МЕТАЛЛОТЕРМИ́Я

МЕТАЛЛОТЕРМИ́Я (от ме­тал­лы и греч. ϑέρμη – те­п­ло­та), про­цес­сы вос­ста­нов­ле­ния ме­тал­лов из их со­еди­не­ний (ок­си­дов, га­ло­ге­ни­дов и др.) бо­лее ак­тив­ны­ми ме­тал­ла­ми (алю­ми­ни­ем, маг­ни­ем, каль­ци­ем и др.), про­те­каю­щие с вы­де­ле­ни­ем те­п­ло­ты. Ос­но­во­по­лож­ник М. – Н. Н. Бе­ке­тов, ко­то­рый в 1859–65 впер­вые опи­сал ре­ак­ции вос­ста­нов­ле­ния ме­тал­лов из их ок­си­дов алю­ми­ни­ем. М. ста­ла при­ме­нять­ся на ру­бе­же 19–20 вв. Про­цес­сы М. клас­си­фи­ци­ру­ют по при­ро­де ме­тал­ла-вос­ста­но­ви­те­ля (алю­ми­но­тер­мия, маг­ние­тер­мия, каль­цие­тер­мия и др.); к М. при­ня­то от­но­сить так­же вос­ста­нов­ле­ние крем­ни­ем (си­ли­ко­тер­мия).

В об­щем слу­чае про­цес­сы М. опи­сы­ва­ют­ся схе­мой $\ce{MеL + R→RL + Me}$, где $\ce{Me}$ – це­ле­вой (по­лу­чае­мый) ме­талл; $\ce{R}$ – ме­талл-вос­ста­но­ви­тель; $\ce{L}$ – анио­ны, об­ра­зую­щие с $\ce{Me}$ тер­ми­че­ски стой­кие соеди­не­ния. Ме­тал­ло­тер­мич. про­цес­сы ини­ции­ру­ют­ся на­гре­вом. Осн. тре­бо­ва­ния к ис­ход­но­му со­еди­не­нию – вы­со­кое те­п­ло­вы­де­ле­ние при его вос­ста­нов­ле­нии (этим обес­пе­чи­ва­ет­ся воз­мож­ность са­мо­про­из­воль­но­го, ав­то­тер­ми­че­ско­го, про­те­ка­ния про­цес­са), про­сто­та и пол­но­та от­де­ле­ния со­еди­не­ний $\ce{MeL}$ и $\ce{RL}$ от по­лу­чае­мо­го ме­тал­ла. Вы­бор ме­тал­ла-вос­ста­но­ви­те­ля оп­ре­де­ля­ет­ся: со­пос­тав­ле­ни­ем ве­ли­чин энер­гий об­ра­зо­ва­ния $\ce{MеL}$ и $\ce{RL}$ (по аб­со­лют­ной ве­ли­чи­не энер­гии Гиб­бса; ес­ли $|ΔG_{\text{RL}}|$ боль­ше $|ΔG_{\text{MеL}}|$, про­цесс мо­жет быть реа­ли­зо­ван); воз­мож­но­стью осу­ще­ст­в­ле­ния эко­но­ми­че­ски оп­рав­дан­ной и эко­ло­ги­че­ски при­ем­ле­мой тех­но­ло­гии по­сле­дую­ще­го раз­де­ле­ния про­дук­тов ре­ак­ции; тре­бо­ва­ния­ми к свой­ст­вам и ка­че­ст­ву (уро­вень со­дер­жа­ния при­ме­сей, а так­же раз­мер, со­став и фор­ма час­тиц) ме­тал­ла.

Раз­ли­ча­ет­ся М.: вне­печ­ная – про­во­дит­ся, ко­гда те­п­ло­ты ре­ак­ции дос­та­точ­но для по­лу­че­ния про­дук­тов в жид­ком со­стоя­нии, что по­зво­ля­ет осу­ще­ст­в­лять их раз­де­ле­ние (напр., по­лу­че­ние фер­ро­нио­бия при алю­ми­но­тер­мич. пе­ре­ра­бот­ке пи­ро­хло­ро­вых кон­цен­тра­тов); элек­тро­печ­ная – при­ме­ня­ет­ся, ко­гда вы­де­ляю­щей­ся те­п­ло­ты не­дос­та­точ­но для ав­то­тер­мич. ре­жи­ма. В этом слу­чае не­дос­таю­щее ко­ли­че­ст­во те­п­ло­ты для рас­плав­ле­ния и не­об­хо­ди­мо­го пе­ре­гре­ва про­дук­тов плав­ки под­во­дят с по­мо­щью элек­трич. на­гре­ва (на­трие­тер­мич. по­лу­че­ние по­рош­ков тан­та­ла и нио­бия, маг­ние­тер­мич. по­лу­че­ние сверх­про­во­дя­ще­го спла­ва нио­бия с ти­та­ном ме­то­дом со­вме­ст­но­го вос­ста­нов­ле­ния хло­ри­дов); ва­ку­ум­ная – осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в ус­ло­ви­ях ва­куу­ма, что по­зво­ля­ет по­лу­чать ме­тал­лы с по­ни­жен­ным со­дер­жа­ни­ем га­зов. Элек­тро­печ­ная и ва­ку­ум­ная М. мо­гут со­вме­щать­ся. Напр., при по­лу­че­нии ти­та­но­вой губ­ки по ме­то­ду Крол­ля тет­ра­хло­рид ти­та­на вос­ста­нав­ли­ва­ют в элек­тро­пе­чи при 950 °C рас­плав­лен­ным маг­ни­ем в пред­ва­ри­тель­но ва­куу­ми­ро­ван­ной и за­тем за­пол­нен­ной ар­го­ном ре­тор­те (дав­ле­ние ме­нее 100 Па); раз­де­ле­ние про­дук­тов (ти­та­но­вой губ­ки, маг­ния и хло­ри­да маг­ния) осу­ще­ст­в­ля­ют ме­то­дом ва­ку­ум­ной дис­тил­ля­ции при дав­ле­нии ме­нее 1,3·10^–6 Па.

Про­цес­сы М. по срав­не­нию с кар­бо­тер­ми­ей, как пра­ви­ло, бо­лее до­ро­го­стоя­щие; их при­ме­ня­ют для по­лу­че­ния ме­тал­лов и спла­вов, ха­рак­те­ри­зую­щих­ся по­вы­шен­ной струк­тур­ной од­но­род­но­стью и хи­мич. чис­то­той (от­сут­ст­ви­ем при­ме­сей кар­би­дов, сво­бод­но­го уг­ле­ро­да и др.). Для по­вы­ше­ния эф­фек­тив­но­сти про­цес­са и по­лу­че­ния шла­ков с улуч­шен­ны­ми тех­но­ло­гич. свой­ст­ва­ми (низ­кая темп-ра плав­ле­ния, хо­ро­шая жид­ко­те­ку­честь) воз­мож­но ис­поль­зо­ва­ние двух и бо­лее ме­тал­лов-вос­ста­но­ви­те­лей ($\ce{Al–Ca, Si–Ca}$ и др.). Ме­тал­ло­тер­мич. про­цес­сы при­ме­ня­ют­ся так­же в про­из-ве ли­га­тур, фер­ро­спла­вов, сверх­про­во­дя­щих спла­вов (на ос­но­ве нио­бия и ти­та­на), ин­ди­ви­ду­аль­ных РЗЭ, а так­же в про­цес­сах син­те­за кла­стер­ных со­еди­не­ний пе­ре­ход­ных $d$-эле­мен­тов (напр., $\ce{Nb_3Cl_8, Re_3Cl_9}$) и др.