Metal

The Renaissance

Den første systematiske tekst på kunst af minedrift og metallurgi blev De la Pirotechnia (1540) ved Vannoccio Biringuccio, som behandler den undersøgelse, fusion, og bearbejdning af metaller.

Seksten år senere, Georgius Agricola offentliggjort De Re Metallica i 1556, en klar og fuldstændig redegørelse for de erhverv, for minedrift, metallurgi, og tilbehøret kunst og videnskab, såvel som kvalificeret som den største afhandling om den kemiske industri gennem det sekstende århundrede.,

Han gav følgende beskrivelse af en metal i sin De Natura Fossilium (1546):

Metal er et mineral, som kroppen, af naturen, enten flydende eller noget hårdt. Sidstnævnte kan smeltes af ildens varme, men når den er afkølet igen og mistet al varme, bliver den hård igen og genoptager sin rette form. I denne henseende adskiller den sig fra den sten, der smelter i Ilden, thi skønt denne genvinder sin hårdhed, mister den dog sin uberørte form og egenskaber.,

traditionelt er der seks forskellige slags metaller, nemlig guld, sølv, kobber, jern, tin og bly. Der er virkelig andre, for quickuicksilver er et metal, selvom alkymisterne er uenige med os om dette emne, og vismut er også. De gamle græske forfattere synes at have været uvidende om bismuth, hvorfor Ammonius rette, at der er mange arter af metaller, dyr og planter, som er ukendt for os. Stibium, når det smeltes i diglen og raffineres, har lige så meget ret til at blive betragtet som et ordentligt metal, som det indrømmes af forfattere., Hvis der ved smeltning tilsættes en bestemt del til tin, fremstilles en boghandlers legering, hvorfra typen er lavet, der bruges af dem, der udskriver bøger på papir.

hvert metal har sin egen form, som det bevarer, når det adskilles fra de metaller, der blev blandet med det. Derfor er hverken electrum eller Stannum i sig selv et ægte metal, men snarere en legering af to metaller. Electrum er en legering af guld og sølv, Stannum af bly og sølv. Og dog, hvis sølv skilles fra elektrum, derefter guld forbliver og ikke electrum; hvis sølv tages væk fra Stannum, derefter bly rester og ikke Stannum.,

hvorvidt messing dog findes som et naturligt metal eller ej, kan ikke konstateres med nogen kaution. Vi kender kun til den kunstige messing, der består af kobber tonet med mineralkalaminens farve. Og alligevel, hvis nogen skulle graves op, ville det være et ordentligt metal. Sort og hvidt kobber synes at være forskelligt fra den røde slags.

Metal er derfor af natur enten fast, som jeg har sagt, eller væske, som i det unikke tilfælde af quickuicksilver.

men nok nu om de enkle slags.,

Platin, den tredje ædle metal efter guld og sølv, der blev opdaget i Ecuador i perioden 1736 til 1744, af den spanske skuespiller Antonio de Ulloa og hans kollega matematiker Jorge Juan y Santacilia. Ulloa var den første person til at skrive en videnskabelig beskrivelse af metallet, i 1748.

i 1789 var den tyske kemiker Martin Heinrich Klaproth i stand til at isolere et O .id af uran, som han troede var selve metallet. Klaproth blev efterfølgende krediteret som opdageren af uran., Det var først i 1841, at den franske kemiker Eugnene-Melchior Pligligot var i stand til at forberede den første prøve af uranmetal. Henri Bec .uerel opdagede efterfølgende radioaktivitet i 1896 ved hjælp af uran.

I 1790’erne, Joseph Priestley og den hollandske kemiker Martinus van Marum observerede transformativ handling af metal overflader på dehydrogenering af alkohol, en udvikling, som efterfølgende led, i 1831, til industriel skala syntese af svovlsyre ved hjælp af en platin som katalysator.,

I 1803, cerium var den første af lanthanid metaller for at blive opdaget, i Bastnäs, Sverige af Jöns Jacob Berzelius og Wilhelm Hisinger, og uafhængigt af Martin Heinrich Klaproth i Tyskland. Lanthanidmetallerne blev stort set betragtet som mærkværdigheder indtil 1960 ‘ erne, da der blev udviklet metoder til mere effektivt at adskille dem fra hinanden. De har efterfølgende fundet anvendelser i mobiltelefoner, magneter, lasere, belysning, batterier, katalysatorer og i andre applikationer, der muliggør moderne teknologier.,

Andre metaller opdaget og udarbejdet i løbet af denne tid, var kobolt, nikkel, mangan, molybdæn, wolfram, og chrom; og nogle af platinmetaller, palladium, osmium, iridium, og rhodium.

lette metaller

alle metaller, der blev opdaget indtil 1809, havde relativt høje densiteter; deres tyngde blev betragtet som et entydigt kendetegn. Fra 1809 blev letmetaller som natrium, kalium og strontium isoleret. Deres lave tætheder udfordrede konventionel visdom med hensyn til metallernes natur., De opførte sig kemisk som metaller imidlertid, og blev efterfølgende anerkendt som sådan.

aluminium blev opdaget i 1824, men det var først i 1886, at der blev udviklet en industriel storskala produktionsmetode. Priserne på aluminium faldt og aluminium blev meget udbredt i smykker, dagligdags emner, brillestel, optiske instrumenter, service og folie i 1890 ‘ erne og begyndelsen af det 20.århundrede. Aluminiums evne til at danne hårde, men lette legeringer med andre metaller gav metallet mange anvendelser på det tidspunkt., Under Første Verdenskrig krævede store regeringer store forsendelser af aluminium til lette stærke airframes. Det mest almindelige metal, der bruges til elektrisk kraftoverførsel i dag, er aluminiumlederstålforstærket. Også se meget brug er all-aluminium-legering dirigent. Aluminium bruges, fordi det har omkring halvdelen af vægten af et sammenligneligt modstandskobberkabel (dog større diameter på grund af lavere specifik ledningsevne), samt at det er billigere. Kobber var mere populært i fortiden og er stadig i brug, især ved lavere spændinger og til jordforbindelse.

mens ren metallisk Titan (99.,9%) blev først fremstillet i 1910 det blev ikke brugt uden for laboratoriet indtil 1932. I 1950 ‘erne og 1960’ erne var Sovjetunionen banebrydende for brugen af titanium i militære og ubådsapplikationer som en del af programmer relateret til Den Kolde Krig. Fra begyndelsen af 1950 ‘ erne blev titanium i vid udstrækning brugt i militær luftfart, især i højtydende jetfly, begyndende med fly som f-100 Super Sabre og Lockheed A-12 og SR-71.

Metallic scandium blev produceret for første gang i 1937. Det første pund af 99% rent scandium metal blev produceret i 1960., Production of aluminum-scandium alloys began in 1971 following a U.S. patent. Aluminum-scandium alloys were also developed in the USSR.

• Sodium

• Potassium pearls under paraffin oil. Size of the largest pearl is 0.5 cm.

• Strontium crystals

• Aluminum chunk,
  2.,6 grams, 1 x 2 cm

• A bar of titanium crystals

• Scandium, including a 1 cm3 cube

The age of steel

den moderne æra inden for stålproduktion begyndte med introduktionen af Henry Bessemers Bessemer-proces i 1855, hvor råmaterialet var råjern. Hans metode lad ham producere stål i store mængder billigt, således blødt stål kom til at blive brugt til de fleste formål, hvortil smedejern tidligere blev brugt. Gilchrist-Thomas-processen (eller basic Bessemer-processen) var en forbedring af Bessemer-processen, lavet ved at Foring konverteren med et basismateriale for at fjerne fosfor.,

på grund af sin høje trækstyrke og lave omkostninger kom stål til at være en vigtig komponent, der blev brugt i bygninger, infrastruktur, værktøjer, skibe, biler, maskiner, apparater og våben.

i 1872 patenterede englænderne Clark og Woodsoods en legering, der i dag ville blive betragtet som et rustfrit stål. Korrosionsbestandigheden af jern-krom legeringer var blevet anerkendt i 1821 af den franske Metallurg Pierre Berthier. Han bemærkede deres modstand mod angreb fra nogle syrer og foreslog deres anvendelse i bestik., Metallurgister fra det 19. århundrede var ikke i stand til at producere kombinationen af lavt kulstofindhold og højt krom, der findes i de fleste moderne rustfrit stål, og de legeringer med høj krom, de kunne producere, var for sprøde til at være praktiske. Det var først i 1912, at industrialiseringen af rustfrit stål legeringer fandt sted i England, Tyskland og USA.

de sidste stabile metalliske elementer

i 1900 forblev tre metaller med atomnumre mindre end bly (#82), det tyngste stabile metal, at blive opdaget: elementer 71, 72, 75.,

Von Vonelsbach viste i 1906, at det gamle ytterbium også indeholdt et nyt element (#71), som han kaldte cassiopeium. Urbain beviste dette samtidigt, men hans prøver var meget urene og indeholdt kun spormængder af det nye element. På trods af dette blev hans valgte navn lutetium vedtaget.

I 1908, Ogawa fandt element 75 i thorianite men tildelt det som element 43 i stedet for 75 og kaldte det nipponium. I 1925 annoncerede Idaalter Noddack, Ida Eva Tacke og Otto Berg sin adskillelse fra gadolinite og gav den det nuværende navn, rhenium.,Georges Urbain hævdede at have fundet element 72 i sjældne jordarters rester, mens Vladimir Vernadsky uafhængigt fandt det i orthite. Hverken krav blev bekræftet på grund af Første Verdenskrig, og ingen af dem kunne bekræftes senere, da den kemi, de rapporterede, ikke stemmer overens med den, der nu er kendt for hafnium. Efter krigen i 1922 fandt Coster og Hevesy det ved Røntgenspektroskopisk analyse i norsk .irkon. Hafnium var således det sidste stabile element, der blev opdaget.,

• Lutetium, herunder en 1 cm3 terning

• Rhenium, herunder en 1 cm3 terning

• Hafnium, i form af en 1,7 kg bar

Ved slutningen af anden Verdenskrig forskere havde syntetiseret fire post-uran elementer, som alle er radioaktive (ustabil) metaller: neptunium (i 1940), plutonium (1940-41), og curium og americium (1944), der repræsenterer elementer 93 til 96., De to første af disse blev til sidst fundet i naturen samt. Curium og americium var biprodukter fra Manhattan-projektet, der producerede verdens første atombombe i 1945. Bomben var baseret på atomfission af uran, et metal, der først troede at være blevet opdaget næsten 150 år tidligere.,

Post-World War II udviklingen

Superlegeringer

Superlegeringer sammensat af kombinationer af Fe, Ni, Co og Cr, og mindre mængder af W, Mo, Ta, Nb, Ti, og Al blev udviklet kort efter anden Verdenskrig, til anvendelse i højtydende motorer, der opererer ved høje temperaturer (over 650 °C (Til 1.200 °F)). De bevarer det meste af deres styrke under disse forhold i længere perioder og kombinerer god lav temperatur duktilitet med modstandsdygtighed mod korrosion eller O .idation., Superlegeringer kan nu findes i en bred vifte af applikationer, herunder jord, maritime, og rumfart turbiner, og kemiske og petroleum planter.

Transcuriummetaller

den vellykkede udvikling af atombomben i slutningen af Anden Verdenskrig udløste yderligere bestræbelser på at syntetisere nye elementer, næsten alle er eller forventes at være metaller, og som alle er radioaktive. Det var først i 1949, at element 97 (berkelium), næste efter element 96 (curium), blev syntetiseret ved at affyre alfapartikler på et americium-mål., I 1952 blev element 100 (fermium) fundet i affaldet af den første brintbombeeksplosion; brint, en ikke-metallisk, var blevet identificeret som et element næsten 200 år tidligere. Siden 1952 er elementer 101 (mendelevium) til 118 (oganesson) blevet syntetiseret.

Bulk metalliske briller

et metallisk glas (også kendt som et amorft eller glasagtigt metal) er et fast metallisk materiale, normalt en legering, med uordnet atomskala struktur. De fleste rene og legerede metaller har i deres faste tilstand atomer arrangeret i en stærkt ordnet krystallinsk struktur., Amorfe metaller har en ikke-krystallinsk glasagtig struktur. Men i modsætning til almindelige briller, såsom vinduesglas, som typisk er elektriske isolatorer, har amorfe metaller god elektrisk ledningsevne. Amorfe metaller fremstilles på flere måder, herunder ekstremt hurtig afkøling, fysisk dampaflejring, faststofreaktion, ionbestråling og mekanisk legering. Den første rapporterede metallisk glas var en legering (Au75Si25) produceret på Caltech i 1960. For nylig er partier af amorft stål med tre gange styrken af konventionelle stållegeringer blevet produceret., I øjeblikket er de vigtigste applikationer afhængige af de specielle magnetiske egenskaber ved nogle ferromagnetiske metalliske briller. Det lave magnetiseringstab bruges i transformatorer med høj effektivitet. Tyveri kontrol ID-tags og andre artikel overvågning ordninger bruger ofte metalliske briller på grund af disse magnetiske egenskaber.

Shape-memory legeringer

en shape-memory legering (SMA) er en legering, der “husker” sin oprindelige form, og når deformeret vender tilbage til sin præ-deformeret form, når den opvarmes., Mens shape memory-effekten først blev observeret i 1932, i en Au-Cd-legering, var det først i 1962, med den utilsigtede opdagelse af effekten i en Ni-Ti-Legering, at forskningen begyndte for alvor og yderligere ti år før kommercielle applikationer opstod. SMA har applikationer i robotteknologi og bilindustrien, rumfart og biomedicinske industrier. Der er en anden type SMA, kaldet en ferromagnetisk form-hukommelse legering (FSMA), der ændrer form under stærke magnetfelter., Disse materialer er af særlig interesse, da den magnetiske respons har en tendens til at være hurtigere og mere effektiv end temperaturinducerede responser.,

Quasicyrstalline legeringer

I 1984, Israelske kemiker Dan Shechtman fundet en aluminium-mangan legering, der har fem gange symmetri, i strid med krystallografiske konvention på den tid som sagde, at krystallinske strukturer, der kunne kun har to-, tre-, fire-eller seks-fold symmetri., På grund af frygt for det videnskabelige samfunds reaktion tog det ham to år at offentliggøre de resultater, som han blev tildelt Nobelprisen i kemi i 2011. Siden denne tid er hundredvis af kvasikrystaller blevet rapporteret og bekræftet. De findes i mange metalliske legeringer (og nogle polymerer). Kvasikrystaller findes oftest i aluminiumlegeringer (Al-Li-Cu, Al-Mn-Si, Al-Ni-Co, Al-Pd-Mn, Al-Cu-Fe, Al-Cu-V osv.), men mange andre sammensætninger er også kendt (Cd-Yb, Ti-Mgr-Ni, .n-Mg-Ho, .n-Mg-Sc, in-Ag-Yb, Pd-U-Si osv.). Kvasikrystaller har effektivt uendeligt store enhedsceller., Icosahedrite Al63Cu24Fe13, den første kvasikrystal fundet i naturen, blev opdaget i 2009. De fleste quasicrystals har keramisk-lignende egenskaber, herunder lav elektrisk ledningsevne (nærmer sig værdier, set i isolatorer) og lav termisk ledningsevne, høj hårdhed, skørhed, og modstandsdygtighed over for korrosion, og non-stick egenskaber. Kvasikrystaller er blevet brugt til at udvikle varmeisolering, lysdioder, dieselmotorer og nye materialer, der konverterer varme til elektricitet., Nye applikationer kan drage fordel af den lave friktionskoefficient og hårdhed af nogle quasicrystalline materialer, for eksempel indlejring af partikler i plastik for at gøre stærk, slidstærkt, lav friktion plast gear. Andre potentielle anvendelser omfatter selektiv sol absorbere for power conversion, bredt bølgelængde reflekser, og knogler reparation og proteser applikationer, hvor biokompatibilitet, lav friktion og korrosionsbestandighed er påkrævet.,

Komplekse metalliske legeringer

Komplekse metalliske legeringer (CMAs) er intermetalliske forbindelser, der er kendetegnet ved stor enhed celler bestående af nogle tiere op til tusinder af atomer; tilstedeværelsen af vel-definerede klynger af atomer (ofte med ikosaedriske symmetri), og delvis lidelse inden for deres krystallinske gitre. De er sammensat af to eller flere metalliske elementer, undertiden med metalloider eller chalcogenider tilsat. De inkluderer for eksempel NaCd2 med 348 natriumatomer og 768 cadmiumatomer i enhedscellen., Linus Pauling forsøgte at beskrive strukturen af NaCd2 i 1923, men lykkedes ikke før 1955. Først kaldet ” giant unit cell crystals “blev interessen for CMAs, som de kom til at blive kaldt, først hentet i 2002 med offentliggørelsen af et papir kaldet” strukturelt komplekse Legeringsfaser”, der blev givet på den 8.internationale konference om Kvasikrystaller. Potentielle anvendelser af CMAs omfatter som varmeisolering; solvarme; magnetiske køleskabe; ved hjælp af spildvarme til at generere elektricitet; og belægninger til turbineblade i militære motorer.,

høje entropilegeringer

høje entropilegeringer (HEAs) såsom AlLiMgScTi er sammensat af lige eller næsten lige store mængder af fem eller flere metaller. Sammenlignet med konventionelle legeringer med kun et eller to uædle metaller har HEAs betydeligt bedre styrke-til-vægtforhold, højere trækstyrke og større modstand mod brud, korrosion og O .idation. Selvom HEAs blev beskrevet allerede i 1981, udviklede sig betydelig interesse først i 2010′ erne; de er fortsat i fokus for forskning inden for materialevidenskab og teknik på grund af deres potentiale for ønskelige egenskaber.,tr>

In a MAX phase alloy, M is an early transition metal, A is an A group element (mostly group IIIA and IVA, or groups 13 and 14), and X is either carbon or nitrogen., Eksempler er Hf2SnC og Ti4AlN3. Sådanne legeringer har nogle af de bedste egenskaber ved metaller og keramik. Disse egenskaber inkluderer høj elektrisk og termisk ledningsevne, termisk stødmodstand, skadetolerance, bearbejdelighed, høj elastisk stivhed og lave varmeudvidelseskoefficienter.< / ref> de kan poleres til en metallisk glans på grund af deres fremragende elektriske ledningsevne., Under mekanisk test har det vist sig, at polykrystallinske Ti3SiC2-cylindre gentagne gange kan komprimeres ved stuetemperatur, op til spændinger på 1 GPa, og genvindes fuldstændigt ved fjernelse af belastningen. Nogle ma.-faser er også meget modstandsdygtige over for kemiske angreb (f. eks. Ti3SiC2) og højtemperaturo .idation i luften (Ti2AlC, Cr2AlC2 og Ti3AlC2). Potentielle anvendelser for MA.fase legeringer omfatter: så hård, maskinbearbejdelig, termisk chok-resistente ildfaste materialer; høj temperatur varmeelementer; belægninger til elektriske kontakter; og neutron bestråling resistente dele til nukleare applikationer., Mens MA.fase legeringer blev opdaget i 1960 ‘ erne, den første artikel om emnet blev ikke offentliggjort indtil 1996.