Slitiny zirkonia: složení, vlastnosti, aplikace

Použití slitiny zirkonia je nyní poměrně rozšířené v medicíně a jaderné energii. V jiných průmyslových odvětvích se tento materiál používá také s menším podílem. Za zmínku stojí, že popularita byla získána různými slitinami z této suroviny. Samotné zirkonium se nestalo populárním materiálem, protože jeho vlastnosti jsou mnohem horší než přímo ze slitiny stejného kovu.

Obecné informace

Zirkonium (Zr) je prvek periodické tabulky, jejíž atomové číslo je 40 a její atomová hmotnost je 91,22. Za normálních podmínek a za normálních podmínek je tento materiál lesklý kov se stříbřitě bílou barvou. Hustota těchto surovin dosahuje 6,45 g / cm³. Tento čistý kov, který neobsahuje žádné nečistoty, se vyznačuje tím, že má velmi vysokou plastičnost a je velmi snadné ošetřit jak studené, tak horké. Zde stojí za zmínku tato surovina, například titan, dramaticky ztratí své mechanické vlastnosti, pokud je kombinován s nečistotami nekovových látek. Nejhorší sloučeninou je zirkon a kyslík.

Vlastnosti materiálu a slitin

Zirkonium samotné se vyznačuje skutečností, že má poměrně vysokou odolnost vůči různým kyselinám. Tato surovina není rozpustná v takovém prostředí, jako je kyselina dusičná a kyselina chlorovodíková nebo kyselina alkalická. Tato charakteristika je klíčová. Na jejím základě vzniká mnoho slitin zirkonia. Pokud například vezmeme vícesložkové slitiny hořčíku a přidáme k nim prvek, jako je zirkonium, materiál bude mnohem odolnější vůči korozi. Pokud vytvoříte slitinu titanu a zirkonu, zvyšuje se odolnost vůči kyselinám v prvním prvku.

Je také třeba poznamenat, že všechny slitiny zirkonia s jinými kovy, se vyznačují tím, že neztrácejí viskozitu v širokém rozmezí teplot, odolnost proti nárazu mechanické namáhání je zachována na velmi vysoké úrovni. Dá se ukázat příklad slitiny hořčíku s několika procenty zinku a jen několik desetin procent zirkonia. Výsledný kov bude téměř dvakrát tak silný jako jednoduchý hořčík a bude také schopen udržet svou pevnost při teplotách až 200 stupňů Celsia.

Popis vlastností

Slitiny zirkonia nejčastěji používané v oblastech, jako jsou pláště TVEL, potrubí palivových kanálů, různé palivové sestavy. Zirkonium je samo o sobě charakterizováno skutečností, že průřez absorpce neutronů je poměrně nízký. Na tomto indikátoru je druhá pouze na látky jako je hořčík a berýlium. Teplota tání zirkonia je navíc velmi vysoká.

Zirkonia slitiny se používají v různých průmyslových odvětvích, se vyznačují tím, že mají velmi vysokou odolnost proti korozi v směsi voda-pára, v nasycené a přehřáté páry na teplotu přibližně 350 až 360 stupňů Celsia. Také stojí za zmínku, je skutečnost, že v blízké budoucnosti se očekává, že tento teplotní limit se zvýší na vyšší hodnoty.

Parametry slitiny

Vlastnosti slitin zirkonia v mechanické stability je poměrně vysoká, což není čistý zirkonia. To je dosaženo tím, že dopuje vysoce pevného materiálu. Například, taková slitina niobu (Nb) a 1% zirkonia (Zr), se vyznačuje tím, že mez kluzu materiálu při teplotách 20, 200, 300 a 400 ° C, se rovná 200, 160, 120 a 90 MPa. Tato slitina je široce používán pro paliva opláštění. A, například změnou složení slitiny zirkonia s niobem, tj. Zvýšení obsahu zirkonia do 2,5%, mez kluzu stoupat 280, 220, 200 a 180 MPa, při stejných teplotách.

Tyto materiály mají však své nevýhody. Nevýhodou je skutečnost, že slitina se zirkonem je příliš hrůzná, když teplota dosahuje 320-350 stupňů Celsia a výše. Další nevýhodou je to, že Zr aktivně rozpouští vodík, který se často vyskytuje v procesu koroze. Z tohoto důvodu bude tvořit látky, jako je hydrid zirkonu, což výrazně snižuje tažnost suroviny, čímž se kovový křehčí.

Zirkonium v ​​medicíně

Zirkonové slitiny v medicíně se používají velmi aktivně. Vědci prostřednictvím experimentů zjistili, že dokonce i na sobě jednoduché zirkonové náramky může pomoci při léčbě některých onemocnění a také může zvýšit celkovou úroveň pohody osoby.

Dnes se implantáty (fixátory) často používají v oblastech lékařství jako traumatologie a maxilofaciální chirurgie. Fixátory se používají ke zlomeninám a fixují kosti tak, aby se nehýbaly. V těchto případech je možné přidělit takové výhody slitiny zirkonu, jako jsou například: vysoké biokompatibility (s odkazem na nedostatek alergických reakcí na lidské tělo takové slitiny nebo zamítnutí), vysoké pevnostní vlastnosti slitiny, která je pro svorky velmi důležité. Stojí za zmínku, je také to, že absence odmítnutí nebo alergie na látky vedlo k tomu, že není třeba znovu provést operaci extrahovat pojistku, když se náhle tělo začne odmítnutí implantátu.

Zirkonium v ​​jaderné energetice

Až do padesátých let minulého století se věřilo, že zirkonium není vhodné pro použití v této oblasti. Bylo to však v 50. letech. poprvé byl získán materiál, který byl zcela vyčištěn z nečistot, jako je hafnium. Po čištění se ukázalo, že čistý zirkon má velmi malý průřez pro absorpci tepelných neutronů. Právě tato kvalita se stala hlavní a umožnila použití slitin zirkonia v jaderné energetice.

Je třeba dodat, že nebylo možné použít jednoduše vyčištěné zirkonium, protože odolnost vůči korozi byla příliš nízká v horké vodě. Poté bylo rozhodnuto použít slitiny na bázi zirkonu. Při použití v reaktorech s parní vodní chladicí kapalinou i v jiných podobných agresivních prostředích se osvědčili.

Obecná aplikace slitin

Zirkonium je široce používán jako legující prvek. To je způsobeno skutečností, že kovy, ke kterým je tato látka přidávána, jsou odolnější vůči teplu, kyselinám, atd. To znamená, že slitina kovu a zirkonu je mnohem vyšší ve svých vlastnostech počátečních surovin.

Ferozirconium je široce používán. Jedná se o slitinu zirkonia se železem. Obsah slitinový prvek Zr dosahuje 20% celkové hmotnosti. Používá se v metalurgii jako deoxidátor a odplyňovač pro ocel. Slitiny hliníku a zirkonu, například, jsou považovány za nejvíce odolné proti korozi a jsou používány v katodových sítí pro vakuové trubice. Obsah Zr v takové slitině nepřesahuje 3% celkové hmotnosti.

V železné metalurgii se kromě ferozirkonu často používá Zr a křemík. Naneste ho na odplynění oceli. Široce používaná slitina mědi a zirkonu pro výrobu vodivých prvků pro elektrická zařízení.

Hledání zirkonia

Je třeba poznamenat, že zirkonium je poměrně slabě distribuovaný prvek. Obsah této látky v zemské kůře nepřesahuje 0,025% hmotnostních. V tabulce prevalence kovů zirkonium zaujímá dvanáctý řádek. Tato surovina je poměrně silně rozprašována, a proto je velmi obtížné ji najít i v případě velkých nánosů. Nejčastěji se vyskytuje jako chemická sloučenina umístěná v litosféře, protože samotné zirkonium je litofilní prvek.