Металлы и человек - Михаил Васильев

Методом порошковой металлургии готовят тончайшие фильтры и фрикционные накладки муфт сцепления, шестерни и кулачки, шайбы и сердечники электромагнитов, щетки динамомашин и электрические контакты точных приборов и так далее и так далее, ибо уже сегодня нельзя перечислить все, что делается этим методом, а завтра этот список удвоится и утроится…

Вот методами порошковой металлургии и можно изготовлять из блистательного бериллия, как и из многих других металлов, детали машин, аппаратов, приборов.

Как известно, пирамиды, в которых древние египтяне хоронили своих фараонов, были разграблены еще в древности. Были разграблены и скальные погребения египетских царей. И только случайно дошло до нашего времени потерянное еще в древности захоронение фараона Тутанхамона, жившего в XIV в. до н. э.

Много интересного нашли в его гробнице историки, когда в 1922 году впервые спустились по извилистым ходам, пробитым в скале, в посмертное жилище фараона. Видимо, Тутанхамон отличался особенной любовью к произведениям искусства — гробница была прямо нафарширована ими. И среди них были обнаружены кинжалы, украшенные порошковым золотом.

Вот, оказывается, где истоки порошковой металлургии!

Впрочем, не одни египтяне, а и древние обитатели Америки — инки умели получать изделия спеканием порошков драгоценных металлов. Но на многие столетия было забыто древнее искусство. Развитие металлургии пошло по другому пути.

Только в начале XIX века, когда впервые встал вопрос о методе изготовления предметов из тугоплавких металлов, вновь ненадолго воскресло забытое мастерство. Воскресил его выдающийся русский металлург Петр Григорьевич Соболевский.

Он применил метод порошковой металлургии для изготовления монет и медалей из платины. Расплавить ее было в те годы практически невозможно: ведь для этого нужна температура в 1773 градуса. Соболевский закладывал в форму очищенную губчатую платину, полученную химической обработкой природных минералов, подвергал ее прессованию, затем нагреванию и еще раз прессованию. Получились плотные металлические изделия. Это было в 1826 году.

Несколько десятков лет пользовались и у нас в стране и за рубежом методом русского металлурга. Затем платину научились плавить. И снова на много десятилетий умерла порошковая металлургия.

Она возродилась на рубеже XX века и теперь уже не сдаст завоеванных позиций. Даже наоборот: она будет захватывать все новые области применения.

А нет ли других путей?

Это нелегко — получить металлический бериллий. Так же как в производстве алюминия, первым этапом здесь является получение чистой окиси бериллия.

Конечно, не редкие лучезарные драгоценные камни используют в качестве бериллиевой руды, а технический берилл, бесцветные или серовато-грязного цвета кристаллы которого встречаются во многих местах земного шара.

Процесс получения чистой окиси бериллия включает в себя плавку берилла с известью в электрических печах, гранулирование, сульфатизацию, выщелачивание сульфата алюминия, выпаривание, осаживание квасцов, центрофугирование, кристаллизацию, сушку… Длинная-длинная цепочка операций, в результате которых удается получить довольно чистую окись бериллия. Но и это еще не конец: окись бериллия в специальной печи переводят в хлорид бериллия. Это соединение выделяется из печи в виде газа, который затем конденсируется, и только тогда начинается электролиз бериллия.

Так как этот процесс осуществляется при температуре всего в 350 градусов, бериллий выделяется в твердом виде, чешуйками. Их снимают, промывают, высушивают и спрессовывают в брикеты. Эти брикеты сплавляют в компактный металл в атмосфере водорода при температуре в 1400 градусов. Окончательную переплавку и разливку бериллия осуществляют в вакуумной электропечи. Из получаемого металла отливают цилиндрические прутки. Они содержат не более 0,2 процента примесей, главным образом окиси бериллия.

Для изготовления «окон» рентгеновских трубок от такого стерженька бериллия отрезают карборундовым кругом ломтик-диск толщиной в 2,5–3 мм. Его остается только отполировать.

Есть и другой способ получения бериллия — термический. Но он не проще и не легче описанного, хотя и чаще применяется.

Тонкое, почти ювелирное производство. Сколько труда приходится затрачивать, чтобы получить крылатые металлы — алюминий, магний, бериллий! А нет ли других, более прямых путей получения этих металлов, вроде тех, которыми получают железо? Чтобы сразу в огне домны ушли в шлак все вредные примеси и остался один металл.

Такие пути давно ищут металлурги во всех странах мира, где существует производство крылатых металлов, и кое-какие успехи уже достигнуты.

Уже получили путевку в жизнь термические способы изготовления магния из его окиси. Восстановление металла осуществляется в электропечах углеродом нефтяного кокса. Металлический магний в виде газа удаляется из печи, работающей при температуре в 1950–2050 градусов, охлаждается и собирается в виде пыли, улавливаемой мешочными фильтрами. Осуществляется и получение магния вытеснением его из окиси металлическим алюминием.

Сложнее обстоит дело с алюминием и бериллием. Дело в том, что оба эти металла энергично и прочно соединяются с углеродом, образуя карбиды. Поэтому для получения этих металлов восстановлением углеродом нужно участие второго металла, который растворял бы образующийся металл, предохраняя его от соприкосновения с углеродом.

Таким способом получают меднобериллиевые и никелебериллиевые сплавы. Очевидно, что в этих случаях растворяющими бериллий металлами были медь и никель.

Таким же способом в электропечах получают сплав алюминия с кремнием — так называемый силикоалюминий. Путем дальнейшей переработки из силикоалюминия можно получать и чистый алюминий.

Превратят ли будущие металлурги эти почти не хоженые сегодня пути получения крылатых металлов в столбовую дорогу? Вряд ли. По всей вероятности, будут совершенствоваться уже проложенные пути, связанные с электролизом расплавленных соединений. Но, может быть…

Да, история науки знает немало случаев, когда внезапно резко изменялся весь путь развития целой отрасли производства. Может быть, еще не открыт самый простой и экономичный способ получения этих металлов. Получил же алюминий из глины, понятия не имея об электрическом токе, древнеримский металлург? И даже если это просто сказка, пусть она воодушевляет на новые поиски…

Самый легкий

Литий является самым легким из металлов. Его удельный вес равен 0,534. Он вдвое легче воды, в 15 раз легче железа. Вот бы из него строить самолеты и космические ракеты!

Однако все остальные свойства лития как будто специально подобраны такими, чтобы это как можно дольше оставалось манящей мечтой для инженеров-конструкторов. Ибо…

По своим механическим свойствам легкий литий напоминает тяжелый свинец. Он такой же мягкий и непрочный. Попробуйте представить себе в сверхзвуковом полете крыло самолета, сделанное из такого податливого и непрочного металла.

Литий плавится при температуре в 186 градусов. При температуре в 1336 градусов он кипит. Однако на открытом воздухе уже при температуре около 600 градусов он загорается.

Да, незавидная перспектива — оказаться в кабине ионосферной космической ракеты, сделанной из лития! Случайно брошенная спичка уже может проплавить в нем дыру. Опасно будет уронить горящий пепел папиросы, не говоря уже о неизбежном сильном аэродинамическом нагреве от трения об атмосферу.

Литий соединяется при комнатной температуре и с азотом и с кислородом воздуха. Если оставить кусок лития в стеклянной банке с притертой пробкой, вы рискуете потом не открыть этой пробки совсем: литий поглотит весь воздух в банке, там образуется вакуум, и атмосферное давление накрепко вдавит пробку.

Не сможет долго ожидать пассажиров летательный аппарат, изготовленный из лития. Пока идет посадка, он весь превратится в соединения лития с азотом и кислородом, рассыпется коричневатым порошком.

«…и он приказал ему, и грозный дух сжался, сморщился и послушно залез в узкое горлышко сосуда».

Трудно окажется пилотам и космической ракеты, сделанной из лития. В атмосферах многих планет имеется большое количество водорода. Он — основной компонент и межпланетного газа. А литий еще более активно, чем с кислородом и азотом, соединяется с водородом. Огромные его количества по объему можно связать ничтожным количеством лития. Один килограмм гидрата лития (так называется его соединение с водородом) уместится в коробке для макарон. А ведь в нем содержится полторы тысячи литров водорода! Перевозить водород в виде соединения с литием в целом ряде случаев оказывается удобнее, чем в тяжелых стальных баллонах. Это одно из важнейших сегодня применений лития. Да и все другие применения лития сегодня — это применения его соединений и сплавов.