Cirkonij: legure na bazi. Svojstva, aplikacija

Rijetka, ali to je vrlo važno u mnogim dijelovima metala - cirkonij - prvi je put izoliran samo u 1824. Međutim, još uvijek je sadržavao određeni postotak drugih elemenata. Samo u 20. stoljeću bilo je moguće dobiti čistu, bez raznih aditiva cirkonij. Legure na bazi su se uspješno koristi za proizvodnju vatrostalnih, napušten, keramičke boje, brusnim papirom, tekstila, dezodorans i umjetni kamen. Naravno, ne možemo zaboraviti na veliku važnost tog metala u medicini. Naučit ćemo više o tome.

Razvoj metalurgije

Cirkonij je glavna komponenta legura za nuklearnu energiju. Ali za to je neophodno da bude što čisto od raznih nečistoća. Činjenica je da u cirkonijskim rudama ne postoji samo takav rijedak element zemlje kao što je hafnium, već i dušik, ugljik i kisik. A takve nečistoće ne-metala su prilično opasne i mogu biti uključene u sastav strukturnih materijala za nuklearne reaktore u količinama od najviše milijun postotaka. Stoga je proizvodnja čistog cirkonija i njegovih legura dugotrajan i dugotrajan proces. Prvo, koncentrat je otvoren, zatim je obogaćen, neželjene nečistoće i hafnija su odvojeni.

Čisti cirkonij izgleda poput tipičnog metala. U izgledu, vrlo je sličan čeliku, ali je izdržljiv i plastični. Naravno, u legurama koje se temelje na njemu, njegove karakteristike mogu znatno varirati ovisno o broju drugih elemenata. Na primjer, kisik (više od 0,6%) učinit će cirkonij krhkim. Ali ima i downside na kovanice: dioksida ovog metala (ZrO₂) ima talište od 2680 ° C.

Osnovni strukturni materijal

Kao što je ranije spomenuto, najširi prostor u kojem se koristi cirkonij i njegove legure je nuklearna industrija. Njihova glavna prednost je da oni imaju nisku toplinsku neutronima presjek (0.18 staja), dobra svojstva korozije i visoku točku topljenja. Tako je TVEL - je glavni element strukturni goriva nuklearnog reaktora, koji je postavljen nuklearno gorivo. Da je podjela teških jezgara, a time i goriva elemenata mora biti izrađen od izdržljivog i maksimalne vatrostalne metala, a to ne bi trebalo promijeniti prirodu apsorpciju neutrona u reaktoru.

Tako su legure cirkonija korištene za izradu njezine ljuske. Uvjeti za njih su prilično strogi. Na primjer, elemente legure ne bi trebalo pogoršati njegove karakteristike. To se posebno odnosi na mali presjek za hvatanje toplinskih neutrona. Cirkonij je legiran kako bi se suzbio štetni učinak dušika i poboljšao korozivna svojstva. Mnogi elementi periodičkog sustava Mendelejev nisu prikladni, jer oni smanjuju određene karakteristike.

Najpoznatija legura koja se koristi za izradu TVEL-a je cirkus. Njegov glavni legirani element je kositar, a pomoćne su željezo, krom i nikal. U Rusiji, najčešće za legiranje cirkonija koristi se niobium. Također ima mali presjek za hvatanje toplinskog neutrona, smanjuje apsorpciju vodika i čini samo čvrste otopine. I ovo, zauzvrat, osigurava legure visoke plastičnosti.

Doping s cirkonijem

Visoka otpornost na koroziju ovog metala objašnjava zašto se tako često koristi kao legirani element u metalurškoj željeznici i obojenoj metali. Osim toga, to je netopivo u klorovodičnoj i dušičnoj kiselini i lužinama. Dakle, višekomponentne legure cirkonija s magnezijem su vrlo popularne. Osim toga, legiranje s tim metalima povećava otpornost na djelovanje titanovih kiselina. Zirkonijeve legure s bakrom imaju visoku čvrstoću i električnu vodljivost. Vrlo često se također koristi kao aditiv u proizvodnji različitih razreda čelika. To vam omogućuje uklanjanje sumpora, dušika i kisika od njih.

Medicinska industrija

S obzirom na cirkonij i njegove legure, nemoguće je spomenuti još jedno područje njihove upotrebe. U medicinskoj industriji oni zauzimaju daleko od posljednjeg mjesta. Sve do nedavno, čelika i legure titana korištene su za izradu implantata i držača. Međutim, u nekim je slučajevima tijelo odbacilo te metale, na pozadinu od kojih je bilo alergijske reakcije. Moderna medicina koristi zirkonij i legure titana kako bi napravio spojnice, ploče, implantate, proteze i mehanizme za njihovo učvršćivanje.

Budući da ovaj metal i njegovi spojevi ne iritiraju kosti i okolna mekana tkiva, uspješno se koristi za izradu nakita. Na primjer, cirkonij naušnice ne uzrokuju alergijsku reakciju i liječe ranu na ušnoj školi, a ne gori od zlata.

Potrošnja energije

Aluminij aluminija i cirkonij ima mnoga pozitivna svojstva i stoga se uspješno koristi u energetskoj industriji. Činjenica je da čelične i bakrene žice mnogo teže, a često i stari podupirači ne podnose takvo opterećenje. Godine 1960. u Japanu jedna grupa znanstvenika izradila je niz legura aluminija i cirkonija. Utvrdili su da se takav materijal može koristiti dulje vrijeme pri visokim temperaturama (150-230 ° C), a istodobno će biti dovoljno lako. To ga omogućuje da se koristi za proizvodnju visokonaponskih žica. To povećava pouzdanost i učinkovitost električnih mreža.

Ostale primjene spojeva i legura na bazi cirkonija

U mnogim antiperspirantima u sastavu može se naći takva komponenta kao aluminij cirkonijev tetraklorhidreks. To je kemijski spoj koji apsorbira znoj i neugodan miris. Znanstvenici su otkrili da se ne apsorbira u kožu i stoga ne može donijeti ozbiljnu štetu zdravlju. Unatoč tome, u EU i SAD-u zabranjeno je aluminij-cirkonijev tetraklorhidreksiglicin.

Cirkonijev oksid se koristi za proizvodnju elektrokorunduma. Dobiva se topljenjem u kosim električnim pećima. Cirkonij elektrokorund je dovoljno jak i omogućuje obradu materijala s visokom silom prešanja. Najčešće se koristi za grubo i grubo mljevenje.

Općenito treba napomenuti da cirkonij i njegove legure imaju visoku točku topljenja, otpornost na kemijske napade, niski koeficijent toplinske ekspanzije. Zbog toga se aktivno koristi u raznim područjima.