|
100
20
21
9810
268
123-282
0,05
96-100
25-50
1260
-
96-255
89-276
-
96-100
15-50
1370
-
55-255
48-276
0,25
96- 100
24-45
1510
-
89-172
48-69
0,6
Бериллид ниобия (Nb Be12)
Плотность 2910 кг/м3, tnл1688°C
98-99
50
1260
4900
62-76
82
0,1
92-98
10-25
1370
-
180-308
276
0,1
94-100
5-15
1480
-
138-282
_
0,1
92-97
10-15
1510
-
130-172
157
2,4
Бериллид тантала (Та Ве12)
Плотность 4180 кг/м3, tпл1848°С
96
12
1260
7050
338-400
69-165
-
96
12
1370
-
200-296
89-96
1,1
96
12
1520
-
179-186
62-69
2,6
Напр., в авиа- и ракетостроении из Б. изготовляют кромки обтекателей, панели крыльев и фюзеляжей, опорные и поддерживающие конструкции ракетных систем с рабочей темп-рой до 1700°С. Сопротивление Б. тепловым ударам при высоких темп-pax выше по сравнению с большинством металлич. окислов. Б. плутония и америция могут служить нейтронными источниками, а Б. урана, циркония и гафния - делящимся материалом и замедлителем. При бериллизации технич. железа, нержавеющей стали и молибдена при 800-1250°С образуются слои, содержащие соответственно Б. железа, никеля и молибдена с повышенной твёрдостью и жаростойкостью при темп-рах 800-1200°С. Известные в технике свойства Б. не являются предельными, присущими этому классу соединений. Примеси, большой размер зерна, недостаточно эффективная механич. обработка затрудняют достижение макс. положит. свойств.
[0318-2.jpg]
Рис. 2. Зависимость предела прочности бериллида ниобия от среднего размера зёрен.
Лит.: Механические свойства металлических соединений. Сб. ст., пер. с англ., под ред. И. И. Корнилова, М., 1962; Самсонов Г. В., Бериллиды, К., 1966; Огнеупоры для космоса. Справочник, пер. с англ., М., 1967. В. Ф. Гогуля.
БЕРИЛЛИЕВЫЕ РУДЫ, минеральные образования, содержащие бериллий в количествах, при к-рых целесообразно его извлечение при совр. уровне развития техники и экономики. Бериллий находится в рудах гл. обр. в форме собственных минералов, а также (обычно не более 5-10%) в виде изоморфной примеси в породообразующих минералах. Главнейшие бериллиевые минералы, входящие в состав руд: берилл (содержащий 10 -12% ВеО), фенакит (42-45%), бертран-дит (40-42% ), гельбертрандит (32-35% ), хризоберилл (18-20% ), гельвин и гент-гельвин (10-12% ); второстепенные: ба-венит (6-7% ВеО), эвклаз (16-20%), бериллийсодержащий Маргарит (1-3% ), лейкофан (10-12%). Бериллиевые минералы извлекают из руд ручной выборкой, а также обогащением (мелковкрапленные руды), преим. флотационными методами, с получением кондиционных концентратов с 10%, 8% и 5% ВеО.
Месторождения Б. р. являются эндогенными. Появление их связано с областями распространения массивов гранитов и субщелочных гранитоидов; образуются при постмагматич. процессах. Выделяются следующие промышленно-генетические типы месторождений: 1) бериллоносные гранитные пегматиты, среднее содержание ВеО 0,05-0,09%; 2) гельвиновые и хризоберилловые скарны, характеризующиеся значительными масштабами и низким содержанием ВеО (0,1-0,15%); 3) фенакит-гентгельвиновые щелочные метасоматиты, представленные зонами микроклинизации в древних гранитах и гнейсах (0,3-0,55% ВеО); 4) бериллсодержащие грейзены и квар-цевожильные образования (0,1-0,15% ВеО); 5) бериллсодержащие флюорит-слюдистые метасоматиты, представленные минерализованными зонами дробления в различных осадочно-метаморфич. породах (0,1-0,16% ВеО); 6) бертрандит-фенакитсодержащие флюоритовые метасоматиты в известняках на контакте мелких куполов гранитов или граносиенитов, наиболее богатый тип руд (0,2-1,5% ВеО); 7) гельбертрандитсодержащие изменённые риолиты (0,7% ВеО). В СССР известны месторождения Б. р. почти всех перечисленных типов. За рубежом месторождения Б. р. сосредоточены в США (шт. Юта, Колорадо, Невада, Юж. Дакота), Бразилии, Аргентине, Мексике, ЮАР, Намибии (ЮЗА), Мозамбике, Юж. Родезии, Уганде, Малагасийской Республике, Индии.
Лит.: Некоторые типы пневматолпто-гицротермальных месторождений бериллия, М., 1959; Беус А. А., Геохимия бериллия и генетические типы бериллиевых месторождений, М., 1960; Москевич М. М., Минерально-сырьевые ресурсы, производство и потребление бериллия, лития, ниобия и тантала в капиталистических странах, М., 1966. А. И. Гинзбург.
БЕРИЛЛИЕВЫЕ СПЛАВЫ, сплавы на основе бериллия (Be), Пром. применение Б. с. началось в 50-х гг. 20 в. Получение изделий из Be путём пластич. деформации затруднено, т. к. Be обладает низкой пластичностью (вследствие гексагональной структуры и наличия примесей). При пластич. деформации Be скольжение происходит в первую очередь в зёрнах, благоприятно ориентированных к прилагаемому напряжению. Неблагоприятная ориентация соседних зёрен вызывает на их стыке возникновение значит. напряжений, к-рые приводят к зарождению трещин. Эти недостатки в структуре Be (малое количество плоскостей и направлений скольжения) устраняются в нек-рых Б. с., к-рые образуются введением т. н. пластичной матрицы (одного из металлов Ag, Sn, Cu, Si, A1 и др.). Матрица обволакивает зёрна Be и способствует релаксации напряжений на границах неориентированных зёрен и развитию пластич. деформации. При малом содержании в Be пластичной матрицы деформируется в основном Be, а матрица является релаксатором напряжений. При значит. содержании пластичной матрицы (напр., сплавы Be с А1) пластич. деформация осуществляется в основном за счёт пластичного металла. Б. с. с повышенным содержанием пластичной матрицы легко деформируются (прокатываются, вытягиваются, куются), но обладают меньшей прочностью по сравнению с Б. с., имеющими пониженное содержание пластичной матрицы, и с Be.
Б. с. системы Be-Ag, содержащие 1,9-3,7% Ag, обладают повышенной пластичностью; содержащие 20-40% Ag - повышенным сопротивлением ударным нагрузкам. Добавки к Be 2,7-2,9% Sn существенно улучшают его механнч. свойства в выдавленном и прокатанном состоянии при комнатной темп-ре. При использовании в качестве пластичной матрицы Сu и Ni в количестве 3% в процессе получения заготовок наблюдается образование хрупких бериллндов (напр., Ве2Сu и Ni5Be21). Добавление к сплавам Be-Сu 0,25% Р, замедляющего диффузию Сu и Be, предотвращает образование бериллида и повышает пластичность. Промышленными являются сплавы системы Be-А1, содержащие от 24 до 43% AI, называемые "локэллой" и разработанные в США фирмой "Локхид" (табл. 1).
Табл. 1. - Свойства сплавов системы Be-A1 в прессованном состоянии
Содержание алюминия (%)
Предел
текучести
при
растежении
(Мн/м2)
Предел прочности при растяжении
Модуль упругости (Гн/м2)
Относительное удлиннение (%)
24
495
600
255
3,0
31
540
570
234
2,0
33
520
560
234
4,0
36
520
525
220
1,0
43
430
475
220
1,0
Сплавы системы Be-А1 обладают рядом достоинств: они легче алюминиевых и магниевых сплавов, по сравнению с Be более пластичны, менее чувствительны к поверхностным дефектам, не требуют химия, травления после обработки резанием. Большой диапазон значений модуля упругости, прочности и пластичности, достигаемый в этих сплавах, значительно расширяет сферу их применения.
Стремление получить Б. с. с большей прочностью по сравнению с Be (и Б. с. с пластичной матрицей) привело к созданию сплавов, упрочнённых дисперсной фазой. Упрочнителями являются интерметаллич. соединения, карбиды, нитриды, окислы. Механич. свойства (гл. образом прочностные) этих Б. с. повышаются введением тонкодисперсной упрочняющей фазы. Наличие дисперсной фазы приводит к возникновению напряжений в бериллие-вой матрице (в случае выделения из твёрдого раствора) или препятствует распространению скольжения (в случае образования интерметаллич. соединений). Оба процесса повышают прочностные характеристики. Степень упрочнения зависит от количества и типа упрочняющей фазы, от её связи с матрицей, от размера её частиц и расстояния между ними. Промышленный Be, содержащий значит, количество окиси бериллия, является, по существу, дисперсионно-упрочнённым сплавом. Разработаны Б. с., упроч-нителем в к-рых служат бериллиды. Лучшими прочностными свойствами обладают сплавы систем Be-Fe и Be-Со; сплавы Be-Сu и Be-Ni менее прочны, но более пластичны. При 400°С предел прочности сплава Be с 5% Со равен 430 Мн/м2, а с 3% Fe - 410 Мн/м2. Данные по длит. прочности сплава Be с 1% Fe приведены в табл. 2.
Табл. 2. - Длительная прочность сплавов Be с 1% Fe в горячей рассованном состоянии
Температура испытания
ос)
Длительная прочность (Мн/м2)
10 ч
100 ч
1000 ч
540
82
69
0,6
650
62
52
0,4
730
41
30
0,2
815
24
18
0,1
900
9
7
0,05
Повышение прочностных свойств Б. с., упрочнённых дисперсной фазой, сопровождается уменьшением пластичности, что значительно усложняет технологию изготовления изделий. Изделия и полуфабрикаты из Б. с. изготовляют в основном методами порошковой металлургии, реже литьём. Высокопрочные дисперсионно-упрочнённые Б. с. получают обработкой горячепрессованных заготовок давлением в стальных оболочках при темп-рах 1010-1175°С. Изделия из Б. с.: прутки, трубы, конусы, листы, профили и др. Важным достижением в области создания материалов на бериллиевой основе, способных работать длит, время при 1100-1550°С и короткое время при 1700°С, является разработка интерметаллических соединений Be с др. металлами. Основное направление в применении Б. с.- конструкционные материалы для летательных аппаратов.
Лит.; Дарвин Дж.,Баддери Дж., Бериллий, пер. с англ., М., 1962; Бериллий, под ред. Д. Уайта и Д. Бёрка, пер. с англ., М., 1960; Conference Internationale sur la metallurgiedu Beryllium, Grenoble, 17 -20mai 1965, P., 1966; The metallurgy of Beryllium. Proceedings or an International Conference organized by the Institute of Metals, London, 16 - 18 October, 1961, L., [1963] (Monograph and Report Series, № 28); Тугоплавкие металлические материалы для космической техники, пер. с англ., М., 1966- В. Ф.Гогуля.
БЕРИЛЛИЗАЦИЯ, насыщение поверхности изделий из стали (иногда из др. сплавов) бериллием с целью предохранения от окисления при темп-pax до 1100°С. Во внеш. зоне бериллизованного слоя образуются бериллиды различных металлов (железа, хрома и др.) и карбид бериллия Ве2С, увеличивающие твёрдость и сопротивляемость газовой коррозии. Б. проводят в порошкообразных смесях или в газовых средах. Напр., за 4 ч при 1050°С на стали 10 образуется бериллизованный слой толщиной 0,15-0,2 мм, твёрдостью HV = 14-15 Гн/м2 (1400-1500 кгс/мм2). Б. применяют редко, только для ответственных жаропрочных сплавов.
А. Н. Минкевич.
БЕРИЛЛИЙ (лат. Beryllium), Be, хямич. элемент II группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 4, ат. м. 9,0122; лёгкий светло-серый металл. Имеет один стабильный изотоп 9Ве. Открыт в 1798 в виде окиси ВеО, выделенной из минерала берилла Л. Вокленом. Металлич. Б. впервые получили в 1828 Ф. Вёлер и А. Бюсси независимо друг от друга. Т. к. нек-рые соли Б. сладкого вкуса, его вначале называли "глюциний" (от греч. glykys - сладкий) или "глиций". Назв. Glicinium (знак G1) употребляется (наряду с Б.) только во Франции. Применение Б. началось в 40-х гг. 20 в., хотя его ценные свойства как компонента сплавов были обнаружены ещё ранее, а замечательные ядерные - в нач. 30-х гг. 20 в.
Б.- редкий элемент, среднее содержание его в земной коре 6-10~4 % по массе. Б.- типичный литофильный элемент, характерный для кислых, субщелочных и щелочных магм. Известно ок. 40 минералов Б. Из них наибольшее практич. значение имеет берилл, перспективны и частично используются фенакит, гельвин, хризоберилл, бертрандит (см. Бериллиевые руды).
Физические и химические свойства. Кристаллнч. решётка Б. гексагональная плотноупа-кованная с периодами а=2,855 А и с = 3,5840 А. Б. легче алюминия, его плотность 1847,7 кг/л3 (у А1 ок. 2700 кг/м3), г„Л 1284°С, ?к,.п 2450°С.
Б. обладает наиболее высокой из всех металлов теплоёмкостью, 1,80 кдж/(кг-К) или 0,43 ккал/ (кг-°С), высокой теплопроводностью, 178 вт/(м'К) или 0,45 кал!(см-сек-°С) при 50°С, низким электросопротивлением, 3,6-4,5 мком-см при 20°С; коэфф. линейного расширения 10,3-131 (25-100°С). Эти свойства зависят от качества и структуры металла и заметно меняются с температурой. Модуль продольной упругости (модуль Юнга) ЗООГи/л2 (3-Ю4кгс/мм2). Механич. свойства Б. зависят от чистоты металла, величины зерна и текстуры, определяемой характером обработки. Предел прочности Б. при растяжении 200-550 Мн/м3(20-55 кгс/мм2), удлинение 0,2-2% . Обработка давлением приводит к определённой ориентации кристаллов Б., возникает анизотропия, становится возможным значит, улучшение свойств. Предел прочности в направлении вытяжки доходит до 400-800 Мн/м2(40-80 кгс/мм2), предел текучести 250-600 Мн/м2(25-60 кгс/мм2), а относительное удлинение до 4-12%. Механические свойства в направлении, перпендикулярном вытяжке, почти не меняются. Б.- хрупкий металл; его ударная вязкость 10-50 кдж/м2(0,1 -6,5 кгс-м/см2). Темп-pa перехода Б. из хрупкого состояния в пластическое 200-400 "С.
В химич. соединениях Б. 2-валентен (конфигурация внешних электронов 2s2). Б. обладает высокой химич. активностью, но компактный металл устойчив на воздухе благодаря образованию тонкой и прочной плёнки окиси ВеО. При нагревании выше 800°С быстро окисляется. С водой до 100°С Б. практически не взаимодействует. Легко растворяется в плавиковой, соляной, разбавл. серной к-тах, слабо реагирует с концентриров. серной и разбавл. азотной к-тами и не реагирует с концентриров. азотной. Растворяется в водных растворах щелочей, образуя соли бериллаты, напр. Na2BeO2. При комнатной темп-ре реагирует с фтором, а при повышенных - с др. галогенами и сероводородом. Взаимодействует с азотом при темп-ре выше 650 °С с образованием нитрида Be3N2 и при темп-ре выше 1200°С с углеродом, образуя карбид Ве2С. С водородом практически не реагирует во всём диапазоне темп-р. Гидрид Б. получен при разложении бериллийорганич. соединений и устойчив до 240°С. При высоких темп-pax Б. взаимодействует с большинством металлов, образуя бериллиды; с алюминием и кремнием даёт эвтектич. сплавы. Растворимость примесных элементов в Б. чрезвычайно мала. Мелкодисперсный порошок Б. сгорает в парах серы, селена, теллура. Расплавленный Б. взаимодействует с большинством окислов, нитридов, сульфидов и карбидов. Единственно пригодным материалом тиглей для плавки Б. служит бериллия окись.
Гидроокись Be (OH)2 - слабое основание с амфотерными свойствами. Соли Б. сильно гигроскопичны и за небольшим исключением (фосфат, карбонат) хорошо растворимы в воде, их водные растворы вследствие гидролиза имеют кислую реакцию. Фторид BeF2 с фторидами щелочных металлов и аммония образует фторбериллаты, напр. Na2BeF.i, имеющие большое пром. значение. Известен ряд сложных бериллийорганич. соединений, гидролиз и окисление нек-рых из них протекают со взрывом.
Получение и применение. В пром-сти металлич. Б. и его соединения получают переработкой берилла в гидроокись Ве(ОН)2 или сульфат BeSO4. По одному из способов, измельчённый берилл спекают с Na2SiF6, образующиеся фторбериллаты натрия Na2BeF4 и NaBeF3 выщелачивают из смеси водой; при добавлении к этому раствору NaOH в осадок выпадает Ве(ОН)2. По другому способу, берилл спекают с известью или мелом, спек обрабатывают серной к-той; образующийся BeSOs выщелачивают водой и осаждают аммиаком Ве(ОН)2. Более полная очистка достигается многократной кристаллизацией BeSO4, из которого прокаливанием получают ВеО. Известно также вскрытие берилла хлорированием или действием фосгена. Дальнейшая обработка ведётся с целью получения BeF2 или ВеС12.
Металлич. Б. получают восстановлением BeF2 магнием при 900-1300°С или электролизом ВеСl2 в смеси |
