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高纯金属是许多现代高新技术的综合产物。虽然高纯物质这个名字出现在20世纪30年代,但高纯金属的研究和生产被提上了议事日程。二战后,原子能研究首先需要一系列高纯金属。后来随着半导体技术、宇航、无线电电子等的发展,对金属纯度的要求不断提高,极大地促进了高纯金的生产。
纯度对金属有三种含义。
1、金属的某些性质与纯度密切相关。纯铁柔软,含杂质的铸铁是硬铸铁。此外,杂质对金属也有很大的危害。大多数金属因含有杂质而变脆。对于半导体来说,极微量的杂质会导致材料性能的显著变化。Ge、SiO2含有微量m、V元素、重金属、碱金属等有害杂质,可严重影响半导体器件的电性能。
2、研究纯度有助于澄清金属材料的结构敏感性、杂质对缺陷的影响等因素,为开发具有预先给定材料特性的新材料设计创造条件。
3、随着金属纯度的不断提高,金属的潜在性质将进一步揭示。例如,在所有金属中,普通金属是脆弱的。而且高纯金属出现低温塑性,超纯时更高温超塑性。超纯金属材料的潜在性能可以拓展新的应用领域,为材料研究开辟新的突破,为高科技的延伸铺平道路。
与杂质相比,高纯金属更为广泛,包括化学杂质(元素)和物理杂质(晶体缺陷)。然而,物理杂质的概念只有在金属纯度很高的情况下才有意义。因此,在生产中,化学杂质的含量仍然被用作评估金属纯度的标准,即主要金属中杂质含量的百分比通常由N代表。例如99.999%写6N,99.9999%写7N。此外,半导体材料的纯度通过载体浓度和低温迁移率来表达。