Σύνθετο ιριδίου πλατίνης: Βασικό υλικό στις Ιατρικές, Αεροδιαστημικές και ημιαγωγικές βιομηχανίες

Το πλατινένιο ιρίδιο περιγράφεται στις περισσότερες σύντομες εισαγωγές ως πλατίνα με μια μικρή προσθήκη ιριδίου, και αυτή η φράση αφαιρεί τον μοναδικό αριθμό που χρειάζεται ένας αγοραστής. Η περιεκτικότητα σε ιρίδιο είναι η προδιαγραφή. Καθορίζει τη σκληρότητα, καθορίζει την αντοχή στη διάβρωση, καθορίζει πώς μπορεί να επεξεργαστεί το κράμα και καθορίζει την τιμή, και το εύρος που πωλείται κυμαίνεται από λίγα τοις εκατό έως τριάντα τοις εκατό με πολύ διαφορετική συμπεριφορά σε κάθε βήμα.

Η ίδια ιδιότητα που καθιστά το κράμα χρήσιμο σε τρεις βιομηχανίες είναι ο λόγος για τον οποίο ο αριθμός έχει σημασία. Το ιρίδιο είναι ένα από τα λίγα μέταλλα που αυξάνει τη σκληρότητα της πλατίνας χωρίς να καταστρέφει τη χημική της σταθερότητα, οπότε μια μικρή προσθήκη μετατρέπει ένα μαλακό και εύκολα παραμορφούμενο μέταλλο σε υλικό με σκληρότητα ελατηρίου που διατηρεί την κόψη και αντέχει στη φθορά. Προσθέστε περισσότερο και η σκληρότητα αυξάνεται περαιτέρω ενώ η ικανότητα ψυχρής επεξεργασίας μειώνεται, μέχρις ότου το κράμα πρέπει να υποστεί θερμή επεξεργασία και η απόδοση του τελικού σύρματος γίνεται το κυρίαρχο κόστος.

Αυτή η σελίδα παρουσιάζει τα βήματα σύνθεσης που διαπραγματεύονται στην πραγματικότητα, τι αγοράζει το καθένα σε ένα ιατρικό ηλεκτρόδιο, σε ένα εξάρτημα ανάφλεξης και σε έναν αισθητήρα δοκιμής, και τον περιορισμό υψηλής θερμοκρασίας που μοιράζεται το κράμα με το καθαρό ιρίδιο και που κανένας τίτλος φύλλου δεδομένων δεν αναφέρει.

Ο πίνακας δίνει τις ιδιότητες που αλλάζουν με την περιεκτικότητα σε ιρίδιο, χρησιμοποιώντας δημοσιευμένες τιμές για τις κοινές συνθέσεις. Όπου μια ιδιότητα δεν δημοσιεύεται για μια σύνθεση, το κελί το αναφέρει, επειδή ένας παρεμβαλλόμενος αριθμός σε έναν πίνακα υλικών είναι χειρότερος από ένα κενό.

Δύο πράγματα αξίζει να σημειωθούν σε αυτόν τον πίνακα. Η πυκνότητα αυξάνεται με την περιεκτικότητα σε ιρίδιο και το κάνει μονοτονικά, από 21,45 για την καθαρή πλατίνα έως 21,69 στο 30% ιριδίου, επειδή το ιρίδιο είναι το πυκνότερο από τα δύο μέταλλα στα 22,56 g/cm3. Και το βήμα σκληρότητας από την καθαρή πλατίνα στο PtIr 10 είναι πολύ μεγαλύτερο από το βήμα από το PtIr 10 στο PtIr 20, γι' αυτό το κράμα 10% αναλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος της ιατρικής και οργανολογικής εργασίας: απορροφά το μεγαλύτερο μέρος του οφέλους σκληρότητας, παραμένοντας ένα υλικό που μπορεί να συρθεί, να κυλιστεί και να διαμορφωθεί με κανονικά εργαλεία.

Το εύρος σύνθεσης που αποθηκεύεται τακτικά είναι στενότερο από το εύρος που είναι τεχνικά δυνατό. Η DLX προμηθεύει πλατίνα-ιρίδιο στις βαθμίδες 5, 10 και 15% ιριδίου ως στάνταρ, με υψηλότερες περιεκτικότητες κατόπιν παραγγελίας, και η πρακτική συμβουλή για ένα νέο σχέδιο είναι να ξεκινήσετε από το 10% και να ανεβείτε μόνο όταν μια μέτρηση φθοράς ή σκληρότητας δείξει ότι το 10% δεν είναι αρκετό.

Ένα διεγερτικό ηλεκτρόδιο πρέπει να κάνει τρία πράγματα ταυτόχρονα. Πρέπει να περνάει φορτίο στον ιστό χωρίς να διαβρώνεται, πρέπει να αντέχει εκατομμύρια κύκλους χωρίς να αλλάζει σχήμα και πρέπει να είναι κατασκευάσιμο σε μικρό και συχνά πολύπλοκο σχήμα. Η πλατίνα-ιρίδιο στο 10% είναι η σύνθεση που εξισορροπεί αυτά τα τρία, και οι λόγοι είναι ηλεκτροχημικοί και μηχανικοί και όχι μάρκετινγκ.

Ο ηλεκτροχημικός λόγος είναι το εύρος του παραθύρου στο οποίο το μέταλλο είναι παθητικό. Η πλατίνα και τα κράματά της χρησιμοποιούνται επειδή δεν διαλύονται στα δυναμικά που φτάνει ένας παλμός διέγερσης, και η προσθήκη ιριδίου βελτιώνει την αντοχή στη διάβρωση υπό επαναλαμβανόμενους κύκλους χωρίς να εισάγει μια φάση που θα διαβρωνόταν επιλεκτικά. Ο μηχανικός λόγος είναι ότι το κράμα 10% είναι αρκετά σκληρό για να αντέχει στην παραμόρφωση κατά την πτύχωση και την εισαγωγή, και αρκετά όλκιμο για να συρθεί σε σύρμα ή να διαμορφωθεί σε δακτύλιο χωρίς να σπάσει.

Τρεις μορφές προϊόντων προκύπτουν από αυτές τις απαιτήσεις. Ένα ηλεκτρόδιο βηματοδότη ή νευροτροποποίησης είναι συνήθως ένα σύρμα, ένας δακτύλιος ή μια άκρη μηχανουργημένη από ράβδο. Μια ταινία σήμανσης stent είναι ένας λεπτός δακτύλιος. Ένα ένθετο χειρουργικού οργάνου είναι ένα μικρό μηχανουργημένο εξάρτημα. Και τα τρία παραγγέλλονται κατά σύνθεση, κατά μορφή και κατά κατάσταση επιφάνειας, και η κατάσταση επιφάνειας έχει σημασία επειδή μια γρατζουνιά σε εμφυτευμένο ηλεκτρόδιο είναι σημείο συγκέντρωσης φορτίου.

Η αεροδιαστημική εφαρμογή που συνήθως περιγράφεται ως εξάρτημα κινητήρα πυραύλου είναι πιο συγκεκριμένα ένα εξάρτημα ανάφλεξης. Η πλατίνα-ιρίδιο εμφανίζεται σε ηλεκτρόδια μπουζί και άκρες αναφλεκτήρων, όπου το κράμα αντέχει στη διάβρωση από τόξο και διατηρεί μια αιχμηρή κόψη υπό επαναλαμβανόμενη εκφόρτιση, και εμφανίζεται σε μικρά εξαρτήματα αισθητήρων και επαφών. Δεν είναι το υλικό θαλάμου καύσης ή ακροφυσίου, τα οποία κατασκευάζονται από κράματα νικελίου, κράματα χαλκού ή σύνθετα υλικά άνθρακα ανάλογα με τη στρατηγική ψύξης.

Αυτή η διάκριση έχει σημασία για έναν αγοραστή επειδή οι δύο ερωτήσεις απευθύνονται σε διαφορετικούς προμηθευτές. Ένα αίτημα για ηλεκτρόδια ανάφλεξης από πλατίνα-ιρίδιο είναι ένα μικρό πολύτιμο μεταλλικό εξάρτημα με απαίτηση αντοχής στη φθορά. Ένα αίτημα για θάλαμο ώσης είναι ένα μεγάλο δομικό εξάρτημα με θερμική απαίτηση, και η πλατίνα-ιρίδιο δεν είναι υποψήφια σε καμία τιμή.

Η ίδια λογική ισχύει και για τη λίστα ημιαγωγών. Το κράμα εμφανίζεται σε αισθητήρες δοκιμής και σε ορισμένες πηγές κλιβάνων και εξάτμισης, όπου η σκληρότητά του και η χημική του αδράνεια χρησιμοποιούνται σε μικρή κλίμακα. Δεν εμφανίζεται ως δομικό υλικό σε μια πλάκα πυριτίου, και μια σελίδα που παραθέτει την κατασκευή ημιαγωγών χωρίς να αναφέρει τον αισθητήρα ή τον κλίβανο έχει περιγράψει μια βιομηχανία και όχι μια εφαρμογή.

Το ιρίδιο οξειδώνεται στον αέρα σε υψηλή θερμοκρασία σε πτητικό οξείδιο, και το οξείδιο φεύγει από την επιφάνεια και δεν παραμένει πάνω της ως προστατευτικό στρώμα. Η συνέπεια για ένα εξάρτημα από πλατίνα-ιρίδιο είναι μια αργή απώλεια ιριδίου από το επιφανειακό στρώμα σε θερμοκρασίες άνω των περίπου 1.000 °C σε οξειδωτική ατμόσφαιρα, η οποία αλλάζει τόσο τη σύνθεση όσο και τις διαστάσεις ενός λεπτού τμήματος.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ένα ηλεκτρόδιο από πλατίνα-ιρίδιο χρησιμοποιείται σε μια εφαρμογή ανάφλεξης και όχι ως στοιχείο φούρνου, και ο λόγος για τον οποίο το κράμα καθορίζεται για συνθήκες κενού, αδρανούς ατμόσφαιρας ή αναγωγικές συνθήκες όταν λειτουργεί σε υψηλή θερμοκρασία. Στον αέρα σε θερμοκρασία, το μέταλλο δεν αποτυγχάνει με δραματικό μηχανισμό. Απλώς γίνεται λεπτότερο, και το ιρίδιο που του έδωσε τη σκληρότητα είναι το μέρος που φεύγει.

Δύο πρακτικές συνέπειες ακολουθούν. Ένα λεπτό σύρμα ή μια λεπτή άκρη αισθητήρα στον αέρα πάνω από 1.000 °C πρέπει να αντιμετωπίζεται ως αναλώσιμο με πεπερασμένη διάρκεια ζωής και όχι ως μόνιμο εξάρτημα. Και ένα εξάρτημα που έχει χρησιμοποιηθεί σε αυτήν την υπηρεσία πρέπει να ελέγχεται κατά βάρος και κατά διάσταση και όχι κατά εμφάνιση, επειδή η απώλεια είναι αρκετά ομοιόμορφη ώστε να είναι αόρατη μέχρι να χαθεί το τμήμα.

Η πλατίνα-ιρίδιο σκληραίνει γρήγορα με την εργασία, και το παράθυρο επεξεργασίας στενεύει καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε ιρίδιο. Η πρακτική ακολουθία για σύρμα είναι να ξεκινήσετε από ένα χυτό ή πυροσυσσωματωμένο μπιλιάρδο, να το επεξεργαστείτε θερμά σε ράβδο, και στη συνέχεια να το συρθείτε με ανόπτηση μεταξύ των περασμάτων. Ο αριθμός των περασμάτων μεταξύ των ανόψεων μειώνεται καθώς αυξάνεται η περιεκτικότητα σε ιρίδιο, και στην κορυφή του εύρους το υλικό είναι δύσκολο να συρθεί καθόλου.

Η εμπορική συνέπεια είναι ότι η τιμή ενός εξαρτήματος από πλατίνα-ιρίδιο καθορίζεται από την απόδοση της διαδρομής επεξεργασίας όσο και από το ίδιο το μέταλλο. Μια προδιαγραφή που ζητά διάμετρο και ανοχή που είναι δύσκολο να συρθούν θα έχει κόστος που δεν έχει καμία σχέση με την περιεκτικότητα σε ιρίδιο, και ένας αγοραστής που συγκρίνει δύο προσφορές για το ίδιο ονομαστικό κράμα μπορεί να συγκρίνει δύο διαφορετικές αποδόσεις.

Έξι στοιχεία καθορίζουν μια προσφορά για πλατίνα-ιρίδιο, και το πρώτο είναι το στοιχείο που οι περισσότερες ερωτήσεις αφήνουν ασαφές.

Η DLX προμηθεύει πλατίνα-ιρίδιο στην Changzhou, Jiangsu, ως σύρμα, σωλήνα, δακτύλιο, ταινία και ράβδο, στις βαθμίδες 5, 10 και 15% ιριδίου ως στάνταρ και σε υψηλότερες περιεκτικότητες κατόπιν παραγγελίας. Οι μορφές περιλαμβάνουν λεπτό σύρμα για ηλεκτρόδια και αισθητήρες, σωλήνα για ταινίες σήμανσης, δακτύλιο για εξαρτήματα οργάνων και σύρμα ελατηρίου για μηχανισμούς ακριβείας.

Το υλικό παρέχεται σύμφωνα με τη σύνθεση που αναγράφεται στην παραγγελία, με πιστοποιητικό EN 10204 3.1 κατόπιν αιτήματος και τον αριθμό θερμικής επεξεργασίας που είναι ιχνηλάσιμος στα αποτελέσματα των δοκιμών. Το ερώτημα που καθορίζει μια προσφορά είναι η περιεκτικότητα σε ιρίδιο μαζί με τη μορφή, επειδή αυτά τα δύο στοιχεία καθορίζουν τη διαδρομή επεξεργασίας και την απόδοση πριν συζητηθεί οποιαδήποτε τιμή.

Συνήθως σημαίνει 10%, και μερικές φορές 5% ή 15%. Η φράση χρησιμοποιείται επειδή η προσθήκη ιριδίου είναι μικρή σε σύγκριση με την περιεκτικότητα σε πλατίνα, αλλά η διαφορά μεταξύ 5% και 15% είναι η διαφορά μεταξύ ενός σύρματος που συρθεί εύκολα και ενός υλικού που χρειάζεται προσεκτικό πρόγραμμα. Μια προδιαγραφή πρέπει να αναφέρει το ποσοστό και όχι το επίθετο.

Επειδή απορροφά το μεγαλύτερο μέρος του οφέλους σκληρότητας του ιριδίου, παραμένοντας ένα υλικό που μπορεί να συρθεί και να διαμορφωθεί με κανονικά εργαλεία. Αντέχει στη διάβρωση υπό επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης, διατηρεί το σχήμα του κατά την πτύχωση και την εισαγωγή, και μπορεί να κατασκευαστεί σε μορφές σύρματος, δακτυλίου και μηχανουργημένων που χρειάζεται ένα εμφύτευμα. Υψηλότερες περιεκτικότητες σε ιρίδιο είναι πιο σκληρές και πιο δύσκολο να επεξεργαστούν, γεγονός που αυξάνει το κόστος ενός εξαρτήματος που είναι συνήθως μικρό.

Χρησιμοποιείται σε εξαρτήματα ανάφλεξης όπως ηλεκτρόδια μπουζί και άκρες αναφλεκτήρων, και όχι ως δομικό υλικό για θάλαμο ή ακροφύσιο. Αυτά τα μεγαλύτερα εξαρτήματα κατασκευάζονται από κράματα νικελίου, κράματα χαλκού ή σύνθετα υλικά άνθρακα ανάλογα με τη στρατηγική ψύξης. Ένα αίτημα για υλικό κινητήρα από πλατίνα-ιρίδιο είναι συνήθως ένα αίτημα για ηλεκτρόδιο.

Αρκετά καλά για ηλεκτρόδιο και όχι αρκετά καλά για να επιλεγεί για αγωγιμότητα. Η πλατίνα έχει ειδική αντίσταση περίπου έξι φορές μεγαλύτερη από αυτή του χαλκού, και η προσθήκη ιριδίου δεν τη βελτιώνει. Το κράμα επιλέγεται για χημική σταθερότητα, σκληρότητα και αντοχή στη φθορά, και η αγωγιμότητα είναι μια ιδιότητα που τυχαίνει να είναι επαρκής και δεν είναι ο λόγος επιλογής.

Το ιρίδιο σχηματίζει ένα πτητικό οξείδιο που φεύγει από την επιφάνεια αντί να δημιουργεί προστατευτικό στρώμα, οπότε το κράμα χάνει αργά ιρίδιο από το επιφανειακό στρώμα. Σε ένα λεπτό τμήμα αυτό εμφανίζεται ως μείωση της διάστασης και αλλαγή της σύνθεσης. Το κράμα χρησιμοποιείται θερμό σε κενό, σε αδρανές αέριο ή σε αναγωγικές συνθήκες, και ένα εξάρτημα που λειτουργεί θερμό στον αέρα πρέπει να αντιμετωπίζεται ως αναλώσιμο.

Για δύο λόγους που αθροίζονται. Το ιρίδιο είναι πολύ πιο ακριβό από την πλατίνα, οπότε το κόστος του μετάλλου αυξάνεται με το ποσοστό. Και το παράθυρο επεξεργασίας στενεύει καθώς αυξάνεται το ιρίδιο, οπότε ο αριθμός των περασμάτων έλξης μεταξύ των ανόψεων μειώνεται και η απόδοση του τελικού σύρματος μειώνεται. Το δεύτερο φαινόμενο είναι συχνά μεγαλύτερο από το πρώτο για ένα λεπτό σύρμα.

Η πλατίνα-ιρίδιο είναι ένα κράμα πλατίνας του οποίου η προδιαγραφή είναι η περιεκτικότητά του σε ιρίδιο. Στο 10% είναι αρκετά σκληρό για να αντέχει στη φθορά και αρκετά όλκιμο για να συρθεί σε σύρμα και να διαμορφωθεί σε δακτυλίους που χρειάζεται η ιατρική και η οργανολογική εργασία. Στο 20% και άνω αντέχει περαιτέρω στη διάβρωση από τόξο και στη φθορά, με κόστος ένα παράθυρο επεξεργασίας που στενεύει μέχρι η θερμή επεξεργασία να γίνει η μόνη διαδρομή.

Δύο όρια ανήκουν στην προδιαγραφή και όχι στο φυλλάδιο. Το κράμα χάνει ιρίδιο ως πτητικό οξείδιο στον αέρα πάνω από περίπου 1.000 °C, οπότε ένα θερμό εξάρτημα χρειάζεται κενό, αδρανές αέριο ή αναλώσιμη ζωή. Και η αγωγιμότητά του είναι επαρκής και όχι εξαιρετική, οπότε ένα σχέδιο που το επιλέγει για ηλεκτρική απόδοση το έχει επιλέξει για λάθος λόγο.

Δημοσιευμένα δεδομένα ιδιοτήτων για κράματα πλατίνας-ιριδίου, δίνοντας πυκνότητα 21,56 g/cm3 για την ποιότητα 10% ιριδίου, 21,61 για 20% και 21,69 για 30%, και σημείο τήξης περίπου 1.800 °C για την ποιότητα 10%.

Δημοσιευμένα δεδομένα προμηθευτή για πλατίνα 90 ιρίδιο 10, δίνοντας σκληρότητα Brinell 130 έως 190, αντοχή σε εφελκυσμό 380 έως 620 MPa, πυκνότητα 21,56 g/cm3 και σημείο τήξης περίπου 1.800 °C.

Δημοσιευμένα δεδομένα αναφοράς για το σύστημα πλατίνας-ιριδίου, δίνοντας σκληρότητα Vickers περίπου 56 για καθαρή πλατίνα, τις κοινές συνθέσεις 90:10 και 70:30, και την αύξηση της σκληρότητας που προκαλεί η προσθήκη ιριδίου.

Δημοσιευμένα δεδομένα υλικών για ιρίδιο, δίνοντας πυκνότητα 22,56 g/cm3 και σημείο τήξης περίπου 2.446 °C, ως βάση για την τάση πυκνότητας σε όλη τη σειρά κραμάτων.

Δημοσιευμένες μελέτες οξείδωσης ιριδίου και κραμάτων που περιέχουν ιρίδιο, αναφέροντας απώλεια βάρους από οξείδωση στον αέρα στους 1.000 °C και προσδιορίζοντας το πτητικό οξείδιο ως τον μηχανισμό με τον οποίο το ιρίδιο φεύγει από την επιφάνεια.

Δημοσιευμένα δεδομένα για την τάση ατμών πλατίνας, ιριδίου και ροδίου στο εύρος 1.000 έως 1.750 °C, ως βάση για τη δήλωση απώλειας σε υψηλή θερμοκρασία.

Έγγραφα ISO 5832 και ASTM F75 οικογένειας για υλικά εμφυτευμάτων, ως το γενικό πλαίσιο εντός του οποίου ένα υλικό ιατρικού ηλεκτροδίου πληροί τις προϋποθέσεις, σημειώνοντας ότι μια συγκεκριμένη ποιότητα πλατίνας-ιριδίου πληροί τις προϋποθέσεις από τον κατασκευαστή της συσκευής σύμφωνα με το ισχύον πρότυπο.

EN 10204, έγγραφα επιθεώρησης, για τον ορισμό του πιστοποιητικού 3.1 ως έγγραφο που φέρει πραγματικά αποτελέσματα δοκιμών και επικυρώνεται από τον ανεξάρτητο εκπρόσωπο επιθεώρησης του κατασκευαστή.

Οι παραπάνω συνθέσεις και τιμές ιδιοτήτων είναι δημοσιευμένες τιμές για τις ονομαζόμενες ποιότητες, και δεν αποτελούν όρια αποδοχής για μια παραδοθείσα παρτίδα. Οι ιδιότητες σκληρότητας και εφελκυσμού εξαρτώνται από την ποσότητα ψυχρής επεξεργασίας και την επεξεργασία ανόπτησης, οπότε μια τιμή που αναφέρεται για ένα σκληρότητα δεν περιγράφει μια άλλη. Η πυκνότητα είναι ιδιότητα της σύνθεσης και χρησιμοποιείται εδώ για να δείξει την τάση σε όλη τη σειρά. Η περιγραφόμενη συμπεριφορά οξείδωσης ισχύει για αέρα σε θερμοκρασία, και ο ρυθμός εξαρτάται από τη θερμοκρασία, τη ροή του αερίου και την αναλογία επιφάνειας προς όγκο του εξαρτήματος, οπότε μια θερμή εφαρμογή πρέπει να προσδιορίζεται με δοκιμή και όχι με ένα μόνο όριο θερμοκρασίας. Οι ποιότητες πλατίνας-ιριδίου για ιατρική χρήση πληρούν τις προϋποθέσεις από τον κατασκευαστή της συσκευής σύμφωνα με το ισχύον πρότυπο, και η παροχή του κράματος από μόνη της δεν αποτελεί αυτή την πληρότητα. Οι προδιαγραφές προϊόντων αναθεωρούνται, και η έκδοση που αναγράφεται στην παραγγελία υπερισχύει. Τίποτα σε αυτή τη σελίδα δεν υποκαθιστά μια μηχανική έγκριση ή τις δοκιμές πληρότητας που συμφωνούνται μεταξύ αγοραστή και προμηθευτή.