Zirkonium: siihen perustuvat seokset. Ominaisuudet, sovellus

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 13:54

Harvinainen, mutta samalla erittäin tärkeä monilla teollisuudenaloilla metalli - zirkonium - eristettiin ensimmäisen kerran vasta vuonna 1824. Se sisälsi kuitenkin edelleen tietyn prosenttiosuuden muita elementtejä. Vasta 1900-luvulla oli mahdollista saada puhdasta zirkoniumia, joka ei sisältänyt erilaisia epäpuhtauksia. Siihen perustuvia seoksia käytetään menestyksekkäästi tulenkestävien, hioma-aineiden, keraamisten maalien, hiekkapaperin, tekstiilien, deodoranttien ja tekokivien valmistukseen. Tietenkään ei pidä unohtaa tämän metallin suurta merkitystä lääketieteessä. Lue lisää hänestä.

Metallurgian kehitys

Zirkonium on ydinvoimatekniikan metalliseosten pääkomponentti. Mutta tätä varten on välttämätöntä, että se on mahdollisimman puhdasta erilaisista epäpuhtauksista. Tosiasia on, että zirkoniummalmeissa ei ole vain sellaista harvinaista maametallia kuin hafnium, vaan myös typpeä, hiiltä ja happea. Ja tällaiset ei-metalliset epäpuhtaudet ovat melko vaarallisia, ja niitä voidaan sisällyttää ydinreaktorien rakennemateriaalien koostumukseen enintään prosentin miljoonasosalla. Siksi saada puhdasta zirkoniumia ja seoksiasen perusta on melko pitkä ja työläs prosessi. Ensin tiiviste avataan, sitten se rikastetaan, ei-toivotut epäpuhtaudet ja hafnium erotetaan.

Puhdas zirkonium näyttää tyypilliseltä metallilta. Ulkonäöltään se on hyvin samanlainen kuin teräs, mutta samalla kestävämpi ja sitkeämpi. Tietysti siihen perustuvissa seoksissa sen ominaisuudet voivat vaihdella merkittävästi muiden elementtien määrästä riippuen. Esimerkiksi happi (yli 0,6 %) tekee zirkoniumista hauraamman. Mutta on myös haittapuoli: tämän metallin dioksidin (ZrO_{2) sulamispiste on 2680 °C.}

Päärakennusmateriaali

Kuten aiemmin mainittiin, laajin alue, jolla zirkoniumia ja sen seoksia käytetään, on ydinteollisuus. Niiden tärkein etu on, että niillä on pieni lämpöneutronien sieppauspoikkileikkaus (vain 0,18 barnia), hyvät korroosio-ominaisuudet ja korkea sulamispiste. Joten TVEL on ydinreaktorin aktiivisen alueen tärkein rakentava polttoaine-elementti, johon ydinpolttoaine sijoitetaan. Siinä tapahtuu raskaiden ytimien fissio, mikä tarkoittaa, että polttoaine-elementin tulee olla kestävimmällä ja tulenkestävämmällä metallilla, eikä se saa muuttaa reaktorin neutroniabsorption luonnetta.

Joten zirkoniumseoksia käytetään sen kuoren valmistukseen. Vaatimukset niille ovat melko tiukat. Joten seosaineiden ei pitäisi huonontaa sen ominaisuuksia. Tämä koskee erityisesti pientä poikkileikkausta lämpöneutronien sieppaamiseksi. Zirkoniumia seostetaanvaimentaa typen haitallisia vaikutuksia ja parantaa sen korroosio-ominaisuuksia. Monet Mendelejevin jaksollisen järjestelmän elementit eivät sovellu, koska ne vähentävät tiettyjä ominaisuuksia.

Kuuluisin polttoainesauvojen valmistukseen käytetty seos on zirkali. Sen pääseosalkuaine on tina, ja apuaineet ovat rauta, kromi ja nikkeli. Venäjällä niobiumia käytetään useimmiten zirkoniumin seostukseen. Sillä on myös alhainen terminen neutronien sieppauspoikkileikkaus, se vähentää vedyn ottoa ja muodostaa vain kiinteitä liuoksia. Ja tämä puolestaan tarjoaa korkean sitkeyden omaavia seoksia.

Zirkoniumseos

Tämän metallin korkea korroosionkestävyys selittää, miksi sitä käytetään niin usein seosaineena rautametallien ja ei-rautametallien metallurgiassa. Lisäksi se on liukenematon kloorivety- ja typpihappoihin ja emäksiin. Siten zirkoniumin monikomponenttiset seokset magnesiumin kanssa ovat erittäin suosittuja. Lisäksi seostus tällä metallilla lisää titaanin haponkestävyyttä. Zirkoniumin ja kuparin seoksilla on korkea lujuus ja sähkönjohtavuus. Usein sitä käytetään myös lisäaineena eri teräslaatujen valmistuksessa. Näin voit poistaa niistä rikin, typen ja hapen.

Lääketieteellinen teollisuus

Kun otetaan huomioon zirkonium ja sen seokset, ei voida jättää mainitsematta vielä yhtä niiden käyttöaluetta. Lääketeollisuudessa ne ovat kaukana viimeisestä paikasta. Viime aikoina terästä jatitaaniseokset. Joissakin tapauksissa keho kuitenkin hylkäsi nämä metallit, joita vastaan ilmaantui allerginen reaktio. Nykyaikainen lääketiede käyttää zirkoniumia ja titaaniseoksia niittien, levyjen, implanttien, hammasproteesien ja niiden kiinnitysmekanismien valmistukseen.

Koska tämä metalli ja sen yhdisteet eivät ärsytä luita ja ympäröiviä pehmytkudoksia, sitä on käytetty menestyksekkäästi korujen valmistuksessa. Esimerkiksi zirkoniumkorvakorut eivät aiheuta allergista reaktiota ja parantavat korvalehteen haavaa kultaakaan huonommin.

Virrankulutus

Alumiinin ja zirkoniumin seoksella on monia myönteisiä ominaisuuksia, ja siksi sitä käytetään menestyksekkäästi energiateollisuudessa. Tosiasia on, että teräs- ja kuparilangat painavat melko paljon, ja usein vanhat tuet eivät kestä tällaista kuormaa. Vuonna 1960 Japanissa tiedemiesryhmä valmisti sarjan alumiinin ja zirkoniumin seoksia. He päättivät, että tällaista materiaalia voidaan käyttää pitkään korkeissa lämpötiloissa (150-230 ° C) ja samalla se on melko kevyt. Tämä mahdollistaa sen käytön korkean lämpötilan johtojen valmistukseen. Tämä lisää sähköverkkojen luotettavuutta ja tehokkuutta.

Muut sovellukset zirkoniumyhdisteille ja -seoksille

Monissa antiperspiranteissa on sellainen ainesosa kuin Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. Se on kemiallinen yhdiste, joka imee hikeä ja sen hajua. Tiedemiehet ovat havainneet, että se ei oleimeytyy ihoon eivätkä siksi voi aiheuttaa vakavaa haittaa terveydelle. Tästä huolimatta alumiini-zirkonium-tetrakloorihydreksglysiini on kielletty EU:ssa ja Yhdysvalloissa.

Zirkoniumoksidia käytetään elektrokorundin valmistukseen. Sitä saadaan sulattamalla kallistettavissa sähköuuneissa. Zirkonium elektrokorundi osoittautuu melko vahvaksi ja mahdollistaa materiaalien käsittelyn suurella puristusvoimalla. Useimmiten sitä käytetään karkeaan ja karkeaan hiontaan.

Yleensä on huomattava, että zirkoniumilla ja sen seoksilla on korkea sulamispiste, kemiallinen kestävyys ja alhainen lämpölaajenemiskerroin. Tästä syystä sitä käytetään aktiivisesti monilla eri aloilla.