Редкие металлы и полупроводниковые материалы

К редким металлам обычно относят 36 химических элементов, которые нашли широкое применение в промышленности только во второй половине XX в. Редкие металлы принято делить на четыре группы: легкие (литий, рубидий, стронций, бериллий, цезий), рассеянные (галлий, индий, таллий, селен, теллур, рений), тугоплавкие (цирконий, тантал, ниобий, рений, калифорний, ванадий), редкоземельные (лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий и др.).

Некоторые из этих металлов действительно содержатся в земной коре в очень небольшом количестве. А рассеянные металлы собственных минералов не имеют и главным сырьем при их получении служат отходы производства цветных металлов.

Редкоземельные металлы названы так потому, что они имеют свойство образовывать нерастворимые оксиды, так называемые земли, а также за то, что они с трудом определялись в химических лабораториях. Создавалось впечатление, что эти металлы встречаются редко, хотя на самом деле их больше, чем цинка, меди, кобальта, свинца и никеля.

До второй половины прошлого века редкие металлы интересовали в основном ученых, но примерно с 50-х гг. без них стали немыслимы многие промышленные технологии. Все сверхмагнитные, сверхлегкие, сверхтвердые, сверхжаростойкие и высокопрочные конструкционные материалы в наши дни создаются на основе или с использованием редких элементов. Все ресурсо- и энергосберегающие технологии не осуществимы без редких элементов.

Уровень промышленного использования редких металлов (рис. 53) зависит от цен на них. Цены имеют широкий диапазон: от близких к самым дешевым цветным металлам (свинцу и цинку) до приближающихся к золоту и металлам платиновой группы.

Рис.53. Мировое потребление редких металлов

Потребление редких металлов в СССР всегда было ниже, чем в промышленно развитых странах мира. С распадом СССР положение ухудшилось, т.к. многие добывающие предприятия остались на территории бывших союзных республик. На российских предприятиях добыча также была резко снижена.

К полупроводниковым материалам относят кремний и германий, полупроводниковые структуры, интерметаллические соединения (химические соединения металла с металлом).

В начальный период развития полупроводниковой промышленности для изготовления приборов использовались преимущественно германий и кремний. В 60-е гг. появились компании, занимающиеся полупроводниковыми соединениями. Однако в то время им трудно было конкурировать с производителями кремния, поскольку технологии, оборудование для них обходились гораздо дороже. В 90-е гг. вырос спрос на приборы, использующие соединения, которые дополняли возможности приборов на основе кремния. Поэтому в последние годы осуществляются серьезные вложения в развитие технологий и инфраструктуры производства полупроводниковых соединений, что не служит препятствием для развития производства приборов на основе кремния.

На долю кремния приходится 29,5 % массы земной коры, в состав которой он входит в виде силиконов и кремнезема. Кремний применяется в сталелитейной промышленности, которая использует большое количество ферросилиция. Основные потребители металлического кремния - производители алюминия, алюминиевых сплавов и химическая промышленность. На долю полупроводниковой промышленности, которая использует высокочистый кремний, приходится лишь несколько процентов спроса.

Особые свойства германия определяют широкий круг облacтeй eгo примeнeния. Германий используется в производстве бытовых пластмасс, в качестве катализатора в металлургии, медицине и в таких высокотехнологических областях, как электронная и электротехническая промышленность, производство инфракрасной и волоконной оптики (крупнейшая сфера потребления германия), люминофоров. В электронике помимо полупроводниковых диодов и триодов германий применяется в производстве терморезисторов, фотоэлементов с запирающим слоем, термоэлементов, пленочных сопротивлений. В ядерной физике он используется в детекторах гамма-излучения. Германиевые стекла и линзы применяют в приборах ночного видения, системах наведения различных видов военной техники. Кроме того, германий используется в лазерной технике и гелиоэнергетике. В частности используемые в спутниках связи солнечные батареи из арсенида галлия строятся на германиевых подложках. В последние годы наблюдается снижение спроса из-за застоя в отраслях-потребителях и наличия у них излишних запасов, накопленных еще в начале 90-х гг.

Дата добавления: 2014-12-16