Металл для изготовления катодов

Обновлено: 04.10.2024

Электрохимическая защита – эффективный способ защиты готовых изделий от электрохимической коррозии. В некоторых случаях невозможно возобновить лакокрасочное покрытие или же защитный оберточный материал, тогда целесообразно использовать электрохимическую защиту. Покрытие подземного трубопровода или же днища морского суда очень трудоемко и дорого возобновлять, иногда просто невозможно. Электрохимическая защита надежно защищает изделие от коррозии, предупреждая разрушение подземных трубопроводов, днищ судов, различных резервуаров и т.п.

Применяется электрохимическая защита в тех случаях, когда потенциал свободной коррозии находится в области интенсивного растворения основного металла либо перепассивации. Т.е. когда идет интенсивное разрушение металлоконструкции.

Суть электрохимической защиты

К готовому металлическому изделию извне подключается постоянный ток (источник постоянного тока или протектор). Электрический ток на поверхности защищаемого изделия создает катодную поляризацию электродов микрогальванических пар. Результатом этого является то, что анодные участки на поверхности металла стают катодными. А вследствии воздействия коррозионной среды идет разрушение не металла конструкции, а анода.

В зависимости от того, в какую сторону (положительную или отрицательную) смещается потенциал металла, электрохимическую защиту подразделяют на анодную и катодную.

Катодная защита от коррозии

Катодная электрохимическая защита от коррозии применяется тогда, когда защищаемый металл не склонен к пассивации. Это один из основных видов защиты металлов от коррозии. Суть катодной защиты состоит в приложении к изделию внешнего тока от отрицательного полюса, который поляризует катодные участки коррозионных элементов, приближая значение потенциала к анодным. Положительный полюс источника тока присоединяется к аноду. При этом коррозия защищаемой конструкции почти сводится к нулю. Анод же постепенно разрушается и его необходимо периодически менять.

Существует несколько вариантов катодной защиты: поляризация от внешнего источника электрического тока; уменьшение скорости протекания катодного процесса (например, деаэрация электролита); контакт с металлом, у которого потенциал свободной коррозии в данной среде более электроотрицательный (так называемая, протекторная защита).

Поляризация от внешнего источника электрического тока используется очень часто для защиты сооружений, находящихся в почве, воде (днища судов и т.д.). Кроме того данный вид коррозионной защиты применяется для цинка, олова, алюминия и его сплавов, титана, меди и ее сплавов, свинца, а также высокохромистых, углеродистых, легированных (как низко так и высоколегированных) сталей.

Внешним источником тока служат станции катодной защиты, которые состоят из выпрямителя (преобразователь), токоподвода к защищаемому сооружению, анодных заземлителей, электрода сравнения и анодного кабеля.

Катодная защита применяется как самостоятельный, так и дополнительный вид коррозионной защиты.

Главным критерием, по которому можно судить о эффективности катодной защиты, является защитный потенциал. Защитным называется потенциал, при котором скорость коррозии металла в определенных условиях окружающей среды принимает самое низкое (на сколько это возможно) значение.

В использовании катодной защиты есть свои недостатки. Одним из них является опасность перезащиты. Перезащита наблюдается при большом смещении потенциала защищаемого объекта в отрицательную сторону. При этом выделяется. В результате – разрушение защитных покрытий, водородное охрупчивание металла, коррозионное растрескивание.

Протекторная защита (применение протектора)

Разновидностью катодной защиты является протекторная. При использовании протекторной защиты к защищаемому объекту подсоединяется металл с более электроотрицательным потенциалом. При этом идет разрушение не конструкции, а протектора. Со временем протектор корродирует и его необходимо заменять на новый.

Протекторная защита эффективна в случаях, когда между протектором и окружающей средой небольшое переходное сопротивление.

Каждый протектор имеет свой радиус защитного действия, который определяется максимально возможным расстоянием, на которое можно удалить протектор без потери защитного эффекта. Применяется протекторная защита чаще всего тогда, когда невозможно или трудно и дорого подвести к конструкции ток.

Протекторы используются для защиты сооружений в нейтральных средах (морская или речная вода, воздух, почва и др.).

Для изготовления протекторов используют такие металлы: магний, цинк, железо, алюминий. Чистые металлы не выполняют в полной мере своих защитных функций, поэтому при изготовлении протекторов их дополнительно легируют.

Железные протекторы изготавливаются из углеродистых сталей либо чистого железа.

Цинковые протекторы

Цинковые протекторы содержат около 0,001 – 0,005 % свинца, меди и железа, 0,1 – 0,5 % алюминия и 0,025 – 0,15 % кадмия. Цинковые проекторы применяют для защиты изделий от морской коррозии (в соленой воде). Если цинковый протектор эксплуатировать в слабосоленой, пресной воде либо почвах – он достаточно быстро покрывается толстым слоем оксидов и гидроксидов.

Протектор магниевый

Сплавы для изготовления магниевых протекторов легируют 2 – 5 % цинка и 5 – 7 % алюминия. Количество в сплаве меди, свинца, железа, кремния, никеля не должно превышать десятых и сотых долей процента.

Протектор магниевый используют в слабосоленых, пресных водах, почвах. Протектор применяется с средах, где цинковые и алюминиевые протекторы малоэффективны. Важным аспектом является то, что протекторы из магния должны эксплуатироваться в среде с рН 9,5 – 10,5. Это объясняется высокой скоростью растворения магния и образованием на его поверхности труднорастворимых соединений.

Магниевый протектор опасен, т.к. является причиной водородного охрупчивания и коррозионного растрескивания конструкций.

Алюминиевые протекторы

Алюминиевые протекторы содержат добавки, которые предотвращают образование окислов алюминия. В такие протекторы вводят до 8 % цинка, до 5 % магния и десятые-сотые доли кремния, кадмия, индия, таллия. Алюминиевые протекторы эксплуатируются в прибрежном шельфе и проточной морской воде.

Анодная защита от коррозии

Анодную электрохимическую защиту применяют для конструкций, изготовленных из титана, низколегированных нержавеющих, углеродистых сталей, железистых высоколегированных сплавов, разнородных пассивирующихся металлов. Анодная защита применяется в хорошо электропроводных коррозионных средах.

При анодной защите потенциал защищаемого металла смещается в более положительную сторону до достижения пассивного устойчивого состояния системы. Достоинствами анодной электрохимической защиты является не только очень значительное замедление скорости коррозии, но и тот факт, что в производимый продукт и среду не попадают продукты коррозии.

Анодную защиту можно реализовать несколькими способами: сместив потенциал в положительную сторону при помощи источника внешнего электрического тока или введением в коррозионную среду окислителей (или элементов в сплав), которые повышают эффективность катодного процесса на поверхности металла.

Анодная защита с применением окислителей по защитному механизму схожа с анодной поляризацией.

Если использовать пассивирующие ингибиторы с окисляющими свойствами, то защищаемая поверхность переходит в пассивное состояние под действием возникшего тока. К ним относятся бихроматы, нитраты и др. Но они достаточно сильно загрязняют окружающую технологическую среду.

При введении в сплав добавок (в основном легирование благородным металлом) реакция восстановления деполяризаторов, протекающая на катоде, проходит с меньшим перенапряжением, чем на защищаемом металле.

Если через защищаемую конструкцию пропустить электрический ток, происходит смещение потенциала в положительную сторону.

Установка для анодной электрохимической защиты от коррозии состоит из источника внешнего тока, электрода сравнения, катода и самого защищаемого объекта.

Для того, чтоб узнать, возможно ли для определенного объекта применить анодную электрохимическую защиту, снимают анодные поляризационные кривые, при помощи которых можно определить потенциал коррозии исследуемой конструкции в определенной коррозионной среде, область устойчивой пассивности и плотность тока в этой области.

Для изготовления катодов используются металлы малорастворимые, такие, как высоколегированные нержавеющие стали, тантал, никель, свинец, платина.

Чтобы анодная электрохимическая защита в определенной среде была эффективна, необходимо использовать легкопассивируемые металлы и сплавы, электрод сравнения и катод должны все время находится в растворе, качественно выполнены соединительные элементы.

Для каждого случая анодной защиты схема расположения катодов проектируется индивидуально.

Для того, чтоб анодная защита была эффективной для определенного объекта, необходимо, чтоб он отвечал некоторым требованием:

- все сварные швы должны быть выполнены качественно;

- в технологической среде материал, из которого изготовлен защищаемый объект, должен переходить в пассивное состояние;

- количество воздушных карманов и щелей должно быть минимальным;

- на конструкции не должно присутствовать заклепочных соединений;

- в защищаемом устройстве электрод сравнения и катод должны всегда находиться в растворе.

Для реализации анодной защиты в химической промышленности часто используют теплообменники и установки, имеющие цилиндрическую форму.

Электрохимическая анодная защита нержавеющих сталей применима для производственных хранилищ серной кислоты, растворов на основе аммиака, минеральных удобрений, а также всевозможных сборников, цистерн, мерников.

Анодная защита может также применяться для предотвращения коррозионного разрушения ванн химического никелирования, теплообменных установок в производстве искусственного волокна и серной кислоты.

Кельтий

Га́фний — тяжёлый тугоплавкий серебристо-белый металл, 72 элемент периодической системы.

Содержание

История открытия и происхождение названия

Открыт в 1923 г. Гафний искали среди редкоземельных элементов, так как не было выяснено строение 6-го периода системы Д. И. Менделеева. В 1911 г. французский химик Ж. Урбен объявил об открытии нового элемента, названного им кельтием. В действительности он получил смесь, состоящую из иттербия и лютеция и небольшого количества гафния. И только после того, как Н. Бор на основании квантовомеханических расчётов показал, что последним редкоземельным элементом является элемент с номером 71, стало ясно, что гафний — аналог циркония. Базируясь на выводах Бора, который предсказал его свойства и валентность, в 1923 Дирк Костер и Дьёрдь де Хевеши систематически проанализировали рентгеноспектральным методом норвежские и гренландские цирконы. Совпадение линий рентгенограмм остатков после выщелачивания циркона кипящими растворами кислот с вычисленными по закону Мозли для 72-го элемента позволило исследователям объявить об открытии элемента, который они назвали гафнием в честь города, где было сделано открытие (Hafnia — латинское название Копенгагена). Начавшийся после этого спор о приоритете между Ж. Урбеном, Н. Костером и Д. Хевеши продолжался длительное время. В 1949 г. название элемента «гафний» было утверждено Международной комиссией и принято всюду.

Получение

Ввиду отсутствия у гафния собственных минералов и постоянного сопутствия его цирконию, его получение производят путем переработки циркониевых руд (где он содержится в виде примеси 2,5 % от веса циркония). В мире в год в среднем добывается около 70 тонн гафния, и объёмы его добычи пропорциональны объёмам добычи циркония. Интересна особенность скандиевого минерала — тортвейтита: в нём содержится гафния в процентном отношении гораздо больше, чем циркония, и это обстоятельство очень важно при переработке тортвейтита на скандий и концентрировании гафния из него.

Мировые ресурсы гафния

Мировые ресурсы гафния в пересчете на двуокись гафния несколько превышают 1 миллион тонн. Структура распределения этих ресурсов выглядит приблизительно следующим образом:

— более 630 тысяч тонн, — почти 287 тысяч тонн, — чуть более 105 тысяч тонн, — около 70 тысяч тонн, — 9,88 тысяч тонн.

Подавляющая часть сырьевой базы гафния в зарубежных странах представлена цирконом прибрежных морских россыпей.

Запасы гафния в России и СНГ, по оценкам независимых специалистов, весьма велики и в этом отношении при развитии гафниевой промышленности Россия способна стать безусловным лидером на мировом рынке гафния. Стоит также, в связи с этим, упомянуть весьма значительные ресурсы гафния на Украине. Основные гафнийсодержащие минералы в России и СНГ представлены лопаритом, цирконом, бадделеитом, редкометалльными щелочными гранитами.

Физические свойства

Гафний обладает высоким сечением захвата тепловых нейтронов (около 10² барн), тогда как у его химического аналога, циркония, сечение захвата на 2 порядка меньше, около 2×10 -1 барн . В связи с этим цирконий, используемый для создания реакторных ТВЭЛов, должен быть тщательно очищен от гафния. Один из редких природных изотопов гафния, 174 Hf, проявляет слабую альфа-активность (период полураспада 2×10 15 лет).

Химические свойства

Гафний, как и тантал, достаточно инертный материал из-за образования тонкой пассивной плёнки оксидов на поверхности. В целом, химическая стойкость гафния гораздо больше, чем у его аналога — циркония.

Лучшим растворителем гафния является фтороводородная кислота (HF), или смесь фтороводородной и азотной кислот, а также царская водка.

При высоких температурах (свыше 1000 К) гафний окисляется на воздухе, а в кислороде сгорает. Реагирует с галогенами. По стойкости к кислотам подобен стеклу. Также как и цирконий, обладает гидрофобными свойствами (не смачивается водой).

Важнейшие химические соединения

Соединения двухвалентного гафния

HfBr₂ — твёрдое вещество чёрного цвета, самовоспламеняющееся на воздухе. Разлагается при температуре 400 °C на гафний и тетрабромид гафния. Получают диспропорционированием трибромида гафния в вакууме при нагревании.

Hf(HPO₄)₂ — белый осадок, растворимый в серной и фтороводородной кислотах. Получают обработкой растворов солей гафния (II) ортофосфорной кислотой.

Соединения трёхвалентного гафния

HfBr₃ — чёрно-синее твёрдое вещество. Диспропорционирует при 400 °C на дибромид и тетрабромид гафния. Получают восстановлением тетрабромида гафния при нагревании в атмосфере водорода или с металлическим алюминием.

Соединения четырёхвалентного гафния

HfO₂ — бесцветные моноклинные кристаллы (плотность — 9,98 г/см³) или бесцветные тетрагональные кристаллы (плотность — 10,47 г/см³). Последние имеют t_пл 2900 °C, малорастворимы в воде, диамагнитны, обладают более осно́вным характером, чем ZrO₂ и обнаруживают каталитические свойства. Получают нагреванием металлического гафния в кислороде или прокаливанием гидроксида, диоксалата, дисульфата гафния.

Hf(OH)₄ — белый осадок, растворяющийся при добавлении щёлочей и пероксида водорода с образованием пероксогафниатов. Получают глубоким гидролизом солей четырёхвалентного гафния при нагревании или обработкой растворов солей гафния (IV) щёлочами.

HfF₄ — бесцветные кристаллы. t_пл 1025 °C, плотность — 7,13 г/см³. Растворим в воде. Получают термическим разложением соединения (NH₄)₂[HfF₆] в токе азота при 300 °C.

HfCl₄ — белый порошок, сублимирующийся при 317 °C. t_пл 432 °C. Получают действием хлора на металлический гафний, карбид гафния или смесь оксида гафния (II) с углем.

HfBr₄ — бесцветные кристаллы. Сублимируются при 322 °C. t_пл 420 °C. Получают действием паров брома на нагретую до 500 °C смесь оксида гафния (II) с углем.

HfI₄ — жёлтые кристаллы. Сублимирует при 427 °C и термически диссоциирует при 1400 °C. Получается взаимодействием гафния с иодом при 300 °C.

Применение

Основные области применения металлического гафния — производство сплавов для аэрокосмической техники, атомная промышленность, специальная оптика.

В атомной технике используется способность гафния к захвату нейтронов, и его применение в атомной промышленности — это производство регулирующих стержней, специальной керамики и стекла (оксид, карбид, борид, оксокарбид, гафнат диспрозия, гафнат лития). Особенностью и преимуществом диборида гафния является очень малое газовыделение (гелий, водород) при «выгорании» бора.
В оптике применяется оксид гафния в связи с его температурной стойкостью (т. пл. 2780 °C) и очень высоким показателем преломления. Значительную сферу потребления гафния составляет производство специальных марок стекла для оптоволоконных изделий, а также для получения особо высококачественных оптических изделий, покрытия зеркал, в том числе и для приборов ночного видения, тепловизоров. Схожую область применения имеет и фторид гафния.
Карбид и борид гафния (т. пл. 3250 °C) находят применение в качестве чрезвычайно износоустойчивых покрытий и производства сверхтвердых сплавов. Кроме того, карбид гафния является одним из самых тугоплавких соединений (т. пл. 3890 °C) и используется для производства сопел космических ракет и некоторых конструкционных элементов газофазных ядерных реактивных двигателей.
Гафний отличает сравнительно низкая работа выхода электрона (3,53 эВ), и поэтому он применяется для изготовления катодов мощных радиоламп и электронных пушек. В то же время это его качество наряду с высокой температурой плавления позволяет использовать гафний для производства электродов для сварки металлов в аргоне и особенно электродов (катодов) для сварки низкоуглеродистой стали в углекислом газе. Стойкость таких электродов в углекислом газе более чем в 3,7 раза выше, чем вольфрамовых. В качестве эффективных катодов с малой работой выхода применяется также гафнат бария.
Карбид гафния в виде мелкопористого керамического изделия может служить чрезвычайно эффективным коллектором электронов при условии испарения с его поверхности в вакууме паров цезия-133, в этом случае работа выхода электронов снижается менее чем 0,1-0,12 эВ и этот эффект может быть использован для создания высокоэффективных термоэмиссионных электрогенераторов и частей мощных ионных двигателей.
На основе диборида гафния и никеля разработано и уже давно используется высокоизносоустойчивое и твердое композиционное покрытие.
Сплавы тантал-вольфрам-гафний являются лучшими сплавами для подачи топлива в газофазных ядерных ракетных двигателях.
Сплавы титана, легированные гафнием, применяются в судостроении (производство деталей судовых двигателей), а легирование гафнием никеля не только увеличивает его прочность и коррозионную стойкость, но и резко улучшает свариваемость и прочность сварных швов.
Добавление гафния к танталу резко увеличивает его стойкость к окислению на воздухе (жаростойкость) за счет образования плотной и непроницаемой пленки сложных оксидов на поверхности, и, кроме всего, эта пленка оксидов очень стойка к теплосменам (тепловой удар). Эти свойства позволили создать очень важные сплавы для ракетной техники (сопла, газовые рули). Один из лучших сплавов гафния и тантала для сопел ракет содержит до 20 % гафния. Также следует отметить большой экономический эффект при применении сплава гафний-тантал для производства электродов для воздушно-плазменной и кислородно-пламенной резки металлов. Опыт применения такого сплава (гафний — 77 %, тантал — 20 %, вольфрам — 2 %, серебро — 0,5 %, цезий — 0,1 %, хром — 0,4 %) показал в 9 раз больший ресурс работы по сравнению с чистым гафнием.
Легирование гафнием резко упрочняет многие сплавы кобальта, очень важных в турбостроении, нефтяной, химической и пищевой промышленности.
Гафний используется в некоторых сплавах для сверхмощных постоянных магнитов на основе редких земель (в частности, на основе тербия и самария).
Сплав карбида гафния (HfC, 20 %) и карбида тантала (TaC, 80 %) является самым тугоплавким сплавом (т. пл. 4216 °C). Кроме того, есть отдельные указания на то, что при легировании этого сплава небольшим количеством карбида титана температура плавления может быть увеличена еще на 180 градусов.
Добавлением 1 % гафния в алюминий получают сверхпрочные сплавы алюминия с размером зерен металла 40-50 нм. При этом не только упрочняется сплав, но и достигается значительное относительное удлинение и повышается предел прочности при сдвиге и кручении, а также улучшается вибростойкость. с высокой диэлектрической проницаемостью на основе оксида гафния в течение следующего десятилетия заменят в микроэлектронике традиционный оксид кремния, что позволит достичь гораздо более высокой плотности элементов в чипах [1]. Гафний будет использован в 45-нм процессорах Intel Penryn[2]. Также в качестве диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью в электронике применяется силицид гафния. Сплавы гафния и скандия применяются в микроэлектронике для получения резистивных пленок с особыми свойствами.
Гафний используется для производства высококачественных многослойных рентгеновских зеркал.

Перспективные области применения

Метастабильные ядра гафния-178m2 (период полураспада 31,0 года) содержат избыточную энергию, которая может быть высвобождена с помощью внешнего воздействия на ядро (рентгеновское излучение), и этот эффект может быть применен для конструирования безопасного (не создающего радиоактивного заражения) ядерного оружия. Энергия, выделяемая 1 граммом гафния-178m2, примерно соответствует 50 кг тротила. Метастабильный изомер гафния может быть использован для «накачки» компактных лазеров боевого назначения (замещение части атомов гафния на 178m2 Hf позволяет, используя окись гафния как компонент лазерного кристалла, совместить источник энергии и излучатель).

Мирное применение этого ядерного изотопа интересно тем, что он может быть использован как мощный источник гамма-лучей, допускающий регулировку дозы излучения (дефектоскопия), источник энергии для транспорта, очень ёмкий аккумулятор энергии (1 килограмм примерно эквивалентен 4,35 тонны бензина).

Основной проблемой использования гафния-178m2 является трудность наработки этого ядерного изомера. В то же время он является обычным продуктом (отходом) атомной электростанции (отработаные поглотительные гафниевые стержни). Эксплуатация так называемого «гафниевого цикла» и расширение сектора применения гафния будет возрастать по мере увеличения использования гафния для регулировки реакторов. По мере накопления изомера в странах с развитой атомной промышленностью произойдет и становление «гафниевой энергетики».

Разработками так называемой «гафниевой бомбы» на основе изомера 178m2 Hf с 1998 по 2004 год занималось агентство DARPA [1] . Однако, даже использование источников рентгеновского излучения большой мощности не позволило обнаружить эффект индуцированного распада. В 2005 году было показано [2] , что при использовании существующих на сегодняшний день технологий высвобождение избыточной энергии из ядра гафния-178m2 не представляется возможным.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Применение взрывного прессования при изготовлении катодов позволяет в полной мере использовать все перечисленные выше преимущества. В работе [200] приведены результаты практического применения энергии взрыва для прессования катодов, некоторые рекомендации по технологии осуществления этого метода, основные свойства полученных образцов. [46]

Окись бария используется при изготовлении катодов электронных ламп и имеет большое практическое значение. Так как она гигроскопична и на воздухе превращается в карбонат, то большинство исследований выполнено на порошках окиси бария, полученных разложением карбоната бария в вакууме. В работе [76] изучены физические свойства кристаллов окиси бария, нагретых в парах бария и содержащих избыток бария, вероятно, в форме кислородных вакансий. Абсорбционные полосы в этих кристаллах обнаружены при 2; 0 4; 1 2; 2 6 эв. [47]

Соединения РЗЭ весьма перспективны для изготовления катодов в электронных приборах. Используются также в счетно-решающих машинах, телевизионной технике, авиационной и радиотехнике. Марганцовые соединения РЗЭ типа MnLnO3 являются хорошими сегнетоэлектриками. Окись неодима применяется в электронных приборах в качестве диэлектрика с малым коэффициентом линейного расширения. Смесь СеО2 со SrO используется для изготовления радиокерамических материалов. [48]

К алюминию, используемому для изготовления катодов в сухих электролитических конденсаторах, предъявляются значительно менее жесткие требования. [49]

К алюминию, используемому для изготовления катодов в сухих электролитических конденсаторах и корпусов, служащих катодами в конденсаторах с жидким электролитом, предъявляются значительно менее жесткие требования. [50]

Механические свойства эмиттера должны допускать изготовление прочных катодов с большой поверхностью и точно заданной толщиной, а также катодов сложной формы. [51]

При термической обработке во время изготовления камерного катода молекулы ВаО диффундируют из камеры через губчатый вольфрам к наружной поверхности. При этом вольфрам соединяется с кислородом и восстанавливает барий, который, достигая поверхности, образует на ней мономолекулярный слой. Между электроположительным барием и электроотрицательным вольфрамом возникает электрическое поле. При такой структуре излучающей поверхности происходит существенное снижение работы выхода электронов. Кроме того ускоряющее поле способствует эмиссии электронов. [53]

При термической обработке во время изготовления камерного катода молекулы ВаО диффундируют из камеры через губчатый вольфрам к наружной поверхности. При этом вольфрам соединяется с кислородом и восстанавливает барий, который, достигая поверхности, образует на ней мономолекулярный слой. Между электроположительным барием и электроотрицательным вольфрамом возникает электрическое поле. При такой структуре излучающей поверхности происходит существенное снижение работы выхода электронов. Электроны в данном случае эмиттируются не вольфрамом ( W. Кроме того ускоряющее поле способствует эмиссии электронов. [55]

Наиболее широко в промышленных электрохимических системах для изготовления катодов используются другие металлы этой группы - железо и его сплавы, никель, медь. Все эти металлы устойчивы при катодной поляризации в щелочных и нейтральных средах. При электролизе в кислых растворах возможно растворение поляризованного катода и его разрушение при снятии поляризации. [58]

Цезий - легкий металл, применяемый при изготовлении катодов Фотоэлементов . [59]

Как видно из таблицы, наилучшими металлами для изготовления катодов являются вольфрам, осмий, рений, тантал, молибден, гафний и торий. Ни один из них не имеет особенно низкой работы выхода. Кроме того, при практическом использовании того или иного материала в качестве катода существенное значение имеют простота изготовления, механические свойства и стабильность в воздухе. Важным фактором является также возможность получения такой чистоты поверхности, которая необходима для достижения теоретической величины тока эмиссии. Здесь также могут встретиться затруднения; та. Наконец, нельзя не учитывать доступность материала; до сих пор торий, гафний и рений являются редкими материалами. [60]

Изготовление катодов сводится к получению пористого вольфрама, механической и термической обработке его для придания заготовкам требуемой формы и размеров, формированию молибденового керна и соединению его с вольфрамовым колпачком после заполнения внутренней полости последнего двойным или тройным карбонатом. [1]

Для изготовления катодов используют различные металлы и сплавы. Причем, если в природных средах могут применяться различные материалы, то для каждой искусственной среды или для нескольких сред имеется наиболее приемлемый материал. Перспективными являются металлы, склонные к катодной защите от коррозии в искусственных средах; в этих случаях можно отказаться от платины. [2]

Для изготовления катода пользуются тонкой проволокой из таких материалов, как никель и вольфрам, покрытой оксидным слоем, или же из торированного вольфрама. [4]

Для изготовления катодов , холодильников и корпуса электролизера применяется сталь. Стальные детали, погруженные в электролит, часто защищают от коррозионного разрушения с помощью катодной поляризации при условии, что деталь работает в качестве катода при плотности тока, достаточной для катодной защиты. Детали и части деталей электролизеров, находящиеся в электролизере выше уровня электролита - в газовом объеме, а также днище электролизера, где может осаждаться шлам, препятствующий нормальной катодной защите, необходимо защищать гуммированием, футеровкой или слоем полимерных материалов, стойких в этих условиях. [5]

Для изготовления катода на спиралеобразную матрицу из алю миния наращивают слой никеля, а для изготовления волновода Н; соответствующую матрицу из этого же металла наносят химиче ским способом слой серебра, после чего наращивают нужной тол щины слой серебра, меди и никеля. По окончании наращивани матрица удаляется растворением в 10 - 15 % - ном растворе едког кали при температуре кипения и изделие промывают в присутстви ультразвука дистиллированной водой 5 - 6 мин. [6]

Для изготовления катодов наиболее целесообразно использовать химически чистые порошки преимущественно мелких фракций. Уплотнение таких порошков на ГДМ подчиняется известным закономерностям гидродинамического прессования. Основной рост плотности происходит при давлениях до 250 - 300 МПа. Общий характер уплотнения для всех исследованных материалов аналогичен и определяется в основном свойствами исходного порошка, предварительной его подготовкой, способом заполнения пресс-формы и уплотнения порошка, условиями импульсного нагруже-ния. Большое влияние на качество прессуемых изделий оказывает запрессованный в порах воздух, способный производить разрушающее действие после снятия прессующего давления. [7]

Для изготовления катодов с наложением тока от постороннего источника могут быть использованы такие материалы, которые при ожидаемой катодной поляризации являются коррозионностойкими. В среде сильных кислот применяют платину, тантал или аустенитные хромо-никелевые стали. [9]

Для изготовления катодов может применяться фольга с содержанием алюминия 99 6 % толщиной от 7 5 до 16 мк. [10]

Для изготовления катодов применяют сталь, многие цветные металлы ( ртуть, свинец, платину, цинк, олово, медь, алюминий), сплавы металлов, уголь или графит. Аноды бывают растворимые и нерастворимые. Растворимые аноды изготовляют из в ы ш е и е р е ч и с л енных цветных металлов, углеродистой стали, некоторых других сплавов, нерастворимые аноды - из платины, графита или угля, никеля, нержавеющей стали, двуокиси свинца, двуокиси марганца, магнетита. [12]

Для изготовления катодов из торированного вольфрама к вольфрамовому порошку до его прессовки и спекания в штабики добавляется окись тория. При кристаллизации вольфрама окись тория образует пленку на поверхности всех кристалликов. [13]

Для изготовления катодов фотоэлементов особый интерес представляют сложные эмиттеры IIП природы, обладающие небольшой работой выхода и высокой фоточувствителыю-стью. Наиболее важными из них являются сурьмяно-цезиевый, кислородно-цезневый, а также мультищелочной катод, представляющий собой пленку сурьмы, обработанную последовательно парами натрия, калия и цезия. ПП может дать полезные сведения об эпергетич. [15]

Любой металлический катод - поликристалл, и па его поверхность выходят самые различные грани микрокристаллов, ориентированных внутри металла вполне беспорядочно. Влияние механической обработки па ориентацию микро-кристаллов хорошо изучено в физике металлов. [2]

Применение металлических катодов для разлагате-лей амальгамы осложняется тем, что во многих металлах содержатся примеси, а присутствие примесей легко амальгамируемых металлов может ускорять-амальгамн-рование образца. [3]

Из металлических катодов широко используется вольфрамовый. Этот материал обладает тугоплавкостью и относительно большими эмиссионными возможностями. Эффективность вольфрамового катода при рабочей температуре 2400 - 2600 К характеризуется токами эмиссии от 2 до 10 ма на 1 вт мощности нагрева. Работа выхода составляет 4 5 эв. [4]

У металлических катодов потери эмиссии нет, так как уход электронов с катода на анод электронного прибора все время пополняется новыми электронами, поступающими из анодной цепи, соединяющей анод с катодом. Отсутствие потери эмиссии является важным преимуществом металлических катодов. [5]

По металлическому катоду дуга может свободно скользить под действием конвекционных потоков воздуха, не задерживаясь в одной точке, как на поверхности угольного катода. Дуга может перемещаться по поверхности металлического катода со скоростью, исключающей возможность достаточного для термоэлектронной эмиссии прогрева катода. [6]

Сам же металлический катод покрывается окислами ( оксидами) щелочноземельных металлов - бария, стронция. Такие катоды называют оксидными. [7]

Что касается металлических катодов , то у них не может быть потери эмиссии. Плотность эмиссионного тока у них определяется работой выхода самого металла, поэтому она не меняется на протяжении всего срока службы, вплоть до перегорания металлического катода. [8]

Для изготовления металлических катодов чаще всего используется вольфрам, как один из наиболее тугоплавких металлов. [10]

Поверхности всех однокомпонентных металлических катодов , за исключением тонких гальванических покрытий ( например, из свинца, см. ниже), обычно очищают анодированием. Для опытов в кислом растворе катод помещают в центр обычного химического стакана, содержащего 20 % - ный раствор серной кислоты. Кислота должна покрывать катод полностью. Алюминиевую пластинку, свернутую в виде цилиндра, помещают так, чтобы она окружала катод. Катод соединяют с положительным полюсом источника тока, а алюминий-с отрицательным. [11]

Наряду с твердыми металлическими катодами в техническом электролизе находят применение жидкометаллические, например из ртути. При электролизе растворов солей на жидко-металлическом ртутном катоде происходит разряд ионов металла соли с образованием сплава этого металла и ртути. При последующей обработке сплава возможно получение весьма чистых соединений выделенного при электролизе металла и отделение ртути, возвращаемой на электролиз. [12]

Изучение возможности применения металлических катодов для разлагателей амальгамы осложняется тем, что многие металлы недоступны в чистом виде, а присутствие примесей легко амальгамирующихся металлов может приводить к ускорению амальгамации образца. Попытки применения титана в качестве катодного материала в разлагателях амальгамы [391] оказались неудачными, поскольку титан разрушается в концентрированной щелочи. Тантал, применявшийся некоторыми исследователями [270], вследствие поглощения водорода становился слишком хрупким. [13]

При электролизе от металлического катода в соответствующих условиях отрываются мельчайшие коллоидальные частицы, переходящие в раствор. [14]

Читайте также: