stringtranslate.com

Металл

см. заголовок
Железо , представленное здесь в виде фрагментов и куба со стороной 1 см3 , является примером химического элемента , являющегося металлом.
Металлический соусник
Металл в форме соусника, изготовленный из нержавеющей стали, сплава, в состав которого в основном входят железо, хром и никель.

Металл (от древнегреческого μέταλλον ( métallon )  «шахта, карьер, металл») — материал , который при полировке или разрушении приобретает блестящий вид и сравнительно хорошо проводит электричество и тепло . Все эти свойства связаны с наличием электронов на уровне Ферми , в отличие от неметаллических материалов, у которых их нет. [1] : главы 8 и 19  [2] : главы 7 и 8  Металлы, как правило, пластичны (их можно вытягивать в проволоку) и ковкие (их можно ковать в тонкие листы). [3]

Металл может быть химическим элементом , таким как железо ; сплавом, таким как нержавеющая сталь ; или молекулярным соединением, таким как полимерный нитрид серы . [4] Общая наука о металлах называется металлургией , подразделом материаловедения ; аспекты электронных и тепловых свойств также входят в сферу физики конденсированного состояния и химии твердого тела , это междисциплинарная тема. В разговорной речи такие материалы, как стальные сплавы, называются металлами, в то время как другие, такие как полимеры, дерево или керамика, являются неметаллическими материалами .

Металл проводит электричество при температуре абсолютного нуля , [5] что является следствием делокализованных состояний при энергии Ферми. [1] [2] Многие элементы и соединения становятся металлическими при высоких давлениях, например, йод постепенно становится металлом при давлении от 40 до 170 тысяч атмосферных давлений . Натрий становится неметаллом при давлении чуть менее двух миллионов атмосферных давлений, а при еще более высоких давлениях он, как ожидается, снова станет металлом.

При обсуждении периодической таблицы и некоторых химических свойств термин металл часто используется для обозначения тех элементов, которые в чистом виде и при стандартных условиях являются металлами в смысле электропроводности, упомянутой выше. Родственный термин металлический может также использоваться для типов легирующих атомов или легирующих элементов.

В астрономии металл относится ко всем химическим элементам в звезде, которые тяжелее гелия . В этом смысле первые четыре «металла», собирающиеся в звездных ядрах посредством нуклеосинтеза, — это углерод , азот , кислород и неон . Звезда в течение своей жизни сплавляет более легкие атомы, в основном водород и гелий, в более тяжелые атомы. Металличность астрономического объекта — это доля его вещества, состоящего из более тяжелых химических элементов. [6] [7]

Прочность и упругость некоторых металлов привели к их частому использованию, например, в строительстве высотных зданий и мостов , а также в большинстве транспортных средств, многих бытовых приборов , инструментов, труб и железнодорожных путей. Драгоценные металлы исторически использовались в качестве монет , но в современную эпоху металлы для чеканки монет распространились по крайней мере на 23 химических элемента. [8] Также широко используются многоэлементные металлы, такие как нитрид титана [9] или вырожденные полупроводники в полупроводниковой промышленности.

Считается, что история очищенных металлов началась с использования меди около 11 000 лет назад. Золото, серебро, железо (как метеоритное железо), свинец и латунь также использовались до первого известного появления бронзы в пятом тысячелетии до нашей эры. Последующие разработки включают производство ранних форм стали; открытие натрия — первого легкого металла — в 1809 году; появление современных легированных сталей ; и, после окончания Второй мировой войны, разработка более сложных сплавов.

Характеристики

Форма и структура

Кристаллы галлия на столе
Кристаллы галлия

Большинство металлов блестящие и глянцевые , по крайней мере, когда они отполированы или сломаны. Листы металла толще нескольких микрометров кажутся непрозрачными, но листовое золото пропускает зеленый свет. Это происходит из-за свободно движущихся электронов, которые отражают свет. [1] [2]

Хотя большинство элементарных металлов имеют более высокую плотность , чем неметаллы , [10] существует большой разброс в их плотностях, литий является наименее плотным (0,534 г/см3 ) , а осмий (22,59 г/см3 ) наиболее плотным. Ожидается, что некоторые из 6d переходных металлов будут плотнее осмия, но их известные изотопы слишком нестабильны для возможности массового производства [11] Магний, алюминий и титан являются легкими металлами , имеющими важное коммерческое значение. Их соответствующие плотности 1,7, 2,7 и 4,5 г/см3 можно сравнить с плотностями более старых структурных металлов, таких как железо (7,9) и медь (8,9 г/см3 ) . Наиболее распространенными легкими металлами являются сплавы алюминия [12] [13] и магния [14] [15] .

Схематический вид круглых металлических прутков после испытания на растяжение.
(a) Хрупкий излом
(b) Вязкий излом
(c) Полностью вязкий излом

Металлы, как правило, ковкие и пластичные, деформирующиеся под напряжением без раскалывания . [10] Ненаправленная природа металлической связи способствует пластичности большинства металлических твердых тел, где напряжение Пайерлса относительно низкое, что допускает движение дислокаций , и также существует множество комбинаций плоскостей и направлений для пластической деформации . [16] Из-за того, что они имеют плотно упакованные расположения атомов, вектор Бюргерса дислокаций довольно мал, что также означает, что энергия, необходимая для его создания, мала. [3] [16] Напротив, в ионном соединении, таком как поваренная соль, векторы Бюргерса намного больше, а энергия для перемещения дислокации намного выше. [3] Обратимая упругая деформация в металлах может быть хорошо описана законом Гука для восстанавливающих сил, где напряжение линейно пропорционально деформации . [ 17]

Изменение температуры может привести к перемещению структурных дефектов в металле, таких как границы зерен , точечные вакансии , линейные и винтовые дислокации , дефекты упаковки и двойники как в кристаллических , так и в некристаллических металлах. Также могут возникнуть внутреннее скольжение , ползучесть и усталость металла . [3] [16]

Атомы простых металлических веществ часто находятся в одной из трех распространенных кристаллических структур , а именно объемно-центрированной кубической (bcc), гранецентрированной кубической (fcc) и гексагональной плотноупакованной (hcp). В bcc каждый атом расположен в центре куба из восьми других. В fcc и hcp каждый атом окружен двенадцатью другими, но укладка слоев различается. Некоторые металлы принимают разные структуры в зависимости от температуры. [18]

Многие другие металлы с различными элементами имеют более сложные структуры, такие как структура каменной соли в нитриде титана или перовскит (структура) в некоторых никелатах. [19]

Электрические и тепловые

Энергетические состояния, доступные электронам в различных типах твердых тел при термодинамическом равновесии .
 
Здесь высота — это энергия, а ширина — это плотность доступных состояний для определенной энергии в указанном материале. Затенение соответствует распределению Ферми–Дирака ( черный = все состояния заполнены, белый = ни одно состояние не заполнено).
 
Уровень Ферми E F — это энергетический уровень, на котором электроны способны взаимодействовать с уровнями энергии, расположенными выше них. В металлах и полуметаллах уровень Ферми E F лежит внутри по крайней мере одной зоны энергетических состояний.
 
В изоляторах и полупроводниках уровень Ферми находится внутри запрещенной зоны ; однако в полупроводниках зоны расположены достаточно близко к уровню Ферми, чтобы быть термически заселенными электронами или дырками .

Электронная структура металлов означает, что они являются относительно хорошими проводниками электричества . Все электроны имеют разные импульсы , которые в среднем равны нулю, когда нет внешнего напряжения . Когда приложено напряжение, некоторые движутся немного быстрее в заданном направлении, некоторые немного медленнее, так что возникает чистая скорость дрейфа , которая приводит к электрическому току. [1] [2] Это включает в себя небольшие изменения в том, в каких волновых функциях находятся электроны, меняясь на те, которые имеют более высокие импульсы. Квантовая механика диктует, что в данном состоянии может быть только один электрон, принцип исключения Паули . [20] Поэтому должны быть пустые делокализованные электронные состояния (с более высокими импульсами), доступные при самых высоких занятых энергиях, как показано на рисунке. В полупроводнике, таком как кремний, или неметалле, таком как титанат стронция, существует энергетический зазор между наивысшими заполненными состояниями электронов и самыми низкими незаполненными, поэтому нет доступных состояний с немного более высокими импульсами. Следовательно, полупроводники и неметаллы являются плохими проводниками, хотя они могут проводить некоторый ток при легировании элементами, которые вводят дополнительные частично занятые энергетические состояния при более высоких температурах. [21]

Элементарные металлы имеют значения электропроводности от 6,9 × 10 3 См /см для марганца до 6,3 × 10 5 См/см для серебра . Напротив, полупроводниковый металлоид, такой как бор, имеет электропроводность 1,5 × 10 −6 См/см. За одним исключением, металлические элементы уменьшают свою электропроводность при нагревании. Плутоний увеличивает свою электропроводность при нагревании в диапазоне температур около −175 до +125 °C, с аномально большим коэффициентом теплового расширения и фазовым переходом от моноклинной к гранецентрированной кубической около 100 °C. [22] Имеются доказательства того, что это и сопоставимое поведение в трансурановых элементах обусловлено более сложными релятивистскими и спиновыми взаимодействиями, которые не охвачены в простых моделях. [23]

Плотность состояний TiN, с занятыми состояниями, закрашенными синим цветом, и уровнем Ферми в начале координат x. Показаны все состояния, а также состояния, связанные с атомами Ti и N.

Все металлические сплавы, а также проводящая керамика и полимеры являются металлами по одному и тому же определению; например, нитрид титана имеет делокализованные состояния на уровне Ферми. Они имеют электропроводность, подобную проводимости элементарных металлов. Жидкие формы также являются металлическими проводниками или электричеством, например, ртуть . В нормальных условиях ни один газ не является металлическим проводником. Однако плазма (физика) является металлическим проводником, и заряженные частицы в плазме имеют много общих свойств со свойствами электронов в элементарных металлах, особенно для белых карликовых звезд. [24]

Металлы являются относительно хорошими проводниками тепла , которое в металлах переносится в основном электронами проводимости. [25] При более высоких температурах электроны могут занимать несколько более высокие уровни энергии, заданные статистикой Ферми-Дирака . [2] [21] Они имеют немного более высокие импульсы ( кинетическую энергию ) и могут передавать тепловую энергию. Эмпирический закон Видемана-Франца гласит, что во многих металлах соотношение между тепло- и электропроводностью пропорционально температуре, с константой пропорциональности, которая примерно одинакова для всех металлов. [2]

Демонстрационная установка для аккумуляторов на основе проводящих полимеров, созданная лауреатом Нобелевской премии Аланом МакДиармидом
Демонстрационная установка для аккумуляторов из проводящих полимеров, созданная лауреатом Нобелевской премии Аланом МакДиармидом [26]

Вклад электронов металла в его теплоемкость и теплопроводность, а также электропроводность самого металла можно приблизительно рассчитать с помощью модели свободных электронов . [2] Однако это не учитывает детальную структуру ионной решетки металла. Принятие во внимание положительного потенциала, вызванного расположением ионных ядер, позволяет рассмотреть электронную зонную структуру и энергию связи металла. Применимы различные модели, простейшей из которых является модель почти свободных электронов . [2] Обычно используются современные методы, такие как теория функционала плотности . [27] [28]

Химический

Элементы, которые образуют металлы, обычно образуют катионы посредством потери электронов. [10] Большинство из них будут реагировать с кислородом в воздухе, образуя оксиды в течение различных временных масштабов ( калий сгорает за секунды, а железо ржавеет в течение лет), которые зависят от того, образует ли естественный оксид пассивирующий слой , который действует как диффузионный барьер . [29] [30] Некоторые другие, такие как палладий , платина и золото , вообще не реагируют с атмосферой; золото может образовывать соединения, где оно получает электрон (ауриды, например, аурид цезия ). Оксиды элементарных металлов часто являются основными . Однако оксиды с очень высокими степенями окисления , такие как CrO 3 , Mn 2 O 7 и OsO 4 , часто имеют строго кислотные реакции; а оксиды менее электроположительных металлов, такие как BeO, Al 2 O 3 и PbO, могут проявлять как основные, так и кислотные свойства. Последние называются амфотерными оксидами.

Распределение периодической таблицы

Элементы, которые образуют исключительно металлические структуры в обычных условиях, показаны желтым цветом в периодической таблице ниже. Остальные элементы либо образуют ковалентные сетевые структуры (светло-голубой), молекулярные ковалентные структуры (темно-синий), либо остаются в виде отдельных атомов (фиолетовый). [31] Астат (At), франций (Fr) и элементы от фермия (Fm) и далее показаны серым цветом, поскольку они чрезвычайно радиоактивны и никогда не производились в больших количествах. Теоретические и экспериментальные данные свидетельствуют о том, что эти неисследованные элементы должны быть металлами, [32] за исключением оганесона (Og), который, как показывают расчеты DFT, является полупроводником. [33]

Ситуация меняется с давлением: при чрезвычайно высоких давлениях все элементы (и, конечно, все вещества) должны металлизироваться. [32] Мышьяк (As) имеет как стабильный металлический аллотроп, так и метастабильный полупроводниковый аллотроп при стандартных условиях. Похожая ситуация касается углерода (C): графит является металлическим, а алмаз — нет.

Сплавы

Три стержня баббитового металла
Образцы баббита — сплава олова , сурьмы и меди , используемого в подшипниках для уменьшения трения.

В контексте металлов сплав — это вещество, имеющее металлические свойства, которое состоит из двух или более элементов . Часто по крайней мере один из них является металлическим элементом; термин «сплав» иногда используется более широко, как в сплавах кремния и германия . Сплав может иметь переменный или фиксированный состав. Например, золото и серебро образуют сплав, в котором пропорции золота или серебра могут изменяться; титан и кремний образуют сплав TiSi 2 , в котором соотношение двух компонентов фиксировано (также известный как интерметаллическое соединение [34] [35] ).

Металлическая скульптура
Скульптура, отлитая из мельхиора — сплава меди, никеля и цинка, который выглядит как серебро.

Большинство чистых металлов либо слишком мягкие, хрупкие, либо химически активные для практического использования. Объединение различных соотношений металлов и других элементов в сплавах изменяет свойства для получения желаемых характеристик, например, более пластичные, более твердые, устойчивые к коррозии или имеющие более желаемый цвет и блеск. Из всех металлических сплавов, используемых сегодня, сплавы железа ( сталь , нержавеющая сталь , чугун , инструментальная сталь , легированная сталь ) составляют наибольшую долю как по количеству, так и по коммерческой стоимости. [36] Железо, легированное различными пропорциями углерода, дает низко-, средне- и высокоуглеродистые стали, причем увеличение уровня углерода снижает пластичность и вязкость. Добавление кремния даст чугуны, в то время как добавление хрома , никеля и молибдена к углеродистым сталям (более 10%) приводит к получению нержавеющих сталей с повышенной коррозионной стойкостью.

Другие важные металлические сплавы — это сплавы алюминия , титана , меди и магния . Медные сплавы известны с доисторических времен — бронза дала название Бронзовому веку — и сегодня имеют множество применений, в первую очередь в электропроводке. Сплавы остальных трех металлов были разработаны сравнительно недавно; из-за их химической активности они нуждаются в процессах электролитической экстракции. Сплавы алюминия, титана и магния ценятся за их высокое отношение прочности к весу; магний также может обеспечивать электромагнитное экранирование . [37] [38] Эти материалы идеально подходят для ситуаций, когда высокое отношение прочности к весу важнее стоимости материала, например, в аэрокосмической и некоторых автомобильных отраслях. [39]

Сплавы, специально разработанные для особо сложных применений, таких как реактивные двигатели , могут содержать более десяти элементов.

Категории

Металлы можно классифицировать по их составу, физическим или химическим свойствам. Категории, описанные в подразделах ниже, включают черные и цветные металлы; хрупкие металлы и тугоплавкие металлы ; белые металлы; тяжелые и легкие металлы; цветные , благородные и драгоценные металлы, а также металлическую керамику и полимеры.

Черные и цветные металлы

Термин «феррос» происходит от латинского слова, означающего «содержащий железо». Это может включать чистое железо, такое как кованое железо , или сплав, такой как сталь . Черные металлы часто являются магнитными , но не исключительно. Цветные металлы и сплавы не содержат заметного количества железа.

Хрупкий элементарный металл

В то время как почти все элементарные металлы являются ковкими или пластичными, некоторые — бериллий, хром, марганец, галлий и висмут — являются хрупкими. [40] Мышьяк и сурьма, если их признать металлами, являются хрупкими. Низкие значения отношения объемного модуля упругости к модулю сдвига (критерий Пью) указывают на внутреннюю хрупкость. [41] Материал является хрупким, если дислокациям трудно перемещаться, что часто связано с большими векторами Бюргерса и только ограниченным числом плоскостей скольжения. [42]

Тугоплавкий металл

Тугоплавкий металл — это металл, который очень устойчив к теплу и износу. Какие металлы относятся к этой категории, варьируется; наиболее распространенное определение включает ниобий, молибден, тантал, вольфрам и рений, а также их сплавы. Все они имеют температуру плавления выше 2000 °C и высокую твердость при комнатной температуре. Несколько соединений, таких как нитрид титана, также описываются как тугоплавкие металлы.

Белый металл

Белый металл — это любой из сплавов белого цвета с относительно низкими температурами плавления, используемый в основном в декоративных целях. [43] [44] В Великобритании в аукционных каталогах торговцы предметами изобразительного искусства используют термин «белый металл» для описания иностранных серебряных изделий, на которых нет клейма Британской пробирной палаты, [45] но которые, тем не менее, считаются серебром и оцениваются соответственно.

Тяжелые и легкие металлы

Тяжелый металл — это любой относительно плотный металл. [46] Сплавы магния , алюминия и титана являются легкими металлами, имеющими важное коммерческое значение. [47] Их плотности 1,7, 2,7 и 4,5 г/см 3 составляют от 19 до 56% от плотностей других конструкционных металлов, [48] таких как железо (7,9) и медь (8,9).

Недрагоценные, благородные и драгоценные металлы

Термин «неблагородный металл» относится к металлу, который легко окисляется или корродирует , например, легко реагирует с разбавленной соляной кислотой (HCl) с образованием хлорида металла и водорода . Примерами являются железо, никель , свинец и цинк. Медь считается неблагородным металлом, поскольку она относительно легко окисляется, хотя и не реагирует с HCl.

Родиевый порошок, родиевый цилиндр и родиевая таблетка в ряд
Родий , благородный металл , представленный здесь в виде 1 г порошка, 1 г прессованного цилиндра и 1 г таблетки.

Термин «благородный металл» обычно используется в противопоставлении неблагородному металлу . Благородные металлы менее реакционноспособны, устойчивы к коррозии или окислению , [49] в отличие от большинства неблагородных металлов . Они, как правило, являются драгоценными металлами, часто из-за воспринимаемой редкости. Примерами являются золото, платина, серебро, родий , иридий и палладий.

В алхимии и нумизматике термин «недрагоценный металл» противопоставляется драгоценному металлу , то есть металлу, имеющему высокую экономическую ценность. [50] Большинство монет сегодня изготавливаются из недрагоценных металлов с низкой внутренней стоимостью ; в прошлом стоимость монет часто определялась в первую очередь содержанием в них драгоценных металлов ; золото , серебро , платина и палладий имеют валютный код ISO 4217. В настоящее время они используются в промышленности, например, платина и палладий в каталитических преобразователях , используются в ювелирных изделиях , а также играют роль инвестиций и средства сбережения . [51] Палладий и платина по состоянию на лето 2024 года оценивались чуть менее чем в два раза дешевле золота, в то время как серебро существенно дешевле.

Металлы клапанов

В электрохимии вентильный металл — это металл, который пропускает ток только в одном направлении из-за образования впоследствии изолирующего оксида. [52]

Металлокерамика

Сверло с покрытием TiN

Существует много керамических соединений, которые обладают металлической электропроводностью, но не являются простыми комбинациями металлических элементов. (Они не то же самое, что керметы , которые являются композитами непроводящей керамики и проводящего металла.) Один набор, нитриды переходных металлов, имеет значительный ионный характер связи, поэтому их можно классифицировать как керамику и металлы. [9] Они имеют частично заполненные состояния на уровне Ферми [9], поэтому являются хорошими тепло- и электропроводниками, и часто наблюдается значительный перенос заряда от атомов переходного металла к азоту. [9] Однако, в отличие от большинства элементарных металлов, керамические металлы часто не особенно пластичны. Их применение широко распространено, например, нитрид титана находит применение в ортопедических устройствах [53] и в качестве износостойкого покрытия. [54] Во многих случаях их полезность зависит от наличия эффективных методов осаждения, поэтому их можно использовать в качестве тонкопленочных покрытий. [55]

Металлические полимеры

Некоторые из проводящих полимеров [56]

Существует много полимеров, которые имеют металлическую электропроводность, [57] [58], как правило, связанную с расширенными ароматическими компонентами, такими как в полимерах, показанных на рисунке. Проводимость ароматических областей похожа на проводимость графита, поэтому она высоконаправленная. [59]

Наполовину металлический

Полуметалл — это любое вещество, которое действует как проводник для электронов с одной ориентацией спина , но как изолятор или полупроводник для электронов с противоположной ориентацией спина. Впервые они были описаны в 1983 году как объяснение электрических свойств сплавов Гейслера на основе марганца . [60] Хотя все полуметаллы являются ферромагнитными (или ферримагнитными ), большинство ферромагнетиков не являются полуметаллами. Многие из известных примеров полуметаллов — это оксиды , сульфиды или сплавы Гейслера . [61]

Полуметалл

Полуметалл — это материал с небольшим перекрытием энергии между дном зоны проводимости и верхом валентной зоны , но они не перекрываются в импульсном пространстве . [62] В отличие от обычного металла, полуметаллы имеют носители заряда обоих типов (дырки и электроны), хотя носители заряда обычно встречаются в гораздо меньших количествах, чем в реальном металле. В этом отношении они напоминают вырожденные полупроводники . Это объясняет, почему электрические свойства полуметаллов находятся на полпути между свойствами металлов и полупроводников . Существуют и другие типы, в частности, полуметаллы Вейля и Дирака . [63]

Классические элементарные полуметаллические элементы - мышьяк , сурьма , висмут , α- олово (серое олово) и графит . Существуют также химические соединения , такие как теллурид ртути (HgTe), [64] и некоторые проводящие полимеры . [65]

Жизненный цикл

Формирование

Металлические элементы вплоть до железа (в периодической таблице) в основном производятся посредством звездного нуклеосинтеза . В этом процессе более легкие элементы от водорода до кремния подвергаются последовательным реакциям синтеза внутри звезд, выделяя свет и тепло и образуя более тяжелые элементы с более высокими атомными номерами. [66]

Более тяжелые элементы обычно не образуются таким образом, поскольку реакции синтеза с участием таких ядер потребляют, а не выделяют энергию. [67] Скорее, они в значительной степени синтезируются (из элементов с меньшим атомным номером) путем захвата нейтронов , причем двумя основными режимами этого повторяющегося захвата являются s-процесс и r-процесс . В s-процессе («s» означает «медленный») единичные захваты разделены годами или десятилетиями, что позволяет менее стабильным ядрам претерпевать бета-распад , [68] в то время как в r-процессе («быстрый») захваты происходят быстрее, чем ядра могут распадаться. Поэтому s-процесс идет более или менее ясным путем: например, стабильные ядра кадмия-110 последовательно бомбардируются свободными нейтронами внутри звезды, пока не образуются ядра кадмия-115, которые нестабильны и распадаются с образованием индия-115 (который почти стабилен, с периодом полураспада30 000 раз больше возраста Вселенной). Эти ядра захватывают нейтроны и образуют индий-116, который нестабилен и распадается с образованием олова-116 и т. д. [66] [69] [n 2] Напротив, в r-процессе такого пути нет. S-процесс останавливается на висмуте из-за коротких периодов полураспада следующих двух элементов, полония и астата, которые распадаются на висмут или свинец. R-процесс настолько быстр, что может пропустить эту зону нестабильности и перейти к созданию более тяжелых элементов, таких как торий и уран. [71]

Металлы конденсируются в планетах в результате звездной эволюции и процессов разрушения. Звезды теряют большую часть своей массы, когда она выбрасывается в конце их жизни, а иногда и впоследствии в результате слияния нейтронных звезд , [72] [n 3] тем самым увеличивая обилие элементов тяжелее гелия в межзвездной среде . Когда гравитационное притяжение заставляет эту материю объединяться и коллапсировать, образуются новые звезды и планеты . [74]

Распространенность и встречаемость

Образец диаспоры
Образец диаспора , минерала гидроксида оксида алюминия, α-AlO(OH)

Земная кора состоит примерно из 25% металлических элементов по весу, из которых 80% — это легкие металлы, такие как натрий, магний и алюминий. Несмотря на общую редкость некоторых тяжелых металлов, таких как медь, они могут концентрироваться в экономически извлекаемых количествах в результате горообразования, эрозии или других геологических процессов.

Металлические элементы в основном встречаются как литофилы (любящие породы) или халькофилы (любящие руды). Литофильные элементы в основном представляют собой элементы s-блока, более реакционноспособные из элементов d-блока и элементы f-блока. Они имеют сильное сродство к кислороду и в основном существуют в виде силикатных минералов с относительно низкой плотностью. Халькофильные элементы в основном представляют собой менее реакционноспособные элементы d-блока и металлы p-блока периода 4–6. Они обычно встречаются в (нерастворимых) сульфидных минералах. Будучи плотнее литофилов, следовательно, погружаясь глубже в кору во время ее затвердевания, халькофилы, как правило, менее распространены, чем литофилы.

С другой стороны, золото является сидерофилом, или элементом, любящим железо. Оно нелегко образует соединения ни с кислородом, ни с серой. Во время формирования Земли, и как самый благородный (инертный) из металлических элементов, золото погрузилось в ядро ​​из-за своей тенденции образовывать металлические сплавы высокой плотности. Следовательно, оно относительно редко. Некоторые другие (менее) благородные — молибден, рений, металлы платиновой группы (рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платина), германий и олово — можно считать сидерофилами, но только с точки зрения их первичного появления в Земле (ядро, мантия и кора), а не в коре. В противном случае они встречаются в коре, в небольших количествах, в основном как халькофилы (реже в их естественной форме). [n 4]

Вращающееся жидкое внешнее ядро ​​земной недр, состоящее в основном из железа, считается источником защитного магнитного поля Земли. [n 5] Ядро находится над твердым внутренним ядром Земли и под ее мантией. Если бы его можно было перестроить в колонну площадью 5 м 2 (54 кв. фута), его высота составила бы около 700 световых лет. Магнитное поле защищает Землю от заряженных частиц солнечного ветра и космических лучей, которые в противном случае разрушили бы верхнюю атмосферу (включая озоновый слой, ограничивающий передачу ультрафиолетового излучения).

Извлечение

Металлические элементы часто извлекаются из Земли путем добычи руд, которые являются богатыми источниками необходимых элементов, таких как бокситы . Руды обнаруживаются с помощью методов разведки , за которыми следует разведка и исследование месторождений. Источники полезных ископаемых обычно делятся на поверхностные шахты , которые добываются путем выемки грунта с использованием тяжелого оборудования, и подземные шахты . В некоторых случаях цена продажи вовлеченного металла(ов) делает экономически целесообразным добычу источников с более низкой концентрацией.

После добычи руды элементы должны быть извлечены , обычно путем химического или электролитического восстановления. Пирометаллургия использует высокие температуры для преобразования руды в сырые металлы, в то время как гидрометаллургия использует водную химию для той же цели.

Когда металлическая руда представляет собой ионное соединение, руду обычно необходимо расплавить — нагреть с восстановителем — для извлечения чистого металла. Многие распространенные металлы, такие как железо, плавят с использованием углерода в качестве восстановителя. Некоторые металлы, такие как алюминий и натрий , не имеют коммерчески практичного восстановителя и извлекаются с помощью электролиза . [75] [76]

Сульфидные руды не восстанавливаются непосредственно до металла, а обжигаются на воздухе для преобразования их в оксиды.

Переработка

Куча спрессованных стальных отходов
Куча спрессованных стальных отходов, готовых к переработке.

Спрос на металлы тесно связан с экономическим ростом, учитывая их использование в инфраструктуре, строительстве, производстве и потребительских товарах. В течение 20-го века разнообразие металлов, используемых в обществе, быстро росло. Сегодня развитие крупных стран, таких как Китай и Индия, и технический прогресс подпитывают все больший спрос. Результатом является то, что горнодобывающая деятельность расширяется, и все больше и больше мировых запасов металлов находятся над землей в использовании, а не под землей в качестве неиспользуемых резервов. Примером является используемый запас меди . В период с 1932 по 1999 год использование меди в США выросло с 73 г до 238 г на человека. [77]

Металлы по своей сути являются перерабатываемыми, поэтому в принципе их можно использовать снова и снова, минимизируя эти негативные воздействия на окружающую среду и экономя энергию. Например, 95% энергии, используемой для производства алюминия из бокситовой руды, экономится за счет использования переработанного материала. [78]

В глобальном масштабе уровень переработки металлов, как правило, низок. В 2010 году Международная группа по ресурсам , организованная Программой ООН по окружающей среде, опубликовала отчеты о запасах металлов, существующих в обществе [79] , и темпах их переработки. [77] Авторы отчета отметили, что запасы металлов в обществе могут служить огромными шахтами над землей. Они предупредили, что темпы переработки некоторых редких металлов, используемых в таких приложениях, как мобильные телефоны, аккумуляторные батареи для гибридных автомобилей и топливные элементы, настолько низки, что если в будущем темпы переработки в конце срока службы не будут резко увеличены, эти критически важные металлы станут недоступными для использования в современных технологиях.

История

Предыстория

Медь, которая встречается в самородной форме, возможно, была первым обнаруженным металлом, учитывая ее отличительный внешний вид, тяжесть и ковкость. Золото, серебро, железо (как метеоритное железо) и свинец также были обнаружены в доисторические времена. Формы латуни , сплава меди и цинка, изготовленного путем одновременной плавки руд этих металлов, происходят из этого периода (хотя чистый цинк не был выделен до 13-го века). Ковкость твердых металлов привела к первым попыткам изготовления металлических украшений, инструментов и оружия. Метеорное железо, содержащее никель, было обнаружено время от времени, и в некоторых отношениях оно превосходило любую промышленную сталь, произведенную до 1880-х годов, когда легированные стали стали стали популярными. [80]

Древность

См. заголовок
Артемисионская бронза [n 6], изображающая Посейдона или Зевса , ок. 460 г. до н. э., Национальный археологический музей , Афины . Фигура более 2 м в высоту.

Открытие бронзы (сплава меди с мышьяком или оловом) позволило людям создавать металлические предметы, которые были твёрже и долговечнее, чем это было возможно ранее. Бронзовые инструменты, оружие, доспехи и строительные материалы , такие как декоративная плитка, были твёрже и долговечнее своих предшественников из камня и меди (« халколит »). Первоначально бронзу изготавливали из меди и мышьяка (образуя мышьяковистую бронзу ) путём плавки естественным или искусственным путём смешанных руд меди и мышьяка. [81] Самые ранние известные на сегодняшний день артефакты происходят с Иранского плато в пятом тысячелетии до н. э. [82] Только позже стало использоваться олово , которое стало основным немедным ингредиентом бронзы в конце третьего тысячелетия до н. э. [83] Само чистое олово было впервые выделено в 1800 г. до н. э. китайскими и японскими металлистами.

Ртуть была известна древним китайцам и индийцам еще до 2000 г. до н. э. и была обнаружена в египетских гробницах, датируемых 1500 г. до н. э.

Самое раннее известное производство стали, сплава железа и углерода, обнаружено в железных изделиях, найденных при раскопках археологических раскопок в Анатолии ( Каман-Калехёюк ), которым около 4000 лет, и датируются 1800 годом до н. э. [84] [85]

Примерно с 500 г. до н. э. мастера по изготовлению мечей в Толедо, Испания , изготавливали ранние формы легированной стали , добавляя минерал под названием вольфрамит , содержащий вольфрам и марганец, к железной руде (и углероду). Полученная толедская сталь привлекла внимание Рима, когда ее использовал Ганнибал в Пунических войнах . Вскоре она стала основой для вооружения римских легионов; такие мечи были «крепче по составу, чем любой существующий меч, и, поскольку… [они] не ломались, обеспечивали психологическое преимущество римскому солдату». [86]

В доколумбовой Америке предметы из тумбаги , сплава меди и золота, начали производить в Панаме и Коста-Рике между 300 и 500 гг. н. э. Небольшие металлические скульптуры были распространены, а широкий спектр украшений из тумбаги (и золота) составлял обычные регалии лиц высокого статуса.

Примерно в то же время коренные жители Эквадора смешивали золото с природным платиновым сплавом, содержащим небольшие количества палладия, родия и иридия, чтобы производить миниатюры и маски из сплава белого золота и платины. Металлурги нагревали золото с зернами платинового сплава до тех пор, пока золото не расплавилось. После охлаждения полученный конгломерат многократно ковали и нагревали, пока он не становился однородным, что эквивалентно плавлению всех металлов (достижение точек плавления соответствующих металлов платиновой группы было за пределами технологий того времени). [87] [n 7]

Средний возраст

Золото — для хозяйки, серебро — для служанки,
Медь — для мастера, искусного в своем деле.
«Хорошо!» — сказал Барон, сидя в своем зале,
«Но Железо — Холодное Железо — хозяин над всеми».

из «Холодного железа» Редьярда Киплинга [ 88]

Арабские и средневековые алхимики считали, что все металлы и материя состоят из принципа серы, отца всех металлов и носителя горючего свойства, и принципа ртути, матери всех металлов [n 8] и носителя свойств текучести, плавкости и летучести. Эти принципы не обязательно были обычными веществами серой и ртутью, которые можно найти в большинстве лабораторий. Эта теория подкрепляла веру в то, что все металлы предназначены стать золотом в недрах земли посредством надлежащих комбинаций тепла, пищеварения, времени и устранения загрязняющих веществ, все из которых можно было развить и ускорить посредством знаний и методов алхимии. [n 9]

Стали известны мышьяк, цинк, сурьма и висмут, хотя их сначала называли полуметаллами или полуметаллами из-за их нековкости. Считается, что Альберт Великий был первым, кто выделил мышьяк из соединения в 1250 году, нагревая мыло вместе с трисульфидом мышьяка . Металлический цинк, который является хрупким, если содержит примеси, был выделен в Индии к 1300 году нашей эры. Первое описание процедуры выделения сурьмы содержится в книге 1540 года De la pirotechnia Ваноччо Бирингуччо . Висмут был описан Агриколой в De Natura Fossilium (ок. 1546 г.); в ранние времена его путали с оловом и свинцом из-за его сходства с этими элементами.

Ренессанс

Титульный лист De re metallica, написанный на латыни
De re металлика , 1555
См. заголовок
Кристаллы платины
Диск урана, удерживаемый руками в перчатках
Диск высокообогащенного урана, извлеченный из металлолома, переработанного в комплексе национальной безопасности Y-12 в Оук-Ридже, штат Теннесси.
Сверхчистый церий в атмосфере аргона
Сверхчистый церий в атмосфере аргона, 1,5 г

Первым систематическим текстом по горному делу и металлургии был труд «De la Pirotechnia» (1540) Ваноччо Бирингуччо , в котором рассматриваются вопросы исследования, плавки и обработки металлов.

Шестнадцать лет спустя, в 1556 году, Георгий Агрикола опубликовал труд «De Re Metallica» — очерк о горном деле, металлургии и сопутствующих искусствах и науках, обширный трактат о химической промышленности XVI века.

В своей работе «De Natura Fossilium» (1546) он дал следующее описание металла :

Металл — это минеральное тело, по природе жидкое или довольно твердое. Последний может быть расплавлен теплом огня, но когда он снова остынет и потеряет все тепло, он снова станет твердым и примет свою надлежащую форму. В этом отношении он отличается от камня, который плавится в огне, ибо хотя последний и восстанавливает свою твердость, однако он теряет свою первоначальную форму и свойства.

Традиционно существует шесть различных видов металлов, а именно золото, серебро, медь, железо, олово и свинец. На самом деле есть и другие, поскольку ртуть является металлом, хотя алхимики не согласны с нами по этому вопросу, и висмут также является металлом. Древнегреческие писатели, по-видимому, не знали о висмуте, поэтому Аммоний справедливо утверждает, что существует много видов металлов, животных и растений, которые нам неизвестны. Сурьма , выплавленная в тигле и очищенная, имеет столько же прав считаться настоящим металлом, сколько писатели признают за свинцом. Если при выплавке добавить определенную часть к олову, то получится сплав книготорговца, из которого изготавливается шрифт, используемый теми, кто печатает книги на бумаге.

Каждый металл имеет свою собственную форму, которую он сохраняет, будучи отделенным от тех металлов, которые были смешаны с ним. Поэтому ни электрум , ни станнум [не имея в виду наше олово] сами по себе не являются настоящим металлом, а скорее сплавом двух металлов. Электрум — это сплав золота и серебра, станнум — свинца и серебра. И все же, если серебро отделить от электрума, то останется золото, а не электрум; если серебро отнять от станнума, то останется свинец, а не станнум.

Однако, найдена ли латунь как самородный металл или нет, нельзя установить с какой-либо уверенностью. Мы знаем только об искусственной латуни, которая состоит из меди, окрашенной в цвет минерала каламина . И все же, если бы ее выкопали, это был бы настоящий металл. Черная и белая медь, кажется, отличаются от красной.

Таким образом, металл по своей природе либо тверд, как я уже сказал, либо жидок, как в уникальном случае ртути.

Но теперь достаточно о простых видах. [89]

Платина, третий драгоценный металл после золота и серебра, была открыта в Эквадоре в период с 1736 по 1744 год испанским астрономом Антонио де Ульоа и его коллегой математиком Хорхе Хуаном и Сантасилией. Ульоа был первым человеком, который написал научное описание металла в 1748 году.

В 1789 году немецкий химик Мартин Генрих Клапрот выделил оксид урана, который, как он думал, был самим металлом. Впоследствии Клапрот был признан первооткрывателем урана. Только в 1841 году французский химик Эжен-Мельхиор Пелиго приготовил первый образец металлического урана. Впоследствии Анри Беккерель открыл радиоактивность в 1896 году, используя уран.

В 1790-х годах Джозеф Пристли и голландский химик Мартинус ван Марум наблюдали влияние металлических поверхностей на дегидрирование спирта, что впоследствии привело в 1831 году к синтезу серной кислоты в промышленных масштабах с использованием платинового катализатора.

В 1803 году церий был первым из лантаноидов , который был открыт в Бастнесе, Швеция, Йенсом Якобом Берцелиусом и Вильгельмом Хизингером, и независимо Мартином Генрихом Клапротом в Германии. Лантаноиды считались диковинкой до 1960-х годов, когда были разработаны методы более эффективного разделения их друг от друга. Впоследствии они нашли применение в сотовых телефонах, магнитах, лазерах, освещении, батареях, каталитических преобразователях и в других приложениях, позволяющих использовать современные технологии.

Другими металлами, открытыми и полученными в это время, были кобальт, никель, марганец, молибден, вольфрам и хром, а также некоторые металлы платиновой группы : палладий, осмий, иридий и родий.

Легкие металлические элементы

Все элементарные металлы, открытые до 1809 года, имели относительно высокую плотность; их тяжесть считалась отличительным критерием. С 1809 года были выделены легкие металлы, такие как натрий, калий и стронций. Их низкая плотность бросила вызов общепринятым представлениям о природе металлов. Однако химически они вели себя как металлы и впоследствии были признаны таковыми.

Алюминий был открыт в 1824 году, но только в 1886 году был разработан промышленный метод его крупномасштабного производства. Цены на алюминий упали, и алюминий стал широко использоваться в ювелирных изделиях, предметах повседневного обихода, оправах для очков, оптических приборах, столовых приборах и фольге в 1890-х и начале 20-го века. Способность алюминия образовывать твердые, но легкие сплавы с другими металлами обеспечила металлу множество применений в то время. Во время Первой мировой войны правительства крупных стран требовали больших партий алюминия для легких и прочных планеров самолетов.

Хотя чистый металлический титан (99,9%) был впервые получен в 1910 году, он не использовался за пределами лаборатории до 1932 года. В 1950-х и 1960-х годах Советский Союз был пионером в использовании титана в военных и подводных приложениях в рамках программ, связанных с холодной войной. Начиная с начала 1950-х годов, титан начал использоваться в военной авиации, особенно в высокопроизводительных реактивных самолетах, начиная с таких самолетов, как F-100 Super Sabre и Lockheed A-12 и SR-71 .

Металлический скандий был впервые получен в 1937 году. Первый фунт 99% чистого металлического скандия был получен в 1960 году. Производство алюминиево-скандиевых сплавов началось в 1971 году по патенту США. Алюминиево-скандиевые сплавы были также разработаны в СССР.

Век стали

Раскаленная добела сталь льется, словно вода, из 35-тонной электропечи на сталелитейном заводе Allegheny Ludlum Steel Corporation в Брэкенридже , штат Пенсильвания .

Современная эра в сталеплавильном производстве началась с внедрения процесса Бессемера Генри Бессемера в 1855 году, сырьем для которого служил чугун. Его метод позволил ему производить сталь в больших количествах и дешево, поэтому мягкая сталь стала использоваться для большинства целей, для которых раньше использовалось кованое железо. Процесс Гилкриста-Томаса (или базовый процесс Бессемера ) был усовершенствованием процесса Бессемера, выполненным путем футеровки конвертера основным материалом для удаления фосфора.

Благодаря своей высокой прочности на разрыв и низкой стоимости сталь стала основным компонентом, используемым в зданиях , инфраструктуре , инструментах , кораблях , автомобилях , машинах , приборах и оружии .

В 1872 году англичане Кларк и Вудс запатентовали сплав, который сегодня считался бы нержавеющей сталью . Коррозионная стойкость железохромовых сплавов была признана в 1821 году французским металлургом Пьером Бертье . Он отметил их устойчивость к воздействию некоторых кислот и предложил использовать их в столовых приборах. Металлурги 19-го века не могли производить комбинацию низкого углерода и высокого хрома, обнаруженную в большинстве современных нержавеющих сталей, а сплавы с высоким содержанием хрома, которые они могли производить, были слишком хрупкими, чтобы быть практичными. Только в 1912 году в Англии, Германии и Соединенных Штатах произошла индустриализация сплавов нержавеющей стали.

Последние стабильные металлические элементы

К 1900 году оставалось открыть три металла с атомными номерами меньше, чем у свинца (№ 82), самого тяжелого стабильного металла: элементы 71, 72, 75.

Фон Вельсбах в 1906 году доказал, что старый иттербий также содержал новый элемент (#71), который он назвал кассиопеем . Урбен доказал это одновременно, но его образцы были очень нечистыми и содержали только следовые количества нового элемента. Несмотря на это, выбранное им название лютеций было принято.

В 1908 году Огава обнаружил элемент 75 в торианите, но присвоил ему номер 43 вместо 75 и назвал его ниппонием . В 1925 году Уолтер Ноддак, Ида Ева Таке и Отто Берг объявили о его отделении от гадолинита и дали ему современное название — рений .

Жорж Урбен утверждал, что нашел элемент 72 в остатках редкоземельных элементов, в то время как Владимир Вернадский независимо нашел его в ортите. Ни одно из заявлений не было подтверждено из-за Первой мировой войны, и ни одно из них не могло быть подтверждено позже, поскольку химия, о которой они сообщили, не соответствует той, которая сейчас известна для гафния . После войны, в 1922 году, Костер и Хевеши обнаружили его с помощью рентгеноспектрального анализа в норвежском цирконе. Таким образом, гафний был последним стабильным элементом, который был открыт, хотя рений был последним, который был правильно распознан.

К концу Второй мировой войны ученые синтезировали четыре пост-урановых элемента, все из которых являются радиоактивными (нестабильными) металлами: нептуний (в 1940 году), плутоний (1940–41 годы), а также кюрий и америций (1944 год), представляющие элементы с 93 по 96. Первые два из них в конечном итоге были также обнаружены в природе. Кюрий и америций были побочными продуктами Манхэттенского проекта, в результате которого в 1945 году была создана первая в мире атомная бомба. Бомба была основана на ядерном делении урана, металла, который, как считалось, был открыт почти 150 лет назад.

Развитие событий после Второй мировой войны

Суперсплавы

Термическая обработка лопаток турбин из суперсплава

Суперсплавы, состоящие из комбинаций Fe, Ni, Co и Cr, а также меньших количеств W, Mo, Ta, Nb, Ti и Al, были разработаны вскоре после Второй мировой войны для использования в высокопроизводительных двигателях, работающих при повышенных температурах (выше 650 °C (1200 °F)). Они сохраняют большую часть своей прочности в этих условиях в течение длительных периодов и сочетают хорошую низкотемпературную пластичность с устойчивостью к коррозии или окислению. Суперсплавы теперь можно найти в широком спектре приложений, включая наземные, морские и аэрокосмические турбины, а также химические и нефтяные заводы.

Транскуриевые металлы

Успешное создание атомной бомбы в конце Второй мировой войны вызвало дальнейшие попытки синтезировать новые элементы, почти все из которых являются или, как ожидается, являются металлами, и все они радиоактивны. Только в 1949 году элемент 97 ( берклий ), следующий после элемента 96 ( кюрий ), был синтезирован путем обстрела альфа-частицами мишени из америция. В 1952 году элемент 100 ( фермий ) был найден в обломках первого взрыва водородной бомбы; водород, неметалл, был идентифицирован как элемент почти 200 лет назад. С 1952 года были синтезированы элементы 101 ( менделевий ) по 118 ( оганесон ).

Металлические стаканы оптом

Металлическое стекло Vitreloy4

Металлическое стекло (также известное как аморфный или стеклообразный металл) — это твердый металлический материал, обычно сплав с неупорядоченной атомной структурой. Большинство чистых и легированных металлов в твердом состоянии имеют атомы, расположенные в высокоупорядоченной кристаллической структуре. Напротив, они имеют некристаллическую стеклообразную структуру. Но в отличие от обычных стекол, таких как оконное стекло, которые обычно являются электрическими изоляторами, аморфные металлы обладают хорошей электропроводностью. Аморфные металлы производятся несколькими способами, включая чрезвычайно быстрое охлаждение, физическое осаждение из паровой фазы, твердотельную реакцию, ионное облучение и механическое легирование. Первым зарегистрированным металлическим стеклом был сплав (Au 75 Si 25 ), произведенный в Калифорнийском технологическом институте в 1960 году. Совсем недавно были произведены партии аморфной стали с прочностью в три раза большей, чем у обычных стальных сплавов. В настоящее время наиболее важные приложения основаны на особых магнитных свойствах некоторых ферромагнитных металлических стекол. Низкие потери на намагничивание используются в высокоэффективных трансформаторах. В идентификационных бирках для контроля краж и других системах наблюдения за предметами часто используются металлические стекла из-за этих магнитных свойств.

Сплавы с эффектом памяти формы

Сплав с эффектом памяти формы (SMA) — это сплав, который «помнит» свою первоначальную форму и при деформации возвращается к своей прежней форме при нагревании. Хотя эффект памяти формы был впервые обнаружен в 1932 году в сплаве Au-Cd, серьезные исследования начались только в 1962 году, когда эффект был случайно обнаружен в сплаве Ni-Ti, и еще через десять лет после этого появились коммерческие приложения. SMA применяются в робототехнике, автомобильной, аэрокосмической и биомедицинской промышленности. Существует еще один тип SMA, называемый ферромагнитным сплавом с эффектом памяти формы (FSMA), который меняет форму под действием сильных магнитных полей. Эти материалы представляют интерес, поскольку магнитный отклик, как правило, быстрее и эффективнее откликов, вызванных температурой.

Квазикристаллические сплавы

Металлический правильный додекаэдр
Ho-Mg-Zn икосаэдрический квазикристалл, сформированный как пентагональный додекаэдр , двойственный икосаэдру

В 1984 году израильский металлург Дэн Шехтман обнаружил сплав алюминия и марганца, имеющий пятикратную симметрию, что нарушало кристаллографическую конвенцию того времени, которая гласила, что кристаллические структуры могут иметь только двух-, трех-, четырех- или шестикратную симметрию. Из-за сомнений относительно реакции научного сообщества ему потребовалось два года, чтобы опубликовать результаты, за которые он был удостоен Нобелевской премии по химии в 2011 году. С тех пор были зарегистрированы и подтверждены сотни квазикристаллов. Они существуют во многих металлических сплавах (и некоторых полимерах). Квазикристаллы чаще всего встречаются в алюминиевых сплавах (Al-Li-Cu, Al-Mn-Si, Al-Ni-Co, Al-Pd-Mn, Al-Cu-Fe, Al-Cu-V и т. д.), но известны и многочисленные другие составы (Cd-Yb, Ti-Zr-Ni, Zn-Mg-Ho, Zn-Mg-Sc, In-Ag-Yb, Pd-U-Si и т. д.). Квазикристаллы фактически имеют бесконечно большие элементарные ячейки. Икосаэдрит Al 63 Cu 24 Fe 13 , первый квазикристалл, обнаруженный в природе, был обнаружен в 2009 году. Большинство квазикристаллов обладают свойствами, подобными керамике, включая низкую электропроводность (приближающуюся к значениям, наблюдаемым в изоляторах) и низкую теплопроводность, высокую твердость, хрупкость и устойчивость к коррозии, а также антипригарные свойства. Квазикристаллы использовались для разработки теплоизоляции, светодиодов, дизельных двигателей и новых материалов, преобразующих тепло в электричество. Новые приложения могут использовать низкий коэффициент трения и твердость некоторых квазикристаллических материалов, например, внедрение частиц в пластик для создания прочных, износостойких пластиковых шестерен с низким коэффициентом трения. Другие потенциальные приложения включают селективные солнечные поглотители для преобразования энергии, широковолновые отражатели, а также приложения для восстановления костей и протезирования, где требуются биосовместимость, низкое трение и коррозионная стойкость.

Сложные металлические сплавы

Сложные металлические сплавы (CMA) представляют собой интерметаллические соединения, характеризующиеся большими элементарными ячейками, содержащими от нескольких десятков до тысяч атомов; наличием четко определенных кластеров атомов (часто с икосаэдрической симметрией); и частичным беспорядком в их кристаллических решетках. Они состоят из двух или более металлических элементов, иногда с добавлением металлоидов или халькогенидов . К ним относится, например, NaCd2 с 348 атомами натрия и 768 атомами кадмия в элементарной ячейке. Лайнус Полинг попытался описать структуру NaCd2 в 1923 году, но не преуспел до 1955 года. Сначала их называли «гигантскими кристаллами с элементарной ячейкой», но интерес к CMA, как их стали называть, не возрастал до 2002 года, когда была опубликована статья под названием «Структурно сложные фазы сплавов», представленная на 8-й Международной конференции по квазикристаллам. Потенциальные области применения CMA включают теплоизоляцию; солнечное отопление; магнитные холодильники; использование отходящего тепла для выработки электроэнергии; а также покрытия для лопаток турбин в военных двигателях.

Высокоэнтропийные сплавы

Высокоэнтропийные сплавы (HEAs), такие как AlLiMgScTi, состоят из равных или почти равных количеств пяти или более металлов. По сравнению с обычными сплавами только с одним или двумя основными металлами, HEAs имеют значительно лучшее отношение прочности к весу, более высокую прочность на разрыв и большую устойчивость к трещинам, коррозии и окислению. Хотя HEAs были описаны еще в 1981 году, значительный интерес к ним возник только в 2010-х годах; они продолжают оставаться в центре внимания исследований в области материаловедения и инженерии из-за своих желаемых свойств.

МАКС фаза

В фазе Max M является ранним переходным металлом, A является элементом группы A (в основном группы IIIA и IVA, или группы 13 и 14), а X является либо углеродом, либо азотом. Примерами являются Hf 2 SnC и Ti 4 AlN 3 . Такие сплавы обладают высокой электро- и теплопроводностью, стойкостью к тепловому удару, устойчивостью к повреждениям, обрабатываемостью, высокой упругой жесткостью и низкими коэффициентами теплового расширения. [90] Их можно полировать до металлического блеска из-за их превосходной электропроводности. Во время механических испытаний было обнаружено, что поликристаллические цилиндры Ti 3 SiC 2 можно многократно сжимать при комнатной температуре до напряжений 1 ГПа и полностью восстанавливать после снятия нагрузки. Некоторые фазы MAX также обладают высокой устойчивостью к химическому воздействию (например, Ti 3 SiC 2 ) и высокотемпературному окислению на воздухе (Ti 2 AlC, Cr 2 AlC 2 и Ti 3 AlC 2 ). Потенциальные области применения сплавов MAX phase включают: производство прочных, обрабатываемых, стойких к термическим ударам огнеупоров; высокотемпературных нагревательных элементов; покрытий для электрических контактов; а также деталей, стойких к нейтронному облучению, для ядерных применений.

Смотрите также

Примечание

  1. ^ Микроэлементы, имеющие содержание, равное или намного меньше одной части на триллион (а именно Tc , Pm , Po , At , Ra , Ac , Pa , Np и Pu ), не показаны.
  2. ^ В некоторых случаях, например, в присутствии гамма-лучей высокой энергии или в среде с очень высокой температурой, богатой водородом , ядра могут испытывать потерю нейтронов или приобретение протонов, что приводит к образованию (сравнительно редких) изотопов с дефицитом нейтронов . [70]
  3. ^ Выброс вещества при столкновении двух нейтронных звезд объясняется взаимодействием их приливных сил , возможным разрушением земной коры и ударным нагревом (что происходит, если вы вдавливаете педаль газа в пол в машине, когда двигатель холодный). [73]
  4. ^ Железо, кобальт, никель и олово также являются сидерофилами с точки зрения всей Земли.
  5. ^ Еще одна жизненно важная роль железа заключается в том, что оно является ключевым компонентом гемоглобина , который обеспечивает транспортировку кислорода из легких в остальные части тела.
  6. ^ Бронза — сплав, состоящий в основном из меди, обычно примерно с 12% олова и часто с добавлением других металлов (таких как алюминий, марганец, никель или цинк), а иногда и неметаллов или металлоидов, таких как мышьяк, фосфор или кремний.
  7. ^ В Дамаске, Сирия, кузнецы-клиночники выковывали ножи и мечи с характерным рисунком поверхности, состоящим из закрученных узоров светло-травленых областей на почти черном фоне. Эти клинки обладали легендарными режущими способностями. Железо, которое использовали кузнецы, было получено из Индии и содержало один или несколько карбидообразующих элементов, таких как V, Mo, Cr, Mn и Nb. Современный анализ этого оружия показал, что эти элементы поддерживали каталитическое образование углеродных нанотрубок, которые, в свою очередь, способствовали образованию нанопроволок цементита (Fe 3 C). Ковкость углеродных нанотрубок компенсировала хрупкость цементита и наделила полученную сталь уникальным сочетанием прочности и гибкости. Знание того, как делать то, что стало называться дамасской сталью, исчезло в восемнадцатом веке, возможно, из-за истощения источников руды с правильным сочетанием примесей. Используемые методы были вновь открыты только в 2009 году.
  8. ^ В древние времена свинец считался отцом всех металлов.
  9. ^ Парацельс , поздний немецкий писатель эпохи Возрождения, добавил третий принцип соли, несущий нелетучие и негорючие свойства, в свою доктрину tria prima . Эти теории сохранили четыре классических элемента как лежащие в основе состава серы, ртути и соли.

Ссылки

  1. ^ abcd Киттель, Чарльз (2018). Введение в физику твердого тела . Пол Макьюэн (Глобальное издание, [9-е издание] ред.). Хобокен, Нью-Джерси: Wiley. ISBN 978-1-119-45416-8.
  2. ^ abcdefgh Эшкрофт, Нил В.; Мермин, Н. Дэвид (1976). Физика твердого тела . Нью-Йорк: Холт, Райнхарт и Уинстон. ISBN 978-0-03-083993-1.
  3. ^ abcd Каллистер, Уильям Д. (1997). Материаловедение и инженерия: введение (4-е изд.). Нью-Йорк: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-13459-6.
  4. ^ Chiang, CK (1977). «Транспортные и оптические свойства политиазилбромидов: (SNBr 0,4 )x». Solid State Communications . 23 (9): 607–612. Bibcode : 1977SSCom..23..607C. doi : 10.1016/0038-1098(77)90530-0.; Гринвуд, NN; Эрншоу, A (1998). Химия элементов . Оксфорд: Butterworth-Heinemann. стр. 727. ISBN 978-0-7506-3365-9.; Mutlu, H; Theato, P (2021). «Полимеры со связями сера-азот». В Zhang, X; Theato, P (ред.). Серосодержащие полимеры: от синтеза до функциональных материалов . Weinheim: Wiley-VCH. стр. 191–234 (191). ISBN 978-3-527-34670-7.
  5. ^ Ёнезава, Ф. (2017). Физика переходов металл-неметалл . Амстердам: IOS Press. стр. 257. ISBN 978-1-61499-786-3. Сэр Невилл Мотт (1905–1996) написал письмо своему коллеге-физику, профессору Питеру П. Эдвардсу , в котором он отмечает... Я много думал о том, «Что такое металл?», и я думаю, что на этот вопрос можно ответить только при T = 0 (абсолютный ноль температуры). Там металл проводит, а неметалл — нет.
  6. ^ Мартин, Джон С. «Что мы узнаем из содержания металлов в звездах». Домашняя страница Джона С. Мартина . Получено 25 марта 2021 г.
  7. ^ Мартин, Джон К.; Моррисон, Хизер Л. (18 мая 1998 г.) [1998]. «Новый анализ кинематики RR Лиры в окрестностях Солнца». The Astronomical Journal . 116 (4) (опубликовано 1 октября 1998 г.): 1724–1735. arXiv : astro-ph/9806258 . Bibcode : 1998AJ....116.1724M. doi : 10.1086/300568. S2CID  18530430 – через IOPscience.
  8. ^ Roe, J.; Roe, M. (1992). «В мировой чеканке монет используется 24 химических элемента». World Coinage News . 19 (4, 5): 24–25, 18–19.
  9. ^ abcd Stampfl, C.; Mannstadt, W.; Asahi, R.; Freeman, AJ (2001). "Электронная структура и физические свойства мононитридов ранних переходных металлов: расчеты с использованием теории функционала плотности LDA, GGA и экранированного обмена LDA FLAPW". Physical Review B. 63 ( 15): 155106. Bibcode :2001PhRvB..63o5106S. doi :10.1103/PhysRevB.63.155106.
  10. ^ abc Мортимер, Чарльз Э. (1975). Химия: концептуальный подход (3-е изд.). Нью-Йорк: D. Van Nostrad Company.
  11. ^ Моллер, П.; Никс, младший (1994). Свойства деления самых тяжелых элементов (PDF) . Симпозиум Dai 2 Kai Hadoron Tataikei no Simposium, Токай-мура, Ибараки, Япония. Университет Северного Техаса . Проверено 16 февраля 2020 г.
  12. ^ Benedyk, JC (2010-01-01), Mallick, PK (ред.), "3 - Алюминиевые сплавы для легких автомобильных конструкций", Материалы, проектирование и производство легких транспортных средств , Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering, Woodhead Publishing, стр. 79–113, doi :10.1533/9781845697822.1.79, ISBN 978-1-84569-463-0, получено 2024-07-23
  13. ^ Ли, Шуан – Шуан; Юэ, Синь; Ли, Цин-Юань; Пэн, Хэ-Ли; Донг, Бай-Синь; Лю, Тянь-Шу; Ян, Хун-Ю; Фан, Джун; Шу, Ши–Ли; Цю, Фэн; Цзян, Ци-Чуань (01 ноября 2023 г.). «Разработка и применение алюминиевых сплавов для аэрокосмической промышленности». Журнал исследований материалов и технологий . 27 : 944–983. дои : 10.1016/j.jmrt.2023.09.274 . ISSN  2238-7854.
  14. ^ Гупта, М.; Вонг, В. Л. Э. (2015-07-01). «Нанокомпозиты на основе магния: легкие материалы будущего». Характеристика материалов . 105 : 30–46. doi :10.1016/j.matchar.2015.04.015. ISSN  1044-5803.
  15. ^ Огава, Юкико; Андо, Дайсуке; Суто, Юдзи; Коике, Дзюнъити (2016-07-22). «Легкий магниевый сплав с памятью формы». Science . 353 (6297): 368–370. Bibcode :2016Sci...353..368O. doi :10.1126/science.aaf6524. ISSN  0036-8075. PMID  27463668.
  16. ^ abc Weertman, Johannes; Weertman, Julia R. (1992). Элементарная теория дислокаций . Нью-Йорк: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-506900-6.
  17. ^ Тимошенко, Стивен (1983-01-01). История сопротивления материалов: с кратким изложением истории теории упругости и теории конструкций. Courier Corporation. ISBN 978-0-486-61187-7.
  18. ^ Холлеман, А. Ф.; Виберг, Э. (2001). Неорганическая химия . Сан-Диего: Academic Press. ISBN 0-12-352651-5.
  19. ^ Костер, Г. (2015). Эпитаксиальный рост сложных оксидов металлов . Бостон, Массачусетс: Elsevier. ISBN 978-1-78242-245-7.
  20. ^ Шифф, Леонард (1959). Квантовая механика (PDF) . McGraw-Hill .
  21. ^ ab Solymar, L.; Walsh, D. (2004). Электрические свойства материалов (7-е изд.). Оксфорд; Нью-Йорк: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-926793-4.
  22. ^ Хеккер, Зигфрид С. (2000). «Плутоний и его сплавы: от атомов до микроструктуры» (PDF) . Los Alamos Science . 26 : 290–335. Архивировано (PDF) из оригинала 24 февраля 2009 г. . Получено 15 февраля 2009 г. .
  23. ^ Циовкин, Ю. Ю.; Лукоянов А.В.; Шориков, АО; Циовкина Л. Ю.; Дьяченко А.А.; Быструшкин В.Б.; Коротин, М.А.; Анисимов В.И.; Дремов, В.В. (2011). «Электрическое сопротивление чистых трансурановых металлов под давлением». Журнал ядерных материалов . 413 (1): 41–46. Бибкод : 2011JNuM..413...41T. doi :10.1016/j.jnucmat.2011.03.053. ISSN  0022-3115.
  24. ^ Koester, D; Chanmugam, G (1990). «Физика белых карликовых звезд». Reports on Progress in Physics . 53 (7): 837–915. doi :10.1088/0034-4885/53/7/001. ISSN  0034-4885.
  25. ^ Skośkiewicz, T. (2005). «Теплопроводность при низких температурах». Энциклопедия физики конденсированных сред . Elsevier. стр. 159–164. doi :10.1016/b0-12-369401-9/01168-2. ISBN 978-0-12-369401-0.
  26. ^ "Нобелевская премия по химии 2000 года". NobelPrize.org . Получено 2024-07-23 .
  27. ^ Берк, Кирон (2007). «Азбука DFT» (PDF) .
  28. ^ Гросс, Эберхард КУ; Дрейцлер, Райнер М. (2013). Теория функционала плотности. Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4757-9975-0.
  29. ^ Бокрис, Дж. О'М; Редди, Амуля К.Н. (1977). Современная электрохимия. 2 (3-е печатное издание). Нью-Йорк: Plenum Pr. ISBN 978-0-306-25002-6.
  30. ^ Келли, Роберт Г.; Скалли, Джон Р.; Шузмит, Дэвид; Бухайт, Рудольф Г. (2002-09-13). Электрохимические методы в коррозионной науке и технике (0-е изд.). CRC Press. doi :10.1201/9780203909133. ISBN 978-0-203-90913-3.
  31. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  32. ^ ab Siekierski, S.; Burgess, J. (2002). Краткая химия элементов . Horwood. стр. 60–66. ISBN 978-1-898563-71-6.
  33. ^ Мьюз, Ян-Майкл; Смитс, Одиль Розетт; Йерабек, Пол; Швердтфегер, Питер (25 июля 2019 г.). «Оганесон — полупроводник: о сужении релятивистской запрещенной зоны в самых тяжелых твердых телах благородных газов». Angewandte Chemie . 58 (40): 14260–14264. doi :10.1002/anie.201908327. PMC 6790653 . PMID  31343819. 
  34. ^ Лю, CT; Стиглер, JO (1984-11-09). "Пластичные упорядоченные интерметаллические сплавы". Science . 226 (4675): 636–642. Bibcode :1984Sci...226..636L. doi :10.1126/science.226.4675.636. ISSN  0036-8075. PMID  17774926.
  35. ^ Cinca, Nuria; Lima, Carlos Roberto Camello; Guilemany, Jose Maria (2013). «Обзор исследований и применения интерметаллидов: состояние термических напыляемых покрытий». Журнал исследований и технологий материалов . 2 (1): 75–86. doi : 10.1016/j.jmrt.2013.03.013 . ISSN  2238-7854.
  36. ^ "Использование стали по секторам". worldsteel.org . Получено 2024-09-18 .
  37. ^ Jang, JM; Lee, HS; Singh, JK (17 декабря 2020 г.). «Элементы электромагнитного экранирования различных металлических покрытий, нанесенных методом дугового термического напыления». Материалы . 13 (24): 5776. Bibcode : 2020Mate ...13.5776J. doi : 10.3390/ma13245776 . PMC 7767199. PMID  33348891. 
  38. ^ "Обзор программы по металлам" (PDF) . arpa-e.energy.gov . Получено 4 июня 2024 г. .
  39. ^ Gialanella, Stefano; Malandruccolo, Alessio (2020). Аэрокосмические сплавы. Темы в горном деле, металлургии и материаловедении. Cham: Springer International Publishing. doi : 10.1007/978-3-030-24440-8. ISBN 978-3-030-24439-2.
  40. ^ Рассел, AM; Ли, KL (2005). Структура–свойства в цветных металлах . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. стр. везде. Bibcode : 2005srnm.book.....R. ISBN 978-0-471-64952-6.
  41. ^ Сенков, О.Н.; Чудо, Д.Б. (2021-02-25). "Обобщение внутренних критериев пластичности-хрупкости по Пью и Петтифору для материалов с кубической кристаллической структурой". Scientific Reports . 11 (1): 4531. Bibcode :2021NatSR..11.4531S. doi :10.1038/s41598-021-83953-z. ISSN  2045-2322. PMC 7907099 . PMID  33633140. 
  42. ^ Введение в дислокации. Elsevier. 2001. doi :10.1016/b978-0-7506-4681-9.x5000-7. ISBN 978-0-7506-4681-9.
  43. ^ "Belmont Metals - Белые металлы". Belmont Metals . 2019-04-17 . Получено 2024-07-08 .
  44. ^ Роден, Арабелла (2019-11-04). «Более пристальный взгляд на мир белых металлов». jewellermagazine.com . Получено 2024-07-08 .
  45. ^ Практические рекомендации в отношении закона о клеймении 1973 г. (PDF) . Пробирные палаты Великобритании.
  46. ^ Металлическое загрязнение. Издания Quae. 2006. ISBN 978-2-7592-0011-5.
  47. ^ Брандес EA и Брук GB (редакторы) 1998, Справочник по легким металлам, Butterworth Heinemann, Оксфорд, ISBN 0-7506-3625-4 , стр. viii 
  48. ^ Polmear I 2006, Легкие сплавы: от традиционных сплавов до нанокристаллов, 4-е изд., Butterworth Heinemann, Оксфорд, ISBN 0-7506-6371-5 , стр. 1 
  49. ^ Тунай, Олкай; Кабдасли, Исик; Арслан-Алатон, Идил; Олмез-Ханчи, Тугба (2010). Применение химического окисления промышленных сточных вод. Издательство ИВА. ISBN 978-1-84339-307-8.
  50. ^ Уолтер, Джон В. (2013). Природные ресурсы Земли. Jones & Bartlett Publishers. ISBN 978-1-4496-3234-2.
  51. ^ Абдул-Рахман, Яхья (2014). Искусство исламского банкинга и финансов без риба (RF): инструменты и методы для банковского обслуживания на уровне общин. John Wiley & Sons. ISBN 978-1-118-77096-2.
  52. ^ Ясуда, Кодзи; Мачак, Ян М.; Бергер, Штеффен; Гиков, Андрей; Шмуки, Патрик (2007). «Механистические аспекты процесса самоорганизации для формирования оксидных нанотрубок на вентильных металлах». Журнал Электрохимического общества . 154 (9): C472. Bibcode : 2007JElS..154C.472Y. doi : 10.1149/1.2749091.
  53. ^ van Hove, Ruud P.; Sierevelt, Inger N.; van Royen, Barend J.; Nolte, Peter A. (2015). «Покрытие ортопедических имплантатов нитридом титана: обзор литературы». BioMed Research International . 2015 : 1–9. doi : 10.1155/2015/485975 . ISSN  2314-6133. PMC 4637053. PMID 26583113  . 
  54. ^ Сантеккья, Элеонора; Хамуда, АМС; Мушаравати, Фарайи; Залнежад, Эрфан; Кабиббо, Марчелло; Спигарелли, Стефано (2015). «Исследование износостойкости покрытий на основе нитрида титана». Ceramics International . 41 (9, Часть A): 10349–10379. doi :10.1016/j.ceramint.2015.04.152. ISSN  0272-8842.
  55. ^ Мэтьюз, А. (1985). «Технология покрытия PVD нитридом титана». Surface Engineering . 1 (2): 93–104. doi :10.1179/sur.1985.1.2.93. ISSN  0267-0844.
  56. ^ K, Namsheer; Rout, Chandra Sekkha (2021). «Проводящие полимеры: всесторонний обзор последних достижений в синтезе, свойствах и приложениях». RSC Advances . 11 (10): 5659–5697. Bibcode : 2021RSCAd..11.5659K. doi : 10.1039/D0RA07800J. PMC 9133880. PMID  35686160 . 
  57. ^ Das, Tapan K.; Prusty, Smita (2012). «Обзор проводящих полимеров и их применения». Технология и инжиниринг полимерных пластмасс . 51 (14): 1487–1500. doi :10.1080/03602559.2012.710697. ISSN  0360-2559.
  58. ^ Swager, Timothy M. (2017). «Перспектива 50-летия: Проводящие/полупроводниковые сопряженные полимеры. Личный взгляд на прошлое и будущее». Macromolecules . 50 (13): 4867–4886. Bibcode : 2017MaMol..50.4867S. doi : 10.1021/acs.macromol.7b00582. ISSN  0024-9297.
  59. ^ Бейгисангчин, Махнуш; Абдул Рашид, Сурая; Шафи, Сухаиди; Садролхоссейни, Амир Реза; Лим, Хонг Нги (2021-06-18). «Подготовка, свойства и применение полианилина и тонких пленок полианилина — обзор». Полимеры . 13 (12): 2003. doi : 10.3390/polym13122003 . ISSN  2073-4360. PMC 8234317. PMID 34207392  . 
  60. ^ de Groot, RA; Mueller, FM; Engen, PG van; Buschow, KHJ (1983-06-20). «Новый класс материалов: полуметаллические ферромагнетики». Physical Review Letters . 50 (25): 2024–2027. Bibcode : 1983PhRvL..50.2024D. doi : 10.1103/PhysRevLett.50.2024. ISSN  0031-9007.
  61. ^ Coey, JMD; Venkatesan, M. (2002-05-15). "Полуметаллический ферромагнетизм: пример CrO2 (приглашенный)". Журнал прикладной физики . 91 (10): 8345–8350. doi :10.1063/1.1447879. ISSN  0021-8979.
  62. ^ Чжай, Энзи; Лян, Тяньюй; Лю, Руизи; Цай, Минъян; Ли, Ран; Шао, Цимин; Су, Конг; Линь, Юйсюань Косми (01 августа 2024 г.). «Расцвет полуметаллической электроники». Обзоры природы Электротехника . 1 (8): 497–515. дои : 10.1038/s44287-024-00068-z. ISSN  2948-1201.
  63. ^ Armitage, NP; Mele, EJ; Vishwanath, Ashvin (2018-01-22). "Weyl and Dirac semimetals in three-dimensional solids". Reviews of Modern Physics . 90 (1): 015001. arXiv : 1705.01111 . Bibcode : 2018RvMP...90a5001A. doi : 10.1103/RevModPhys.90.015001. ISSN  0034-6861.
  64. ^ Ван, Янг; Н. Мансур; А. Сейлем; К. Ф. Бреннан и П. П. Руден (1992). «Теоретическое исследование потенциального малошумящего полуметаллического лавинного фотодетектора». Журнал квантовой электроники IEEE . 28 (2): 507–513. Bibcode : 1992IJQE...28..507W. doi : 10.1109/3.123280.
  65. ^ Бубнова, Ольга; Зия, Улла Хан; Ван, Хуэй (2014). «Полуметаллические полимеры». Nature Materials . 13 (2): 190–4. Bibcode : 2014NatMa..13..190B. doi : 10.1038/nmat3824. PMID  24317188. S2CID  205409397.
  66. ^ ab Cox 1997, стр. 73–89
  67. ^ Кокс 1997, стр. 32, 63, 85
  68. ^ Подосек 2011, стр. 482
  69. ^ Падманабхан 2001, стр. 234
  70. ^ Редер 2010, стр. 32, 33
  71. ^ Хофманн 2002, стр. 23–24
  72. ^ Хадхази 2016
  73. ^ Чоптуик, Ленер и Преториас 2015, стр. 383
  74. ^ Кокс 1997, стр. 83, 91, 102–103
  75. ^ "Лос-Аламосская национальная лаборатория – Натрий" . Получено 2007-06-08 .
  76. ^ "Лос-Аламосская национальная лаборатория – Алюминий" . Получено 2007-06-08 .
  77. ^ ab Темпы переработки металлов: отчет о состоянии дел, архивировано 01.01.2016 в Wayback Machine 2010, Международная группа по ресурсам , Программа ООН по окружающей среде
  78. ↑ Действуйте осторожно: Алюминиевая атака Кэролин Фрай, Guardian.co.uk, 22 февраля 2008 г.
  79. ^ Запасы металлов в обществе: научный синтез. Архивировано 01.01.2016 в Wayback Machine 2010, Международная группа по ресурсам , Программа ООН по окружающей среде.
  80. ^ Рирдон, Артур С. (2011). Металлургия для неметаллургов. Materials Park, Огайо: ASM International. С. 73–84. ISBN 978-1-61503-845-9. OCLC  780082219.
  81. ^ Тайлекот, РФ (1992). История металлургии, второе издание. Лондон: Maney Publishing, для Института материалов. ISBN 978-1-902653-79-2. Архивировано из оригинала 2015-04-02.
  82. ^ Торнтон, К.; Ламберг-Карловски, К.К.; Лизерс, М.; Янг, СММ (2002). «О булавках и иголках: отслеживание эволюции легирования на основе меди в Тепе Яхья, Иран, с помощью анализа обычных предметов методом ICP-MS». Журнал археологической науки . 29 (12): 1451–1460. Bibcode : 2002JArSc..29.1451T. doi : 10.1006/jasc.2002.0809.
  83. ^ Кауфман, Бретт. «Металлургия и археологические изменения на древнем Ближнем Востоке». Backdirt: Annual Review . 2011 : 86.
  84. ^ Аканума, Х. (2005). «Значение состава выкопанных железных фрагментов, взятых из слоя III на месте Каман-Калехёюк, Турция». Анатолийские археологические исследования . 14. Токио: Японский институт анатолийской археологии: 147–158.
  85. ^ "Из Турции найден кусок железа, который оказался древнейшей сталью". The Hindu . Ченнаи, Индия. 2009-03-26. Архивировано из оригинала 2009-03-29 . Получено 2009-03-27 .
  86. ^ Габриэль, РА (1990). Культура войны: изобретение и раннее развитие . Вестпорт, Коннектикут: Greenwood Publishing Group. стр. 108. ISBN 978-0-313-26664-5.
  87. ^ Кнаут, П. (1976). Металлисты, переработанное издание . Лондон: Time-Life International. С. 133, 137.
  88. ↑ Опубликовано в The Delineator , сентябрь 1909 г. Переиздано как введение к книге «Награды и феи» в 1910 г.
  89. ↑ Георгиус Агрикола, De Re Metallica (1556) Тр. Герберт Кларк Гувер и Лу Генри Гувер (1912); Сноска, цитирующая De Natura Fossilium (1546), стр. 180
  90. ^ Hanaor, DAH; Hu, L.; Kan, WH; Proust, G.; Foley, M.; Karaman, I.; Radovic, M. (2016). «Характеристики сжатия и распространение трещин в композитах Al-сплав/Ti2AlC». Materials Science and Engineering: A . 672 : 247–256. arXiv : 1908.08757 . doi :10.1016/j.msea.2016.06.073.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

В Викицитатнике есть цитаты, связанные с металлом .
В Wikisource есть текст статьи «Металл» из Американской циклопедии 1879 года .