СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МОЛИБДЕНА ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ ГЛЕБОВСКОГО Российский патент 2009 года по МПК C22B34/34 C22B9/20 

Изобретение относится к области производства высокочистых тугоплавких металлов шестой группы Периодической системы элементов, в частности молибдена.

Известно, что для получения компактного молибдена используются приемы порошковой металлургии, позволяющие получать изделия при температурах значительно более низких, чем температура плавления молибдена. Порошковый молибден прессуют на гидравлических прессах в стальных матрицах, нагревают в атмосфере водорода при 1100-1300°С и спекают при 2200°С в атмосфере водорода в молибденовых лодочках. Кроме того, распространен метод плавления в электродуге, образуемой между стержнем из спрессованного порошка молибдена и охлаждаемым медным электродом при силе тока до 7 кА и небольшой разности потенциалов, а также плавление в вакууме с помощью сфокусированного пучка электронов или плавление в аргоновой плазме. Известен способ (Патент США №5722034 от 24.02.1998), в котором получение высокочистых тугоплавких металлов и сплавов на их основе осуществляют прессование и спекание порошков тугоплавких металлов высокой чистоты при температуре, давлении и выдержке, достаточных для образования изделий с мелкозернистой микроструктурой, с последующей электронно-лучевой плавкой в условиях вакуума.

Недостатками реализация известного способа являются:

- При прессовании и отжиге порошковых смесей при высоких температурах в металлокерамической заготовке газообразующие примеси полностью сохраняются.

- Получение металлокерамической заготовки с высокой плотностью, близкой к теоретической, нереально.

- При получении слитков молибдена методом электронно-лучевого переплава металлокерамических заготовок возникают серьезные проблемы из-за множества металлургических дефектов (поры, трещины).

Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков и назначению является способ (Зеликман А.Н., Металлургия тугоплавких металлов, М., Металлургия, 1986, с.214-216), в котором раскрыт способ производства молибдена высокой чистоты, включающий вакуумное рафинирование электронно-лучевым переплавом и кристаллизацией расплава, с последующим дуговым переплавом полученного слитка. Взаимосвязь химического состава и технологии производства молибдена определяет структуру и свойства конечного продукта. При более высоких концентрациях примесных элементов наблюдают более низкую пластичность молибдена при комнатной температуре. Для каждого примесного элемента существуют «критические» концентрации, при превышении которых происходит резкое снижение пластичности при комнатной температуре. Так, концентрации С<0,002% и О<0,0005% часто оказываются достаточно низкими, чтобы оказывать заметное влияние на пластичность чистого молибдена при комнатной температуре.

Склонность молибдена к интеркристаллитной хрупкости и низкой технологической пластичности в процессе высокотемпературной деформационной обработки является следствием сегрегации примесей внедрения, образования включений второй фазы на межзеренных границах и ослабления когезии между зернами. Молибден наряду с высокой температурой плавления (тугоплавкостью) имеет ряд других физико-химических показателей (высокая электропроводность, относительная химическая инертность, обрабатываемость), привлекательных с точки зрения использования в высоких технологиях в качестве ответственных конструкционных элементов, например, в электротехнике, микроэлектронике, наноэлектронике и др. Известно, что в совершенно чистом состоянии молибден пластичен, ковок, тягуч, довольно легко поддается штамповке и прокатке. При высоких температурах (но не в окислительной среде) прочность молибдена превосходит прочность большинства других металлов. Однако мехсвойства молибдена определяются чистотой и предшествующей механической и термической обработкой (чем чище металл, тем он мягче). При загрязнении примесями внедрения (углерод, кислород, азот, сера) молибден становится хрупким, твердым, ломким, что существенно затрудняет его обработку и использование из-за невозможности реализации природных физико-химических свойств. Чистый молибден является хорошим проводником электричества, в этом отношении он уступает серебру всего в 4 раза. Электропроводность молибдена выше, чем у платины, никеля, железа и многих других металлов. Существенное повышение чистоты молибдена, особенно по примесям внедрения обеспечит реализацию физических свойств молибдена и расширит возможности его использования в высоких технологиях.

Технологическая пластичность литого молибдена определяется удельной площадью межзеренной поверхности на единицу объема поликристаллического материала. При температурах ниже хрупковязкого перехода разрушение начинается от трещин, распространяющихся по зерну или границам, и является результатом сегрегации примесей по границам зерен. Представляется перспективным подход к снижению относительной концентрации примесей на межзеренных границах, состоящий в снижении абсолютного содержания примесей в металле, иными словами, необходимо получать молибден высокой чистоты, в котором концентрация примесей на межзеренных границах не достигает «охрупчивающего» уровня. Поскольку из примесей внедрения основную роль в охрупчивании молибдена играют углерод и кислород, необходимо всячески снижать их концентрацию, например, вакуумным рафинированием или раскислением (связыванием в оксиды). Длительное время считалось, что очистка молибдена от кислорода в процессе электронно-лучевой плавки не происходит, поэтому даже в настоящее время общепринятая практика получения технологичных слитков молибдена не идет дальше легирования добавками различных элементов (рений, железо, никель, титан, цирконий). При этом получают мелкозернистую структуру и, как следствие, расширение возможностей высокотемпературной деформационной обработки. Введение углерода или бора также приводит к значительному уменьшению размера зерен и понижению чувствительности молибдена к низкотемпературной интеркристаллитной хрупкости.

В силу этого промышленные малолегированные сплавы на основе молибдена или чистый молибден (марка МЧ) содержат большие концентрации примесей внедрения и замещения и поэтому не могут быть использованы в новых областях техники. В последние два десятилетия микроэлектроника, квантовая электроника, электротехника и др. предъявляют очень жесткие требования как к чистоте молибдена, так и к его технологичности, часто исключающие применение сложившихся технологий и материалов.

Техническая задача - повышение качества и стабильности физико-механических характеристик молибдена путем получения слитков высокой чистоты и оптимальной макроструктуры с целью повышения технологической пластичности.

Это достигается тем, что в способе производства молибдена высокой чистоты, включающем вакуумное рафинирование электронно-лучевым переплавом и кристаллизацией расплава, рафинирование ведут двумя электронно-лучевыми переплавами, первому электронно-лучевому переплаву подвергают металлокерамические заготовки, приготовленные из порошкового молибдена, и ведут его с небольшой скоростью, второй электронно-лучевой переплав проводят с максимально возможной высокой скоростью для, формирования мелкозернистой структуры в слитках молибдена высокой чистоты, причем соотношение между диаметрами кристаллизаторов для первого и второго переплава составляет d₁/d₂=0,5, а кристаллизацию расплава производят в вертикальных кристаллизаторах круглого или прямоугольного сечения, или горизонтальных круглых и прямоугольных кристаллизаторах с получением круглых или прямоугольных плоских слитков.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Химическая чистота молибдена в значительной мере определяет физико-механические характеристики этого металла, которые являются важными критериями при оценке перспектив его использования в высоких технологиях. Необходимым условием для глубокой очистки молибдена является комбинация высокого вакуума и высоких температур при отсутствии загрязнения огнеупорным материалом. Наиболее полно этим требованиям отвечают электронно-лучевая зонная плавка и электронно-лучевая капельная плавка в вакууме. Соответствующее сочетание этих видов плавки является оптимальным для глубокого рафинирования при получении поликристаллических слитков молибдена высокой чистоты. Моно- и поликристаллические слитки молибдена высокой чистоты выплавляют последовательным вакуумным рафинированием с помощью электронно-лучевой зонной плавки и электронно-лучевой капельной плавки, в результате чего получают молибден чистотой не хуже 99,99%-99,999%. Затвердевание молибдена производят в вертикальных и горизонтальных кристаллизаторах различной формы и сечения, в результате чего получают массивные поликристаллические слитки с хорошей поверхностью, мелким зерном и без металлургических дефектов.

По нашим экспериментальным данным, повышение скорости плавки (кристаллизации) обычно сопровождается образованием мелкозернистой структуры. При закалке жидкого молибдена с 1·10^-2%С удается достичь очень высоких скоростей кристаллизации: от 2·10⁴ град/с до 1·10³ град/с, причем средний размер зерен составляет от ~15 мкм до ~120 мкм соответственно. При закалке такого же по составу молибдена из взвешенного в электромагнитном поле состояния (ВЧ-левитация) удается реализовать скорости кристаллизации 4·10² град/с и получить средний размер зерен на уровне ~250 мкм. Электронно-лучевая плавка позволяет производить кристаллизацию со скоростью около 2·10 град/с, в результате чего средний размер зерен в слитках нелегированного молибдена составляет 3000-5000 мкм.

В рамках экспериментальной подготовки предлагаемого изобретения опробовано несколько способов воздействия на качество слитков чистого нелегированного молибдена. Так, выполнены электронно-лучевые переплавы молибдена с разными скоростями с целью определения пределов изменения величины зерен в слитках. Проведены многократные (до пяти) электронно-лучевые переплавы чистого молибдена с целью выяснения зависимости металлургического качества слитков (дефектность, содержание примесей внедрения) от числа вакуумных переплавов.. Параллельно с нелегированным чистым молибденом аналогичные исследования были проведены при выплавке слитков молибдена, легированных углеродом и другими элементами.

Скорость первого электронно-лучевого переплава обычно невысока и может неконтролируемо изменяться по ходу плавки вследствие интенсивного газовыделения из металлокерамических заготовок. Обычно она составляет 0,5-0,6 кг/мин, но пределы ее изменения довольно широки - от 0,2 до 1,2 кг/мин. Увеличение скорости плавки металлокерамических заготовок сопровождается ростом давления остаточных газов в плавильной камере и потерей мощности электронного луча. Это негативно сказывается на качестве слитков нелегированного молибдена электронно-лучевого переплава. Кроме того, при первом переплаве металло-керамических заготовок в расплав возможно попадание кусков исходной шихты. Даже сильный перегрев ванны и прекращение вытяжки слитка не создает условий для расплавения этих кусков: обычно такой слиток разрушается при последующей обработке. На изломах таких слитков ясно видны непроплавленные фрагменты металлокерамики, а на макрошлифах - участки с сильно измельченной структурой. Средний размер зерен в слитках первого переплава обычно 5-6 мм. Наблюдается много металлургических дефектов: газовые поры, непроплавы, трещины. Естественно, напрашивается вывод: для получения слитков чистого молибдена высокого металлургического качества необходим второй электронно-лучевой переплав. Однако второй переплав при обычной невысокой скорости приводит к обратному эффекту: при общем более высоком металлургическом качестве слитка, вследствие повышения чистоты молибдена зерна заметно укрупняются. Оказывается, увеличение скорости переплава на полпорядка величины приводит к пятикратному уменьшению среднего размера зерен: от 5 мм до 1 мм (слитки чистого молибдена диаметром 80 мм, выплавленных со скоростью 0,2 кг/мин и 1,2 кг/мин).

Оптимальным режимом получения качественных слитков диаметром 80 мм для проведения двойного электронно-лучевого переплава является: напряжение 25 кВ, ток 4 А, мощность электронного луча 100 кВт, скорость плавки 0,6 кг/мин. Суть двойного переплава состоит в повторном вакуумном электронно-лучевом переплаве слитков, ранее полученных с помощью электронно-лучевой плавки. Одна из особенностей в том, что диаметр слитка первого переплава должен быть в 2 раза меньше диаметра слитка второго переплава. При одинаковом диаметре слитков первого и последующих переплавов электронно-лучевая плавка сильно затруднена, поскольку оплавляемая часть слитка превышает размеры зеркала расплава в кристаллизаторе и необходимый перегрев ванны достигнуть не удается. Аналогично при необходимости ведения многократного электронно-лучевого переплава каждый слиток, подготовленный к следующему переплаву, должен быть в два раза меньше по диаметру по сравнению со слитком, выплавляемым из этого слитка. Второй переплав можно производить в вертикальные круглые и прямоугольные (плоские) кристаллизаторы или в горизонтальные кристаллизаторы любой формы. Двойной переплав (ЭЛП+ЭЛП) органично сочетает достоинства, присущие электронно-лучевой плавке: эффективная очистка от примесей, возможность переплава некомпактной шихты, получение слитков любого сечения с однородной мелкозернистой структурой.

Для проведения технологических испытаний из слитков двойного переплава вытачивали заготовки с конусным заходным концом. Прессование на сутунку сечением 40x20 мм² и длиной до 400 мм производили на высокоскоростном прессе с усилием 630 т. Пресс-матрицы имели круглое (диаметр 30 мм, 40 мм и 50 мм) или прямоугольное (20x50 мм²) проходное сечение. Для облегчения течения металла в пресс-матрице использовались специальные стальные и молибденовые стаканы, которые подогнаны под размер подвергаемых прессованию заготовок. Разогрев заготовок проводили в течение 30-40 мин в вакуумной элеваторной печи, питаемой от ВЧ-генератора мощностью 100 кВт.

Пример реализации способа. Реализацию способа осуществили при получении технологичных слитков нелегированного молибдена. В качестве исходного материала использовали металлокерамические заготовки, приготовленные из порошкового чистого молибдена. Первый переплав с целью очистки производили методом электронно-лучевой плавки, в результате чего получали слитки диаметром 80 мм. Скорость первого вакуумного переплава 0,6±0,3 кг/мин при параметрах электронного луча: напряжение 25 кВ, ток 4 А, мощность 100 кВт. Возможности способа проверили на пятикратном электронно-лучевом переплаве, однако для практических целей (например, для производства распыляемых магнетронных мишеней и получения тонких фольг для электротехники) оказалось вполне достаточным проведение двукратного электронно-лучевого переплава. В этом случае свободные от металлургических дефектов слитки выплавляли со скоростью 1-1,2 кг/мин в вертикальных или горизонтальных кристаллизаторах электронно-лучевой вакуумной установки. Распыляемые магнетронные мишени изготавливали с помощью мехобработки круглых или плоских слитков высокочистого молибдена двукратного электронно-лучевого переплава - в этом случае мехсвойства и технологическая пластичность решающего значения не имели.

В тех случаях, когда для изготовления распыляемых мишеней или электротехнических изделий требуется листовой прокат из высокочистого молибдена, производится высокотемпературная деформационная обработка слитков и мехсвойства имеют решающее значение. Следует отметить, что плоские слитки высокочистого молибдена удавалось подвергать горячей прокатке, минуя стадию горячего прессования с целью разрушения грубой литой структуры, и получать листовой прокат высокого качества.

Химический состав литого молибдена после 1-2-3-4-5 - электронно-лучевых переплавов представлен в Таблице 1.

Таблица 1
Содержание примесей в молибдене многократного электронно-лучевого переплава Число ЭЛП Содержание примесей, ррт С О N Ni Fe Ti Cu Mn Pb Zn As Zr W 0 30 40 10 2 100 10 3 10 1 1 0,3 10 20 1 10 2 1 0,3 1 0,3 1 0,3 1 1 0,3 0,3 10 2 10 <1 <1 <0,3 <1 <0,3 <1 <0,3 <1 <1 <0,3 <0,3 30 3 10 <1 <1 <0,3 <1 <0,3 <1 <0,3 <1 <1 <0,3 <0,3 20 4 10 <1 <1 <0,3 <1 <0,3 <1 <0,3 <1 <1 <0,3 <0,3 20 5 10 <1 <1 <0,3 <1 <0,3 <1 <0,3 <1 <1 <0,3 <0,3 30

Скорость 2, 3, 4 и 5 переплавов поддерживали на максимально возможном по технологии плавки уровне 1,2 кг/мин, дальнейшее повышение скорости плавки значительно усложняет ведение плавильного процесса. Для слитков всех пяти переплавов характерны крупные вытянутые зерна длиной от 10 до 100 мм (при среднем значении около 20 мм) и средним диаметре зерен от 1,1 мм после первого переплава до 2 мм после второго переплава, 2,2 мм -после третьего переплава и 2,7 мм - после пятого переплава. Подробное изучение макроструктуры слитков чистого молибдена показало, что с увеличением числа переплавов от 1 до 5 плотность ямок травления становится меньше. Уже на втором переплаве остаточная пористость не превышает 0,01 об.%, что является чрезвычайно малой величиной для литого молибдена. Это свидетельствует о повышении структурного совершенства зерен и уменьшении содержания примесей в твердом растворе. В пользу серьезного рафинирующего действия многократного электронно-лучевого вакуумного переплава свидетельствует также и то, что границы зерен с увеличением числа переплавов протравливаются слабее и становятся заметно тоньше.

Фрактографические испытания проводили на образцах размером 10x10x50 мм³, вырезанных из центральной части слитков всех пяти переплавов (по нормали к оси слитка). Плоскость разрушения при трехточечном изгибе была параллельна оси слитка. Изгиб образцов проводили так, чтобы усилие «ножа» прикладывалось точно к межзеренной границе. Фрактографические исследования показали, что образцы из слитков первого переплава имели смешанный характер с преобладанием транскристаллитного. Поверхности разрушения гладкие, однако в области интеркристллитного разрушения наблюдали большое число пор и включений второй фазы, которые, по-видимому, являлись местами зарождения трещин. Образцы, приготовленные из слитка двойного переплава, также имели смешанный характер разрушения (с преобладанием транскристаллитного), причем на поверхности излома встречались, но в меньшем количестве, поры и включения второй фазы сложной формы. Вблизи включений рельеф поверхности излома изменялся, что свидетельствует об их влиянии на процесс пластического течения. Образцы пятого переплава также имели смешанный транс- и интеркристаллитный характер разрушения с преобладанием транскристаллитного. Отличительной чертой образцов пятого переплава являлось наличие на поверхностях разрушения следов пластической деформации. Трещины зарождались вблизи пор и плоских выделений второй фазы. Проведенные микрофрактографические испытания показали, что существенного изменения характера разрушения при увеличении числа переплавов не происходит, разрушение остается смешанным с преобладанием транскристаллитного разрушения. В этом процессе активно участвуют частицы второй фазы, однако общее количество этих частиц на поверхностях разрушения с увеличением числа переплавов заметно уменьшается.

Технологические испытания состояли в проведении высокотемпературной обработки давлением поликристаллических слитков молибдена всех пяти электронно-лучевых переплавов по стандартной схеме, принятой в промышленности для легированного молибдена. Обработка давлением слитков 2-5 переплавов проходила вполне нормально, без образования трещин и разрушения, однако на слитках однократного переплава уже на стадии прессования примерно в 20% всех случаев горячей обработки давлением возникали трещины. Степень деформации (75-82%) и температуру последующего рекристаллизационного отжига (1300°С) подбирали таким образом, чтобы можно было получить передельные заготовки под прокатку с однородным зерном. После горячей прокатки получали лист толщиной 1,5 мм с характерной деформированной структурой. Предел прочности неотожженных сутунок после горячего прессования составлял 60,1 кг/мм²; предел прочности горячекатаных листов толщиной 1,5 мм без отжига и с отжигом составлял соответственно 75 и 66,7 кг/мм², что близко к известным литературным данным для малолегированных сплавов на основе молибдена. Дальнейшую прокатку листа до толщины 0,3 мм проводили при температуре 300°С перекрестным методом с поворотом на толщине 0,6 мм. Предел прочности отожженной ленты составлял 72 кг/мм², а относительное удлинение - 15,7%. Наряду с высокими показателями по мехсвойствам этот материал имеет еще одно неоспоримое преимущество - высокую чистоту, что открывает широкие возможности для его использования в микроэлектронике, квантовой электронике и электротехнике. В таблице 2 представлены сравнительные данные для предлагаемого материала и обычно используемых молибденовых сплавов, близких по составу и области применения.

Таблица 2 Состав и некоторые свойства молибдена высокой чистоты и обычных промышленных сплавов на основе молибдена, используемых в электротехнике Характеристика Молибден ВЧ Обычный сплав Мо двойного вакуумного переплава Промышленный чистый металлокерамический Мо (МЧ) Состав и основные примеси (ppm) Ti, Zr<1; С<10; W<20; ост.<1 Ti=700-3000; Zr=700-1500; ocT<500 Fe+Al<180; Si<140; Ni<50;
Ca+Mg<50; С<50 Предел прочности и деформация для проволоки диаметром 1мм после протяжки и отжига, испытания при комнатной температуре 960-1020 МРа 0,5-22% 1380-1830 МРа 0,5-7,5% 750-960 МРа 0,5-18% Максимальный размер карбидов после горячей прокатки <1 мкм <5 мкм <3 мкм Температура рекристаллизации, отжиг 1 ч для фольги 0,05 мм в сухом водороде 1350 1350 1100 Типичный уровень отходов при холодной деформации <3% 15-20% <5% Типичный уровень отходов вследствие разрывов во время герметизации ламп <1% <1% 70-90%

Основное назначение предлагаемой технологии - получение молибдена с достаточно высоким уровнем прочности и пластичности в процессе обработки при сохранении возможности достаточного упрочнения на финишных операциях. Эта технология используется, например, для производства токовводов для кварцевых ламп. Полная деформация от слитка диаметром d₀=110 мм до готового токоввода сечением t=0,028-0,050 мм очень высока: полная истинная деформация e>ln(d₀/t)~7,7; деформация при комнатной температуре из ленты толщиной d_s=0,61 мм составляет e_r>ln(d_s/t)~2,5. Образцы проволоки диаметром 1 мм после протяжки и отжига были подвергнуты испытаниям на растяжение при скорости деформации 1 мм/мин и длине испытуемой части образца 40 мм. Основное отличие от существующей технологии состоит в прокатке проволоки, начиная с ее диаметра, в тонкую и узкую фольгу. При этом пластичность высокочистого молибдена оставалась очень высокой из-за более низких концентраций углерода и кислорода по сравнению с двумя другими сплавами, приведенными в таблице 2. Диапазоны прочности и пластичности после протяжки и последующего отжига (без рекристаллизации) даны для трех типов материалов на основе молибдена. После отжига прочность обычно понижается, а пластичность растет. Другими словами, небольшие значения прочности обычно соответствуют большим значениям пластической деформации и наоборот.

Большая разница между прочностью образцов проволоки из высокочистого молибдена после протяжки и отжига по сравнению с двумя другими сплавами на основе молибдена есть также следствие различий в объемной доле твердых карбидов и оксидов. Деформационное упрочнение из-за дисперсных карбидов и оксидов по результатам испытаний при комнатной температуре после протяжки и отжига оказывается большим в случае обычного сплава на основе молибдена. Однако невозможно поднять пластичность и уменьшить прочность только за счет отжига, чтобы иметь показатели, полученные нами для высокочистого молибдена. Как следствие, высокая прочность обычного сплава на основе молибдена приводит к более высокому уровню отходов холоднокатаной фольги.

После прессования или ковки слитков проводили несколько отжигов наряду с обработкой поверхности с целью удаления оксидов после горячей деформационной обработки. Загрязнение кислородом является наиболее коротким и быстрым путем для потери этим материалом главного преимущества - высокой чистоты. Очень важно предупредить образование дисперсных оксидов титана и циркония, образующихся в листе или проволоке даже при таких низких концетрациях этих элементов (природное легирование) во время горячей деформационной обработки. Появление этих оксидов неминуемо вызывает опасность получения высокоупрочненных и слишков хрупких продуктов. Именно таким путем происходит упрочнение известных сплавов на основе молибдена, например TZM. В нашем случае оказалось довольно просто получать тонкие фольги и проволоку вследствие высокой пластичности и гомогенности литого молибдена высокой чистоты, полученного в соответствии с предложенным способом. Тонкие токовводы сечением (28-50 мкм)х(2,8-3,4 мкм) для кварцевых ламп получали финишной прокаткой как листа, так и проволоки диаметром 1 мм. Прочность при растяжении такой проволоки была 960-1020 МРа при относительном удлинении при комнатной температуре 0,5-1,0%. В случае тонких фольг после прокатки прочность при растяжении была 1240±115 МРа и удлинение 1,0-1,4%. Такой предел прочности фольги может быть отнесен за счет образования дисперсных оксидов после соответствующих отжигов. Таким образом, деформационная обработка литого высокочистого молибдена двойного электронно-лучевого переплава до проволоки диаметром 1 мм выявила чрезвычайно высокую пластичность этого материала. Оказалось возможным повышать не только прочность при комнатной температуре с 760 МРа при деформации 22% до 960 МРа при деформации 15%, но и температуру рекристаллизации до ~1600°С вследствие горячей обработки в окислительной атмосфере и образования дисперсных оксидов. Вполне очевидно, что преимущества высокой пластичности используются во время прокатки и протяжки при комнатной температуре.

С целью формирования мелкозернистой структуры в слитках молибдена высокой чистоты и проводили его с максимально возможной скоростью, причем соотношение между диаметрами кристаллизаторов для первого и второго переплава составляло d₁/d₂=0,5, а кристаллизацию расплава производили в вертикальных кристаллизаторах круглого или прямоугольного сечения, обеспечивающих получение цилиндрических или прямоугольных слитков, или горизонтальных круглых или прямоугольных кристаллизаторах, обеспечивающих получение круглых или прямоугольных плоских слитков.

Итак, получение технологичных слитков, тонких листов, фольги и проволоки высокого качества из высокочистого молибдена двойного электронно-лучевого переплава в соответствии с настоящим изобретением показало высокую технологическую пластичность высокочистого молибдена двойной электронно-лучевой плавки на всех этапах деформационной обработки, а также преимущества использования этого материала по сравнению с металлокерамическими или плавлеными материалами на основе молибдена.

Предлагаемый способ получения молибдена высокой чистоты позволяет получать массивные слитки, имеющие значительно более высокую чистоту и технологическую пластичность по сравнению с порошковыми изделиями или однократно переплавленными с помощью электронно-лучевой плавки, так как в качестве исходных материалов используют высокочистые прутки молибдена, полученные с помощью глубокого рафинирования электронно-лучевой зонной (капельной) плавки с небольшой скоростью переплава, а формирование оптимальной мелкозернистой структуры осуществляют при максимально высокой скорости переплава (большей на порядок величины). В результате указанных вакуумно-металлургических процессов удается получать высокотехнологичные слитки молибдена высокой чистоты. Слитки различной геометрии (круглые, плоские) с высоким качеством поверхности получают в специальных вертикальных или горизонтальных кристаллизаторах, что позволяет свести к минимуму финишную механическую обработку и потери металла при обработке.

Изобретение относится к способу производства молибдена высокой чистоты и может быть использовано при производстве слитков высокочистого молибдена, а также листового проката из высокочистого молибдена для использования в микроэлектронике, квантовой электронике и электротехнике. Способ включает вакуумное рафинирование электронно-лучевым переплавом и кристаллизацией расплава. Рафинирование ведут двумя электронно-лучевыми переплавами. Первому электронно-лучевому переплаву подвергают металлокерамические заготовки, приготовленные из порошкового молибдена, и ведут его с небольшой скоростью. Второй электронно-лучевой переплав проводят с максимально возможной высокой скоростью для формирования мелкозернистой структуры в слитках молибдена высокой чистоты. Соотношение между диаметрами кристаллизаторов для первого и второго переплавов составляет d₁/d₂=0,5. Кристаллизацию расплава ведут в вертикальных кристаллизаторах круглого или прямоугольного сечения с получением цилиндрических или прямоугольных слитков, или в горизонтальных круглых или прямоугольных кристаллизаторах с получением круглых или прямоугольных плоских слитков. Техническим результатом является повышение качества и надежности металлургических изделий (листового проката, фольги, проволоки, мишеней). 2 табл.

Способ производства молибдена высокой чистоты, включающий вакуумное рафинирование электронно-лучевым переплавом и кристаллизацией расплава, отличающийся тем, что рафинирование ведут двумя электронно-лучевыми переплавами, первому электронно-лучевому переплаву подвергают металлокерамические заготовки, приготовленные из порошкового молибдена, и ведут его с небольшой скоростью, второй электронно-лучевой переплав проводят с максимально возможной высокой скоростью для формирования мелкозернистой структуры в слитках молибдена высокой чистоты, причем соотношение между диаметрами кристаллизаторов для первого и второго переплавов составляет d₁/d₂=0,5, а кристаллизацию расплава производят в вертикальных кристаллизаторах круглого или прямоугольного сечения с получением цилиндрических или прямоугольных слитков, или в горизонтальных круглых или прямоугольных кристаллизаторах с получением круглых или прямоугольных плоских слитков.