贵金属在科研中的应用

贵金属在科研中的应用
电气仪表中的元勋——贵金属电器元件材料
电是当今社会最重要的动力之一，人类的生活和工作完全离不开电。

在我们所用的各种电器设备和仪器仪表中有许多电转换装臵，如接触器、开关、电位器、继电器、连接器等，以及功能元器件，它们起着接通或断开电路.传递电信号等作用，或发挥特殊的功能。

在这些电转换装臵或功能元器件中，大量使用了电触点、电刷、滑环、换向片、接插件等元件，以及电阻线圈、储能和磁簧等元件，其使用性能和寿命在很大程度上取决于所采用的元件材料。

贵金属及其合金具有优良的导电导热性、抗氧化性、耐蚀性以及特殊的磁学和力学性能，是一类重要的电气仪表材料。

然而，它们由于资源稀少，价格昂贵，通常以很少的数，用于要求高性能、高可靠的电器设备和仪器仪表的关键部位;采用贵金属及其元器件的电器设备和仪器仪表除部分民用外，主要用于航空、航天、航海、通信、兵器等工业。

因此，在电器设备和仪器仪表中采用贵金属及其合金，不仅推动了电气工业的发展，而且对国防军工现代化起到重要作用。

当我们掀动按钮或合上开关时，电灯亮了、电视屏幕出现图像、机器轰鸣、汽车启动、飞机开始滑行、火箭徐徐升空、导弹射向预定目标……这时电路接通了，家用电器、机床、交通运输和运载工具都进人工作状态。

反之，当我们再次掀动按钮或拉开开关时，一切都停止下来.电路的通和断由电转换器控制，电触点是电转换器的核心部件，它在很大程度上决定了电器设备、仪器仪表的可靠性。

制备电转换装臵中电触点、电刷、滑环、换向片、整流片、接插件等元件的材料统称为电接触材料，它们主要承担通断电流和传输电信号的功能。

按然接触元件的结构和工作方式，电接触材料可分为断开接触材料、滑动接触材料和弹性接触材料三类，分别用于开关电器、电位器、旋转开关、电动机和微型电动机，以及接一插件等。

电转换装臵在通断电流的过程中会产生大量热量.并在接点之间产生电弧，导致接点表面氧化，甚至熔焊、烧蚀引起失效;在含硫环境中工作的开关电器接点表面会生成硫化物膜，增大接触电阻，妨碍电流接通:对滑动接点，由于接触表面之间除通断电流外还相互摩擦，会导致接点磨损〃〃…因此，电转换装臵对电接点材料有很高的要求，特别在通断小电流、低电压的所谓“轻负荷”条件下，接点间较小的接触压力难以使接点表面的氧化物、硫化物
膜破裂露出新鲜金属表面，而导致接触电阻增大。

在这一情况下，贵金属电接触材料显示了其它金属及合金所不具有的优点和通断电流的能力。

贵金属电接触材料，无论断开接触材料，还是滑动接触材料，按其组成，可分为银基、金基、铂基和把基四大类.包括贵金属合金材料，贵金属一金属氧化物复合材料和烧结型贵金属材料等。

火花塞材料
在启动汽车和飞机时.要用电极即火花塞(图 5.2)点嫩压缩汽油和空气的混合气体.因而.火花塞是发动机的“心脏”。

火花塞工作温度高达2000℃以上，并要求长使用寿命，因此，除贵金属外没有任何其它材料能满足使用要求。

常用的火花塞材料有Pt-Ir. Pt-Ni等合金.熔断器材料
熔断器是电路或电器设备的保护装臵.防止短路电流和过负荷引起电路和电器装臵损坏。

银及其合金常用于电子设备和低压电路过负荷保护;金丝常用于电炉非正常温度线路保护;把丝常用于汽车排气系统中，800℃条件下防止温度过度升高的线路保护;铂丝用作炸药爆炸的引爆线。

通常金属的电阻随温度升高而增大。

贵金属因其电阻系数高且稳定、电阻温度系数低和化学性能稳定而成为重要的电阻材料。

电位计广泛用于工业测量和控制技术中.Pt-(---15)Rh,Pt-Ir,Pt Ru,Pt-W,Ag-Pd等贵金属合金主要用于机械式精密电位计作绕阻材料，同贵金属电刷材料匹配.
早在1856年，人们就发现金属材料受力发生变形时电阻发生变化的现象。

在这一发现的基础上，人们利用金属形变与电阻变化间的关系，将细金属丝按不同电阻值作成电阻应变姗或将金属惰制成应变片.用于分析工程构件在复杂应力场中的受力和变形状况。

根据这一原理，1937年首次制作出电阻应变计。

Pt-W, Pt-Rh , Pt-Pd-Rh是早期使用的电阻应变材料.2。

世纪9。

年代中期又研制出能在900℃条件下使用的多元Pt-W合金高温电阻应变材料.贵金属电阻应变计主要用十受力设备和零部件的应力侧量，以及飞机和舰船的设计、检测及事故分析。

贵金属电阻应变材料的使用推进了航空、航海、航天以及核工程的发展。

在实验室和工业生产中许多过程要在高温条件下进行，需要高温炉。

铂和铂锗合金因其熔点高、抗氧化和高温强度好而成为制作高温电阻炉发热元件的重要材料。

采用铂和铂佬合金发热元件的高温电炉在大气环境中可在高达1200-1 600'C温度下工作。

在航空航天和军工用精密仪表中通常使用弹簧片、膜盒、张丝、导电游丝、吊丝、轴尖、频率兀件和振动等元件，这些元件需要用贵金属弹性材料制作。

目前广泛使用的贵金属弹性材料主要有铂基和把幕弹性合金，如Pt-20Ag, Pt-(20- 30)Pd-1OAg,Pt-(7^-12)Pd(4'--25)Ga,Pt-8. 5W以及Pd-MT、系、Pd-Au系和Au-Pd-Mo-Al等合金。

磁性材料
1936年Jollingghao:发现Pt-Co合金具有永磁性能.此后的研究结果表明，Pt-23. 3Co合金是加工性能最优良的永磁材料。

它具有较高的矫顽力和磁能积.且磁稳定性好，耐腐蚀抗氧化，可在酸、碱、盐介质下工作。

但是，Pt-C。

合金由于价格昂贵，故主要用于航天、航空、航海、仪表、计t记录仪器、助听器、磁控管等体积小、形状复杂的场合。

Pt-Co-Fe, Pt-Co-Ni , Pt-Cr-C。

等铂基三元合金也具有优良的磁学性能，主要用作齿科磁性材料。

Ag-Mn-Al是顺磁性合金，是在退磁效应很强的条件下工作的永磁材料.可用于高斯表和电压调节器中作磁铁以及带旋转磁体的小型测量仪表中的磁簧.本文由回收硝酸银整理发布（/）。

高温耐蚀精密构件的支撑—贵金属增锅器皿材料
在做化学实验时我们经常用到柑祸器皿.工业生产过程也大盆使用柑锅器皿。

贵金属，尤其是铂族金属及其合金熔点高、抗氧化、耐腐蚀、高温强度高，是性能优良的柑锅器皿材料。

早在18世纪中期，以铂制作的蒸馏器就取代了制造硫酸过程中的玻璃干馏釜.此后，贵金属及其合金作为柑锅器皿材料，在实验室和工业生产中得到广泛应用。

包括柑祸、电极、盘、网纱、燃烧舟、过滤锥、刮勺、搅拌棒以及炉子绕组等用品。

主要用于冶金、化工和生物等领域完成分析、控制和研究工作，涉及硫
酸、硝酸、氢氟酸等强酸、碱性氧化物、碱以及碳酸盐、过氧化钠等物质的蒸发，碳酸钠、硝酸、碱金属或碱上金属抓化物，以及碱式硫酸盐之类物质熔融等过程。

在铂族金属中，铂与氧的亲和力最小，具有优良的抗氧化性能.在空气和氧气中加热时，铂的表面先生成氧化物膜，随着温度继续升高，氧化物分解;铂对各种化学试剂极为稳定。

在400-1 100℃条件下不受碳酸钠、碳酸钾、翻酸、砚酸钠、焦硫酸盐等助熔剂侵蚀，也不被氢氟酸、硫酸、硝酸、高抓酸等无机酸授蚀;此外还有良好的加工性能。

因此，铂成为制作实验室器皿的主要材料。

铂钳祸器皿除用作常规分析外，还广泛用于以上述助熔剂熔化煤或矿物，以无机酸盐熔融Si02，以及测量煤和焦炭中挥发性组元.
在铂中添加合金元素可进一步改善其性能。

例如:添加佬可提高铂的硬度、强度和高温耐腐蚀性(除含硫情况外)，铂佬合金对酸的耐蚀性随锗含量增加而提高，含铐20沁以上的Pt-Rh合金甚至不溶解于王水;添加铱显著提高铂抗王水腐蚀的能力;添加金提高其持久强度，在900℃条件下添加5%金可提高铂的持久强度二倍以上，并可改善铂器皿的形状稳定性.因此，各种铂合金也广泛用于制作实验室器皿。

铂及其合金实验室器皿的应用推动了化学分析、仪器分析技术及其设备的发展。

玻璃纤维及工业用漏板
民用餐具和炊具玻璃、建筑用平板玻璃、光学玻璃、辐射屏用玻璃等，是一类重要的无机非金属材料.同建筑业、电器工业、汽车工业等重要工业部门和人民生活密切相关。

玻璃含有二氧化硅、苏打、石灰和各种改性剂，在高温下熔化形成腐蚀性熔体。

因此，熔化玻璃的容器和装臵应能在大气中并在1100~170。

℃温度和复杂的应力作用下跟硅酸盐熔体接触几百甚至几千小时而不发生明显腐蚀并具有足够强度.铂及其合金是惟一能在氧化气氛下抗熔融玻璃腐蚀的金属。

1828年M.Faraday用铂柑锅成功地熔化了光学玻璃.自
19世纪中期以来，铂就用于制作熔化玻璃的柑锅及搅拌器等装臵。

目前.玻璃工业是贵金属的主要用户之一，它和汽车工业、硝酸制造、石油精炼以及首饰业一起成为世界上耗铂的五个主要方面。

熔化玻璃的装臵有两种，其一是柑祸炉，容量通常为50~1001砂，工作温度约为 1 500℃，用于小批量生产高质量玻璃，以铂或铂合金制作钳涡和搅拌器;其二是箱式炉，用于大批量熔化玻璃，生产玻璃板、玻璃瓶、灯泡和玻确纤维，其熔化槽工作条件十分恶劣，铂及其合金用于制作熔化柑壁.每一台箱式炉用铂约10。

~160kg.
玻瑞纤维可用作绝热、绝缘和隔音材料以及塑料基复合材料的增强材料.玻璃纤维通常制作成连续长纤维或长度仅为几十厘米的玻璃棉两种形式.“漏板”是拉制玻璃纤维的关键部件，几乎所有连续长纤维都从称之为“漏板”上的喷嘴中流出的熔融玻瑞拉制而成(图5.5)。

玻璃纤维生产可采用重熔式漏板或直熔式漏板，二者的区别是:前者以玻璃球(直径2~3em)或玻璃棒(直径l。

mX100em)为原料，在炉内再加热熔化拉制玻纤;后者以接近纤维拉制温度的熔融玻璃为原料.在炉内适当加热拉制玻纤，重熔式漏板因要完成玻瑞重熔和玻纤拉制两个功能，尺寸较大，约为直熔式漏板的二倍。

由于玻纤生产在高温下进行，加上熔融玻璃的腐蚀，要求漏板材料具有优良的高温强度和抗蠕变能力以及优良的耐蚀性。

各种耐热合金均不能满足使用要求，铂族金属合金成了不可替代的漏板材料。

自20世纪40年代以来.P卜loRh，Pt一ZoRh合金一直是制作玻纤漏板的材料，用于生产直径为10~25拜m的玻璃纤维.
在高质量不连续玻璃纤维的生产中，要使用铂或铂锗合金旋转框和铂族金属喂料器漏板。

喂料器漏板可通过缠绕在喷嘴外的P卜Rh合金线圈直接或间接加热.从旋转框前床得到成分均匀的玻瑞熔体，生产的玻璃纤维直径为9~25料m.由于纯铂易被熔融玻璃浸润.引起玻璃熔体“漫流”，即流到喷嘴外直至邻近喷嘴，通常在纯铂中添加铭和(或)金以提高铂抗熔融玻瑞的浸润性。

因此，Pt一SR卜4Au，Pt-10Rh-SAu，Pt一7R卜3Au，Pt一12Rh-3Au等合金是常用的漏板材料。

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