Получение особо чистых металлов

Для получения особо чистых металлов и полупроводников применяются кристаллофизические методы рафинирования (зонная плавка, вытягивание монокристаллов из расплава), основанные на различии составов твёрдой и жидкой фаз при кристаллизации металла из расплава. Процессы получения отливок из расплавленных металлов и сплавов и слитков, предназначенных для последующей обработки давлением, известны человечеству на протяжении многих веков. Основные направления технического прогресса в этой области связаны с переходом к непрерывной разливке стали и сплавов и к совмещенным процессам литья и обработки заготовок давлением (например, бесслитковое получение проволоки или листа из расплавленного алюминия, меди, цинка).

Чистые металлы

Чистые металлы, металлы с низким содержанием примесей. В зависимости от степени чистоты различают металлы повышенной чистоты (99,90—99,99%), металлы высокой чистоты, или химически чистые (99,99—99,999%), металлы особой чистоты, или спектрально-чистые, ультрачистые металлы (свыше 99,999%). Ультрачистые металлы, высокочистые металлы, особо чистые металлы, металлы, суммарное содержание примесей в которых не превышает 110-3% (по массе). Основные стадии технологии производства У. м.: получение чистых химических соединений, восстановление их до элементарного состояния и дополнительная очистка. Чистые соединения получают сорбцией, экстракцией, дистилляцией, ректификацией, ионным обменом, перекристаллизацией из водных растворов. Восстановление соединений осуществляется химическими методами, термическим разложением или электроосаждением. Дополнительная очистка металлов обеспечивается электролитическим рафинированием (Cu, Ni, Pb, Al, Ga), дистилляцией или ректификацией (Zn, Cd, Hg), вакуумной плавкой (Cu, Sn, Al, Ga), электроннолучевой или плазменной плавкой (V, Nb, Ta, W, Mo, Ti). Значительное повышение чистоты металлов и получение монокристаллов достигаются методами направленной кристаллизации, вытягиванием кристаллов из расплава, зонной перекристаллизацией. У. м. обладают повышенной пластичностью, коррозионной стойкостью, электропроводностью, пониженной температурой рекристаллизации. Для анализа примесей в У. м. применяют высокочувствительные методы (спектральный с обогащением, полярографический, люминесцентный, масс-спектральный, радиоактивационный и др.). Для оценки общей чистоты металлов используют соотношение удельных электросопротивлений при 293 К и 4,2 К (S293/ S4,2); это соотношение возрастает с повышением чистоты металлов. У. м. (например, W, Mo) применяются в качестве конструкционных материалов в приборах и устройствах авиационной и ядерной техники. Из высокочистого ниобия изготовляют сверхпроводящие СВЧ резонаторы. У. м. 2-й (Zn, Cd, Hg), 3-й (Al, Ga, In), 4-й (Pb, Sn) и 5-й (Bi) групп таблицы Менделеева используются для синтеза простых и сложных полупроводниковых соединений и твёрдых растворов на их основе. У. м. имеют важное значение для исследований в области физики твёрдого тела (в качестве эталонов), для развития энергетики, космической и полупроводниковой техники.