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超純鐵的研發(fā)過程及方向
純鐵純度在99.990%~99.999 9%范圍內,稱為超純鐵。其性能優(yōu)異以及潛在的應用價值大,其價格非常昂貴,產品價格達到3 ~150 萬元/t。超純鐵是當前高純金屬研究中的熱點之一。其大致研發(fā)過程是:
1、早在1986 年日本的安彥教授就已經(jīng)用電解法制備出了超純鐵,在電解液中采用電沉積的方法制備的超純鐵純度達到99.995%。
2、1987 年法國學者F.Faudot 也開展了超純鐵制備的研究,采用水平區(qū)域熔煉法制備超純鐵,得到RRR(剩余電阻率)> 4 000 的99.999%超純鐵。
3、1999 年日本東北大學金屬研究所采用超高真空(6.7×10-8 Pa)加熱結合冷坩堝熔煉技術開發(fā)出含鐵99. 998 8%的超高純鐵,制出樣品10 kg。
4、2000 年,日本東北大學的Masahito Uchikoshi等公開了一種超純鐵生產方法。采用離子交換樹脂法分離FeCl 水溶液中的雜質元素, 得到99.999 7%的超純鐵。
5、2009 年,M.Uchikoshi 等又新開發(fā)了一種超純鐵制備爐,采用控制化合價離子交換法(VC-AES)結合帶等離子電弧熔煉的氧化精煉法(O-PAM),得到純度為99.999 3%的超純鐵。
6、另外,上世紀90年代,德國、美國也開展了該方面的研究,我國的超純鐵的研究則更晚些。
總的來看,當前超純鐵的制備工藝仍很不成熟, 研究與開發(fā)還集中在小規(guī)模試驗室階段,超純鐵的供應也不能滿足需求。
???? 今后超純鐵的研發(fā)方向將是:
1、短流程、低成本生產和檢測技術的開發(fā)
超純鐵的制備工藝仍非常復雜且費用昂貴。如何實現(xiàn)短流程生產、降低生產成本是未來純鐵研究的一大難題。目前,工業(yè)純鐵和超純鐵正朝著純度越來越高的方向發(fā)展, 如何檢驗其中的痕量元素也成為研究的熱點之一。
2、前沿技術的引入
電渣重熔是一門前沿技術,它可以得到材質純凈,成分均勻,綜合性能優(yōu)良的鑄件,不僅具有精煉提純功能,而且具有順序凝固的功能。將該技術引入工業(yè)純鐵的生產工藝中,將縮短工藝流程、降低成本和提高產品的最終性能。
空間提純技術是20 世紀80 年代美國率先開展的。宇宙空間的超高真空(10 -10 Pa)、超低溫、無重力(g=10-15g0 , g0為地球重力)的條件,為金屬提純提供優(yōu)越條件。液態(tài)金屬具有最大的表面張力系數(shù),物料可自由懸浮而無需坩堝,可以實現(xiàn)純鐵無污染熔煉,為生產純度更高的純鐵提供有利條件。
3、 新型鐵基合金材料
純度達到一定值時, 純鐵性質會發(fā)生很大的改變。例如鐵鉻合金(不銹鋼),鉻含量的極限值為30%, 而超純鐵中的鉻含量極限值可以達到50%,這樣合金的耐高溫性能可以提高到1 000 ℃以上。純鐵純度的提高將產生特殊性能的合金,會大大提高新材料的使用范圍和使用壽命。
??? 歸納起來,短流程、低成本生產和檢測技術的開發(fā)是工業(yè)純鐵及超純鐵未來研究的方向。將電渣重融、空間提純等新技術引入超純鐵的研發(fā)中,將進一步提高鐵的純度。隨著超純鐵研究的發(fā)展,將出現(xiàn)新型材料。