Cirkónium: erre épülő ötvözetek. Tulajdonságok, alkalmazás

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-02 13:56

Ritka, de ugyanakkor nagyon fontos számos iparágban, a fémet - cirkóniumot - először csak 1824-ben izolálták. Azonban még mindig tartalmazott bizonyos százalékban egyéb elemeket. Csak a 20. században lehetett tiszta, különféle szennyeződésektől mentes cirkóniumot előállítani. Az ezen alapuló ötvözeteket sikeresen használják tűzálló anyagok, csiszolóanyagok, kerámiafestékek, csiszolópapír, textíliák, dezodorok és műkövek gyártásához. Természetesen nem szabad megfeledkezni ennek a fémnek az orvostudományban betöltött fontosságáról. Tudjon meg többet róla.

kohászat fejlesztése

A cirkónium az atomenergia-technikában használt ötvözetek fő alkotóeleme. De ehhez az szükséges, hogy a lehető legtisztább legyen a különféle szennyeződésektől. A tény az, hogy a cirkóniumércekben nemcsak olyan ritkaföldfém elem található, mint a hafnium, hanem nitrogén, szén és oxigén is. És az ilyen nemfémes szennyeződések meglehetősen veszélyesek, és legfeljebb milliomod százalékos mennyiségben szerepelhetnek az atomreaktorok szerkezeti anyagainak összetételében. Ezért megszerzése tiszta cirkónium és ötvözetek továbbalapja meglehetősen hosszú és fáradságos folyamat. Először a koncentrátumot kinyitják, majd dúsítják, a nem kívánt szennyeződéseket és a hafniumot leválasztják.

A tiszta cirkónium úgy néz ki, mint egy tipikus fém. Megjelenésében nagyon hasonlít az acélra, ugyanakkor tartósabb és rugalmasabb. Természetesen az erre épülő ötvözetekben jellemzői jelentősen eltérhetnek a többi elem mennyiségétől függően. Például az oxigén (több mint 0,6%) törékennyé teszi a cirkóniumot. De van egy árnyoldala is: ennek a fémnek a dioxidjának (ZrO_{2) olvadáspontja 2680 °C.}

Fő építőanyag

Amint azt korábban említettük, a cirkónium és ötvözeteinek legszélesebb felhasználási területe a nukleáris ipar. Fő előnyük, hogy kis termikus neutronbefogási keresztmetszetűek (csak 0,18 barn), jó korróziós tulajdonságokkal és magas olvadásponttal rendelkeznek. Tehát a TVEL az atomreaktor aktív zónájának fő konstruktív fűtőeleme, amelyben nukleáris üzemanyagot helyeznek el. Ebben történik a nehéz atommagok hasadása, ami azt jelenti, hogy a fűtőelemnek a legtartósabb és legtűzállóbb fémből kell készülnie, és ez nem változtathatja meg a reaktor neutronabszorpciójának jellegét.

Tehát cirkóniumötvözeteket használnak a héj elkészítéséhez. A velük szemben támasztott követelmények meglehetősen szigorúak. Tehát az ötvözőelemek nem ronthatják a tulajdonságait. Ez különösen a termikus neutronok befogására szolgáló kis keresztmetszetre vonatkozik. Ennek érdekében a cirkóniumot ötvözikelnyomja a nitrogén káros hatásait és javítja korróziós tulajdonságait. Mengyelejev periodikus rendszerének sok eleme nem megfelelő, mivel csökkenti bizonyos jellemzőket.

A tüzelőanyag-rudak gyártásához használt leghíresebb ötvözet a cirkalötvözet. Fő ötvözőeleme az ón, segédelemei pedig a vas, a króm és a nikkel. Oroszországban a nióbiumot leggyakrabban cirkónium ötvözésére használják. Alacsony termikus neutronbefogási keresztmetszete is van, csökkenti a hidrogénfelvételt, és csak szilárd oldatokat képez. Ez pedig nagy rugalmasságú ötvözeteket biztosít.

Cirkóniumötvözet

Ennek a fémnek a nagy korrózióállósága megmagyarázza, hogy miért használják oly gyakran ötvözőelemként a vas- és színesfémkohászatban. Ezenkívül nem oldódik sósavban és salétromsavban, valamint lúgokban. Így a cirkónium és magnézium többkomponensű ötvözete nagyon népszerű. Ezenkívül az ezzel a fémmel történő ötvözés növeli a titán savval szembeni ellenállását. A cirkónium és réz ötvözetei nagy szilárdsággal és elektromos vezetőképességgel rendelkeznek. Gyakran adalékanyagként is használják különféle acélminőségek gyártásánál. Ez lehetővé teszi a ként, nitrogén és oxigén eltávolítását belőlük.

Orvosi ipar

A cirkóniumot és ötvözeteit tekintve még egy felhasználási területet nem lehet figyelmen kívül hagyni. Az orvosi iparban messze nem az utolsó helyet foglalják el. Újabban az acél éstitánötvözetek. Néhány esetben azonban a szervezet elutasította ezeket a fémeket, amelyek ellen allergiás reakció jelentkezett. A modern orvostudomány cirkónium- és titánötvözeteket használ kapcsok, lemezek, implantátumok, fogsorok és rögzítési mechanizmusaik gyártásához.

Mivel ez a fém és vegyületei nem irritálják a csontokat és a környező lágyszöveteket, sikeresen használták ékszerkészítésben. Például a cirkónium fülbevaló nem okoz allergiás reakciót, és a fülcimpán lévő sebet nem gyógyítja be rosszabbul, mint az arany.

Felhasználás

Az alumínium és cirkónium ötvözetének számos pozitív tulajdonsága van, ezért sikeresen használják az energiaiparban. Az a tény, hogy az acél- és rézhuzalok meglehetősen nagy súlyúak, és gyakran a régi támasztékok nem tudnak ellenállni az ilyen terhelésnek. 1960-ban Japánban tudósok egy csoportja alumínium és cirkónium ötvözetek sorozatát állította elő. Megállapították, hogy egy ilyen anyag hosszú ideig használható magas hőmérsékleten (150-230 ° C), ugyanakkor meglehetősen könnyű lesz. Ez lehetővé teszi magas hőmérsékletű vezetékek gyártásához. Ez növeli az elektromos hálózatok megbízhatóságát és hatékonyságát.

A cirkóniumvegyületek és -ötvözetek egyéb alkalmazásai

Sok izzadásgátlóban megtalálható olyan komponens, mint az Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. Ez egy kémiai vegyület, amely elnyeli az izzadságot és annak szagát. A tudósok megállapították, hogy nemfelszívódik a bőrbe, ezért nem okozhat súlyos egészségkárosodást. Ennek ellenére az alumínium-cirkónium-tetraklór-hidroxglicin tilos az EU-ban és az Egyesült Államokban.

A cirkónium-oxidot elektrokorund előállítására használják. Billenő elektromos kemencékben történő olvasztással nyerik. A cirkónium elektrokorund meglehetősen erős, és lehetővé teszi az anyagok nagy szorítóerővel történő feldolgozását. Leggyakrabban durva és durva köszörülésre használják.

Általában meg kell jegyezni, hogy a cirkónium és ötvözetei magas olvadásponttal, vegyszerállósággal és alacsony hőtágulási együtthatóval rendelkeznek. Ez az oka annak, hogy a legkülönbözőbb területeken használják aktívan.