Zirkonium: slitiny na něm založené. Vlastnosti, aplikace

Vzácný, ale velmi důležitý v mnoha průmyslových odvětvích, kov - zirkonium - byl poprvé izolován až v roce 1824. Obsahoval však ještě určité procento dalších prvků. Teprve v 20. století bylo možné získat čistotu, bez různých příměsí zirkonia. Slitiny, které jsou na něm založeny, se úspěšně používají při výrobě žáruvzdorných, brusných, keramických, brusných, textilních, deodorantů a umělých kamínků. Samozřejmě, nemůžeme zapomenout na vysokou důležitost tohoto kovu v medicíně. Dozvíme se více o tom.

Vývoj hutnictví

Zirkonium je hlavní složkou slitin pro jadernou energii. K tomu je však nutné, aby byl co nejčistší z různých nečistot. Faktem je, že v zirkoniových rudách není jen takový vzácný zemský prvek jako hafnium, ale také dusík, uhlík a kyslík. A takové nečistoty z nekovů jsou poměrně nebezpečné a mohou být zahrnuty do složení strukturálních materiálů pro jaderné reaktory v množství ne více než milionu procentních procent. Proto výroba čistého zirkonia a jeho slitin je dlouhý a časově náročný proces. Nejprve se koncentrát otevře, potom se obohatí, nežádoucí nečistoty a hafnium se oddělí.

Čiré zirkonium vypadá jako typický kov. Ve vzhledu je velmi podobná oceli, ale je odolnější a plastová. Samozřejmě ve svých slitinách se jeho charakteristiky mohou značně lišit v závislosti na počtu dalších prvků. Například kyslík (více než 0,6%) způsobí, že zirkonium bude křehčí. Existuje však také nevýhoda mince: oxid tohoto kovu (ZrO₂) má teplotu tání 2680 ° C.

Základní konstrukční materiál

Jak již bylo řečeno, nejrozšířenější oblastí, kde se zirkonium a jeho slitiny používají, je jaderný průmysl. Jejich hlavní výhodou je, že mají malý průřez pro zachycení tepelných neutronů (pouze 0,18 barn), dobré korozní vlastnosti a vysoký bod tání. TVEL je tedy hlavní konstrukční palivový prvek jádra jaderného reaktoru, do kterého je umístěn jaderné palivo. V tom spočívá štěpení těžkých jader, což znamená, že TVEL by měl být vyroben z nejtvrdšího a odolnějšího kovu a neměl by měnit charakter absorpce neutronů v reaktoru.

Takto slitiny zirkonia se používají k vytváření skořápky. Požadavky na ně jsou zcela přísné. Například, legujících prvků by neměla zhoršovat jeho vlastnosti. To se týká zejména malého průřezu pro zachycení tepelných neutronů. Zirkonium je legováno tak, aby potlačovalo škodlivý účinek dusíku a zlepšilo jeho korozní vlastnosti. Mnoho prvků periodického systému Mendeleyev není vhodné, protože snižují určité vlastnosti.

Nejznámější slitinou, kterou používá TVEL, je cirkus. Jeho hlavním legujícím prvkem je cín, pomocné jsou železo, chrom a nikl. V Rusku, nejčastěji pro legování zirkonu niob. Má také malý průřez pro zachycení tepelných neutronů, snižuje absorpci vodíku a vytváří pouze pevné roztoky. A to zase poskytuje slitiny s vysokou plasticitou.

Doping se zirkonem

Vysoká odolnost tohoto kovu proti korozi vysvětluje, proč je tak často používán jako legovací prvek v metalurgii železa a neželezných kovů. Kromě toho je nerozpustný v kyselinách chlorovodíkové a dusičné a v zásadách. Takže vícesložkové slitiny zirkonia s hořčíkem jsou velmi oblíbené. Kromě toho legování s tímto kovem zvyšuje odolnost vůči působení kyselin titanu. Slitiny zirkonia s mědí mají vysokou pevnost a elektrickou vodivost. Docela často se používá jako přísada při výrobě různých druhů oceli. To vám umožní odstranit síru, dusík a kyslík z nich.

Lékařský průmysl

Vzhledem k zirkonu a jeho slitinům je nemožné nezmínit jinou oblast jejich použití. V lékařském průmyslu zaujímají daleko od posledního místa. Až donedávna byla pro výrobu implantátů a držáků použita ocel a slitiny titanu. V některých případech však tělo odmítlo tyto kovy, na pozadí kterých došlo k alergické reakci. Moderní medicína používá zirkon a slitiny titanu pro výrobu spon, desek, implantátů, zubních protéz a mechanismů pro jejich fixaci.

Vzhledem k tomu, že tento kov a jeho sloučeniny nedráždí kosti a okolní měkké tkáně, úspěšně se používá k výrobě šperků. Takže například náušnice zirkonia nezpůsobují alergickou reakci a uzdravují ránu na laloku o něco horší než zlato.

Spotřeba energie

Slitina hliníku a zirkonu má mnoho pozitivních vlastností a je proto úspěšně používána v energetice. Skutečnost je, že ocelový a měděný drát váží hodně a často staré podpěry nevydržují takové zatížení. V roce 1960 v Japonsku vytvořila skupina vědců řadu slitin hliníku a zirkonu. Zjistili, že takový materiál může být dlouhodobě používán při vysokých teplotách (150-230 ° C) a současně bude dost snadný. To umožňuje použití pro výrobu vysokoteplotních vodičů. To zvyšuje spolehlivost a účinnost elektrických sítí.

Další aplikace sloučenin a slitin na bázi zirkonu

V mnoha antiperspirantech v kompozici lze nalézt takovou složku, jako je aluminium zirkonium tetrachlorohydrex. Je to chemická sloučenina, která pohlcuje pot a jeho nepříjemný zápach. Vědci zjistili, že nejsou absorbovány do pokožky, a proto nemohou vážně poškodit zdraví. Přesto je v EU a ve Spojených státech amerických zakázáno použití hliníku a zirkonia-tetrachlorohydrexlycinu.

Oxid zirkoničitý se používá k výrobě elektrokorundu. Získává se tavením v šikmých elektrických pecích. Elektrokorund zirkoničitý je dostatečně silný a umožňuje zpracování materiálů s vysokou přítlačnou silou. Nejčastěji se používá pro hrubování a hrubé broušení.

Obecně je třeba poznamenat, že zirkon a jeho slitiny mají vysokou teplotu tání, odolnost proti chemickému napadení, nízký koeficient tepelné roztažnosti. Z tohoto důvodu se aktivně používá v nejrůznějších oblastech.