Порошковая металлургия в xix веке

Таким образом, разработанный в XIX в, П. Г. Соболевским  способ, принципиально ничем не отличающийся от современных методов получения компактных изделий, положил начало развитию ряда направлений порошковой металлургии, используемых в тех отраслях техники, где изготовляются порошковые материалы. 

Начальный этап, непосредственно связанный с  созданием метода порошковой металлургии, относится к периоду от открытия в России первых платиновых месторождений до химико-металлургического исследования их в Петербурге (1819—1826); следующий этап — от времени создания нового метода обработки платины (метод порошковой металлургии) до прекращения выпуска платиновых монет (1826—1844). Дальнейший период (от 40-х годов до конца XIX в.) характеризуется заметным сокращением добычи платины, сокращением спроса на металл и почти полным прекращением выпуска изделий новым способом. 

Существенным  фактором, повлиявшим на сокращение использования  метода порошковой металлургии, явилось  создание печей с кислородно-водородным пламенем, с температурой, обеспечивающей плавление платины (А. Э. Сент-Клер Девиль, 1859). 

Среди современных методов получения порошков цветных металлов большой известностью пользуется предложенный в XIX в. академиком Петербургской академии наук Н.  

Н. Бекетовым  метод вытеснения одних элементов  другими из соединений, получивший глубокое научное освещение в защищенной им в 1865 г. докторской диссертации "Исследования над явлениями вытеснения одних элементов другими". 

Именно таким  путем, нагревая смесь двойной соли с магнием в вакууме, получают теперь порошковый бериллий; титан, вытесняя его натрием, магнием или гидридом натрия в атмосфере водорода при 750— 1000°С; цирконий — восстановлением К22гР6, 2гС12 или 2г02 натрием или восстановлением 2г02 смесью натрия и кальция; торий — восстановлением смесью кальция и натрия или кальцием в присутствии хлористого кальция; ниобий — восстановлением комплексного фторида натрием; тантал — восстановлением алюминием или кальцием в смеси с СаСL2 и МаСL; уран — восстановлением 11308 магнием и натрием в атмосфере углекислоты или восстановлением из хлорида урана натрием в вакууме; широкое развитие в нашей стране получило образование вдетого порошка железа восстановлением его оксидов кальцием и т.д. 

Яркая фигура Н. Н. Бекетова, видного и разностороннего  ученого, может быть поставлена в  ряд с корифеями отечественной  науки. Его научные идеи вносят крупный вклад в мировую химическую науку и являются важной вехой в истории порошковой металлургии. 

Н. Н, Бекетов (1827-1911) после окончания в Петербурге гимназии (1844) поступил в Петербургский  университет (разряд естественных наук), а затем перевелся в Казанский университет (1846), который окончил с квалификацией химика (1848). 

Магистерскую  диссертацию "О некоторых новых  случаях сочетания и общие  замечания об этих явлениях" он выполнил под руководством академика Петербургской  академии наук Н. Н. Зинина (1812—1880) и успешно шцитил ее в 1853 г. Далее в течение двух лет состоял ассистентом кафедры химии и технологии Петербургского университета, а в 1855 г. был избран экстраординарным профессором Харьковского университета. В 1865 г. Бекетов блестяще защитил докторскую диссертацию, которая послужила началом серии исследований на ту же тему. 

Вскоре он был  назначен ординарным профессором, в 1877 г. избран членом-корреспондентом Петербургской академии наук, а в 1886 г. — академиком. Его научно-преподавательская деятельность в Харьковском университете продолжалась 30 лет. За эти годы он создал крупную научную школу физикохимиков, широко известную в России и за ее пределами, выполнил важнейшие исследования, посвященные химическому сродству, термохимии, вытеснению одних элементов другими из их химических соединений, вопросам химических равновесий, по существу, приведшие его к открытию закона действующих масс и вошедшие в золотой фонд науки. 

В Харьковском  университете впервые в мире Бекетов  начал читать курс физической химии (1864). 

Метод алюминотермии  предложен Бекетовым на основе его  теоретических представлений о  механизме вытеснения одних элементов  другими (1859).  

Эта важная идея получила экспериментальное подтверждение: в результате взаимодействия алюминия и окиси бария был получен сплав бария с алюминием. "Как легко восстановляется глиний барием, — писал Бекетов, — также легко, в свою очередь, и глиний восстановляется магнием из фтористого соединения, в чем я также убедился особенным опытом". Эти выводы были распространены Бекетовым и на случай восстановления алюминием калия из его окиси. 

Приведенные данные убедительно свидетельствуют, что  осуществленное в 90-х годах Г. Гольдшмидтом якобы открытие процесса алюмотермии  явилось лишь повторением того, что было сделано русским ученым Бекетовым за сорок лет до этого. 

Метод алюминотермии, широко используемый для получения  разнообразных металлов, ферросплавов и лигатур цветных и редких металлов, широко применяется также  при термитной сварке рельсов, труб и других изделий. 

Основополагающим  принципом алюмотермии, как это  утверждал Бекетов, является условие, при котором соединение алюминия или другого восстанавливающего металла с кислородом сопровождается значительно большим выделением тепла, чем окисление вытесняемого металла. 

Научные идеи Бекетова и его знаменитое открытие оказали  большое влияние на изготовление и применение металлических порошков. Так, свинцовый порошок использовался  в "топливном элементе" (П. Н. Яблочков, 1880), в аккумуляторах (Д. А. Лочинов, 1881); железный порошок — в органическом и неорганическом синтезах в качестве восстановителя и катализатора; железный порошок нашел также применение при создании первого знаменитого радиоприбора (А. С. Попов, 1895). 

Перечисленные примеры свидетельствуют лишь об эпизодическом использовании металлических порошков во второй половине XIX в., причем в малом объеме, не идущем в сравнение с объемом использования платинового порошка в первой половине XIX в. По нашему мнению, роль Бекетова в истории порошковой металлургии как видного ученого-теоретика и экспериментатора может быть сопоставлена с ролью Соболевского. 

Для порошковой металлургии, как и для некоторых  других отраслей техники, характерен процесс  многоэтапного развития, когда процветание  сменялось упадком и даже полным забвением. Так это происходило при смене кричного способа производства железа более производительным и экономичным в то время процессом получения чугуна и переработкой его в сталь в результате мартеновского и конверторного передела (рубеж XVII и XVIII вв.); так это было и во второй половине XIX в. при появлении плавильных устройств, обеспечивающих получение платиновых изделий уже не методом порошковой металлургии, а плавкой. 

Прослеживая путь развития порошковой металлургии, следует отметить, что периоды возрождения и подъема ее всегда соответствовали уровню производительных сил, обусловлены запросами практики.  

Так, на рубеже XIX и XX вв. фактором, стимулирующим возрождение  порошковой металлургии, явились требования быстро развивавшейся в то время электротехники: электроламповой промышленности, нуждавшейся в тугоплавких материалах для нитей накаливания; электромашиностроения, где нашли применение медно-графитовые щетки для динамо-машин и электромоторов и др. Эти изделия и сейчас изготавливаются методом порошковой металлургии. 

История науки  и техники XIX в. характеризуется многими  крупными открытиями и изобретениями, а его вторая половина — началом  научно-технической революции. К  этому времени на фоне фундаментальных  успехов в главных направлениях естественных и технических наук относится новый этап подъема порошковой металлургии — формирование ее как самостоятельной отрасли новой техники, открывшей широкие возможности для решения многих актуальных проблем материаловедения, и в первую очередь синтеза новых уникальных материалов и изделий с заранее жданным комплексом свойств. 

Являясь пограничной  областью технического знания, порошковая металлургия использует достижения физики твердого тела, физической химии, механики материалов, а также новые высокопроизводительные и автоматизированные средства исследования и промышленного производства. Благодаря этому за последние десятилетия научно-техническая мысль в области порошковой металлургии достигла высокого уровня и обеспечивает прогресс во многих областях современной техники.