Металлический галлий Гл-0

Предлагаем металлический галлий Гл-0, оформите запрос.

Галлий (Ga) — мягкий серебристо-белый металл с характерным голубоватым оттенком, относящийся к III группе периодической системы (атомный номер 31, атомная масса 69,723). По химическому поведению галлий является амфотерным элементом: реагирует как с кислотами, так и со щелочами. В промышленности металлический галлий выпускают преимущественно из алюминиевого и цинкового сырья — как попутный продукт переработки бокситов и цинковых руд. Галлий — типичный рассеянный элемент, его среднее содержание в земной коре составляет около 1,5·10⁻³ % по массе.

Физические свойства металлического галлия

Температура плавления галлия составляет 29,76 °C — слиток буквально тает в руках. При этом температура кипения достигает 2205 °C (по ГОСТ 12797-77). Разница между температурами плавления и кипения — около 2175 °C — является одним из самых широких температурных интервалов жидкого состояния среди всех химических элементов. Именно это свойство позволяет применять галлий в высокотемпературных кварцевых термометрах взамен ртути.

Плотность твёрдого галлия при 20 °C составляет 5,904 г/см³, а жидкого (при температуре плавления) — 6,095 г/см³. При затвердевании объём галлия увеличивается примерно на 3,1 %, подобно воде, висмуту и кремнию. Это свойство требует особого внимания при выборе тары: ёмкость может разрушиться при кристаллизации находящегося в ней галлия.

Жидкий галлий при комнатной температуре обладает низким давлением пара (до 1100–1200 °C), что делает его пригодным для использования в вакуумных системах. Галлий склонен к значительному переохлаждению — будучи расплавлен и вновь охлаждён ниже точки плавления, может оставаться жидким длительное время без кристаллизации.

Марки технического галлия по ГОСТ 12797-77

Технический галлий по ГОСТ 12797-77 выпускается двух марок — Гл-0 и Гл-1. Стандарт распространяется на технический галлий, применяемый как исходное сырьё для получения галлия высокой чистоты и для других целей.

Химический состав марок Гл-0 и Гл-1

Массовая доля основного элемента определяется условно — по разности между 100 % и суммой контролируемых примесей. Контролируемыми примесями являются: Fe, Cu, Ni, Si, Zn, Pb, Sn, Mg, Al и другие элементы.

По ГОСТ 12797-77 технический галлий выпускается в виде слитков цилиндрической формы. Стандартная масса слитка — от 100 до 1000 г. Слитки массой до 5000 г изготавливаются по требованию потребителя. Поверхность галлия должна иметь металлический блеск, без шлаковых и посторонних включений.

Технический галлий марок Гл-0 и Гл-1 широко используется в качестве исходного сырья для получения галлия высокой чистоты методами зонной плавки и направленной кристаллизации.

Галлий высокой чистоты (ТУ 48-4-350-84)

Для полупроводниковой промышленности, лазерной техники и научных исследований выпускается галлий повышенной и высокой чистоты. Обозначения чистоты приняты по системе «N» (от англ. nines — «девятки»):

Галлий чистотой 6N и 7N применяется для выращивания монокристаллов арсенида галлия, нитрида галлия и других полупроводниковых соединений группы A³B⁵. Требования к чистоте исходного галлия для оптоэлектронных устройств (светодиодов, лазерных диодов, фотоприёмников) — не ниже 6N; для полуизолирующих подложек интегральных схем — 7N.

Арсенид галлия и полупроводниковые соединения

Арсенид галлия (GaAs) — полупроводниковое соединение с прямой запрещённой зоной и структурой цинковой обманки. GaAs обладает более высокой подвижностью электронов по сравнению с кремнием, что позволяет создавать на его основе транзисторы, работающие на частотах свыше 250 ГГц. Полупроводниковые соединения на основе галлия — GaAs и нитрид галлия GaN — составляют основную долю мирового потребления галлия.

Области применения арсенида галлия: монолитные СВЧ-интегральные схемы (MMIC), инфракрасные и лазерные диоды, фотоприёмники, высокоэффективные фотоэлементы для солнечных батарей. Нитрид галлия (GaN) используется в силовой электронике, базовых станциях 5G и светоизлучающих диодах синего и фиолетового спектра.

Помимо GaAs и GaN, промышленность выпускает фосфид галлия (GaP), антимонид галлия (GaSb), а также тройные и четверные соединения: арсенид галлия-индия (InGaAs), AlGaAs, InGaAsP. Эти соединения получают методами молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (MOCVD).

Сплавы и припои на основе галлия

Низкая температура плавления галлия делает его ценным компонентом легкоплавких сплавов. Наиболее известен галинстан — эвтектический сплав галлия, индия и олова с температурой плавления около −19 °C, применяемый как нетоксичная замена ртути в термометрах и теплоотводящих системах.

Галлиевые сплавы с медью, серебром, золотом и никелем применяются в качестве припоев для соединения металлов, стекла и керамики. Галлиевые припои позволяют вести бесфлюсовую низкотемпературную пайку при комнатных и близких к ним температурах. Галлиевая паста — готовая к применению форма такого припоя — обеспечивает формирование соединения без дополнительного нагрева.

Следует учитывать, что жидкий галлий агрессивен по отношению к большинству конструкционных металлов, в особенности — к алюминию и его сплавам. Галлий вызывает межкристаллитное охрупчивание алюминиевых сплавов (эффект Ребиндера), что исключает их контакт.

Требования безопасности при работе с галлием

Согласно ГОСТ 12797-77, металлический галлий является пожаровзрывобезопасным веществом. Класс опасности — 3 (умеренно опасные вещества) по ГОСТ 12.1.007-76. Предельно допустимая концентрация оксида галлия в воздухе рабочей зоны — 3 мг/м³.

Галлий и его соединения при хроническом воздействии влияют на нервную систему, желудочно-кишечный тракт, паренхиматозные органы и минеральный обмен. Производственные помещения должны быть оборудованы общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией (ГОСТ 12.4.021-75). Места выгрузки, расфасовки и отбора проб оборудуются местной вытяжной вентиляцией. При работе с галлием используют средства индивидуальной защиты, исключающие контакт с кожей.

Упаковка и хранение

Слитки галлия упаковывают в двойные пакеты из полиэтиленовой плёнки, которые заваривают. Для марки Гл-0 плёнку предварительно протирают тампоном, смоченным этиловым спиртом, для исключения загрязнений. Хранить галлий необходимо в закрытых помещениях в упаковке при температуре не выше 25 °C — во избежание расплавления и нарушения герметичности.

Формы поставки галлия

Металлический галлий поставляется в виде слитков цилиндрической формы (основная форма по ГОСТ 12797-77). Также доступны прутки, листы, фольга и проволока. Конкретные параметры поставки определяются требованиями потребителя.

Приведём ниже на галлий ТУ 48-4-350-84 (ТУ 48-4-350-75).