Соединение металл — металл — Page 4

Добавить комментарий

Химические свойства металлов — с чем реагируют? Свойства и таблица

Поможем понять и полюбить химию

Начать учиться

Свойства металлов начинают изучать на уроках химии в 8–9 классе. В этом материале мы подробно разберем химические свойства этой группы элементов, а в конце статьи вы найдете удобную таблицу-шпаргалку для запоминания.

Металлы — это химические элементы, атомы которых способны отдавать электроны с внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительные ионы (катионы) и проявляя восстановительные свойства.

В окислительно-восстановительных реакциях металлы способны только отдавать электроны, являясь сильными восстановителями. В роли окислителей выступают простые вещества — неметаллы (кислород, фосфор) и сложные вещества (кислоты, соли и т. д.).

Металлы в природе встречаются в виде простых веществ и соединений. Активность металла в химических реакциях определяют, используя электрохимический ряд, который предложил русский ученый Н. Н. Бекетов. По химической активности выделяют три группы металлов.

Ряд активности металлов

Общие химические свойства металлов

Взаимодействие с неметаллами

Щелочные металлы сравнительно легко реагируют с кислородом, но каждый металл проявляет свою индивидуальность:

• оксид образует только литий

  4Li + O₂ = 2Li₂O

• натрий образует пероксид

  2Na + O₂ = Na₂O₂

• калий, рубидий и цезий — надпероксид

  K + O₂ = KO₂

Остальные металлы с кислородом образуют оксиды:

2Mg + O₂ = 2MgO

2Al + O₂ = Al₂O₃

2Zn + O₂ = 2ZnO (при нагревании)

4Cr + 3O₂ = 2Cr₂O₃

Металлы, которые в ряду активности расположены левее водорода, при контакте с кислородом воздуха образуют ржавчину. Например, так делает железо:

4Fe + 3O_{2 (воздух)} + 6H₂O_(влага) = 4Fe(OH)₃

С галогенами металлы образуют галогениды:

2Na + Cl₂ = 2NaCl

Mg + Cl₂ = MgCl₂

2Al + 3Br₂ = 2AlBr₃

Zn + Cl₂ =ZnCl₂

2Cr + 3Cl₂ = 2CrCl₃

Медный порошок реагирует с хлором и бромом (в эфире):

Cu + Cl₂ = CuCl₂

Cu + Br₂ = CuBr₂

При взаимодействии с водородом образуются гидриды:

2Na + H₂ = 2NaH

Ca + H₂ +СaH₂

Zn + H₂ =ZnH₂

Взаимодействие с серой приводит к образованию сульфидов (реакции протекают при нагревании):

2K + S = K₂S

Сa + S = CaS

2Al + 3S = Al₂S₃

2Cr + 3S = Cr₂S₃

Cu +S = CuS

Реакции с фосфором протекают до образования фосфидов (при нагревании):

3K + P = K₃P

3Mg + 2P = Mg₃P₂

3Zn + 2P = Zn₃P₂

Основной продукт взаимодействия металла с углеродом — карбид (реакции протекают при нагревании).

Из щелочноземельных металлов с углеродом карбиды образуют литий и натрий:

2Li + 2C = Li₂C₂

Калий, рубидий и цезий карбиды не образуют, могут образовывать соединения включения с графитом:

Ca + 2C = CaC₂

С азотом из металлов IA группы легко реагирует только литий. Реакция протекает при комнатной температуре с образованием нитрида лития:

6Li + N₂ = 2Li₃N

3Mg + N₂ = Mg₃N₂

2Al + N₂ = 2AlN

2Cr + N₂ = 2CrN

Взаимодействие с водой

Все металлы I A и IIA группы реагируют с водой, в результате образуются растворимые основания и выделяется h3. Литий реагирует спокойно, держась на поверхности воды, натрий часто воспламеняется, а калий, рубидий и цезий реагируют со взрывом:

2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂

Металлы средней активности реагируют с водой только при условии, что металл нагрет до высоких температур. Результат данной реакции — образование оксида.

Cr + H₂O = Cr₂O₃ + H₂

Zn + H₂O = ZnO + H₂

Неактивные металлы с водой не взаимодействуют.

Взаимодействие с кислотами

Если металл расположен в ряду активности левее водорода, то происходит вытеснение водорода из разбавленных кислот. Данное правило работает в том случае, если в реакции с кислотой образуется растворимая соль.

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂

При взаимодействии с кислотами-окислителями, например, азотной, образуется продукт восстановления кислоты, хотя протекание реакции также неоднозначно.

Металлы IА группы:

2K + H₂SO_{4 (раствор)} = K₂SO₄ + H₂

8K + 5H₂SO_{4 (конц)} = 4K₂SO₄ + H₂S + 4H₂O

8Na + 10HNO_{3 (раствор)} = 8NaNO₃ + NH₄NO₃ + 3H₂O

3Na + 4HNO_{3 (конц)} = 3NaNO₃ + NO + 2H₂О

Металлы IIА группы

Mg + H₂SO_{4 (раствор)} = MgSO₄ + H₂

4Mg + 5H₂SO_{4 (конц)} = 4MgSO₄ + H₂S + 4H₂O

Mg+ 4HNO_{3 (конц)} = Mg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

4Mg + 10HNO_{3 (раствор)} = 4Mg(NO₃)₂ + 2N₂O + 5H₂O

Такие металлы, как железо, хром, никель, кобальт на холоде не взаимодействуют с серной кислотой, но при нагревании реакция возможна.

Взаимодействие с солями

Металлы способны вытеснять из растворов солей другие металлы, стоящие в ряду напряжений правее, и могут быть вытеснены металлами, расположенными левее:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

На металлы IА и IIА группы это правило не распространяется, так как они реагируют с водой.

Реакция между металлом и солью менее активного металла возможна в том случае, если соли — как вступающие в реакцию, так и образующиеся в результате — растворимы в воде.

Взаимодействие с аммиаком

Щелочные металлы реагируют с аммиаком с образованием амида натрия:

2Li + 2NH₃ = 2LiNH₂ + H₂

Взаимодействие с органическими веществами

Металлы IА группы реагируют со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:

2Na + 2C₂H₅OH = 2C₂H₅ONa + H₂

2K + 2C₆H₅OH = 2C₆H₅OK + H₂

Также они могут вступать в реакции с галогеналканами, галогенпроизводными аренов и другими органическими веществами.

Взаимодействие металлов с оксидами

Для металлов при высокой температуре характерно восстановление неметаллов или менее активных металлов из их оксидов.

8Al + 3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ + 9Fe (алюмотермия)

3Са + Cr₂O₃ = 3СаО + 2Cr (кальциетермия)

Полезные подарки для родителей

В колесе фортуны — гарантированные призы, которые помогут наладить учебный процесс и выстроить отношения с ребёнком!

Вопросы для самоконтроля

1. С чем реагируют неактивные металлы?

2. С чем связаны восстановительные свойства металлов?

3. Верно ли утверждение, что щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой, образуя щелочи?

4. Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции по схеме:

   Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + Nh5NO3 + Н2O

5. Как металлы реагируют с кислотами?

Подведем итоги

От активности металлов зависит их химические свойства. Простые вещества — металлы в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями. По положению металла в электрохимическом ряду можно судить о том, насколько активно он способен вступать в химические реакции (т. е. насколько сильно у металла проявляются восстановительные свойства).

Напоследок поделимся таблицей, которая поможет запомнить, с чем реагируют металлы, и подготовиться к контрольной работе по химии.

Таблица «Химические свойства металлов»

Татьяна Сосновцева

К предыдущей статье

108. 7K

Оксиды

К следующей статье

Химические свойства кислот

Получите план обучения, который поможет понять и полюбить химию

На вводном уроке с методистом

1. Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению

2. Расскажем, как проходят занятия

3. Подберём курс

Способ соединения неметаллических и металлических компонентов

Настоящее изобретение в целом относится к соединению неметаллических и металлических компонентов и, в частности, к жесткому соединению кварцевых и керамических компонентов с металлом.

Надлежащая конструкция и функционирование многих устройств требуют жесткого соединения различных материалов. Во многих случаях хрупкий материал, такой как кварц или керамика, связан с металлом. Для этой цели можно использовать клеи, но они не допускают отсоединения двух материалов в случае необходимости регулировки или технического обслуживания. Применение металлических хомутов нецелесообразно из-за опасности поломки хрупкого материала. Кроме того, большинство металлов имеют совсем другой коэффициент теплового расширения, чем кварц или керамика. Таким образом, хомут, затянутый при одной температуре, может ослабнуть при более высокой температуре.

Акселерометры — это устройства, измеряющие ускорение во многих приложениях. Гравиметры (или гравиметры) — чрезвычайно чувствительные и точные акселерометры, которые измеряют изменения гравитационного поля Земли. Современные версии таких гравиметров могут достигать относительной точности порядка нескольких микрогал (10 ^-8 м / с ² ), то есть нескольких частей на 10 ^-9 g, среднего гравитационного притяжения Земли.

Полный обзор конструкции гравиметров, как исторических, так и современных, можно найти в сборнике Gravimetry, автором которого является Вольфганг Торге, Walter de Gruyter Press, Berlin-New York, 19.89. За последние 100 или более лет было предложено и построено множество конструкций гравиметров. Большинство из них были основаны на отклонении под действием силы тяжести контрольной массы, поддерживаемой упругим пружинным элементом. Упругий пружинный элемент может иметь форму винтовой пружины (например, LaCoste-Romberg, Worden и Scintrex, как описано в справочнике Torge, стр. 232-236) или торсионной проволоки (например, Mott-Smith, Norgaard и Askania-Torge). стр. 227-228). В качестве материала упругой пружины в этих различных гравиметрах использовались как металл, так и кварц. Каждый материал имеет достоинства и недостатки в отношении простоты изготовления и стабильности во времени, при изменении температуры и при ударах.

В целом, кварц является предпочтительным материалом для упругой пружины благодаря присущим ему свойствам. Кварц очень эластичен и демонстрирует небольшой механический гистерезис после растяжения или кручения. В тонких волокнах для пружин или шарниров (для высокочувствительных датчиков) кварц имеет очень высокую прочность. Это позволяет использовать кварцевые волокна для пружин или шарниров в разжатом состоянии при эксплуатации в суровых условиях без каких-либо вредных последствий. Это показано, например, в «Потенциальном применении гравиметра Scintrex CG-3m для мониторинга вулканической активности: результаты полевых испытаний на горе Этна, Сицилия», Г. Буделла и Д. Карбоне, Журнал вулканологии и геотермальных исследований. Исследования, 76 (1997)199-214. Из-за своей эластичности кварц устойчив к необратимым смещениям, вызванным внезапными ударами, известными как «деформации». С другой стороны, тонкие металлические волокна очень подвержены такому набору. Кроме того, кварц имеет незначительную магнитную восприимчивость и поэтому не подвержен влиянию сильных магнитных полей, в отличие от черных металлов. Кварц также является хорошим изолятором и облегчает электрическую изоляцию металлических компонентов, что необходимо при разработке и правильном функционировании некоторых гравиметров. С производственной точки зрения датчик силы тяжести на основе кварца в некоторых отношениях проще в изготовлении, поскольку сложные формы и соединения других кварцевых компонентов могут быть получены путем термоформования.

Однако возникает проблема, когда требуется соединение кварц-металл, например, для поддержки кварцевой структуры или для прикрепления к ней металлического компонента. Для правильного функционирования гравиметра важно, чтобы такие крепления были жесткими и устойчивыми, не допускали относительного перемещения элементов из кварца и металла, а также избегали нагрузки на кварц во время зажима, вызывающей разрушение кварца. Для решения этой проблемы обычно используются клей или механические зажимы.

Механические зажимы сложны и относительно велики, что делает их непригодными для миниатюрных компонентов. Также трудно распределить необходимое усилие зажима по достаточной площади контактной поверхности, чтобы предотвратить повреждение кварцевого компонента. Эта проблема была четко сформулирована в статье Барри Блока и Роберта Мура «Исследования приливных и сейсмических частот с помощью кварцевого акселерометра новой геометрии», Журнал геофизических исследований, 75, № 8, 10, 19 марта. 70. Чтобы обеспечить механическую поддержку кварцевого торсионного волокна, Блок и Мур отшлифовали кварц, чтобы обеспечить плоские поверхности для крепления к металлическим компонентам без проскальзывания. Было определено, что поверхности должны быть отшлифованы с точностью до 12 микрон, чтобы точно совпасть с соответствующей металлической поверхностью. Чтобы уменьшить вероятность поломки кварца, каждый зажим был покрыт слоем мягкой алюминиевой фольги. Вставка мягкой алюминиевой фольги уменьшила жесткость и стабильность полученного соединения.

Вторым способом создания таких соединений является использование эпоксидного клея или другого типа клея. Однако этот подход имеет ряд недостатков. На микроскопическом уровне он не образует стабильной и абсолютно эластичной связи. Он необратим и не допускает регулировки, выравнивания или последующего обслуживания или ремонта. Эпоксидные смолы также выделяют пары, которые загрязняют атмосферу в датчике силы тяжести и могут неблагоприятно повлиять на работу гравиметра.

Дополнительная проблема, которая возникает при использовании металлических зажимов или цемента для создания соединения, заключается в том, что существует большая разница в коэффициентах теплового расширения между большинством металлов и кварцем или керамикой. Соединение, созданное при одной температуре окружающей среды, может расшататься при более высокой температуре.

Существует потребность в средствах для жесткого и стабильного крепления кварца к металлу в миниатюрных акселерометрах с кварцевыми элементами, таких как гравиметры, которые не имеют проблем, связанных с механическими зажимами или клеем. Желательно, чтобы крепление было двусторонним, чтобы его можно было отсоединить для сборки, регулировки или технического обслуживания.

Метод крепления одной металлической детали к другой металлической детали с помощью термических средств, широко известный как «горячая посадка», хорошо известен в данной области техники (например, см. Тимошенко С. Сопротивление материалов 3 ^rd издание 1956-68 Ван Ностранд. стр. 36, 205). На практике этот прием обычно осуществляется с использованием только металлических деталей. Настоящее изобретение использует разницу в коэффициентах теплового расширения между двумя соединяемыми материалами. При соединении кварца или керамики с металлом эти два материала имеют очень разные коэффициенты теплового расширения. Именно это различие создает трудности при выполнении соединений с помощью других средств, таких как зажим или использование клея. Соединения, созданные в соответствии с данным изобретением, очень просты по конструкции, поэтому подходят для миниатюризации.

В одном аспекте настоящего изобретения предложен способ крепления первого элемента из кварца и керамики к металлическому элементу. Способ включает создание отверстия в металлическом элементе; размер отверстия меньше, чем размер первого элемента в диапазоне температур, нагревание металлического элемента до температуры, достаточной для расширения отверстия, чтобы можно было вставить первый элемент в отверстие, введение части первого элемента в отверстие отверстие и охлаждение металлического элемента с образованием соединенной конструкции из первого элемента и металлического элемента.

В другом аспекте настоящего изобретения предлагается соединенная конструкция, включающая в себя металлический элемент с отверстием и первый элемент из кварца и керамики, вставленный в отверстие. Металлический элемент оказывает сжимающее напряжение на первый элемент в диапазоне температур.

В одном аспекте настоящее изобретение предлагает средства для создания жесткой обратимой связи между кварцем и металлом без использования зажимов или клеев.

В настоящем изобретении используются различия между коэффициентами теплового расширения чистого плавленого кварца и многих видов керамики и большинства металлов. Используя эту разницу в коэффициентах, между металлом и кварцем или керамикой создается термическая связь без сложностей и вредных воздействий, связанных с металлическими зажимами и клеями.

Настоящее изобретение будет лучше понято со ссылкой на следующее описание и чертежи, на которых:

Фиг. 1 представляет собой частичный вид сбоку в разрезе кварцевого элемента, соединенного с металлическим элементом, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

РИС. 2А и 2В представляют собой виды сбоку в частичном разрезе кварцевого элемента, соединенного с металлическим элементом, показанным на фиг. 1, показывающий предпочтительную геометрию металлического элемента;

РИС. 3А и 3В представляют собой частичные виды сбоку в разрезе кварцевого элемента, соединенного с металлическим элементом, показанным на фиг. 1, показывающий другую предпочтительную геометрию металлического элемента; и

РИС. 4 представляет собой схематическое изображение гравиметра, в котором кварцевый элемент и металлический элемент, соединенные в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1, используются для их частей.

РИС. 5 представляет собой вид в перспективе части гравиметра, показанного на фиг. 4, выполненный в более крупном масштабе.

Исключительно для простоты иллюстрации настоящее обсуждение направлено на усовершенствование конструкции гравиметров с кварцевыми элементами. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается гравиметрами с кварцевыми элементами. Понятно, что можно также использовать керамические элементы и что настоящее изобретение также применимо к акселерометрам, используемым для других целей, таких как сейсмометрия.

Таблица 1, приведенная ниже, включает список коэффициентов теплового расширения кварца, керамики и металлов, которые обычно используются при разработке различных устройств. Ясно, что коэффициент теплового расширения между кварцем и всеми металлами, которые обычно используются в конструкции типичного датчика силы тяжести, по крайней мере на порядок различается. Имеется также существенное различие между коэффициентами термического расширения керамики и большинства металлов, хотя и в меньшей степени, чем различие между коэффициентами термического расширения кварца и металлов.

TABLE 1
Coefficient of Thermal Expansion of Materials
	Material	Coefficient (ppm/° C. )
	Quartz	0.6
	Ceramics	3-5 (typical)
	Copper	16.7
	Aluminium	23.8
	GOLD	14,3
	НЕПРАВИТЕЛЬНА при 350°С))

Сначала обратимся к фиг. 1 показан металлический элемент, обозначенный цифрой 10 . Металлический элемент 10 обрабатывается для создания отверстия 14 для крепления кварцевого элемента 12 , также называемого кварцевым стержнем. Источник тепла 13 предусмотрен для повышения температуры части металлического элемента 10 , окружающей отверстие 14 .

РИС. 2A и 2B иллюстрируют кварцевый элемент 12 , соединенный с металлическим элементом 10 , демонстрируя предпочтительную геометрию металлического элемента 10 . Металлический элемент 10 обработан таким образом, что горловина отверстия 14 включает конус 15 . ФИГ. 3A и 3B иллюстрируют соединение кварцевого элемента 12 с металлическим элементом 10 , демонстрируя альтернативную геометрию металлического элемента 10 . В этой геометрии металлический элемент 10 включает сужающуюся часть 16 , так что металлический элемент 10 сужается к горловине отверстия 14 .

На каждой из ФИГ. 1, 2 и 3 , кварцевый элемент 12 имеет цилиндрическую форму в виде стержня с круглым поперечным сечением одинакового радиуса. Отверстие 14 вырезано в металлическом элементе 10 таким образом, чтобы диаметр отверстия 14 жестко контролировался, чтобы он был на заданную величину меньше диаметра кварцевого элемента 12 в диапазоне рабочих температур. для датчика. Затем металлический элемент 10 нагревается источником тепла 13 . Подходящие источники тепла включают пламя, нагревание в печи или другие подходящие средства. Металлический член 10 нагревается до температуры, значительно превышающей диапазон рабочих температур датчика, до точки, при которой расширение металлического элемента 10 позволяет вставить кварцевый элемент 12 в отверстие 14 . Затем кварцевый элемент вставляется в отверстие 14 металлического элемента 10 . При охлаждении металлического элемента 10 металлический элемент 10 сжимается, а кварцевый элемент 12 прочно зажимается металлическим элементом 9.0146 10 , что обеспечивает жесткое соединение. При желании соединение нагревают, вызывая расширение металлического элемента 10 , что позволяет снять кварцевый элемент 12 . Хотя и кварцевый элемент 12 , и металлический элемент 10 нагреваются до одинаковой температуры, металлический элемент 10 расширяется больше, чем кварцевый элемент 12 . Таким образом, диаметр отверстия 14 увеличивается больше, чем диаметр кварцевого элемента 12 и при достаточно высокой температуре кварцевый элемент 12 извлекается из отверстия 14 металлического элемента 10 .

Для некоторых применений может быть более целесообразной и лучше контролируемой процедурой нагрев кварцевого и металлического элемента до общей температуры для выполнения соединения. В этом случае общая температура, до которой нагреваются кварцевые и металлические элементы, является такой же высокой температурой, которая используется для удаления кварцевого элемента.

Следующие примеры представлены для дополнительной иллюстрации вариантов осуществления настоящего изобретения. Эти примеры предназначены только для иллюстрации и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.

В данном примере кварцевый элемент 12 соединен с медно-металлическим элементом 10 . Кварцевый элемент 12 имеет диаметр X, а отверстие 14 , просверленное в металлическом элементе 10 , имеет диаметр 0,9. 98Х. Медно-металлический элемент 10 нагревается чуть более чем на 120°С выше температуры окружающей среды, вызывая увеличение диаметра отверстия 14 на 0,2%, после чего в увеличенное отверстие вставляется кварцевый элемент 12 . 14 . Чтобы отделить кварцевый элемент 12 от медного металлического элемента 10 , температура в месте соединения нагревается до несколько более высокой температуры, а именно выше 125°С выше температуры окружающей среды. Разница температур объясняет тот факт, что кварцевый элемент 12 и металлический элемент 10 нагреваются, и что разница в коэффициентах термического расширения между этими двумя материалами составляет около 16 частей на миллион/°C.

В этом примере используется инвар. Инвар представляет собой сплав металлического железа с необычными термическими свойствами. Как показано в таблице 1, инвар имеет очень низкий коэффициент теплового расширения (~1-2×10 ^-6 ) в обычном диапазоне рабочих температур окружающей среды (от 0°С до +45°С). Это желательно для стабильной работы. Однако при нагревании коэффициент теплового расширения увеличивается, увеличиваясь в десять раз, когда температура достигает 400°С, что, таким образом, позволяет соединять инвар с кварцевыми и керамическими компонентами в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

При изготовлении соединения кварц-металл, показанного на фиг. 1, желательно сдерживать чрезмерные градиенты напряжения растяжения на поверхности кварцевого элемента 12 , когда металлический элемент 10 сжимается, чтобы избежать поломки кварцевого элемента 12 . Максимальный градиент растягивающего напряжения на поверхности кварцевого элемента 12 возникает на открытом конце отверстия 14 между сжатой и несжатой частями кварцевого элемента 9.0146 12 . Геометрии, показанные на фиг. 2 и 3 иллюстрируют два способа уменьшения градиента растягивающего напряжения на поверхности кварцевого элемента 12 . На фиг. 2А, это достигается путем механической обработки плавно сужающегося устья отверстия с помощью конуса 15 , где диаметр устья отверстия равен диаметру кварцевого элемента 12 при типичной рабочей температуре. Таким образом, устье отверстия 14 больше в диаметре, чем у кварцевого элемента 9.0146 12 , когда металлический элемент 10 нагревается. Когда кварцевый элемент 12 вставлен, а металлический элемент 10 остывает (фиг. 2 B), кварцевый элемент 12 в устье отверстия 14 не испытывает напряжения. Диаметр постепенно и плавно изменяется вдоль кварцевого элемента 12 в отверстие 14 и, таким образом, уменьшает градиент растягивающего напряжения на поверхности кварцевого элемента

. На фиг. 3А, металлический элемент 10 включает сужающуюся часть 16 вокруг горловины отверстия, диаметр которой плавно сужается до диаметра отверстия 14 . Металлический элемент 10 нагревают, а кварцевый элемент 12 вставляют в отверстие 14 , как описано выше. Когда металлический элемент 10 охлаждается и сжимается (РИС. 3 B), кромка отверстия 14 деформируется наружу (колоколообразно), тем самым уменьшая градиент растягивающего напряжения на поверхности кварцевый член 12 в районе устья отверстия 14 .

РИС. 4 представляет собой схематическое изображение гравиметра 30 , в котором кварцевый элемент 12 и металлический элемент 10 соединены в соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 1, используются для их частей. Гравиметр 30 включает в себя жесткую кварцевую раму 17 , поддерживающую датчик силы тяжести, включая кварцевую пружину 18 , кварцевый шарнир 19 , пробную массу 20 , поддерживается опорой 23 , соединенной с пружиной 18 и шарниром 19 . Две металлические пластины 21 , 22 расположены с каждой стороны контрольной массы 20 и каждая поддерживается соответствующей опорой 24 , 25 . Соединения кварца с металлом используются в нескольких местах, включая: опору 23 для пробной массы; опоры 24 , 25 к несущему кварцевому каркасу для металлических пластин 21 , 22 ; точка 26 , в которой датчик в сборе крепится к металлическому корпусу 27 , и на опорах для упоров 28 , представляющих собой металлические упоры, предназначенные для ограничения диапазона перемещения пробной массы 20 . Для правильной работы датчика гравитации пробная масса 20 является электропроводной, желательно из металла. Эта контрольная масса 20 действует как одна пластина каждого из двух конденсаторов, с пластинами 21 и 22 соответственно, как и другие пластины этих конденсаторов. Два конденсатора измеряются в емкостном мосту и действуют как чувствительный метод определения положения контрольной массы 20 . Сигнал дисбаланса от емкостного моста выпрямляется для создания силы электростатической обратной связи, которая прикладывается к внешним металлическим пластинам 21 , 22 для восстановления контрольной массы 20 в горизонтальное положение. Ощутить положение контрольной массы 20 с достаточной точностью, чтобы иметь разрешение и стабильность порядка 10 ⁻⁹ г, геометрия пластин 21 и 22 , а также контрольная масса 20 должны быть установлены и поддерживаться на того же порядка, фактически несколько А°.

РИС. 5 показан вид в перспективе части гравиметра согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, показывающий расположение внешних металлических пластин 21 , 22 более подробно. Как показано, внешние металлические пластины 21 , 22 жестко расположены параллельно друг другу через опоры 24 , 25 , изготовленные из кварца и прикрепленные к раме 17 (фиг. 4) из гравиметр. В этом варианте осуществления каждая из внешних металлических пластин 21 , 22 соединена с обеими кварцевыми опорами 24 , 25 , что обеспечивает высокий уровень стабильности относительного положения двух пластин 9.0146 21 , 22 . Опора 23 также является кварцевым элементом и крепится к металлической пробной массе 20 через ребро, имеющее увеличенную толщину для размещения отверстия, в которое вставляется кварцевый элемент 23 .

Таким образом, в конструкции гравиметра 30 используется соединение кварца с металлом в нескольких местах, напр. на опоре 23 на пробной массе 20 , на опорах 24 и 25 для пластин 21 и 22 , в точке 26 , являющейся базовой точкой крепления всего датчика в сборе к металлическому корпусу 27 , и в опорах для упоров 28 , ограничивающие диапазон перемещения контрольной массы 20 . Кроме того, важно предотвратить долгосрочный дрейф или проскальзывание, вызванное ударом. Соединение кварцевого элемента 12 с металлическим элементом 10 настоящего варианта осуществления позволяет выполнить эти условия.

Для целей настоящего изобретения кварцевый элемент 12 соединения имеет одинаковый диаметр и круглое поперечное сечение для оптимального функционирования. Если базовая кварцевая структура не имеет желаемой формы, часть прямокруглого кварцевого цилиндра сплавляется с кварцевой структурой в желаемой точке соединения, таким образом обеспечивая кварцевый элемент круглого сечения 10 для соединения.

Хотя настоящее изобретение описывается как имеющее конкретное применение при проектировании и изготовлении гравиметров, включающих кварцевые упругие элементы, оно в равной степени применимо к соединениям кварц-металл и металлокерамика в других акселерометрах и устройствах для других применений. Следует отметить, что разница в коэффициенте теплового расширения между керамикой и металлами меньше, чем между кварцем и металлами (например, 13 против 16×10 ⁻⁶ ). Таким образом, температура, до которой нагревают металлический элемент для высвобождения керамического стержня, пропорционально выше, чем температура для высвобождения кварца в случае соединения кварц-металл.

Следует понимать, что настоящее изобретение было описано в качестве примера, и специалистам в данной области техники могут прийти в голову модификации и вариации описанных здесь вариантов осуществления. Считается, что все такие модификации и вариации входят в сферу и объем настоящего изобретения.

Различные способы соединения металлов без сварки

Сварка плавлением является важным и преобладающим процессом в производстве металлов, но иногда вы можете столкнуться с трудностями при внедрении сварки и хотеть использовать альтернативные методы соединения металлов без сварки. Если вы ищете способ соединения металлов без сварки, эта статья для вас. Приходите, будем исследовать.

Нам часто приходится использовать метод, отличный от сварки плавлением, для соединения двух или более металлов. Причин может быть много, и некоторые распространенные причины собраны ниже:

• Некоторые металлы обладают металлургической несовместимостью, и сварка плавлением нецелесообразна или не обеспечивает надежного соединения (например, сочетание алюминия со сталью или алюминия с медью).
• Существуют металлы с плохой свариваемостью, и попытка их сварки может привести к трещинам, металлы, реагирующие с атмосферой, теряют свои свойства и т. д.
• Нет необходимости сваривать каждое соединение в металлоконструкции. Многие соединения подвергаются умеренной нагрузке и рабочей температуре, и паяное соединение может быть приемлемым.
• Иногда вам нужны соединения, которые вы хотите разобрать и собрать, когда это необходимо. Такие соединения возможны при использовании механических креплений.
• Для таких работ, как сборка кузовов легковых автомобилей или автобусов, соединение заклепками может быть аккуратной и чистой альтернативой сварке.

Различные методы соединения двух или более металлов без сварки :

• Склеивание металлов клеем.
• Пайка.
• Пайка.
• Клепка.
• Использование механических застежек.

Этот метод можно использовать для соединения легких металлических деталей, когда сборка не подвергается воздействию силы или тепла. Клеи, такие как эпоксидный, полиуретановый или на основе силикона, могут быть хороши для соединения легких металлов. Вы можете сделать это, выполнив следующие шаги:

Шаг 1 – Убедитесь, что соединяемые детали идеально подходят друг к другу.

Шаг 2 – Очистите заготовки, чтобы удалить все загрязнения. Используйте наждачную бумагу, чтобы сделать область склеивания слегка шероховатой. Убедитесь, что место склеивания чистое.

Шаг 3 – Нанесите рекомендуемый клей на область склеивания с помощью кисти или шпателя.

Этап 4 – Соберите детали и закрепите сборку с помощью подходящих зажимов или приспособления. Убедитесь, что в стыке нет зазоров.

Шаг 5 – Дайте склеенному узлу застыть в течение 12 часов или в соответствии с рекомендациями производителя клея.

Шаг 6 – Выньте приклеенный узел и используйте его после проверки.

Примечание: Делайте это в хорошо проветриваемом помещении и соблюдайте рекомендуемые меры предосторожности.

Пайку можно определить как процесс использования тепла для расплавления присадочного металла и соединения или пайки двух металлов. Источником тепла может быть газовая горелка, индукционная катушка или печь, а расплавленный припой затекает в место пайки за счет капиллярного действия.

В отличие от сварки, при пайке основные металлы остаются в твердом состоянии, а присадочный металл с температурой плавления намного ниже, чем у основного металла, плавится и заполняет соединение. Расплавленный присадочный металл затвердевает, образуя паяное соединение.

Для получения качественного паяного соединения важно, чтобы основной металл был чистым (без загрязнений и окислов на поверхности) и имелся рекомендуемый зазор в стыке. Загрязнение влияет на текучесть расплавленного присадочного металла, а зазоры в швах важны для капиллярного действия. Пайка производится при приблизительной температуре 800ºF/426ºC или выше.

Необходимо нанести флюс на место пайки, чтобы защитить основной металл и расплавленный присадочный металл от окисления и вывести все оставшиеся загрязнения в виде шлака на поверхность соединения. Следы флюса очищаются после пайки, так как он обладает высокой коррозионной активностью.

Различные типы пайки: пайка своими руками с использованием комплектов для пайки в домашних условиях, пайка горелкой, пайка с использованием индукционного нагрева, пайка погружением и пайка в печи.

Пайка похожа на пайку, но выполняется при гораздо более низкой температуре, чем пайка (от 180°C до 275°C/от 356°F до 527°F). Используемый присадочный металл (называемый припоем) обычно представляет собой сплавы олова и свинца или олова с очень небольшим количеством меди, цинка и серебра, а флюс используется для предотвращения образования оксидов. Металлический припой с более высоким содержанием олова будет иметь низкую температуру плавления.

Как и при пайке, наличие чистых поверхностей пайки и рекомендуемый зазор в стыке очень важны для хорошего капиллярного действия и получения хорошего паяного соединения. Пайка является предпочтительным процессом соединения соединений на электрических и электронных платах.

Для пайки используется электрический паяльник. Подключите паяльник. Очистите поверхности пайки с помощью наждачной бумаги и химических чистящих средств. Окуните паяльник во флюс, нанесите его на соединение и расплавьте припой. Расплавленный металлический припой соединяет детали с помощью пайки. Удалите излишки припоя, если таковые имеются.

Когда вы путешествовали на поезде или автобусе, вы могли заметить, что кузов и крыша автобуса или вагона поезда изготавливаются с использованием процесса клепки.

Вы можете соединить два перекрывающихся металлических листа (расположенных внахлестку) путем их заклепывания. Очистите металлические поверхности и зажмите их внахлест. Если металлические листы тонкие, можно разметить и пробить отверстия для клепки; однако толстый калибр необходимо просверлить.

Используемые заклепки могут быть алюминиевыми, латунными или медными и иметь головку заклепки на одном конце. Вставьте заклепку в отверстие, поместите инструмент для формирования головки заклепки на другой конец и забейте его молотком, чтобы сформировать головку (вы можете молотком не использовать инструмент для формирования головки заклепки, но это может выглядеть не очень хорошо). После того, как вы завершили клепку, дайте ему остыть и сформировать прочное соединение. Металлические листы можно обрезать, собирать и красить. Клепка полезна для поддержки сдвигающих нагрузок.

Вы также можете использовать клепальные пистолеты для легких работ.

Часто требуются большие металлические конструкции, которые нецелесообразно изготавливать в виде одной детали, примерами могут быть рама машины, основание машины и т. д. В таких случаях, может быть выгодно разделить всю конструкцию на две или более небольших, а затем собрать их вместе с помощью гаек, болтов и шайб (креплений). К преимуществам можно отнести простоту изготовления, простоту транспортировки и многое другое. После того, как вы соберете подконструкции вместе с помощью крепежных деталей, они станут единым прочным элементом.

Эта идея получила дальнейшее развитие, и результат перед вами. Вы можете думать о своей машине, мотоцикле, велосипеде и многих подобных машинах как об одном устройстве. Тем не менее, он состоит из множества отдельных частей, соединенных нужным образом с помощью крепежных элементов. Любая машина, которую вы назовете, будь то локомотив, пассажирский автобус, самолет, состоит из множества частей, соединенных вместе с помощью крепежных деталей и других способов.

В отличие от сварки, пайки или пайки, узел, собранный с крепежными элементами, можно разбирать любое количество раз и собирать их обратно.

Алюминий является популярным металлом благодаря своим многочисленным качествам, включая высокое соотношение прочности и веса. Помимо сварки, соединить две и более алюминиевых деталей можно следующими способами:

• С помощью клея.
• Пайка.
• Пайка.
• Клепка.
• Использование механических застежек.

Использование клея: Вы можете подготовить алюминиевые поверхности, как описано в предыдущих параграфах, и использовать рекомендованный клей, например, эпоксидный клей, клей на основе силикона и т. д. Следуйте инструкциям производителя клея, чтобы получить хорошее сцепление.

Пайка : Чтобы получить полное представление о пайке алюминия, вы можете обратиться к нашей статье «Как паять алюминий».

Пайка : Вы можете следовать процессу пайки, описанному в предыдущих параграфах. Используйте флюс и припой, рекомендованный для пайки алюминия.

Соединение с помощью заклепок и механических крепежных деталей : Эти процессы аналогичны описанным в предыдущих пунктах.

Две или более детали из нержавеющей стали можно соединить следующими способами:

• С помощью клея.
• Пайка.
• Пайка.
• Клепка.
• Использование механических застежек.

Использование клея : Этот метод можно использовать для соединения легких деталей из нержавеющей стали. Процесс такой же, как обсуждался в предыдущих параграфах; однако вы должны использовать клей, рекомендованный для нержавеющей стали. Это подходит для соединения произведений искусства, которые не подвергаются нагрузке.

Пайка : Процесс пайки будет аналогичен процессу, описанному в предыдущих параграфах, с использованием флюса и присадочного металла, рекомендованных для нержавеющей стали. Комбинация никеля и меди может использоваться для пайки нержавеющей стали (температура пайки 1120º C/ 2048º F).

Пайка : Вы можете соединить две пластины из нержавеющей стали с помощью пайки, а используемый припой может быть сплавом олова и серебра (96,5 % олова и 3,5 % серебра). Пластины из нержавеющей стали очищаются и наносится флюс. Фольга припоя помещается между двумя припаиваемыми пластинами из нержавеющей стали, и зажатый узел нагревается примерно до 220º C/428º F.

Горелка MAPP может использоваться для нагрева. Металлическая фольга для пайки плавится и соединяет две пластины из нержавеющей стали путем пайки. Паяную заготовку промывают горячей водой и очищают проволочной щеткой из нержавеющей стали.

Клепка : Вы можете соединить два перекрывающихся листа из нержавеющей стали с помощью клепки. Марка материала заклепки должна быть такой же, как у основного металла (AISI 304, 316 и т. д.). Вставьте заклепку в просверленное отверстие, поместите инструмент для формирования головки заклепки на другой конец заклепки и ударьте молотком, чтобы сформировать головку и соединить листы.