Добавки к платине иридия, родия, рутения в дальнейшем сделали лабораторную посуду более долговечной и универсальной, а теперь удалось создать сплавы которые не боятся лаже мышьяка, фосфора и других еще недавно "запретных" веществ.
Ни одна лаборатория не обходится без платиновой посуды, но куда больше ее на заводах, там можно увидеть платиновые тигли до 30 килограммов!
Уменьшить расход платины помогает платинирование - гальваническое нанесение тончайшего защитного слоя на химическую аппаратуру, что особенно существенно при крупных ее размерах (например, таких, как резервуары атомных реакторов).
По расходованию платины на посуду (это надо подчеркнуть, чтобы не спутать с иным использованием) сейчас на первом месте, по-видимому, стекольная промышленность.
Стекло, железо и бетон - важнейшие современные конструкционные материалы. В этой триаде стекло патриарх, его уже применяли, когда еще не знали железа, не говоря уж о бетоне.
С веками стекло - строительное, тарное, художественное, лабораторное использовалось все шире и разнообразнее. Достижения нашего времени заключаются не столько в расширении ассортимента, сколько в механизации производства, применении различных стеклоформирующих машин, положивших конец господству стеклодувной трубки, изобретенной еще до новой эры. Благодаря этому появилась возможность производить стеклянное волокно-тончайшие нити, внешне похоже на шелковые, но не сопоставимые с ними по своим свойствам. Они обладают высокой химической, термической и механической стойкостью, не пропускают ток, прозрачны и способны образовывать единое целое со многими другими материалами, особенно с синтетическими смолами. Поэтому современную технику уже невозможно представить себе без стеклопластиков, различных электроизоляционных материалов, фильтров и многих других изделий, основу которых составляют стеклянные волокна. У них мало конкурентов и по качеству и - что очень существенно - по стоимости.
Стеклянные нити получают продавливанием расплава сквозь мельчайшие отверстия фильеров. Казалось бы, дело простое, если не учитывать, что необходимы нити толщиной 3-10 микрометров. Еще недавно такие нити удавалось создавать только жукам-шелкопрядам!
Получение обычного стекла ведут при температуре лишь незначительно превышающей 10000 С, и уже тогда расплав становится агрессивным, он корродирует все, с чем соприкасается. А для получения тончайших нитей, необходимых для стекловолокна, оптимальным является температурный интервал 1200-1450° С. Кремнекислый расплав при таком нагреве становится яростным агрессором, лучшие легированные стали, из которых пробовали изготовлять стеклоплавильные сосуды, выдерживают лишь десятки часов работы и то при температуре, не превышающей 1300 0С.
Уровень тепловых напряжений в стеклоплавильных сосудах так высок, что не выдержали экзамена и все известные керамические и металлокерамические материалы.
Единственной и незаменимой на протяжении истории получения стекловолокна, насчитывающей уже половину века, остается платина с небольшой (7-10 процентов) добавкой родия.
Этот сплав выдерживает тысячи часов нагрева до 1450 ° С, резкие смены температуры, он стоек против коррозии и других невзгод. Потери платины за счет возгонки и растворения в стекломассе составляют около 200 граммов на тонну стекловолокна, казалось бы, немного, но если учесть быстрый рост объемов производства и цены на платину, станет понятным, почему патентуются все новые специализированные сплавы, в которых платину пытаются заменить золотом, палладием, еще чем-либо. Пока достигнуты успехи лишь в комбинировании различных сплавов, применяют, например, "тройные" фильерные пластины: внутренний слой, прилегающий к расплаву, делают из чистой платины (она эластична и предохраняет от трещин), средний слой-жаропрочный, платинородийиридиевый и наружный - золотой, оптимальный для формовки стекловолокна.
Потребление стекла в развитых странах уже составляет более 30 килограммов в год на каждого человека и быстро возрастает, особенно за счет стекловолокна. Таким же темпом увеличивается производство искусственных волокон из полиамидных смол. Их выдавливают сквозь тысячи тончайших отверстий, которые должны неизменно сохранять свои размеры и форму в трудных условиях работы. Поэтому, несмотря на все меры экономии, расход платиноидов на жаростойкие изделия лишь возрастает.
Все больше требуется платиновой посуды и для таких сравнительно холодных процессов, как создание сверхчистых веществ. Известно, что даже один "чужеродный" атом на миллион нарушает полупроводниковые свойства кристаллов. Для того чтобы посуда не стала источником инфекции, применяют платину, чистота которой определяется двумя девятками до запятой и тремя девятками после (кстати говоря, получение такой сверхчистой платины - одно из замечательных технических достижений наших дней).
Судьбы эталонов. Метрическая система мер и ее эталоны были созданы с девизом "на все времена, для всех народов". Он осуществился лишь в отношении системы, но не ее эталонов. Система действительно стала интернациональной и на все времена. А у ее эталонов судьба иная. Первые эталоны, изготовленные из платины в 1795 году, были в 20-х годах XIX века заменены платино-иридиевыми. Этот сплав (9Pt1Ir) поныне считается самым неизменным, не стареющим. Тем не менее и эти эталоны устарели, так сказать, морально.
Современная техника требует высокой точности измерения всех параметров, ничтожные ошибки нередко приводят к трагическим последствиям. Это обусловило развитие особой науки - метрологии, привело к созданию многоступенчатой иерархии эталонов. "Родоначальники" метрической системы хранятся в Севре - предместье Парижа, который называют "метрологической Меккой". Там находится Международное бюро мер и весов, туда для сверки периодически совершают паломничество из других стран эталоны-копии.
Государственные эталоны нашей страны (метр №28, килограмм № 9) хранятся в Ленинграде, на Московском проспекте, в подвалах здания, где в 1893 году под руководством Д. И. Менделеева начала работу Главная палата мер и весов. Теперь это Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии, носящий его имя. Там получают право на существование эталоны-копии, эталоны-свидетели и рабочие эталоны различных рангов. Оттуда они начинают свой путь во все концы страны с тем, чтобы периодически возвращаться для сверки.
С помощью этих эталонов непрерывно осуществляется контроль рабочих мер на заводах и в институтах, на кораблях и в магазинах - словом, везде, где производятся измерения. (Установлено, что на них в наши дни затрачивается в промышленности от 10 до 50 процентов всего рабочего времени.)
Эталонов низших рангов требуется все больше, требования к их точности растут, и все труднее обеспечить их изготовление и хранение.
Незначительное отклонение, и эталон уже не эталон. Поэтому заветная мечта поколений метрологов - избавиться от материальных эталонов, заменить их природными, невещественными константами, неизмененными и легко воспроизводимыми.
Хранение времени, определение его эталона (секунды), астрономическими методами было мучительно трудным, пока не установили, что секунда равна 9192631770 периодам колебаний атома цезия, которые безошибочно "отсчитывает" созданный для этой цели прибор.
В 1960 году усилиями ученых многих стран удалось "вывести в отставку" платино-иридиевый эталон метра. По решению состоявшейся тогда XI Генеральной конференции по мерам и весам метр получил новое определение, был признан равным 1 650 736,73 длины волны оранжевого излучения криптона-86.
Калибровка и сличение мер длины теперь производятся с помощью эталонных установок, состоящих из криптоновой лампы, спектроинтерферометра и компаратора. А прежний наш государственный эталон-копия № 28, так же как и его парижский родоначальник, хранится в подземных сейфах уже в качестве дублера.
Из триады важнейших эталонов (м, кг, с) до наших дней неизменным остался только эталон массы - килограмм. По-прежнему это платино-иридиевый цилиндрик высотой и диаметром 39 миллиметров. Он, как и копии государственные эталоны, хранится в стабильных условиях глубоко под землей, на подставке из горного хрусталя, под двойным стеклянным колпаком. Поблизости на таком же массивном фундаменте глубиной 7 метров установлены точнейшие весы для сличения с другими эталонами более низких рангов. Управление весами и перемещение эталонов производятся дистанционно, без прикосновения рук. Процесс медленный, трудный, а потребности очень велики, особенно потому, что не только эталоны, но и рабочие гири многих приборов необходимо изготовлять с эталонной точностью, например для гравиметров, которыми "взвешивают" нашу планету. Если бы она была однородна, значение силы тяжести в любой точке зависело бы только от его географических координат. Но горные породы имеют различную плотность, и поэтому реальные значения силы тяжести обычно отличаются от теоретических. Знать эти отклонения необходимо для расчета траекторий полетов, поисков полезных ископаемых и других целей. Силу тяжести определяют по растяжению или сокращению кварцевой нити, на которой подвешен платиновый груз в герметическом сосуде гравиметра.
От попыток заменить платину более легким металлом пришлось отказаться - это снижало точность, а требования к гравиметрическим измерениям становятся все выше.
Приведенный пример-один из многих, показывающих, как разнообразна область весовых измерений, требующих эталонирования. Поэтому проблема замены материального эталона веса иным, более удобным, очень актуальна, и над ее решением работают во многих странах, но пока платиново-иридиевый цилиндрик, хранимый в Севре, по-прежнему остается основой основ.
Велико также стремление уменьшить расход платиновых металлов на эталоны, но осуществить это не удается. Так, не обошлись без платины при создании нового эталона, который получил название кандела (кд) - свеча и призван обеспечить единство световых измерений, необходимое при всевозрастающем разнообразии источников освещения.
Государственный световой эталон разработан ВНИИМ им. Менделеева и утвержден 10 декабря 1968 года Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР. Эталон представляет собой полный излучатель, или абсолютно черное тело, устойчиво порождающее при определенной температуре свет всех длин волн видимого спектра с постоянной яркостью.
Конструктивно это сосуд с платиной, в который погружена трубочка из окиси тория. Нагрев платины до плавления током высокой частоты порождает свечение окиси тория. Процесс затвердевания платины характерен замечательным постоянством температуры, и свечение окиси тория при таких условиях признано эталонным,
Луч света из трубочки излучателя попадает в оптическое устройство, с помощью которого фиксируют силу и яркость эталона, определяют в световых единицах яркость других объектов.
Многочисленные эксперименты показали, что сочетание окись тория платина обеспечивает наибольшую надежность определения канделы.
Долгое время иридий использовался в эталонах лишь в качестве добавки к платине, улучшающей свойства сплава. Теперь установлено, что иридий обладает наиболее постоянным коэффициентом линейного расширения при низких температурах. Это свойство обусловило его применение в качестве эталона при замерах строения кристаллической решетки различных веществ.
Все это не дает оснований предполагать, что в близком будущем удастся существенно сократить расход платиновых металлов на эталоны.
Металл роскоши. Рекламное предсказание 1776 года полностью подтвердилось примерно через полвека: платина стала металлом роскоши, "ювелирной королевой", и не только из-за престижности, обусловленной высокой ценой. В платиновой оправе бриллианты, изумруды, аквамарины, жемчуг выглядят крупнее, ярче становятся присущая им окраска и рисунок. Такая оправа и самая надежная-лучшие драгоценные камни давно уже в нее одеты. Не случайно высшая награда для полководцев нашей страны-орден Победы, несущий более ста бриллиантов, выполнен из платины.
По расходованию ее на ювелирные изделия можно разграничить благополучные и трудные годы в истории.
В 1913 году, перед началом первой мировой войны на предметы роскоши, если причислить к ним и платиновые зубы, ушло около 3 тонн, почти 60 процентов всего использованного металла. Это рекорд, но только в процентном отношении. В дальнейшем резко возросли технические применения, они составляют около 80 процентов, хотя на украшения используется платины теперь раз в 15 больше, чем в тот рекордный год. Только одна Япония, занимающая ведущее место в ювелирной промышленности капиталистических стран, производит в год около 30 тонн платиновых украшений.
Долгое время для них использовали лишь самые высокопробные сплавы (добавки, увеличивающие прочность, составляли в них не более 6 процентов). Теперь в связи с расширением и демократизацией спроса японские и другие фирмы капиталистических стран стали использовать низкопробные сплавы, в них серебро преобладает над платиной, но ее содержание (30-40 процентов) обеспечивает благородный вид и неизменность украшений. Промышляют в капиталистических странах и различными подделками под платину, например, изделиями из сплава, содержащего 70 процентов серебра и 30 процентов золота, азотная кислота на этот сплав не действует, поэтому лишь тщательное исследование позволяет изобличить обман.
За последние десятилетия распространение получили изделия из палладия, он по-своему красив, не тускнеет, хорошо сохраняет полировку и дешевле платины по весу более чем втрое, а по объему в 7 раз. Прочность палладия на растяжение и твердость недостаточны, чтобы делать из него оправу для драгоценных камней. Но этот недостаток удалось устранить добавкой 4 процентов рутения и одного процента родия, благодаря им прочность увеличивается вдвое. Твердость в такой же мере повышают холодной прокаткой сплава. И все же в изделиях такого класса камни обычно используются синтетические, "полудрагоценные".
Название "белое золото" к платине не привилось, и теперь так называют сплав палладия и золота в соотношении примерно 1:5. Он имеет снежно-белую окраску, и изделия из него пользуются большим спросом. Кстати, Лондонское геологическое общество с 1846 года отмечает научные заслуги медалью имени Волластона из палладия. Учреждена эта медаль была в 1831 году, но первые 15 лет ее чеканили из золота, пока не было налажено извлечение палладия из палладистого золота бразильских месторождений. Этой медалью в 1943 году был награжден советский академик А. Е. Ферсман.
Американское электрохимическое общество награждает медалью из палладия за выдающиеся достижения в электрохимии. В 1967 году такая медаль была присуждена советскому академику А. П. Фрумкину.
За последнее время еще один платиноид получил применение в ювелирных изделиях - родиевые покрытия придают им солнечный блеск. В натуральном виде родий ювелиры почти не используют, стоит он примерно втрое дороже платины, а легковесен, как палладий, и изделия из него не производят внушительного впечатления.
ЕЩЕ О ПРИМЕНЕНИЯХ
"Запасные части" для человека. Медицина - одна из немногих областей, где расходование платины существенно сократилось по сравнению с началом века. Тогда, например в 1906 году, около 40 процентов мирового потребления платины ушло на зубоврачебные цели: благодаря одинаковому коэффициенту расширения фарфора и платины штифты и коронки из нее были вне конкуренции, пока не появился сплав "платинит", вводящий в заблуждение своим названием,он состоит лишь из никеля и железа (поровну) и обладает одинаковым коэффициентом расширения с платиной, вполне заменяя ее в сочетаниях с фарфором. И все же в США, например, не менее 500 килограммов платины в год расходуют стоматологи.
Теперь из иридистой платины изготовляют лишь некоторые хирургические инструменты, например полые иглы к шприцам для ртутных препаратов.
Незаменимы платино-иридиевые электроды в качестве стимуляторов сердечной деятельности. Их вживляют в сердце больных тяжелой формой стенокардии. Когда наступает приступ, больной включает генератор с кольцевой антенной-его носят в кармане,-импульсы через приемник воспринимают электроды, вызывают раздражение нервных волокон, форсируют работу сердца. Даже при остановке его прямое подключение генератора к электродам, осуществленное врачом, нередко спасает жизнь больного.
Используют платино-иридиевые электроды в различных исследованиях, например мозга. Но не только стойкость платиновых металлов обусловливает их применение в медицине. При лечении некоторых кожных и онкологических заболеваний успех приносят биологически активные соединения рутения, а его хлорид - очень стойкая красная краска, избирательно окрашивающая некоторые вещества костей и тканей, что помогает при микроскопическом их изучении.
Упругие элементы микронной толщины. Почти в каждом "особо точном" приборе их множество. Это спиральные пружинки, растяжки, подвески рессорные и торсионные (работающие на скручивание) и многие иные. Их изготовляют из тончайших проволок и лент, К ним предъявляют очень жесткие требования: упругие элементы при всей их миниатюрности должны обладать высокой прочностью, стойкостью и стабильностью в работе в самых трудных условиях, иметь малое упругое последействие, не намагничиваться и т. д.
Платина самый "тягучий" металл, из одного грамма удается получить почти 100-километровую нить (толщиной 0,0007 миллиметра). Для этого платиновую заготовку покрывают серебром и последовательно пропускают через все более тонкие фильеры - отверстия в алмазе, а затем обрабатывают азотной кислотой, которая растворяет серебро, но не действует на платину.
Казалось бы, платина идеальный материал для изготовления упругих элементов, но требования, предъявляемые к ним, столь многогранны, что им ни одно природное вещество полностью не удовлетворяет, необходимо создавать особые композиции.
Изготовление тончайших упругих элементов было монополией немногих капиталистических фирм, но в 1969 году появилось в печати многих стран сообщение о том, что в СССР выпускают миллионными экземплярами различные упругие элементы из сплава платины с серебром, которые получили Знак качества и по своим характеристикам превосходят выпускаемые зарубежными фирмами.
Тензодатчики. С их помощью производится измерение давления и других параметров напряженного состояния реактивных двигателей, турбин, работающих на предельных нагрузках, при температурах, превышающих 1000° С. Определение тензочувствительности множества материалов показало, что платина и палладий обладают лучшими показателями, они незаменимы в самых ответственных случаях. Для более легких условий допустимы сплавы палладия с серебром, платины с вольфрамом и некоторые другие.
Предохранительные клапаны. Любой работающий под давлением аппарат должен иметь предохранительный клапан. Разновидностей их придумано много, но в принципе все они представляют собой пробку, прижимаемую пружиной или противовесом. Такие клапаны просты, но ненадежны, обладают большой инерцией и поэтому не успевают сработать при очень резком скачке давления. Не обеспечивают они и полной герметичности. В их недостатках убеждались не раз, на горьком опыте.
Поэтому везде, где необходима очень надежная защита, применяют капсюльные устройства - куполообразные диски, которые разрушаются при определенном давлении.
Платиновые и палладиевые диски оказались для этих целей лучшими и практически незаменимыми. Стоят они дорого, но когда устройство срабатывает, металл образует "лепестки" по периферии отверстия и может быть вновь использован почти без потерь.)
Олимпийская платиновая... О каждой Олимпиаде остается след не только в ее спортивных достижениях, но и во многом ином. Каких только памятных знаков: монет, марок, художественных изделий-не создавали для этих целей!
По свидетельству Аристотеля, специальные монеты впервые были отчеканены в Мессане в честь 75-й Олимпиады (480 г. до н. э.). Позднее многие государства Древней Греции выпускали монеты с изображением спортсменов, а также и покровителей игр-бога Зевса и нимфы Олимпии. На монетах Химеры (V в. до н. э.) изображен гонщик на колеснице, а Памфилия увековечила борцов и копьеметателей. В Македонии чеканка олимпийских монет производилась при Филиппе II и его сыне Александре Македонском. В Древнем Риме при Нероне (1 век н. э.) распространение получила монета с изображением спортсменов на колеснице, обрамленных надписью "Олимпиада" (на латыни).
Древний обычай был восстановлен во время XV игр (1952) в Финляндии. На лицевой стороне монеты тогда впервые была изображена олимпийская эмблема пять сплетенных колец, символизирующих пять континентов.
Выпуск олимпийских монет был продолжен в 1964 году, в честь зимних игр в Австрии (изображен прыгун с трамплина) и летних игр в Японии (изображены олимпийская эмблема и факел). В дальнейшем чеканка монет к олимпиадам стала традиционной.
Все выпущенные в честь Олимпийских игр монеты с древних времен были серебряные. Лишь в 1972 году в Японии к зимней Олимпиаде в Саппоро отчеканили медно-никелевые. В том же году к летней Олимпиаде в Мюнхене памятные золотые монеты неожиданно для всех создала Центрально-Африканская Республика, а также княжество Фуджейро. Из стран-организаторов первой золотые монеты выпустила Канада к XXI играм (1976) с изображением богини Афины и атлета, окруженных надписью: "776 г. до н.э.- 1976 г." К этому же событию отчеканили золотые монеты Западное Самоа (с изображением тяжелоатлета и олимпийского факела), йеменская Арабская Республика (с изображением 10 спортсменов у олимпийского огня)...
Золото, серебро, медь, никель - казалось бы, традиционные монетные возможности исчерпаны, и нумизматических новинок, связанных с олимпиадами, больше ждать не приходится. Но Московская Олимпиада будет памятна и в этом отношении. Помимо золотой, серебряной и медно-никелевых монет, Министерство финансов и Государственный банк СССР выпустили в обращение еще и уникальную платиновую монету достоинством 150 рублей. Она имеет форму круга диаметром 28,6 миллиметра. На лицевой стороне в верхнем сегменте расположено рельефное изображение государственного герба и под ним надпись "СССР", а в нижнем сегменте-рельефная надпись в две строки: "150 рублей". На оборотной стороне-надпись по окружности: "Игры XXII Олимпиады. Москва. 1980" под ней слева фигура дискобола, справа эмблема Олимпийских игр; внизу указан год чеканки монеты. С лицевой и оборотной стороны монета имеет выступающий кант по окружности, ее боковая поверхность рифленая.
Выпуск этой уникальной монеты не случаен, она, как и ее далекие предшественники - "уральские червонцы" 1828-1844 годов, отображает ведущую роль нашей страны в истории использования платины < Обзор чеканки олимпийских монет основан на материале статьи А. Макарова (см. Наука и жизнь, 1980, № 2)>.
КОЕ-ЧТО О ПРЕДЫСТОРИИ, ПОДДЕЛКАХ И ЗАПРЕТАХ
Заканчивая рассказ о применении платиновых металлов, напомним и о том, что имеет к этой теме лишь косвенное отношение.
Розыскания специалистов показывают, что использование платины началось значительно раньше, чем еще недавно предполагалось. Доказательством служат некоторые золотые изделия эпохи XII династии Древнего Египта, в них имеются не только включения "сырой платины", но и обработанные пластинки из сплава, в котором главный компонент - платина.
В более поздних изделиях, например в статуэтке фараона Аменардаса (XXV династия, около 700 лет до н. э.), тоже обнаружены включения платины с признаками обработки.
Удалось выяснить, что в Древний Египет золото поступало из россыпей Эфиопии, где платина местами образует значительную примесь. Принимали ли египтяне ее за серебро или считали особым металлом, неизвестно.
Знали о платине и в Древнем Риме, там ее с серебром не путали и называли белым свинцом - Plumbum candidum. Сведения об этом металле, который "в брусках имеет вес золота", содержатся в пятой книге "Естественной истории" Плиния Старшего (23-79 гг.). Под его руководством производилась разработка золотых россыпей в Испании и Португалии. Плиний отметил, что "белый свинец" содержится в долинах рек Силь, Тахо, Гуадиро (Гуадьяро) и др.
Плиний был одним из образованнейших людей своего времени и, конечно, понимал необычность этого металла. К сожалению, его запись чересчур лаконична. Из нее мало что можно узнать. Сколько было добыто белого свинца, как удалось изготовить из него бруски, как они были использованы - все это остается неизвестным. А подтверждением тому, что речь у Плиния идет о платине, явилось обнаружение ее в остатках россыпей, уцелевших у реки Силь.
На противоположной стороне земного шара, в Эквадоре, у побережья Эсмеральдас обнаружены не только изделия инков - кольца, браслеты, небольшие сосуды из платины, но и остатки мастерской, в которой их изготовляли. Это позволило восстановить технологию. Пылевидные зерна платины, перемешанные с золотом, маленькими порциями нагревали на древесном угле, и золото при этом обволакивало платину, прочно с ней слипалось. Этот сплав подвергали ковке, нагреву, снова ковке - многократно, пока он не становился однородным. Внешне такой металл почти не отличался от "европейского" - плавленого.
Ни одна лаборатория не обходится без платиновой посуды, но куда больше ее на заводах, там можно увидеть платиновые тигли до 30 килограммов!
Уменьшить расход платины помогает платинирование - гальваническое нанесение тончайшего защитного слоя на химическую аппаратуру, что особенно существенно при крупных ее размерах (например, таких, как резервуары атомных реакторов).
По расходованию платины на посуду (это надо подчеркнуть, чтобы не спутать с иным использованием) сейчас на первом месте, по-видимому, стекольная промышленность.
Стекло, железо и бетон - важнейшие современные конструкционные материалы. В этой триаде стекло патриарх, его уже применяли, когда еще не знали железа, не говоря уж о бетоне.
С веками стекло - строительное, тарное, художественное, лабораторное использовалось все шире и разнообразнее. Достижения нашего времени заключаются не столько в расширении ассортимента, сколько в механизации производства, применении различных стеклоформирующих машин, положивших конец господству стеклодувной трубки, изобретенной еще до новой эры. Благодаря этому появилась возможность производить стеклянное волокно-тончайшие нити, внешне похоже на шелковые, но не сопоставимые с ними по своим свойствам. Они обладают высокой химической, термической и механической стойкостью, не пропускают ток, прозрачны и способны образовывать единое целое со многими другими материалами, особенно с синтетическими смолами. Поэтому современную технику уже невозможно представить себе без стеклопластиков, различных электроизоляционных материалов, фильтров и многих других изделий, основу которых составляют стеклянные волокна. У них мало конкурентов и по качеству и - что очень существенно - по стоимости.
Стеклянные нити получают продавливанием расплава сквозь мельчайшие отверстия фильеров. Казалось бы, дело простое, если не учитывать, что необходимы нити толщиной 3-10 микрометров. Еще недавно такие нити удавалось создавать только жукам-шелкопрядам!
Получение обычного стекла ведут при температуре лишь незначительно превышающей 10000 С, и уже тогда расплав становится агрессивным, он корродирует все, с чем соприкасается. А для получения тончайших нитей, необходимых для стекловолокна, оптимальным является температурный интервал 1200-1450° С. Кремнекислый расплав при таком нагреве становится яростным агрессором, лучшие легированные стали, из которых пробовали изготовлять стеклоплавильные сосуды, выдерживают лишь десятки часов работы и то при температуре, не превышающей 1300 0С.
Уровень тепловых напряжений в стеклоплавильных сосудах так высок, что не выдержали экзамена и все известные керамические и металлокерамические материалы.
Единственной и незаменимой на протяжении истории получения стекловолокна, насчитывающей уже половину века, остается платина с небольшой (7-10 процентов) добавкой родия.
Этот сплав выдерживает тысячи часов нагрева до 1450 ° С, резкие смены температуры, он стоек против коррозии и других невзгод. Потери платины за счет возгонки и растворения в стекломассе составляют около 200 граммов на тонну стекловолокна, казалось бы, немного, но если учесть быстрый рост объемов производства и цены на платину, станет понятным, почему патентуются все новые специализированные сплавы, в которых платину пытаются заменить золотом, палладием, еще чем-либо. Пока достигнуты успехи лишь в комбинировании различных сплавов, применяют, например, "тройные" фильерные пластины: внутренний слой, прилегающий к расплаву, делают из чистой платины (она эластична и предохраняет от трещин), средний слой-жаропрочный, платинородийиридиевый и наружный - золотой, оптимальный для формовки стекловолокна.
Потребление стекла в развитых странах уже составляет более 30 килограммов в год на каждого человека и быстро возрастает, особенно за счет стекловолокна. Таким же темпом увеличивается производство искусственных волокон из полиамидных смол. Их выдавливают сквозь тысячи тончайших отверстий, которые должны неизменно сохранять свои размеры и форму в трудных условиях работы. Поэтому, несмотря на все меры экономии, расход платиноидов на жаростойкие изделия лишь возрастает.
Все больше требуется платиновой посуды и для таких сравнительно холодных процессов, как создание сверхчистых веществ. Известно, что даже один "чужеродный" атом на миллион нарушает полупроводниковые свойства кристаллов. Для того чтобы посуда не стала источником инфекции, применяют платину, чистота которой определяется двумя девятками до запятой и тремя девятками после (кстати говоря, получение такой сверхчистой платины - одно из замечательных технических достижений наших дней).
Судьбы эталонов. Метрическая система мер и ее эталоны были созданы с девизом "на все времена, для всех народов". Он осуществился лишь в отношении системы, но не ее эталонов. Система действительно стала интернациональной и на все времена. А у ее эталонов судьба иная. Первые эталоны, изготовленные из платины в 1795 году, были в 20-х годах XIX века заменены платино-иридиевыми. Этот сплав (9Pt1Ir) поныне считается самым неизменным, не стареющим. Тем не менее и эти эталоны устарели, так сказать, морально.
Современная техника требует высокой точности измерения всех параметров, ничтожные ошибки нередко приводят к трагическим последствиям. Это обусловило развитие особой науки - метрологии, привело к созданию многоступенчатой иерархии эталонов. "Родоначальники" метрической системы хранятся в Севре - предместье Парижа, который называют "метрологической Меккой". Там находится Международное бюро мер и весов, туда для сверки периодически совершают паломничество из других стран эталоны-копии.
Государственные эталоны нашей страны (метр №28, килограмм № 9) хранятся в Ленинграде, на Московском проспекте, в подвалах здания, где в 1893 году под руководством Д. И. Менделеева начала работу Главная палата мер и весов. Теперь это Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии, носящий его имя. Там получают право на существование эталоны-копии, эталоны-свидетели и рабочие эталоны различных рангов. Оттуда они начинают свой путь во все концы страны с тем, чтобы периодически возвращаться для сверки.
С помощью этих эталонов непрерывно осуществляется контроль рабочих мер на заводах и в институтах, на кораблях и в магазинах - словом, везде, где производятся измерения. (Установлено, что на них в наши дни затрачивается в промышленности от 10 до 50 процентов всего рабочего времени.)
Эталонов низших рангов требуется все больше, требования к их точности растут, и все труднее обеспечить их изготовление и хранение.
Незначительное отклонение, и эталон уже не эталон. Поэтому заветная мечта поколений метрологов - избавиться от материальных эталонов, заменить их природными, невещественными константами, неизмененными и легко воспроизводимыми.
Хранение времени, определение его эталона (секунды), астрономическими методами было мучительно трудным, пока не установили, что секунда равна 9192631770 периодам колебаний атома цезия, которые безошибочно "отсчитывает" созданный для этой цели прибор.
В 1960 году усилиями ученых многих стран удалось "вывести в отставку" платино-иридиевый эталон метра. По решению состоявшейся тогда XI Генеральной конференции по мерам и весам метр получил новое определение, был признан равным 1 650 736,73 длины волны оранжевого излучения криптона-86.
Калибровка и сличение мер длины теперь производятся с помощью эталонных установок, состоящих из криптоновой лампы, спектроинтерферометра и компаратора. А прежний наш государственный эталон-копия № 28, так же как и его парижский родоначальник, хранится в подземных сейфах уже в качестве дублера.
Из триады важнейших эталонов (м, кг, с) до наших дней неизменным остался только эталон массы - килограмм. По-прежнему это платино-иридиевый цилиндрик высотой и диаметром 39 миллиметров. Он, как и копии государственные эталоны, хранится в стабильных условиях глубоко под землей, на подставке из горного хрусталя, под двойным стеклянным колпаком. Поблизости на таком же массивном фундаменте глубиной 7 метров установлены точнейшие весы для сличения с другими эталонами более низких рангов. Управление весами и перемещение эталонов производятся дистанционно, без прикосновения рук. Процесс медленный, трудный, а потребности очень велики, особенно потому, что не только эталоны, но и рабочие гири многих приборов необходимо изготовлять с эталонной точностью, например для гравиметров, которыми "взвешивают" нашу планету. Если бы она была однородна, значение силы тяжести в любой точке зависело бы только от его географических координат. Но горные породы имеют различную плотность, и поэтому реальные значения силы тяжести обычно отличаются от теоретических. Знать эти отклонения необходимо для расчета траекторий полетов, поисков полезных ископаемых и других целей. Силу тяжести определяют по растяжению или сокращению кварцевой нити, на которой подвешен платиновый груз в герметическом сосуде гравиметра.
От попыток заменить платину более легким металлом пришлось отказаться - это снижало точность, а требования к гравиметрическим измерениям становятся все выше.
Приведенный пример-один из многих, показывающих, как разнообразна область весовых измерений, требующих эталонирования. Поэтому проблема замены материального эталона веса иным, более удобным, очень актуальна, и над ее решением работают во многих странах, но пока платиново-иридиевый цилиндрик, хранимый в Севре, по-прежнему остается основой основ.
Велико также стремление уменьшить расход платиновых металлов на эталоны, но осуществить это не удается. Так, не обошлись без платины при создании нового эталона, который получил название кандела (кд) - свеча и призван обеспечить единство световых измерений, необходимое при всевозрастающем разнообразии источников освещения.
Государственный световой эталон разработан ВНИИМ им. Менделеева и утвержден 10 декабря 1968 года Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР. Эталон представляет собой полный излучатель, или абсолютно черное тело, устойчиво порождающее при определенной температуре свет всех длин волн видимого спектра с постоянной яркостью.
Конструктивно это сосуд с платиной, в который погружена трубочка из окиси тория. Нагрев платины до плавления током высокой частоты порождает свечение окиси тория. Процесс затвердевания платины характерен замечательным постоянством температуры, и свечение окиси тория при таких условиях признано эталонным,
Луч света из трубочки излучателя попадает в оптическое устройство, с помощью которого фиксируют силу и яркость эталона, определяют в световых единицах яркость других объектов.
Многочисленные эксперименты показали, что сочетание окись тория платина обеспечивает наибольшую надежность определения канделы.
Долгое время иридий использовался в эталонах лишь в качестве добавки к платине, улучшающей свойства сплава. Теперь установлено, что иридий обладает наиболее постоянным коэффициентом линейного расширения при низких температурах. Это свойство обусловило его применение в качестве эталона при замерах строения кристаллической решетки различных веществ.
Все это не дает оснований предполагать, что в близком будущем удастся существенно сократить расход платиновых металлов на эталоны.
Металл роскоши. Рекламное предсказание 1776 года полностью подтвердилось примерно через полвека: платина стала металлом роскоши, "ювелирной королевой", и не только из-за престижности, обусловленной высокой ценой. В платиновой оправе бриллианты, изумруды, аквамарины, жемчуг выглядят крупнее, ярче становятся присущая им окраска и рисунок. Такая оправа и самая надежная-лучшие драгоценные камни давно уже в нее одеты. Не случайно высшая награда для полководцев нашей страны-орден Победы, несущий более ста бриллиантов, выполнен из платины.
По расходованию ее на ювелирные изделия можно разграничить благополучные и трудные годы в истории.
В 1913 году, перед началом первой мировой войны на предметы роскоши, если причислить к ним и платиновые зубы, ушло около 3 тонн, почти 60 процентов всего использованного металла. Это рекорд, но только в процентном отношении. В дальнейшем резко возросли технические применения, они составляют около 80 процентов, хотя на украшения используется платины теперь раз в 15 больше, чем в тот рекордный год. Только одна Япония, занимающая ведущее место в ювелирной промышленности капиталистических стран, производит в год около 30 тонн платиновых украшений.
Долгое время для них использовали лишь самые высокопробные сплавы (добавки, увеличивающие прочность, составляли в них не более 6 процентов). Теперь в связи с расширением и демократизацией спроса японские и другие фирмы капиталистических стран стали использовать низкопробные сплавы, в них серебро преобладает над платиной, но ее содержание (30-40 процентов) обеспечивает благородный вид и неизменность украшений. Промышляют в капиталистических странах и различными подделками под платину, например, изделиями из сплава, содержащего 70 процентов серебра и 30 процентов золота, азотная кислота на этот сплав не действует, поэтому лишь тщательное исследование позволяет изобличить обман.
За последние десятилетия распространение получили изделия из палладия, он по-своему красив, не тускнеет, хорошо сохраняет полировку и дешевле платины по весу более чем втрое, а по объему в 7 раз. Прочность палладия на растяжение и твердость недостаточны, чтобы делать из него оправу для драгоценных камней. Но этот недостаток удалось устранить добавкой 4 процентов рутения и одного процента родия, благодаря им прочность увеличивается вдвое. Твердость в такой же мере повышают холодной прокаткой сплава. И все же в изделиях такого класса камни обычно используются синтетические, "полудрагоценные".
Название "белое золото" к платине не привилось, и теперь так называют сплав палладия и золота в соотношении примерно 1:5. Он имеет снежно-белую окраску, и изделия из него пользуются большим спросом. Кстати, Лондонское геологическое общество с 1846 года отмечает научные заслуги медалью имени Волластона из палладия. Учреждена эта медаль была в 1831 году, но первые 15 лет ее чеканили из золота, пока не было налажено извлечение палладия из палладистого золота бразильских месторождений. Этой медалью в 1943 году был награжден советский академик А. Е. Ферсман.
Американское электрохимическое общество награждает медалью из палладия за выдающиеся достижения в электрохимии. В 1967 году такая медаль была присуждена советскому академику А. П. Фрумкину.
За последнее время еще один платиноид получил применение в ювелирных изделиях - родиевые покрытия придают им солнечный блеск. В натуральном виде родий ювелиры почти не используют, стоит он примерно втрое дороже платины, а легковесен, как палладий, и изделия из него не производят внушительного впечатления.
ЕЩЕ О ПРИМЕНЕНИЯХ
"Запасные части" для человека. Медицина - одна из немногих областей, где расходование платины существенно сократилось по сравнению с началом века. Тогда, например в 1906 году, около 40 процентов мирового потребления платины ушло на зубоврачебные цели: благодаря одинаковому коэффициенту расширения фарфора и платины штифты и коронки из нее были вне конкуренции, пока не появился сплав "платинит", вводящий в заблуждение своим названием,он состоит лишь из никеля и железа (поровну) и обладает одинаковым коэффициентом расширения с платиной, вполне заменяя ее в сочетаниях с фарфором. И все же в США, например, не менее 500 килограммов платины в год расходуют стоматологи.
Теперь из иридистой платины изготовляют лишь некоторые хирургические инструменты, например полые иглы к шприцам для ртутных препаратов.
Незаменимы платино-иридиевые электроды в качестве стимуляторов сердечной деятельности. Их вживляют в сердце больных тяжелой формой стенокардии. Когда наступает приступ, больной включает генератор с кольцевой антенной-его носят в кармане,-импульсы через приемник воспринимают электроды, вызывают раздражение нервных волокон, форсируют работу сердца. Даже при остановке его прямое подключение генератора к электродам, осуществленное врачом, нередко спасает жизнь больного.
Используют платино-иридиевые электроды в различных исследованиях, например мозга. Но не только стойкость платиновых металлов обусловливает их применение в медицине. При лечении некоторых кожных и онкологических заболеваний успех приносят биологически активные соединения рутения, а его хлорид - очень стойкая красная краска, избирательно окрашивающая некоторые вещества костей и тканей, что помогает при микроскопическом их изучении.
Упругие элементы микронной толщины. Почти в каждом "особо точном" приборе их множество. Это спиральные пружинки, растяжки, подвески рессорные и торсионные (работающие на скручивание) и многие иные. Их изготовляют из тончайших проволок и лент, К ним предъявляют очень жесткие требования: упругие элементы при всей их миниатюрности должны обладать высокой прочностью, стойкостью и стабильностью в работе в самых трудных условиях, иметь малое упругое последействие, не намагничиваться и т. д.
Платина самый "тягучий" металл, из одного грамма удается получить почти 100-километровую нить (толщиной 0,0007 миллиметра). Для этого платиновую заготовку покрывают серебром и последовательно пропускают через все более тонкие фильеры - отверстия в алмазе, а затем обрабатывают азотной кислотой, которая растворяет серебро, но не действует на платину.
Казалось бы, платина идеальный материал для изготовления упругих элементов, но требования, предъявляемые к ним, столь многогранны, что им ни одно природное вещество полностью не удовлетворяет, необходимо создавать особые композиции.
Изготовление тончайших упругих элементов было монополией немногих капиталистических фирм, но в 1969 году появилось в печати многих стран сообщение о том, что в СССР выпускают миллионными экземплярами различные упругие элементы из сплава платины с серебром, которые получили Знак качества и по своим характеристикам превосходят выпускаемые зарубежными фирмами.
Тензодатчики. С их помощью производится измерение давления и других параметров напряженного состояния реактивных двигателей, турбин, работающих на предельных нагрузках, при температурах, превышающих 1000° С. Определение тензочувствительности множества материалов показало, что платина и палладий обладают лучшими показателями, они незаменимы в самых ответственных случаях. Для более легких условий допустимы сплавы палладия с серебром, платины с вольфрамом и некоторые другие.
Предохранительные клапаны. Любой работающий под давлением аппарат должен иметь предохранительный клапан. Разновидностей их придумано много, но в принципе все они представляют собой пробку, прижимаемую пружиной или противовесом. Такие клапаны просты, но ненадежны, обладают большой инерцией и поэтому не успевают сработать при очень резком скачке давления. Не обеспечивают они и полной герметичности. В их недостатках убеждались не раз, на горьком опыте.
Поэтому везде, где необходима очень надежная защита, применяют капсюльные устройства - куполообразные диски, которые разрушаются при определенном давлении.
Платиновые и палладиевые диски оказались для этих целей лучшими и практически незаменимыми. Стоят они дорого, но когда устройство срабатывает, металл образует "лепестки" по периферии отверстия и может быть вновь использован почти без потерь.)
Олимпийская платиновая... О каждой Олимпиаде остается след не только в ее спортивных достижениях, но и во многом ином. Каких только памятных знаков: монет, марок, художественных изделий-не создавали для этих целей!
По свидетельству Аристотеля, специальные монеты впервые были отчеканены в Мессане в честь 75-й Олимпиады (480 г. до н. э.). Позднее многие государства Древней Греции выпускали монеты с изображением спортсменов, а также и покровителей игр-бога Зевса и нимфы Олимпии. На монетах Химеры (V в. до н. э.) изображен гонщик на колеснице, а Памфилия увековечила борцов и копьеметателей. В Македонии чеканка олимпийских монет производилась при Филиппе II и его сыне Александре Македонском. В Древнем Риме при Нероне (1 век н. э.) распространение получила монета с изображением спортсменов на колеснице, обрамленных надписью "Олимпиада" (на латыни).
Древний обычай был восстановлен во время XV игр (1952) в Финляндии. На лицевой стороне монеты тогда впервые была изображена олимпийская эмблема пять сплетенных колец, символизирующих пять континентов.
Выпуск олимпийских монет был продолжен в 1964 году, в честь зимних игр в Австрии (изображен прыгун с трамплина) и летних игр в Японии (изображены олимпийская эмблема и факел). В дальнейшем чеканка монет к олимпиадам стала традиционной.
Все выпущенные в честь Олимпийских игр монеты с древних времен были серебряные. Лишь в 1972 году в Японии к зимней Олимпиаде в Саппоро отчеканили медно-никелевые. В том же году к летней Олимпиаде в Мюнхене памятные золотые монеты неожиданно для всех создала Центрально-Африканская Республика, а также княжество Фуджейро. Из стран-организаторов первой золотые монеты выпустила Канада к XXI играм (1976) с изображением богини Афины и атлета, окруженных надписью: "776 г. до н.э.- 1976 г." К этому же событию отчеканили золотые монеты Западное Самоа (с изображением тяжелоатлета и олимпийского факела), йеменская Арабская Республика (с изображением 10 спортсменов у олимпийского огня)...
Золото, серебро, медь, никель - казалось бы, традиционные монетные возможности исчерпаны, и нумизматических новинок, связанных с олимпиадами, больше ждать не приходится. Но Московская Олимпиада будет памятна и в этом отношении. Помимо золотой, серебряной и медно-никелевых монет, Министерство финансов и Государственный банк СССР выпустили в обращение еще и уникальную платиновую монету достоинством 150 рублей. Она имеет форму круга диаметром 28,6 миллиметра. На лицевой стороне в верхнем сегменте расположено рельефное изображение государственного герба и под ним надпись "СССР", а в нижнем сегменте-рельефная надпись в две строки: "150 рублей". На оборотной стороне-надпись по окружности: "Игры XXII Олимпиады. Москва. 1980" под ней слева фигура дискобола, справа эмблема Олимпийских игр; внизу указан год чеканки монеты. С лицевой и оборотной стороны монета имеет выступающий кант по окружности, ее боковая поверхность рифленая.
Выпуск этой уникальной монеты не случаен, она, как и ее далекие предшественники - "уральские червонцы" 1828-1844 годов, отображает ведущую роль нашей страны в истории использования платины < Обзор чеканки олимпийских монет основан на материале статьи А. Макарова (см. Наука и жизнь, 1980, № 2)>.
КОЕ-ЧТО О ПРЕДЫСТОРИИ, ПОДДЕЛКАХ И ЗАПРЕТАХ
Заканчивая рассказ о применении платиновых металлов, напомним и о том, что имеет к этой теме лишь косвенное отношение.
Розыскания специалистов показывают, что использование платины началось значительно раньше, чем еще недавно предполагалось. Доказательством служат некоторые золотые изделия эпохи XII династии Древнего Египта, в них имеются не только включения "сырой платины", но и обработанные пластинки из сплава, в котором главный компонент - платина.
В более поздних изделиях, например в статуэтке фараона Аменардаса (XXV династия, около 700 лет до н. э.), тоже обнаружены включения платины с признаками обработки.
Удалось выяснить, что в Древний Египет золото поступало из россыпей Эфиопии, где платина местами образует значительную примесь. Принимали ли египтяне ее за серебро или считали особым металлом, неизвестно.
Знали о платине и в Древнем Риме, там ее с серебром не путали и называли белым свинцом - Plumbum candidum. Сведения об этом металле, который "в брусках имеет вес золота", содержатся в пятой книге "Естественной истории" Плиния Старшего (23-79 гг.). Под его руководством производилась разработка золотых россыпей в Испании и Португалии. Плиний отметил, что "белый свинец" содержится в долинах рек Силь, Тахо, Гуадиро (Гуадьяро) и др.
Плиний был одним из образованнейших людей своего времени и, конечно, понимал необычность этого металла. К сожалению, его запись чересчур лаконична. Из нее мало что можно узнать. Сколько было добыто белого свинца, как удалось изготовить из него бруски, как они были использованы - все это остается неизвестным. А подтверждением тому, что речь у Плиния идет о платине, явилось обнаружение ее в остатках россыпей, уцелевших у реки Силь.
На противоположной стороне земного шара, в Эквадоре, у побережья Эсмеральдас обнаружены не только изделия инков - кольца, браслеты, небольшие сосуды из платины, но и остатки мастерской, в которой их изготовляли. Это позволило восстановить технологию. Пылевидные зерна платины, перемешанные с золотом, маленькими порциями нагревали на древесном угле, и золото при этом обволакивало платину, прочно с ней слипалось. Этот сплав подвергали ковке, нагреву, снова ковке - многократно, пока он не становился однородным. Внешне такой металл почти не отличался от "европейского" - плавленого.