Рассказы о металлах

Ученые и инженеры постоянно совершенствуют электрическую лампу, стремясь к тому, чтобы ее «жизнь» продолжалась как можно дольше. Подобно тому как тает горящая восковая свеча, при включении лампы вольфрам начинает испаряться с поверхности нити накаливания. Чтобы уменьшить испарение и тем самым продлить срок службы лампы, в нее под давлением обычно вводят различные инертные газы. А недавно предложено использовать для этой цели пары иода, который, как выяснилось, играет любопытную роль: он «ловит» испарившиеся молекулы вольфрама, вступает с ним в химическую связь, а затем оседает на нити, возвращая ей тем самым «беглецов», - лампа становится намного долговечнее.

Ассортимент электрических ламп, выпускаемых промышленностью, весьма разнообразен: от миниатюрных «бусинок», используемых в медицине, до мощных прожекторных «солнц».

На Всемирной выставке в Монреале в павильоне СССР демонстрировалась установка радиационного нагрева «Уран-1», одним из главных элементов которой служит лампа оригинальной конструкции, снабженная водяным и воздушным охлаждением. В сравнительно небольшой колбе из жаростойкого кварца, наполненной инертным газом ксеноном, находятся два вольфрамовых электрода. При включении лампы между электродами вспыхивает газовая плазма, раскаленная до 8000°С. Специальный зеркальный отражатель, по сравнению с которым обычные зеркала кажутся тусклыми жестянками, направляет инфракрасные лучи искусственного «солнца» (лампа воссоздает солнечный спектр) в оптическую систему установки, где они фокусируются в единый поток диаметром чуть больше сантиметра. Температура в фокусе пучка лучей достигает 3000°С. В этом горячем режиме «Уран-1» может непрерывно работать сотни часов.

Широкое применение в технике находят так называемые катодные лучи, которые представляют собой поток электронов, вырывающихся с поверхности металлического катода в вакуум («электронная эмиссия»). Как показала практика, одним из лучших материалов для катодов оказался вольфрам.

Вольфрам не только самый тугоплавкий металл. В чистом виде он обладает и колоссальной прочностью: его сопротивление разрыву достигает 40 тонн на квадратный сантиметр, значительно превышая прочность лучшей стали. И такие характеристики металл «ухитряется» сохранять даже при 800°С!

Высокая прочность металлического вольфрама сочетается с хорошей пластичностью: из него можно вытянуть тончайшую проволоку, 100 километров которой весят всего 250 граммов!

Вольфрамовая проволока, широко применяющаяся в электролампах, обрела недавно еще одну «профессию»: ее предложено использовать в качестве режущего инструмента для обработки хрупких материалов. Ультразвуковой генератор при помощи преобразователя придает вольфрамовой нити колебательные движения, и она медленно, но верно врезается в обрабатываемый материал. Новый «резак» легко справляется с такими материалами, как кварц, рубин, ситалл, стекло, керамика, разрезая их с ювелирной точностью на части или оставляя в них пазы и щели любой формы, любых размеров.

Но как ни велика прочность вольфрамовой проволоки, она не идет ни в какое сравнение с прочностью «усов» из этого металла - тончайших кристалликов, которые в сотни раз тоньше человеческого волоса. Советские физики сумели получить вольфрамовые «усы» диаметром всего две миллионные доли сантиметра. Их прочность 230 тонн на квадратный сантиметр - это почти равно абсолютному потолку прочности, т. е. теоретическому пределу, предсказанному наукой для земных веществ. Но такой чудо-металл существует пока только в стенах лабораторий.

Используемый же в технике чистый вольфрам получают восстановлением его трехокиси водородом. Образующиеся при этом мельчайшие вольфрамовые пылинки прессуют и спекают, нагревая электрическим током до 3000°С. Из этого вольфрама вытягивают нити накаливания электроламп, штампуют детали радиоламп и рентгеновских трубок, изготовляют контакты для рубильников, электродов, выключателей.

Учеными разработан плазменно-дуговой метод выращивания крупных монокристаллов вольфрама, молибдена и других тугоплавких металлов. В Институте металлургии Академии наук СССР этим методом был получен монокристалл вольфрама весом 10 килограммов. Благодаря высокой чистоте такой металл отличается необычными механическими свойствами: при очень низких температурах он сохраняет пластичность, а при значительном нагреве почти не теряет своей прочности. Монокристаллы находят применение во многих электровакуумных приборах.