журналы подразделения новости подписка контакты home

архив
2001 год
2002 год
2003 год
2004 год
рубрики
ТЕМА НОМЕРА

ИТОГИ И ТЕНДЕНЦИИ

КОМПАНИИ И РЫНКИ

РЫНОК ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ

РЫНОК ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

СОБЫТИЕ

ЦЕНОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ

гостям
Агентство "Стандарт" предлагает вам подписаться на экномические журналы – лидеры в своей области.
























"Металлы мира" – №5, 2002

РЫНОК ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Как несостоявшийся космический металл нашел себя в электронном веке

Современный рынок сверхчистого хрома использует советские технологии 60-х годов

Ежегодно в мире производится около 30 тыс. т хрома, из которых на долю электролитического металла приходится не более 17-25%. Однако небольшие объемы производства компенсируются высокой стоимостью этого материала, поскольку электролитический хром высокой чистоты – один из важнейших металлов в электронной промышленности. Первыми технологии производства сверхчистого хрома разработали ученые Советского Союза, но сейчас их разработки широко используются британскими и американскими компаниями, занимающими главенствующее положение на мировом рынке.

Градация по чистоте

Физико-химические характеристики хрома – его твердость, чрезвычайно высокая износостойкость, стойкость к щелочной коррозии и высоким температурам – делают его идеальным покрытием для деталей электронной аппаратуры

Многослойные покрытия из сверхчистых металлов – золота, платины и хрома – дают возможность расширять объем памяти микросхем; тонкие пленки из хрома наносят на жесткие диски компьютеров, индикаторные панели телевизоров и жидкокристаллические дисплеи. В связи с этим сектору высоких технологий постоянно требуются новые сплавы и их комбинации, которые можно было бы использовать как защитные покрытия микронной толщины.

Как правило, их наносят методом ионного напыления: после соударения с мишенью выбиваемые лазером высокоэнергетичные частицы осаждаются на деталях в виде тонкого слоя хромового порошка. В зависимости от типа подлежащих покрытию изделий предусматривают мишени специальных размеров и форм. С этой целью применяются технологии горячего или холодного изостатического прессования, а также плавления или штамповки порошкового металла. Например, мишени среднего размера предназначены для нанесения покрытий на индикаторные панели, а более крупные используются в производстве специальных стекол. Мишени высокой чистоты приобретают производители деталей для электронной промышленности; с их помощью на детали наносятся плоские покрытия заданной толщины из хрома или хромовых сплавов. В этом процессе образуется значительное количество отходов (как правило, более 60%), которые впоследствии используются в менее ответственных процессах.

Одно из применений хрома средней степени чистоты связано с производством стекла. Покрытия из хрома или его сплавов придают стеклу теплоизолирующие свойства и устраняют блики. Такие стекла применяют в архитектуре, в автомобильных зеркалах заднего обзора и в ювелирной промышленности; это сравнительно новые сферы использования, где не требуется хром такой высокой чистоты, как, например, в электронике.

Более низкие категории хрома, в частности – алюмотермический металл, используют в производстве никелевых, кобальтовых и медных сплавов, а также базовых сплавов на основе алюминия. Этот материал пригоден везде, где требуется стойкость по отношению к щелочной коррозии, например, в установках для турбонаддува и распределительных устройствах (за исключением авиационных назначений). Кроме того, алюмотермический хром применяется как сырье для производства порошков, используемых в виде расходных материалов при сварке.

Спрос на специализированные стекла в архитектуре год от года растет. Будут появляться новые географические рынки, а по мере распространения технологии ионного напыления на другие сферы применения будет расширяться и потребление хромовых мишеней, производство которых сосредоточено в Японии, Германии и США. Кроме того, во втором квартале 2002 года можно ожидать восстановления спроса на жидкокристаллические дисплеи. Соответственно, отраслью будут востребованы все большие объемы электролитического хрома высокой чистоты.

Английский лидер российского разлива

Технологии глубокой очистки хрома непрерывно совершенствуются; современное оборудование позволяет получать хром высокой чистоты в виде компактного металла, его порошков и сплавов. Наиболее сложный процесс, ограничивающий объемы производства этих материалов, – получение сырья, пригодного для глубокой очистки. Традиционная технология получения хрома посредством его восстановления алюминием (алюмотермия) принципиально не дает возможности получать металл такого качества, чтобы его дальнейшая очистка была экономически целесообразной. Поэтому многие компании мира финансируют разработки электролитических технологий, позволяющих выпускать более чистый хром.

Мировой лидер в производстве хрома высокой чистоты – английская компания Bell Metals, занимающаяся этой деятельностью с 80-х годов, начав тогда сотрудничать с российским предприятием "Тулачермет". Когда Bell Metals установила, что чистота электролитического хрома "Тулачермет" значительно превышает стандарты США и Японии, компания заключила контракт на эксклюзивное право продажи этого материала.

Далее Bell Metals полностью трансформировала свою деятельность: компания отказалась от роли поставщика ферросплавов, алюмотермического хрома и прочих второстепенных металлов, сосредоточивши все усилия на продвижении на западные рынки хрома высокой чистоты. В 1998 году Bell и ее дочерняя торговая компания в США NBK MetalTech открыли совместное предприятие с International Specialty Alloys, в результате чего был создан современный завод для вакуумной дегазации хрома и производства порошка, который начал функционировать в Пенсильвании в середине 2000 года.

Мощности завода позволяют выпускать ежегодно 500 т материала "Bell". На предприятии установлены две печи для вакуумной переплавки и несколько бегунов грубого и мелкого помола. Дробильные установки выполнены по специальному заказу, их конструкция запатентована: в них используются как центробежная, так и центростремительная силы, при этом, чешуйки хрома измельчаются в результате соударений. Таким образом, система исключает загрязнение материала примесями.

Завод выпускает порошки высокой чистоты в стандартном ассортименте – от 6 меш (3,35 мм) до 325 меш (менее 45 мкм) – и продает их потребителям по всему миру. Помимо хромового порошка высокой чистоты, Bell Metals поставляет компаниям, где имеются собственные мощности для порошкования, сырье для производства – дегазированный хром высокой чистоты. Одно из главных применений продукции Bell – производство мишеней из чистого хрома и его сплавов. Лидирующее положение Bell Metals в секторе еще более упрочилось после недавнего закрытия завода японской компании Japan Metals and Chemicals.

Таким образом, электролитическая технология российского завода "Тулачермет" и дальновидность собственных руководителей обеспечили английской компании лидирующее положение на мировом рынке сверхчистого хрома. При этом, можно считать, что российским авторам этой технологии серьезно повезло: результаты их огромного труда не пропали бесследно, как это произошло с работами украинских химиков.

Реквием украинскому хрому

В настоящее время лишь немногим известно, что технология "Тулачермет" была не единственным, не первым и не лучшим из разработанных в Советском Союзе процессов получения чистого электролитического хрома. В 60-70-тые годы предполагалось, что сверхчистый хром найдет широкое применение в космической технике.

Сами по себе методы глубокой очистки были известны, в частности, соответствующее оборудование имелось в Московском НИИчермет и Киевском НИИ металлофизики. Как и во всем мире, требовалось решить проблему получения соответствующего сырья. Такое задание было поставлено перед крупнейшими научно-исследовательскими институтами СССР. Над проблемой получения электролитического хрома, пригодного для последующей глубокой очистки, работали ученые России, Украины, Грузии и Казахстана.

Далее других в этом направлении продвинулся Институт общей и неорганической химии АН УССР (ИОНХ). Силами его сотрудников были разработаны три новые технологии получения этого материала. Лучшая из них основывалась на восстановлении трехвалентного хрома; для ее отработки была построена опытно-промышленная установка (проектная мощность – 500 т в год) на заводе "Укрцинк" в Константиновке. В 1965 году завод выпустил первые 5 т чистого электролитического хрома.

По тем временам нигде в мире не удавалось получить электролитический материал аналогичной степени чистоты (даже в лабораторных условиях). Химикам ИОНХа удалось решить проблему получения из феррохрома достаточно чистых хромоаммониевых квасцов, что позволяло затем выделять чистый металл из их сернокислых растворов. Были определены оптимальные режимы получения хрома в специально разработанном двухкамерном электролизере с разделенными катодным и анодным пространствами.

По сравнению с альтернативными методами украинская технология была самой низкозатратной и наименее энергоемкой. По этим параметрам она и теперь – через сорок лет – остается лучшей в мире, превосходя в том числе и процесс получения чешуйчатого хрома, который позднее разработали специалисты "Тулачермет". Кроме того, украинские ученые использовали для производства компактного металла трехвалентные соединения хрома, значительно менее токсичные, чем шестивалентные, на которых основана российская технология.

Дальнейшего развития эти исследования не получили. Заказчики из космической отрасли сочли вольфрам и некоторые другие металлы более подходящими для своих целей, а о широком применении хрома в электронике тогда еще и не помышляли. Авторы технологий из ИОНХа были вынуждены закрыть эту тематику и переключиться на решение "более насущных" задач. Эти несколько человек – Д.П. Зосимович, А.И. Заяц, С.П. Антонов и С.С. Афонский – опередили свое время. Они сумели превзойти все исследовательские группы мира, но результаты их работы – способы получения чистого электролитического хрома из водных растворов его трехвалентных соединений – были не востребованы. Однако такова участь многих научных разработок. Авторы редко могут увидеть плоды своих трудов.

Галина Резник

 
© агенство "Стандарт"