirea (pe lângă faptul că permite topirea în zonă a lingourilor de secțiuni mari) are avantajul important că metalul topit este amestecat continuu în zonă; aceasta facilitează difuzia atomilor de impurități de pe frontul de cristalizare în adâncimea topiturii.