Бериллий, где используется

2 ноября 2021

Бериллий – это элемент второй группы 2-го периода таблицы Менделеева, имеющий атомный номер 4 и обозначающийся символом Ве. Он высокотоксичный и обладает множеством специфических свойств, которые обусловили его широкое применение во многих сферах. И сейчас будет рассказано как о характеристиках данного элемента, так и об его использовании.

Свойства и характеристики бериллия

Бериллий имеет уникальные свойства, которые выделяют его среди других металлов. От них зависят сферы применения материала.

Физические свойства бериллия

Выглядит бериллий как светло-серый металл. Он относительно твердый, по шкале Мооса оценен в 5,5 баллов. Это значит, что его можно повредить лишь с усилием, и только чем-то острым. Он является одним из самых твердых металлов, существующих в чистом виде. По данному показателю его опережает иридий, осмий, вольфрам и уран.

Можно выделить следующие физические характеристики:

  • Плотность – 1,848 г/см³.
  • Молярный объем – 5,0 см³/моль.
  • Температура плавления и кипения – 1278 °C и 2970 °C соответственно.
  • Молярная теплоемкость – 16,44 Дж/(K•моль).
  • Удельная теплота плавления и испарения – 12,21 и 309 кДж/моль соответственно.

Еще у этого металла высокий модуль упругости, составляющий 300 Гпа. Даже у сталей этот показатель равен 200-210 Гпа. Находясь на воздухе, он активно покрывается стойкой пленкой атмосферного оксида ВеО. Также стоит отметить, что в бериллии

Химические свойства бериллия

Химические свойства металла бериллия:

  1. Валентность — 2.
  2. Реагирует с галогенами при высоких температурах.
  3. Не вступает в реакции с водородом.
  4. Взаимодействует с щелочами, кислотами.

Степени окисления — +1 или +2. По химическим характеристикам его можно сравнить с алюминием. Металлический бериллий при комнатной температуре практически не вступает в реакции с другими веществами.

Механические свойства бериллия

Механические свойства бериллия зависят от наличия сторонних примесей, легирующих добавок, методов обработки, которые применялись при его получении, величины зерен.

Свойства:

  1. Максимальный предел прочности на вытяжку — 400–800Мн/м2.
  2. Предел текучести — 250–600 Мн/м2.
  3. Относительное удлинение — до 12%.

Показатель пластичности начинает повышаться при нагревании до 200°

Хрупкость бериллия

Несмотря на свою впечатляющую твердость, бериллий – это очень хрупкий металл. Скорее всего, данное качество связано с присутствием в нем кислорода. Но эта особенность легко устраняется. Бериллий отправляют в вакуум на переплавку. В данном процессе обязательно участвует раскислитель (титан, например). В результате получается прочный металл с достаточной ковкостью.

Также хрупкость бериллия – это особенность, связанная с распространением в монокристаллах трещин. Учитывая данный факт, повысить пластичность металла можно посредством обработки, уменьшающей размер зерен и препятствующей их росту. Это свойство бериллия всегда устраняется, поскольку из-за него он крайне плохо сваривается и паяется. Кстати, хрупкость может и повыситься – для этого достаточно добавить в металл немного селена (неметалл, халькоген).

Технология получения бериллия

Бериллиевую руду доставляют на обогатительную фабрику.

Здесь получают соли вещества:

  • Из них извлекают металлический продукт, восстанавливая фторид магнием.
  • Сырье для второго способа получения – хлориды натрия и бериллия. Смесь расплавляют, затем применяют электролиз.
  • Продукт высокой чистоты создают в вакууме переплавкой и дистилляцией.

Переработка руды налажена в США, КНР, Казахстане, России.

Глобальный объем производства бериллия – 260-310 тонн ежегодно.

Обработка бериллия проблематична, опасна для здоровья, поэтому главные способы производства – точное литье и порошковая металлургия. Размолотый металл спрессовывают, создавая форму по заданным параметрам либо универсальную заготовку (труба, пруток).

Обработку затрудняет хрупкость. Этот недостаток устранили в 1970-х годах, выяснив, что пластичен чистый бериллий.

Где используют бериллий?

Ниже указаны сферы, где используют бериллий:

  • Легирующая добавка в металлургическом производстве. Добавка всего нескольких процентов бериллия делает сплавы легче, прочнее, тверже, устойчивее к коррозии. Очень востребованы медные сплавы, называемые бериллиевыми бронзами, по многим показателям превосходящими легированные стали. В отличие от чистого металла, они легко обрабатываются, могут прокатываться в тончайшие ленты и проволоку. Еще замечательны тем, что не искрят при ударе и не обладают магнитными свойствами. Из них изготавливают самые различные детали для самолетостроения (в самолете может быть более тысячи деталей из бериллиевых бронз разного состава), космонавтики, военного производства. Их используют в опасных средах, воздушном и космическом пространстве, в высокоточных приборах, музыкальных инструментах, пулях.
  • Из сплава стали с бериллием изготавливают пружины, отличающиеся высочайшей прочностью, упругостью и долговечностью. Могут сохранять свою упругость даже при температуре красного каления, не теряют прочности и упругости из-за усталости металла после миллиардов циклов работы под высокой нагрузкой.
  • Для аэрокосмической отрасли изготавливают конструкционные сплавы с бериллием. Эти сплавы легче алюминия, но прочнее стали, не боятся высоких температур. Из них изготавливают обшивки самолетов, космических кораблей, ракет; тепловые экраны; системы наведения ракет; корпуса двигателей, элементы атомных установок.
  • Добавляют в сплавы с магнием для того, чтобы исключить потери Mg на испарение и окисление в процессе плавки. Для этих же целей добавляют в алюминиевые сплавы. Сплавы с цирконием или танталом отличаются высокой термостойкостью.
  • Из-за очень малого размера атома и крайне низкой плотности, Be проницаем для рентгеновского излучения. Поэтому из него изготавливают пропускающие излучение окошки в рентгеновских трубках и детекторах.
  • Из металла и его оксида выплавляют экраны для атомных реакторов, замедляющие или отражающие нейтроны.
  • Сплав фторидов бериллия и лития используется как основа для расплава солей, являющегося охлаждающей жидкостью в специальных атомных реакторах, способных работать при высоких температурах. Фторид входит в состав особого стекла для контроля нейтронных потоков.
  • Изотоп бериллий-9 используется в некоторых источниках нейтронов.
  • В БАК (Большом Адронном Коллайдере) из бериллия изготовлена вакуумная труба в месте столкновения пучков частиц. Материал не поглощает частицы, не мешает работе регистрационных систем, но отличается высокой прочностью.
  • Хлорид бериллия применяется в медицине для диагностики туберкулеза.
  • Смесь оксидов бериллия и урана является высокоэффективным ядерным топливом. Гидрид бериллия применяется как твердое ракетное топливо.
  • Оксид бериллия используется для изготовления высокотемпературных изоляторов и огнестойких тиглей для лабораторий.
  • Металл востребован в высококачественных профессиональных акустических динамиках.
  • Разновидности берилла (силикаты бериллия с примесями других металлов): изумруд (зеленый), гелиодор (желтый), аквамарин (зеленовато-голубой или голубой), александрит (сиреневый с зеленоватым отливом) и некоторые другие камни разных цветов ценятся в ювелирном деле.

 

Источники:

  • https://fb.ru/article/368055/berilliy-eto-chto-i-gde-ego-ispolzuyut
  • https://metalloy.ru/metally/berilliy
  • https://jgems.ru/metally/berillij
  • https://pcgroup.ru/blog/berillij-krajne-vostrebovannyj-metall-sfery-ego-primeneniya
Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]