내화 금속은 열과 마모에 매우 강한 금속 종류입니다. 이 표현은 주로 재료 과학, 야금 및 공학의 맥락에서 사용됩니다. 이 그룹에 속하는 요소의 정의는 다릅니다. 가장 일반적인 정의는 다섯 번째 기간의 두 가지(니오븀 및 몰리브덴)와 여섯 번째 기간의 세 가지(탄탈, 텅스텐 및 레늄)의 다섯 가지 요소를 포함합니다. 그것들은 모두 2000 °C 이상의 녹는점과 실온에서의 높은 경도를 포함하여 몇 가지 특성을 공유합니다. 화학적으로 불활성이며 상대적으로 밀도가 높습니다. 높은 융점은 분말 야금을 이러한 금속으로 구성 요소를 제조하는 방법으로 선택합니다. 일부 응용 분야에는 고온에서 금속을 가공하는 도구, 와이어 필라멘트, 주조 금형 및 부식성 환경의 화학 반응 용기가 포함됩니다. 부분적으로 높은 융점으로 인해 내화 금속은 매우 높은 온도에 대한 크리프 변형에 대해 안정적입니다.
용어'의 대부분의 정의;내화 금속' 포함을 위한 핵심 요구 사항으로 매우 높은 융점을 나열합니다. 한 정의에 따르면 4,000°F(2,200°C) 이상의 융점이 필요합니다.[2] 니오븀, 몰리브덴, 탄탈륨, 텅스텐 및 레늄의 5가지 원소가 모든 정의에 포함되며[3] 융점이 2,123K(1,850°C)를 초과하는 모든 원소를 포함하는 더 넓은 정의에는 다양한 수의 9가지 추가 원소가 포함됩니다. : 티타늄, 바나듐, 크롬, 지르코늄, 하프늄, 루테늄, 로듐, 오스뮴 및 이리듐. 테크네튬의 녹는점이 2430K 또는 2157°C이고 러더포듐의 녹는점이 2400K 또는 2100°C인 것으로 예측되지만 방사성인 인공 원소는 내화 금속의 일부로 간주되지 않습니다.
| 이름 | 니오브 | 몰리브덴 | 탄탈 | 텅스텐 | 레늄 |
| 기간 | 5 | 5 | 6 | 6 | 6 |
| 녹는점 K | 2750 | 2896 | 3290 | 3695 | 3459 |
| 끓는점 K | 5017 | 4912 | 5731 | 6203 | 5869 |
| 녹는점 °C | 2477 | 2623 | 3017 | 3422 | 3186 |
| 끓는점 °C | 4744 | 4639 | 5458 | 5930 | 5596 |
| 밀도 g.cm-3 | 8.57 | 10.28 | 16.69 | 19.25 | 21.02 |
영's 계수 GPa | 105 | 329 | 186 | 411 | 463 |
| 비커스 경도 MPa | 1320 | 1530 | 873 | 3430 | 2450 |
내화 금속은 조명, 도구, 윤활유, 핵 반응 제어봉, 촉매 및 화학적 또는 전기적 특성에 사용됩니다. 녹는점이 높기 때문에 내화 금속 부품은 주조로 제조되지 않습니다. 분말 야금 공정이 사용됩니다. 순수한 금속의 분말은 압축되고, 전류를 사용하여 가열되고, 추가로 어닐링 단계와 함께 냉간 가공에 의해 제조됩니다. 내화 금속은 와이어, 잉곳, 철근, 시트 또는 호일로 가공할 수 있습니다.
몰리브덴 합금
주요 기사:몰리브덴및 몰리브덴 § 응용
몰리브덴 기반 합금은 우수한 텅스텐 합금보다 저렴하기 때문에 널리 사용됩니다. 가장 널리 사용되는 몰리브덴 합금은 티타늄-지르코늄-몰리브덴 합금 TZM으로, 티타늄 0.5%와 지르코늄 0.08%(나머지 몰리브덴 포함)로 구성됩니다. 합금은 고온에서 더 높은 크리프 저항과 강도를 나타내므로 재료에 대해 1060°C 이상의 사용 온도를 가능하게 합니다. 70% 몰리브덴과 30% 텅스텐의 합금인 Mo-30W는 용융 아연의 공격에 대한 높은 저항력으로 아연 주조에 이상적인 소재입니다. 또한 용융 아연의 밸브를 구성하는 데 사용됩니다.
몰리브덴은 아말감을 형성하지 않아 액체 수은에 의한 부식에 강하기 때문에 몰리브덴은 수은이 접촉된 리드 릴레이에 사용됩니다.[10][11]
몰리브덴은 내화 금속 중 가장 일반적으로 사용됩니다. 가장 중요한 용도는 강철의 강화 합금입니다. 구조용 배관 및 배관에는 많은 스테인리스강과 마찬가지로 몰리브덴이 포함되어 있습니다. 고온에서의 강도, 내마모성 및 낮은 마찰 계수는 모두 합금 화합물로 귀중하게 만드는 속성입니다. 탁월한 마찰 방지 특성으로 인해 신뢰성과 성능이 중요한 그리스 및 오일에 사용됩니다. 자동차 등속 조인트는 몰리브덴을 함유한 그리스를 사용합니다. 이 화합물은 금속에 쉽게 달라붙어 매우 단단하고 마찰에 강한 코팅을 형성합니다.
텅스텐 및 그 합금
주요 기사: 텅스텐 및 텅스텐 § 응용
텅스텐은 1781년 스웨덴 화학자 Carl Wilhelm Scheele에 의해 발견되었습니다. 텅스텐은 3,410°C(6,170°F)에서 모든 금속 중 가장 높은 녹는점을 가지고 있습니다.
200와트 백열전구의 필라멘트를 고배율로 확대한 모습
텅스텐 및 그 합금은 고온이 존재하지만 여전히 높은 강도가 필요하고 고밀도가 문제가 되지 않는 응용 분야에 자주 사용됩니다. 텅스텐 와이어 필라멘트는 가정용 백열 조명의 대다수를 제공하지만 아크 램프의 전극으로 산업용 조명에서도 일반적입니다. 램프는 더 높은 온도에서 전기 에너지를 빛으로 변환하는 데 더 효율적이므로 백열등의 필라멘트로 응용하려면 높은 융점이 필수적입니다.[18] 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW, 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접이라고도 함) 장비는 영구적인 녹지 않는 전극을 사용합니다. 높은 융점과 전기 아크에 대한 내마모성은 텅스텐을 전극에 적합한 재료로 만듭니다.
텅스텐'의 고밀도와 강도는 또한 예를 들어 탱크 총을 위한 열화 우라늄의 대안으로 무기 발사체에 사용하기 위한 핵심 속성입니다. 높은 융점으로 인해 텅스텐은 UGM-27 Polaris와 같은 로켓 노즐과 같은 응용 분야에 적합한 재료입니다. 텅스텐의 일부 응용 분야는 내화 특성이 아니라 단순히 밀도와 관련이 있습니다. 예를 들어, 비행기와 헬리콥터의 균형추나 골프채 헤드에 사용됩니다. 이 응용 분야에서는 더 비싼 오스뮴과 같은 유사한 고밀도 재료도 사용할 수 있습니다.
텅스텐의 가장 일반적인 용도는 드릴 비트, 기계 가공 및 절삭 공구의 복합 텅스텐 카바이드입니다. 텅스텐의 가장 큰 매장량은 중국에 있으며 한국, 볼리비아, 호주 및 기타 국가에 매장되어 있습니다.
또한 노즐과 부싱에서 윤활제, 산화 방지제, 보호 코팅 및 기타 여러 가지 방법으로 사용됩니다. 텅스텐은 인쇄 잉크, 엑스레이 스크린, 석유 제품 가공 및 섬유 방염에서 찾을 수 있습니다.
니오븀 합금
주요 기사: 니오븀 § 응용 및 니오븀 합금
니오븀 티타늄 합금으로 만든 어두운 로켓 노즐이 있는 Apollo CSM
니오븀은 거의 항상 탄탈륨과 함께 발견되며, 탄탈륨의 이름을 따서 명명된 신화적인 그리스 왕 탄탈루스의 딸인 니오베의 이름을 따서 명명되었습니다. 니오븀은 많은 용도를 가지고 있으며 그 중 일부는 다른 내화 금속과 공유합니다. 어닐링을 통해 가공하여 광범위한 강도와 연성을 얻을 수 있으며 내화금속 중 밀도가 가장 낮다는 점에서 독특합니다. 또한 전해 커패시터와 가장 실용적인 초전도 합금에서도 찾을 수 있습니다. 니오븀은 항공기 가스터빈, 진공관 및 원자로에서 찾을 수 있습니다.
Apollo Lunar Modules의 주 엔진과 같은 액체 로켓 추진기 노즐에 사용되는 합금은 89% 니오븀, 10% 하프늄 및 1% 티타늄으로 구성된 C103입니다.[25] 또 다른 니오븀 합금은 Apollo Service Module의 노즐에 사용되었습니다. 니오븀은 400°C 이상의 온도에서 산화되기 때문에 이러한 응용 분야에서 합금이 부서지기 쉬운 상태가 되는 것을 방지하기 위해 보호 코팅이 필요합니다.
탄탈륨 및 그 합금
이 부분의 본문은 탄탈륨 및 탄탈륨 § 응용 프로그램입니다.
탄탈륨은 가장 부식에 강한 물질 중 하나입니다.
이러한 특성으로 인해 특히 의료 및 외과 분야 및 가혹한 산성 환경에서 탄탈륨에 대한 많은 중요한 용도가 발견되었습니다. 또한 우수한 전해 콘덴서를 만드는 데 사용됩니다. 탄탈륨 필름은 Aerogel에 이어 두 번째로 많은 물질의 부피당 정전 용량을 제공하고 전자 부품 및 회로의 소형화를 가능하게 합니다. 많은 휴대전화와 컴퓨터에는 탄탈륨 커패시터가 포함되어 있습니다.
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