Применение золота в науке и технике

Тысячелетиями золото использовалось для производства ювелирных украшений и монет, а применение золота для зубопротезирования известно еще древним египтянам. Применение золота в стекольной промышленности из­вестно с конца XVII в., когда Кункелем был открыт эффект окрашивания золотом стекла. Золотую фольгу, а позднее гальванопокрытия золотом широко применяли для золочения куполов церковных храмов. Лишь последние 20—25 лет можно отнести к периоду чисто технического применения золота. И если объемы его промышленного использования довольно скромные, то многообразие форм и областей применения золота в современной технике позволяет рассматривать не только его монетарные, но и технические функции.

Золото обладает уникальным комплексом, свойств, которого не имеет никакой другой металл. Оно обладает самой высокой стой­костью к воздействию агрессивных сред, по электро- и теплопроводности уступает лишь серебру и меди, ядро золота имеет большое сечение захвата нейтронов, способность зо­лота к отражению инфракрасных лучей близ­ка к 100%, в сплавах оно обладает каталити­ческими свойствами. Золото очень технологично, из него легко изготавливают сверхтонкую фольгу и микронную проволоку. Покрытия золотом легко наносят на металлы и керамику. Золото хорошо паяется и свари­вается под давлением. Такая совокупность полезных свойств золота послужила причиной его широкого использования в важнейших современных отраслях техники: электронике, технике связи, космической и авиационной технике, химии.

Следует отметить, что научные основы про­мышленного использования золота были за­ложены еще в предыдущие века. На протяже­нии длительного периода времени свойства золота и его сплавов тщательно, хотя и эмпирически, изучались. Попытки алхимиков искусственно получить золото дали много сведений о химических свойствах золота и его соединений. Практически на их трудах осно­вана современная химия. Попутно было открыто множество химических веществ и среди них серная и азотная кислоты, царская водка, цинк, сурьма, фосфор и др. В конце XV в. Бенвенуто Челлини заложил основы техники литья по выплавляемым моделям процесса, широко используемого в современ­ном ювелирном производстве. Давно известна и техника плакирования золотом металлов. Еще в прошлом веке были разработаны ме­тоды цианирования, пирометаллургии золота, обогащения руд и аффинажа, которые лежат в основе современной технологии добычи и извлечения золота из вторичного сырья.

Покрытие золотом является одним из старейших методов придания декоративного вида ювелирным изделиям, скульптурам и архитектурным сооружениям. К древнейшим способам относятся листовой, заключаю­щийся в наклеивании тонких золотых ле­пестков с помощью специального лака, и огневой, состоящий в нагреве нанесенной на медную или латунную основу золотой амаль­гамы. В результате нагрева ртуть возгоня­ется, а золото прочно сцепляется с основой. Электролитический способ осаждения золота впервые применил профессор химии из Павии, Луиджи Бургнателли в 1805 г. Первый патент на контактное золочение получили братья Элкингтон в Англии в 1840г. Почти сразу же этот процесс получил распространение во Франции, где его использовали для золоче­ния ювелирных изделий и столовой посуды.

Огневым методом был покрыт купол Исаакиевского собора в России и выполнена его, внутренняя отделка. При этом было израсхо­довано 280 кг золота. В дальнейшем золоче­ние шпиля Петропавловского собора, глав Благовещенского собора в Кремле и других церквей производили методом гальваносте­гии. Примерно в этот период для нанесения толстых золотых покрытий стали применять гальванопластику. В прошлом веке стали известны способы покрытия золотом напыле­нием в вакууме и катодным распылением.

Следует отметить, что в электронике на 90% золото используют в виде покрытий. Электроника и связанные с ней отрасли маши­ностроения являются основными потребите­лями золота в технике. В этой области золото широко используют для соединения интег­ральных схем сваркой давлением или ультр­звуковой cваркой, контактов штепсельных разъемов, в качестве тонких проволочных проводников, для пайки элементов транзи­сторов и других целей. В последнем случае особенно важно то, что золото образует легко­плавкие эвтектики с индием, галлием, крем­нием и другими элементами, которые обладают проводимостью определенного типа. Начиная с 1960г., когда расход золота в электронной промышленности США выражался скромной цифрой 7,75т в год, это количество с ростом производства компьютеров и интегральных схем фактически удваивалось, пока в 1969 г. не достигло невиданной ранее цифры — 57,52 т.

Такое резкое увеличение расхода было вызвано не только ростом производства, но и нерациональной тратой золота. В результате освоения технологии селективного и точеч­ного покрытия, т. е. покрытия лишь на функ­ционирующих участках, расход золота резко снизился. Это наглядно подтверждается дан­ными 1972 г. (50,87 т), который в деловом отношении был более продуктивным, чем 1969г. (57,52 т). Применение точечного покры­тия только на одних корпусах транзисторов дало возможность снизить расход золота с 2177 до 155 кг.

Помимо технологических усовершенство­ваний в электронике, для ряда деталей и узлов вместо золота стали использовать пал­ладий, покрытия оловом, сплавами олова со свинцом и сплавом 65% Sn + 35% Ni с золо­тым подслоем. Сплав олова с никелем обла­дает высокой износостойкостью, коррозион­ной стойкостью, приемлемой величиной кон­тактного сопротивления и электропровод­ностью. Несмотря на то, что в настоящее вре­мя расход золота в электронике непрерывно возрастает, считается, что он мог быть на 30% выше, если бы не меры, направленные на экономию золота [22].

Миниатюризация электронных узлов, высокие требования к чистоте металла и максимальной экономии золота привели к зна­чительному обновлению оборудования и тех­нологии на металлургических предприятиях. Широко применяется плавка и разливка золотых сплавов в вакууме [23]. Изготавли­вают полуфабрикаты и профили с различным расположением плакирующего слоя и с очень жесткими допусками.

В микроэлектронике широко применяют пасты на основе золота с различным электро­сопротивлением [24, 25].

Широкое использование золота и его сплавов для контактов слаботочной аппара­туры обусловлено его высокими электриче­скими и коррозионными свойствами. Серебро, платина и их сплавы при использовании в качестве контактов, коммутирующих микротоки при микронапряжениях, дают гораздо худшие результаты. Серебро быстро тускнеет в атмосфере, загрязненной серо­водородом, а платина полимеризует органи­ческие соединения. Золото свободно от этих недостатков, и контакты из его сплавов обес­печивают высокую надежность и длительный срок службы.

Золотые припои с низким давлением пара используют для пайки вакуумноплотных швов деталей электронных ламп, а также для пайки узлов в аэрокосмической промышленности. Покрытия золотом используют в космических аппаратах для защиты от солнечной радиа­ции, поскольку оно на 98% отражает инфра­красные лучи. Некоторые детали космических кораблей «Аполлон» и снаряжение космонав­тов были с этой целью покрыты золотом [26, 27]. Поскольку высокая отражательная способность золота сочетается с малой излу­чающей способностью, золото используют в тех случаях, когда важно избежать из­лучения, например, в соплах реактивных двигателей и топливных элементах в космо­навтике.

Золото применяют для металлизации окон­ных стекол зданий. В жаркие летние месяцы через оконные стекла зданий проходит значи­тельное количество инфракрасного излуче­ния. В этих обстоятельствах тонкая пленка (0,13 мкм) отражает инфракрасное излучение и в помещении становится значительно ­прохладнее. Такая пленка в отраженном свете кажется коричневой, а в проходящем — голу­боватой. Если через такое стекло пропустить ток, то оно обретет противотуманные свой­ства [28]. Покрытые золотом смотровые стекла судов, электровозов и т.д. эффективны в лю­бое время года.

В измерительной технике для контроля температуры и особенно для измерений низ­ких температур используют сплавы золота с кобальтом или хромом.

В химической промышленности золото главным образом используют для плакиро­вания стальных труб, предназначенных для транспортировки агрессивных веществ. В нефтехимической промышленности вместо золота можно использовать титановый сплав, содержащий 15% Мо и 5% Zr [29], стойкий к серной и соляной кислотам. Сплавы Аu+3% Рd, а также Аu+20% Рd применяют для производства катализаторов, улавливаю­щих платину. Золотоплатиновые сплавы мо­гут заменять платиновородиевые сплавы при изготовлении фильер в производстве искус­ственного шелка. В этой области могут использоваться более дешевые танталовые фильеры после цементации или фильеры из дисилицида молибдена.

Золотые сплавы применяют в производстве часовых корпусов и перьев для авторучек. Вместо золота для перьев можно использо­вать сплав тантала с рением.

В медицине используют не только зубопро­тезные золотые сплавы, но и медицинские препараты, содержащие соли золота, для различных целей, например при лечении туберкулеза. Радиоактивное золото исполь­зуют при лечении злокачественных опухолей.

В научных исследованиях золото исполь­зуют для захвата медленных нейтронов с помощью радиоактивных изотопов золота изучают диффузионные процессы в металлах и сплавах.

 

 

Источник: В. М. Малышев, Д.В. Румянцев «Золото»

Применение золота в науке и технике
Пролистать наверх