Металлический индий Ин00

Индий — мягкий, ковкий, легкоплавкий металл серебристо-белого цвета с характерным блеском. Химический элемент 13-й группы (IIIA) периодической системы, атомный номер 49, атомная масса 114,818. Относится к редким рассеянным элементам: содержание в земной коре составляет около 1,4·10⁻⁵ % по массе. Собственных промышленных месторождений индий не образует — его извлекают как попутный компонент при переработке цинковых, свинцово-цинковых и оловянных руд. Основными минералами-носителями являются сфалерит, халькопирит и касситерит.

По своим химическим свойствам индий близок к алюминию и галлию, по внешнему виду напоминает цинк. Металл настолько мягок, что легко царапается ногтем и оставляет серый след на бумаге (твёрдость по шкале Мооса около 1,2). При сгибании индиевого прутка слышен характерный «крик» — звук, обусловленный сдвигом кристаллических плоскостей.

Физические свойства металлического индия

Индий обладает набором физических характеристик, определяющих его промышленную ценность. Ниже приведены основные параметры для чистого металла при нормальных условиях.

Точка плавления индия (156,5985 °C) является одной из определяющих фиксированных точек Международной температурной шкалы ITS-90, что подчёркивает высокую стабильность и воспроизводимость этого параметра. Металл остаётся жидким в очень широком интервале — почти 1916 °C между точками плавления и кипения.

Химические свойства индия первичного

Индий устойчив и не тускнеет на воздухе при комнатной температуре. На поверхности металла образуется тонкая оксидная плёнка, предохраняющая от дальнейшего окисления. При нагревании выше 800 °C индий сгорает фиолетово-синим пламенем с образованием оксида In₂O₃.

Наиболее устойчивая степень окисления — +3, редко встречаются +1 и +2. Индий растворяется в соляной и серной кислотах, значительно быстрее — в азотной и хлорной. С плавиковой кислотой реагирует медленно и лишь при нагревании. Органические кислоты (муравьиная, уксусная, щавелевая) постепенно растворяют металл. Со щелочами при обычных условиях не взаимодействует. При комнатной температуре реагирует с хлором и бромом, при нагревании — с йодом и кислородом.

Марки индия по ГОСТ 10297-94

Действующий межгосударственный стандарт ГОСТ 10297-94 «Индий. Технические условия» распространяется на индий высокой чистоты и технический в слитках, пирамидах и прутках. Стандарт предусматривает пять марок, различающихся массовой долей основного вещества и допустимым содержанием примесей.

Массовую долю индия определяют по разности 100 % и суммы нормируемых примесей. В качестве примесей нормируются: алюминий, висмут, галлий, железо, кадмий, магний, марганец, медь, мышьяк, никель, олово, ртуть, свинец, селен, сера, серебро, таллий, теллур, цинк. Химический состав определяют по ГОСТ 12645.0 — ГОСТ 12645.13.

Для марок Ин0000 и Ин000 периодический контроль массовых долей ряда примесей проводят не реже одного раза в квартал. Для остальных марок контроль химического состава выполняют от каждой партии.

Формы поставки индия в слитках и прутках

Металлический индий поставляют в нескольких стандартных формах, выбор которых зависит от марки и требований потребителя.

Слитки и пирамиды

Это основные формы поставки для всех марок. Масса слитков и пирамид зависит от чистоты металла: для высокочистых марок Ин0000 и Ин000 — от 0,05 до 1 кг, для марок Ин00, Ин0 и Ин2 — не более 3 кг. По согласованию с потребителем допускается поставка Ин0000 от 20 до 50 г. Поверхность слитков и пирамид должна быть без посторонних включений; допускаются усадочные раковины и неровности.

Прутки и слитки цилиндрической формы

По требованию потребителей индий марки Ин00 поставляют в виде прутков диаметром 21–25 мм, длиной 50–70 мм, а также слитков цилиндрической формы диаметром 22–24 мм, длиной 63–67 мм (или диаметром 21–25 мм, длиной 50–70 мм). Эти формы удобны для последующей обработки давлением.

Слитки по методу Чохральского

Индий марки Ин000 дополнительно поставляют в виде слитков, полученных вытягиванием по методу Чохральского, массой не более 2,5 кг. Этот метод обеспечивает высокую однородность кристаллической структуры, что критично для полупроводниковых применений.

Проволока индиевая

Индиевая проволока изготавливается из слитков обработкой давлением (экструзией). Типичный диапазон диаметров — от 0,5 до 6 мм. Проволока применяется в микроэлектронике, вакуумной технике (уплотнительные кольца и прокладки) и в качестве компонента припоев. Поставляется на пластиковых катушках в герметично запаянных полиэтиленовых пакетах.

Фольга и лента индиевая

Индиевая фольга и лента производятся прокаткой. Используются для уплотнения и герметизации в вакуумной технике, в криогенных установках, а также как детекторы в ядерной физике. Благодаря высокой пластичности индиевая фольга обеспечивает надёжное уплотнение фланцевых соединений даже при низких температурах.

Упаковка, маркировка и хранение

Каждый слиток марок Ин0000 и Ин000 упаковывают в индивидуальный пакет из полиэтиленовой плёнки и заваривают. Обозначения (марка, масса слитка, дата изготовления) указываются на ярлыке. Слитки марок Ин00, Ин0 и Ин2 маркируют непосредственно знаком предприятия-изготовителя, маркой индия и номером партии. В каждый полиэтиленовый пакет вкладывают не более двух слитков. Слитки марки Ин2 допускается упаковывать в парафинированную бумагу. Упакованный индий поставляют в деревянных ящиках.

Каждая партия сопровождается документом о качестве, содержащим наименование предприятия-изготовителя, марку индия, номер партии, массу нетто, результаты анализа химического состава и дату изготовления. Для контроля массы и химического состава от каждой партии отбирают 30 % слитков, пирамид или прутков.

Применение индия в промышленности

Области применения индия определяются его физико-химическими свойствами: низкой температурой плавления, высокой пластичностью, устойчивостью к коррозии и способностью образовывать полупроводниковые соединения.

Производство прозрачных проводящих покрытий (ITO)

Основная область потребления индия в мировой промышленности — производство оксида индия, легированного оловом (ITO — Indium Tin Oxide). Этот полупроводниковый материал (типичный состав: 90 % In₂O₃ и 10 % SnO₂) обладает одновременно прозрачностью в видимом диапазоне и электропроводностью. ITO-покрытия применяются в жидкокристаллических дисплеях, сенсорных экранах, солнечных элементах, органических светодиодах (OLED), антистатических покрытиях и обогреваемых ветровых стёклах.

Полупроводниковые соединения индия

Соединения индия с элементами V группы — антимонид (InSb), фосфид (InP), арсенид (InAs), нитрид (InN) — являются полупроводниками и широко применяются в электронике и оптоэлектронике. Антимонид индия используется в инфракрасных детекторах и датчиках Холла. Фосфид индия — основа волоконно-оптических лазеров и фотоприёмников для телекоммуникационного диапазона. Тройные и четверные соединения (InGaAs, InGaP, InGaN) применяются в светодиодах, лазерных диодах и высокочастотных транзисторах.

Индий высокой чистоты (марка Ин0000, 6N) используется как акцепторная легирующая примесь в германии и кремнии для создания дырочной проводимости p-типа.

Легкоплавкие сплавы и припои

Индий входит в состав ряда легкоплавких сплавов совместно с висмутом, свинцом, оловом и кадмием. Некоторые из таких сплавов плавятся при температуре ниже 100 °C и применяются в автоматических противопожарных системах (спринклерах), термостатах, плавких предохранителях и как модельные материалы. Индийсодержащие припои обеспечивают хорошее смачивание и низкую температуру пайки, что важно при монтаже термочувствительных электронных компонентов.

Покрытие подшипников и зеркал

Индиевое покрытие подшипников скольжения повышает их коррозионную стойкость к продуктам окисления смазочных масел и снижает коэффициент трения. Этот метод применяется в двигателях внутреннего сгорания и авиационных моторах. Индий также используется для покрытия зеркал — он равномерно отражает свет всех длин волн видимого спектра и не тускнеет со временем, в отличие от серебра.

Вакуумная техника и герметизация

Благодаря высокой пластичности и низкому давлению насыщенных паров индий широко применяется в технике высокого вакуума. Индиевые прокладки и уплотнительные кольца обеспечивают герметичность фланцевых соединений в криогенном оборудовании, ускорителях элементарных частиц и при герметизации космических аппаратов.

Атомная энергетика

Индий обладает высоким сечением захвата тепловых нейтронов, что позволяет использовать его в управляющих стержнях ядерных реакторов (в составе сплавов). Индиевая фольга служит детектором-активатором для измерения плотности потока нейтронов и их энергетического спектра.

Природный изотопный состав

Природный индий состоит из двух изотопов: стабильного ¹¹³In (4,29 %) и слаборадиоактивного ¹¹⁵In (95,71 %). Изотоп ¹¹⁵In является β⁻-излучателем с периодом полураспада 4,41·10¹⁴ лет, что практически не создаёт радиационной опасности при обычном обращении с металлом.

Требования безопасности при работе с индием

Требования безопасности при работе с индием у изготовителя и потребителя определяются технологической документацией в соответствии с ГОСТ 12.3.002 и ГОСТ 3.1120. Металлический индий при комнатной температуре устойчив и не выделяет токсичных паров. Основную опасность представляют растворимые соли индия при попадании внутрь организма. При механической обработке (резка, прессование) следует соблюдать стандартные меры защиты, предусмотренные для работы с цветными металлами.