Цирконий: сплави на негова основа. Свойства, приложение

2025 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2025-01-24 13:12

Рядък, но в същото време много важен в много индустрии, металът - цирконий - е изолиран за първи път едва през 1824 г. Въпреки това, той все още съдържа известен процент от други елементи. Едва през 20-ти век е възможно да се получи чист цирконий, без различни примеси. Сплавите на негова основа се използват успешно за производството на огнеупорни материали, абразиви, керамични бои, шкурка, текстил, дезодоранти и изкуствени камъни. Разбира се, не трябва да се забравя за голямото значение на този метал в медицината. Научете повече за него.

Развитие на металургията

Цирконият е основният компонент на сплавите за ядрената енергетика. Но за това е необходимо той да бъде възможно най-чист от различни примеси. Факт е, че в циркониевите руди има не само такъв рядкоземен елемент като хафний, но и азот, въглерод и кислород. И такива неметални примеси са доста опасни и могат да бъдат включени в състава на структурните материали за ядрени реактори в количество не повече от милионни от процента. Следователно, получаване на чист цирконий и сплави наосновата му е доста дълъг и трудоемък процес. Първо се отваря концентратът, след това се обогатява, отделят се нежеланите примеси и хафний.

Чистият цирконий изглежда като типичен метал. На външен вид е много подобен на стоманата, но в същото време по-издръжлив и пластичен. Разбира се, в сплавите на негова основа неговите характеристики могат да варират значително в зависимост от количеството на други елементи. Например кислородът (повече от 0,6%) ще направи циркония по-крехък. Но има и недостатък: диоксидът на този метал (ZrO_{2) има точка на топене от 2680 °C.}

Основен строителен материал

Както споменахме по-рано, най-широката област, където се използва цирконий и неговите сплави, е ядрената индустрия. Основното им предимство е, че имат малко напречно сечение на улавяне на топлинни неутрони (само 0,18 барн), добри корозионни свойства и висока точка на топене. И така, ТВЕЛ е основният конструктивен горивен елемент на активната зона на ядрен реактор, в който се поставя ядрено гориво. Именно в него се случва деленето на тежки ядра, което означава, че горивният елемент трябва да бъде направен от най-издръжливия и огнеупорен метал и не трябва да променя характера на абсорбцията на неутрони в реактора..

И така, циркониеви сплави се използват за направата на обвивката му. Изискванията към тях са доста строги. Така че легиращите елементи не трябва да влошават неговите характеристики. По-специално, това се отнася до малкото напречно сечение за улавяне на топлинни неутрони. Цирконият се легира с целпотискат вредното въздействие на азота и подобряват неговите корозионни свойства. Много елементи от периодичната система на Менделеев не са подходящи, тъй като намаляват определени характеристики.

Най-известната сплав, използвана за направата на горивни пръти, е циркалоят. Основният му легиращ елемент е калай, а спомагателните елементи са желязо, хром и никел. В Русия най-често ниобият се използва за легиране на цирконий. Той също така има ниско напречно сечение на улавяне на топлинни неутрони, намалява поглъщането на водород и образува само твърди разтвори. А това от своя страна осигурява сплави с висока пластичност.

Циркониево легиране

Високата устойчивост на корозия на този метал обяснява защо той толкова често се използва като легиращ елемент в черната и цветната металургия. Освен това е неразтворим в солна и азотна киселини и основи. По този начин многокомпонентните сплави на цирконий с магнезий са много популярни. Освен това легирането с този метал повишава киселинната устойчивост на титана. Сплавите от цирконий с мед имат висока якост и електрическа проводимост. Доста често се използва и като добавка при производството на различни марки стомана. Това ви позволява да премахнете сярата, азота и кислорода от тях.

Медицинска индустрия

Като се има предвид циркония и неговите сплави, не може да не се спомене още една област на тяхното използване. В медицинската индустрия те заемат далеч от последното място. Съвсем наскоро стомана ититаниеви сплави. Въпреки това, в някои случаи тялото отхвърля тези метали, срещу което се появява алергична реакция. Съвременната медицина използва циркониеви и титаниеви сплави за производството на скоби, пластини, импланти, протези и техните механизми за фиксиране.

Тъй като този метал и неговите съединения не дразнят костите и околните меки тъкани, той е успешно използван в производството на бижута. Например, циркониевите обеци не предизвикват алергична реакция и лекуват рана на ушната мида не по-лошо от златото.

консумация на енергия

Сплав от алуминий и цирконий има много положителни характеристики и затова се използва успешно в енергийната индустрия. Факт е, че стоманените и медните проводници тежат доста и често старите опори не могат да издържат на такова натоварване. През 1960 г. в Япония група учени произвеждат серия от сплави от алуминий и цирконий. Те определиха, че такъв материал може да се използва дълго време при високи температури (150-230 ° C) и в същото време ще бъде доста лек. Това позволява да се използва за производството на високотемпературни проводници. Това повишава надеждността и ефективността на електрическите мрежи.

Други приложения за циркониеви съединения и сплави

В много антиперспиранти можете да намерите компонент като алуминиев цирконий тетрахлорохидрекс. Това е химично съединение, което абсорбира потта и нейната миризма. Учените са установили, че не е такаабсорбира се в кожата и следователно не може да причини сериозна вреда на здравето. Въпреки това, алуминий-цирконий-тетрахлорхидроксиглицин е забранен в ЕС и САЩ.

Циркониев оксид се използва за направата на електрокорунд. Получава се чрез топене в накланящи се електрически пещи. Циркониевият електрокорунд се оказва доста здрав и позволява обработка на материали с голяма сила на затягане. Най-често се използва за грубо и грубо шлайфане.

Като цяло трябва да се отбележи, че цирконият и неговите сплави имат висока точка на топене, химическа устойчивост и нисък коефициент на термично разширение. Поради тази причина той се използва активно в голямо разнообразие от области.