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黃金的工業用途

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1.金在儀器儀錶製造業的應用

隨著科學技術的發展,對各種儀器儀錶的要求也越來越高。金在各種精密自動化儀器上的應用也越來越占有重要位量。

工業用測量及控制設備上廣泛使用以脈衝變線位移和角位移的繞線,電位計占有重要位置,電位質量是測量控制系統工作精度的決定因素。由於這個原因,往往要求這種設備在各種工業氣氛的不同溫度下長期工作。這是採用金或合金作為精密電位計關鍵材料的原因。

在測試技術中應用的精密電位計的某些部分材料有很高的比電阻,以及小到接近於零的電阻溫度繫數,以致電阻在工作時是常數(保持常數的難度非常大)。金—鈀 —鉻合金、金—鈀—錳合金、金—鈀—釩合金、金—鈀—鐵合金除能滿足上述要求外,在加工的機械性能、熱穩定性等各方面都達到了較好的水平。

工業上測量溫度常採用熱電偶和電阻溫度計。熱電偶是由兩種不同成份的金屬絲組成,由於測量點的冷端間的溫度差引起能用毫伏計測量出的熱電勢,是基於溫度的熱電勢的變化來測量溫度的,因此對材料的熱穩性要求是很嚴格的。

金—鈀合金常用做某種型號熱電偶元件。金(40%)、鈀和鉑(10%)或銦銠配對時產生很大熱電勢,這種熱電偶可在10000的空氣中使用;在航空技術中控制溫度,使用金(40%)鈀和銠(10%)熱電偶效果最好,甚至在1000經過1000小時後它的誤差只有0.1—0.2度;用金(35%)鈀合金錢做負極.用鈀(83%)、鉑(14%),金(3%)合金做正極,組成的熱電偶用於測量渦輪噴氣技術中的進口氣體溫度。如果用鈀(55%)、鉑(31%)、金 (14%,此處的金必須用純金)的合金做正極效果更好。具有很高的的疲勞強度,可在900℃—1300℃長時間處於空氣或氧化氣氛下。

在測量液氫範圍低溫時,測量的精確度是非常重要的。在很低的溫度(4K以下)範圍內測量溫度時.採用金—鈷和金—銀製造的熱電偶可用於測量4K—300K的溫度範圍。金的合金還用在水壓表的測量材料上,如金—鋁合金用於製作測靜壓下的水壓計。

2.金在電子工業中的應用

眾所周知,現代各項科學技術的發展都離不開電子工業,而且還占有重要地位,如電子信息、航空航天、儀錶儀器、電腦、收音機、電視機、集成電路等,都是電子工業飛躍發展的結果,而電子工業與黃金及其它貴金屬的應用是密不可分的。電子元件所要求的穩定性、導電性、韌性、延展性等,黃金和它的合金幾乎都能一併達到要求。所以黃金在電子工業上的用量占工業用金的90%以上,而且用量在年年增長。

3.金在電觸點材料上的應用

在現代化通訊系統、控制系統及電子電腦系統中,雖然其結構緊湊,器件微型化,但尚應保證進行必要檢查的可能性。在這方面採取個別零件和元件可拆卸結構,在技術上是合理的。對可靠性和使用壽命提出更高的要求,自然提出研究新型觸點的必要性與重要性。由於零件佈置緊湊和單位體積的能量儲備增大,在通訊系統中提高系統的有效性,在研製觸點材料時必須考慮與周圍環境相關的一些因素,如優良導電性,穩定的電阻以及優良的耐蝕性,可加工性,熱穩定性等。由於金及金的合金具有上述優良性質,被廣泛地應用於電於工業觸點的製作。在長期的使用中,即使在多變的環境里,也能保證在微弱的電流轉換及很小接觸壓力時具有優良的接觸可靠性。

金及金合金用在電觸點材料的種類也在不斷增多。如鉚釘型複合電觸點材料(根據GBll096—89)以貴金屬及合金為復層,銅為基本材料製造的雙金屬複合觸點;在低壓電器,儀器儀錶等產品中用作小型負荷的開關,繼電器等的電觸點;通信設備用觸點材料[根據日本JIS   C2509—1965];金銀鎳合金觸點材料(根據美國ASTM標準 B477—92)用作滑動電觸點,品種有薄板、帶材、棒材和絲材;金鈀合金材料(根據美國A5YM   B540—91),包括帶材、棒材和絲材;金合金觸點材料(根據美國AsTN貼41—陽)一般被製成帶材、棒材和絲材。

由於金及金合金的可鍍性、高塑性及良好的加工性能,可採用壓制、電鍍、包復、電沉積等方法製作各種不同類型、不同用途電觸點,如用金—鉑、金—銅、金—銀—銦可製作通訊設備用觸點、滑動觸點;用金—鎵製成的電話繼電器觸點,耐磨   而且能保證信號的傳遞:用金—鈀製作高強度、耐腐蝕電觸點;用金—銅—鈀製作高彈性觸點;金廣泛用在鐵磁合金製作的舌片觸點(舌簧管);採用彌散氧化物(0.05微米彌散顆粒狀氧化釷)能明顯的提高金的機械性能,這種材料耐熱、抗氧化並   有較強的機械性能,可用於製作高溫下工業用繼 電器觸點,金—銅—鋅形狀合金用作特殊用途導 線融觸頭。

4.金在導電材料上的應用

金絲、金箔、用金粉壓製成的部件、金的合金、包金合金材料(如包金玻璃、包金陶瓷、包金石英)等被作為導體材料廣泛用於電子設備、半導體器材和微型電路中做導體材料。如半導體集成電路的製作,半導體集成電路引線框架是用引線框架材料經高速沖床沖制而成,合格的引線框架經清洗、局部鍍金(鍍金層厚度不小於1 微米)、裝入晶元、鍵合引線、封裝等工序才能製成半導體集成電路。金和金合金用於電子行業作內引線和外引線,如半導體器件鍵合金絲(根據GB/T8750 —1997)。

5.金在金基焊料上的應用

金基焊料有許多寶貴的性質,僅僅是因為金的價錢昂貴而限制了它的工業中的大量應用。隨著電子工業、真空技術、原子能裝置、飛機及火箭用的噴氣發動機、宇航裝置等新結構材料研製工作的發展,金基焊料的應用範圍變得更為寬廣了。

金基焊料的性質要求主要是濕潤性能、焊接的強度、耐熱性、耐蝕性、濺射性及工藝性能。

電子工業是金—銅焊料的主要用戶,用於焊接波導管、集成電路、半導體電子管、無線電設備、真空儀錶。金銅共熔型合金流動性好,充填小縫隙的能力強,對銅、鐵、鎳、鋁、錳、鎢等金屬及合金都有很好的潤濕性。與焊接金屬有節制的相互間的化學作用,不破壞焊縫的尺寸,不造成焊接件強度下降。當焊接真空焊縫時,在低氣壓下金銅焊料不會出現任何問題。金銅焊料還用於釺焊大功率磁控管的大多數零件,可焊接銅、錳、鎳、黃銅、孟奈爾等合金零件。這樣的焊料加入1%的鐵,可防止與有序化有關的組織變化及體積的變化。在加入具有低氣壓的銦時可明顯地降低金鐵焊料的液相線溫度。

在電子工業中很多情況下,釺焊零部件時使用共熔的或接近共熔的金鎳焊料,具有結實的焊縫及抗蠕變的穩定性,加鉻有抗氧化性,廣泛用於航空及火箭技術中,在高溫下要求有高強度的焊接。

在半導體集成電路裝配中廣泛採用金基焊料做釺焊。為了改善半導體儀錶導熱,將其安裝在金屬底板上。因為半導體材料具有固定形式(n型P型)的傳導性,則焊料也必須有同樣形式的傳導性,具有p型的焊接是採用IIIA族元素配製的,如金—硼、金—銦、金—鎵等。具有n型的焊料則採用VA族元素配製的,如金— 砷、金—銻等。也採用具有易熔共晶的傳導性的焊料。具有特殊傳導性的金基焊料在半導體間具有良好的電接觸,而低熔點保證了它在釺焊過程中的工藝性能。

6.金在電子漿料上的應用

1960 年興起的集成電路發展甚快。1967年和1977年先後有大規模集成電路和超大規模集成電路問世。集成電路不僅成了各種先進技術的基礎.而且是現代信息社會的關鍵技術,它的發展帶動了貴金屬粉末在微電子工業中大規模應月,使貴金屬電子漿料成為微電子工業的重要基礎。電子漿料常用金粉、銀粉、鉑粉、紀粉等等。各種漿料用粉粒度大約在0.1微米—100微米,但大部分在0.5微米—5微米,漿料貴金屬粉末形態大多是球狀、片狀、鱗片狀。採用化學或有機化合物的分解、化學還原法,滿足高密度、高信賴度、高重現性等高品質的要求。漿料用貴金屬需用量很大,例如新型片式電子元件中所需電極漿料、多層佈線導體漿料、印刷電路板導體漿料、電磁屏蔽膜漿料等。按1999年世界片式電子元件產量估篡,單是這一類元件所需貴金屬粉末就達1000噸。

7.金在字航工業中的應用

金在宇航工業中的應用也在不斷的發展和開拓之中,其速度之快令人驚訝。金以它的抗腐性、抗熱性,優良的導熱、導電性.獨特的化學性質在宇航領域中占有重要位置。

金在宇航工業中的應用量大、範圍廣。從航天器、運載工具的製造到宇航的系統控制等,都離不開信息、測量、遙感、定位、電腦、攝影、儀錶等各方面的器材,而其中成千上萬的電子元件、儀錶、特殊材料又都離不了金。

低蒸氣金基焊料用於焊接電子元件的真空密閉隙縫和熔接宇航工業中的各種部件。如用在宇航裝置的燃料部件上,採用金—鎳焊料釺焊了美國”阿波羅”登月飛船發動機的燃料導管,用它釺焊了1046條直徑為4.7毫米——50.8毫米、壁厚為0.1毫米—0.5毫米的不鏽鋼管縫。只有使用這種焊料可保證過氧化氮 ——火箭燃料氧化劑相互作用的穩定性。這種焊料也用在了美國“魔鬼—5”導彈的一級發動機的裝配中。

鍍金用在各種宇宙儀錶上防止太陽的輻射。“阿波羅”的—些宇宙飛船上的零件和宇宙飛行員的裝備也是為了這一目的而鍍了金。由於金具有高反射率兼低輻射率的特殊性能,所以金往往用在防止幅射的場合,如噴氣式發電機油嘴,宇宙裝置燃料部件及熱反射器。金也用在噴氣發動機和火箭發動部件塗金防熱罩或熱遮護板。美國一公司研製了一種在飛機發動機外殼上噴鍍黃金的方法,噴鍍層的厚度不超過過0.04微米,這使得這種發動機的性能大大提高。抗輻射、耐高溫、不腐蝕的金鉑合金用於噴氣式發動機、火箭、超音速飛機引擎火花室材料。

8.金在潤滑材料上的應用

近二三十年來,摩擦學的研究重點發生了明顯的轉變,即從潤滑和潤滑系統轉向材料科學和技術(包括錶面工程)的研究。由於現代工業技術的發展,特別是航天工業空間技術的發展.它們的許多工況條件已經超越了潤滑脂的使用極限這就促使人們去尋找新的潤滑材料以適應更為複雜的工作環境,併為機械設備實現大型化、微型化、高速、重載和自動控制等創造了有利條件。為實現新工藝、新技術、應用新材料創造了有利條件。為機械零件設計的革命提供了很大的方便。同時還可減少繁雜而討厭潤滑維修問題,也給現場的文明清潔創造了有利條件。

我國和世界各國從20世紀50年代末開始研究固體潤滑材料,60年代初在一些國防和軍事工程上就得到了滿意的應用效果。而金和它的合金在固體潤滑材科上有了自己的地位。

固體潤滑是用固體微粉,薄膜或複合材料代替潤滑油脂,隔離相對運動的摩擦面以達到減摩和耐磨的目的。隨著現代科學技術的進步,為解決高負荷、高真空、高低溫、強輻射和強腐蝕等特殊工況下機械的潤滑,固體潤滑材料已從單一的微粉、黏結膜或單元的整體材料發展成為由多構成分組成的複合材料。其作用機理和使用方法的研究也得到了迅速的發展,並出現了許多製備和應用這些材料的新工藝新技術。固體潤滑材料中的金屬基軟金屬潤滑材料分為基材組元、潤滑組元和其它組元。而潤滑組元中金及金的合金以它在各力面的特性成為高級固體潤滑材料軟金屬類的—個重要成。在壓力加工、輻照、真空和高溫度等條件下,具有良好的潤滑效果。近代被用作航天航空工業。

摩擦材料理論表明,錶面能可以影響材料的錶面流動壓力。軟金屬黏著在基材錶面上,只要有零點幾個微米厚的膜就能起到潤滑作用。當與對偶材料發生摩擦時,軟金屬膜便向對偶材料錶面轉移,形成轉移膜使摩擦發生在軟金屬與轉移膜之間。這種現象是基於軟金屬的剪切強度低,而軟金屬與基材間的黏著度又大於軟金屬的極限剪切強度。金、銀、鋅等軟金屬的潤滑作用就屬於這種機理。其中金是最佳的固體潤滑劑中軟金屬材料。用它製成的固體潤滑材料被用作在真空及些不良氣氛條件下運轉的機械潤滑。    金可以通過複合電積沉法製成固體潤滑的複合材料,由複合電積沉法製備的鍍層有良好的綜台性能。如金—銅—鎳—MoS2E四組元自潤滑複合鍍層具有摩擦系統耐磨性好好、防冷焊、導電和耐高低溫等優點。    離子鍍是物質以原子態沉積成膜的製備方法,可以獲得性能優異的減摩耐磨和抗接觸疲勞。利用離子鍍中最常用的熱蒸發空心陰極離子鍍(HCD法)和活性反應離子鍍(ARE法)可在材料錶面鎔覆一層金屬合金、化合物等硬質耐磨鍍層。金的合金TiC—Au就可以通過ARE法可獲得耐磨性能良好的鍍層。用於高精度、長壽命的陀螺儀常平軸承的潤滑。

濺射是在真空中藉助於電場作用下的高能等裡子將物體直接鍍覆於基材錶面的成膜方法,所獲鍍層純度高、結合牢固緻密,而且膜厚可控制,摩擦性能良好。目前研究較多的是濺射MoS2與金屬共濺射。其中在lCr—18Ni—9Ti基材才上共濺射MoS2—Au膜與上述基材對摩,發現有較好的耐磨性。

金的固體潤滑劑與其它特種固體潤滑劑的出現,彌補了軸承材料不足以及潤滑脂性能的缺欠。滿足了航空航天和其它新產品在苛刻條件下潤滑的需要。如在人造衛星上天線系統、太陽能電池帆板機構、紅外線攝像自潤滑軸承、光受儀器的驅動機構、溫度控制機構、星箭分離機構及衛星搭載機構、導彈防衛系統、原子能機械繫統等。

9.金在化學工業上的應用

核化工和化學工業使用金的合金製作特使管、板、線等材料,以達到防腐蝕、防輻射、耐高溫等要求。

金—鉑合金以其高耐蝕性和高強度而用於製作生產人造纖維的噴絲頭;含3%鈀的金合金以及含鈀20%的金合金用在捕收鉑的催化劑的生產上。一般認為,金是所有金屬中活性最低的催化劑。金的催化活性低,是由d亞層電子全充滿決定的。因此,金不能化學吸附小分子,也不能作催化劑。過去人們認為金及金的化合物催化作用的領域里是最沒用的。但現在經過對金的研究、已經大大地改變了這一看法。研究結果表明,用附著在氧化鋁或氧化硅載體上的高分散微粒金可對有機化學加氫的作用起到最好的催化作用,其機理是金的微粒在某些載體上金晶體變得電子不足,其性質與周期表中較前的元素相似;高分散的金微粒具有鉑族元素的性質。研究證朋.在超真空下制得的金膜能有特殊的催化作用,並能使氫和氘交換。金還是碳氫化合物異構化與裂解化的催化劑,某些氧參與的反應用金也可以催化。如氧化丙烯成丙烯氫化物、氧化甲醇成甲醛系。另外,金也可以改善其它金屬的催化性能,通常金能減緩催化,但能提高催化反應的專屬性,如將金加到鉑或銥催化劑錶面上,可增強其選擇性,催化異丁烷的異構化,這時能降低氫解反應進行。一種金鈀催化劑比單—鈀催化劑對阿爾法—蒎烯到貝他—蒎烯的異構化作用乙烯到乙醛的氧化反應具有更好的專屬性。另外,金還有強化償化劑的作用,可以說金在催化作用上由一錢不值到一舉成名。金可膜催化材料、納米催化材抖、膠體催化材料及不對稱催化材料等。

10.金在光學上的應用

金的光學性能有它獨特的性質。金對某些光有極高的性能。金有吸收x射線的本領,含有其它元素的金合金能改變與波長有關的光學性質。金在光學上的應用也是其它元素代替不了的。光亮鍍金作為航天器的穩控鍍層,對於控制航天器內部儀器、部件的溫度起到良好的效果。這主要在於它對宇宙間的紅外線具有良好的散射和反射性。保護宇航人員及設備不受宇宙射線的損害。

由於金可改變金合金的波長,所以可改變各種金屬元素的顏色。可以利用金的這一特性通過某種塗層達到光學的特殊要求。金被用在特殊用的光學玻璃上。例如,用金來對某種玻璃做金屬處理(鍍有0.13微米薄膜)所製造出的特種玻璃,可在炎熱的夏季里將紅外線反射回去,使室內相當涼爽。這種薄膜在反射光中呈褐色,而在入射光線中呈天藍色。如果使電流通過這種玻璃,玻璃便會獲得透明不污的性能。一些飛行器、汽車、船舶、電機車等使用這種鍍金的瞭望玻璃,這種玻璃一年四季都適用。美國加利福尼亞大學研製成的汽車特殊風檔玻璃的鍍金方法,鍍層可以薄到對破璃透明度毫不影響,而且冬季可以用電加溫不結水氣不結冰,夏季可以防止太陽曬。

用金作成熒光粉(ZnS:Cu+Zn;Au、AI)用於彩色顯象管綠基色顯示。這種粉末為淡黃綠色,在陰極射線或365nm紫外線激發下發黃綠色光。

科學家阿部敦對金超微粉顆粒紅外線反射膜材料的研究做過很具體的工作,得到了啟發性的結果。集束的紅外線95%以上破吸收並轉變成熱能,所以可將熱電勢檢測出來。其在空氣中靈敏度為95v/w,在真空中700v/w,響應速度為30ms。這一基礎的研究將金用於光、電、熱的轉換及對光、電、熱的檢測有著非常重要的意義。用光電轉換電池、光電化學和吸收光後的熱轉換電池進行太陽能發電,金與其他貴金屬是製造電極或光敏材料的重要材料。

11.金在醫學方面的應用

金在醫學上的應用可追溯到古代。自古以來,人們一直認為服用金可以醫治百病。公元13世紀,當時人們服用的“金飲料”被稱為萬能藥。民間他有用金箔為小兒壓驚;金還被用作鑲牙的材料。近代由於金的化學理論的發展和醫學上臨床的研究,從理論到臨床,金已在醫學上得到應用。

金的一價巰基化合物 (金諾芬)主要用於治療風濕性關節炎。硫代蘋果酸金(J)“金藥”在正常處治過程的治療濃度範圍內,對根治文原體[Mycoplanma]和利斯曼原蟲病引起的病變有抗菌治療的效果。對金在醫學領域的研究頗為有興趣的是觀察到[AuCl]—與脫氧核糖核酸(DNA)形成配合物。顯然,這是DNA中嘌呤鹼與密啶鹼的氮原於配位;Au(III)的類似配合物,原則上能抑制細胞分裂,表明Au(III)配合物可能具有抗癌特性;人們也知道硫代蘋果酸金(I)能阻止綿羊淋巴細胞中DNA的合成。金在這一新的領域中特大有希望,有可自在生命科學上取得驚人的成就。

金的放射性同位素在放射療法中被中被應用。金能以顆粒形式或膠體形式被放在照射區中。膠體金(198Au)用於放射治療胸膜或腹膜的滲出物和膀胱癌,即用在需要不溶性放射藥物均勻照射不規則的錶面時;膠體金也被用於各種診斷目的,例如骨髓掃描或肝臟與肺臟造影,即將膠體金裝滿要研究的器官後,再用閃爍照相法進行觀察;金箔用於燒傷皮膚的治療;金蒸汽激光用於胃癌、肺癌的治療。

金在近代的前沿科學上有了突破性的進展,如金在生物感測器上的應用。我國科研工作者唐芳瓊等人採用酶與金的納米顆粒簡單混合,通過戊二醛與聚丙烯醇縮丁醛(PVB)發生交聯,然後把一根半徑0.5毫米的鉑絲浸到這種溶液(凝膠溶液)中作為電極,發現含有金屬納米金顆粒的生物感測器的電流響應用得到大大提高。這種生物感測器在臨床醫學、信息產業等方面都有極其重要的用途,是當前前沿科學研究的熱點之一。金的溶液也可使細胞內部染色,籍以觀察細胞在動物器官中的情況,

在以人類健康為目的的醫學生物研究中,金與它同數貴金屬的元素具有高度化學穩定性、良好的生物相容性和適中的力學性能。因此是重要的人工器臟材料和外科種植材料,用金及貴金屬製造的微探針探索神經系統的奧秘已取得顯著效果。如神經的修複、心臟起搏器等都使用金和貴金屬及合金材料。

資料來源:

http://wiki.mbalib.com/zh-tw/%E9%BB%84%E9%87%91#.E9.BB.84.E9.87.91.E7.9A.84.E4.B8.BB.E8.A6.81.E9.9C.80.E6.B1.82.E5.92.8C.E7.94.A8.E9.80.94

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