بریلیم چیست

بریلیم

بریلیم فلزی است با ترکیبی غیرمعمول از خواص فیزیکی و مکانیکی که آن را به ویژه در اجزای نوری، ابزار دقیق و کاربردهای تخصصی هوافضا موثر می کند. در هر یک از این سه منطقه کاربردی عمومی، بریلیم به دلیل ترکیبی از وزن کم، سختی بالا و خواص مکانیکی خاص مانند حد الاستیک دقیق انتخاب می شود. همچنین مفید است زیرا در برابر اشعه ایکس و سایر تشعشعات الکترومغناطیسی با انرژی بالا شفاف است. علاوه بر این، بریلیم به عنوان یک افزودنی کوچک در برخی از آلیاژهای پایه مس و نیکل استفاده می شود (به مقاله “آلیاژهای بریلیم-مس و بریلیم-نیکل” در این جلد مراجعه کنید).

بریلیم غیر آلیاژی به راحتی توسط لحیم کاری به هم متصل می شود. جوشکاری فیوژن در بیشتر موقعیت ها توصیه نمی شود، اگرچه در صورت دقت زیاد، می توان بریلیم را با فلزات پرکننده آلومینیوم جوشکاری کرد. بریلیم را می توان به شکل میله، میله و لوله اکسترود کرد یا به شکل ورق نورد کرد. سطح بریلیم را می توان تا سطح آینه بسیار منعکس کننده صیقل داد و این پوشش به ویژه در طول موج های مادون قرمز موثر است.

بریلیم را می توان با نیکل، نقره، طلا و آلومینیوم روکش کرد و سطح را می توان آنودایز یا روکش تبدیل کرومات کرد تا اندازه ای از مقاومت در برابر خوردگی را ارائه دهد. بریلیم را می توان با تلورانس های بسیار نزدیک ماشین کاری کرد.

این ویژگی در ترکیب با پایداری ابعادی عالی، امکان استفاده از بریلیم را برای ساخت اجزای فوق‌العاده دقیق و پایدار می‌دهد. تقریباً تمام بریلیوم مورد استفاده یک محصول متالورژی پودر (P/M) است. پردازش پودر به دلایل مختلفی مورد نیاز است. ریخته گری بریلیم عموماً دارای تخلخل و سایر عیوب ریخته گری است که آنها را برای استفاده در کاربردهای حیاتی نامناسب می کند. این از نقطه ذوب بالا، ویسکوزیته مذاب بالا و محدوده باریک جامد- مایع بریلیم ناشی می شود.

نقطه ذوب بالا (1283 درجه سانتیگراد یا 2341 درجه فارنهایت) واکنش فلز مذاب را با مواد قالب ریخته گری بالقوه ترویج می کند. ویسکوزیته مذاب بالا و محدوده باریک جامد-مایع مانع از پر شدن آسان قطعات ریخته گری پیچیده می شود. اگر از دمای سوپرهیت بالا برای کاهش ویسکوزیته استفاده شود، واکنش قالب یکپارچگی قطعه را محدود می کند.

علاوه بر محدودیت در یکپارچگی ساختاری که توسط ریخته‌گری تحمیل می‌شود، اندازه دانه بریلیم ریخته‌شده کاملاً درشت است (بیش از 50 میکرومتر یا 0.002 اینچ). شکل پذیری و استحکام بریلیم در درجه اول به اندازه دانه بستگی دارد و از رابطه هال-پتچ تبعیت می کند. این ویژگی ها به اندازه دانه های کمتر از حدود 15 میکرومتر (600 میکرون) در اجزای ساختاری نیاز دارند.

فرآوری متالورژی پودر اجازه می دهد تا در صورت نیاز به اندازه دانه های کمتر از 1 تا 10 میکرومتر برسد. تثبیت با پرس گرم خلاء، پرس ایزواستاتیک داغ، پرس و تف جوشی، یا سایر فرآیندها می تواند قطعاتی با مقادیر چگالی بیش از 99.5 درصد از مقدار نظری 1.8477 g/cm3 (0.067 lb/in.3) تولید کند.

کاربرد فرآوری P/M برای بریلیم محدودیت های خاص خود را بر ویژگی های محصول تحمیل می کند. به عنوان مثال، استفاده از پودرهای بسیار ریز به دلیل افزایش سطح ویژه، محتوای اکسید را افزایش می دهد. محتوای اکسید بریلیم یکی از عوامل تعیین کننده خواص فیزیکی و مکانیکی است. بنابراین، دانش و کنترل فرآیند پودر برای ساخت مناسب یک جزء بریلیم مهم است. همچنین شکل پودر بر ناهمسانگردی خواص مکانیکی تأثیر می گذارد.

خصوصیات اهمیت از خواص مکانیکی و فیزیکی که برای بریلیم در مقاله “خواص فلزات خالص” در این جلد ارائه شده است، مهمترین آنها چگالی، مدول الاستیک، ضریب جذب جرم و سایر خواص فیزیکی ارائه شده در جدول 1 است. مدول ویژه، که نسبت مدول الاستیسیته به چگالی است، از اهمیت ویژه ای برخوردار است: مدول ویژه برای بریلیم به طور قابل توجهی بیشتر از سایر مواد ساختاری هوافضا مانند فولاد، آلومینیوم، تیتانیوم یا منیزیم است (شکل 1). ).

همچنین، بریلیم دارای بالاترین ظرفیت حرارتی (1820 J/kg · °C یا 0.435 Btu/lb · °F) در بین فلزات و رسانایی حرارتی قابل مقایسه (210 W/m · K یا 121 Btu/ft · h · °) است. F) نسبت به آلومینیوم (230 W/m · K یا 135 Btu/ft · h · °F). بنابراین ممکن است بریلیم یک ماده بستر کارآمد برای هدایت گرمای اتلاف به دور از اجزای الکترونیکی حالت جامد فعال، به ویژه در کاربردهای هوافضا باشد.

جدول 1 خواص فیزیکی منتخب بریلیم

(الف) مدول خاص (بر حسب اینچ) از نسبت مدول الاستیک (بر حسب psi) و چگالی (بر حسب lb/in.3) تعریف می شود.

شکل 1 مدول ویژه مواد سبک وزن

قدرت ریز تسلیم بریلیم در اجزای سیستم هدایت کشتی‌ها، هواپیماها و موشک‌ها اهمیت ویژه‌ای دارد. در یک سیستم ژیروسکوپی، خطاهای دائمی را می توان با تسلیم اجزای راهنما معرفی کرد. یک مجموعه دائمی از 1 قسمت در 106 (ریز بازده)، بر خلاف معیار معمول تسلیم 2 قسمت در 104، مقدار مقاومت تسلیم مورد استفاده در ارزیابی مواد ژیروسکوپ است. بنابراین، گریدهای ابزار بریلیم دارای معیار پذیرش استحکام ریز تسلیم هستند.

انعکاس مادون قرمز دومین حوزه مهم کاربرد بریلیوم درجه ابزار در اپتیک مادون قرمز است. در طول موج های مادون قرمز موج بلند (LWIR)، بریلیم دارای بازتابی بیش از 99 درصد از شدت برخورد است. این امر امکان استفاده از بریلیوم را در نظارت LWIR و رصدخانه های اعماق فضا فراهم می کند. آینه های ماهواره هایی مانند ماهواره نجومی فروسرخ اغلب بریلیوم هستند زیرا این فلز بازتاب مادون قرمز را با وزن سبک و سفتی بالا ترکیب می کند.

ضریب جذب جرم پایین بریلیم باعث می شود که عملاً در برابر اشعه ایکس و سایر تشعشعات الکترومغناطیسی پرانرژی شفاف باشد. بنابراین به عنوان یک ماده پنجره در لوله های اشعه ایکس و آشکارسازهایی مانند آنهایی که در تجزیه و تحلیل پراکندگی انرژی تجهیزات اشعه ایکس استفاده می شود، استفاده می شود.