Цирконий: сплави на базата на него. Имоти, приложение

Редки, но много важни в много отрасли, метал - цирконий - първоначално е изолиран едва през 1824 година. Все пак тя все още съдържа определен процент други елементи. Едва през 20-и век е възможно да се получи чисто, без разнообразни добавки от цирконий. Сплави са били използвани успешно за производството на огнеупорни материали, абразиви, керамични бои, шкурка, текстил, дезодорант и изкуствени камъни. Разбира се, не можем да забравим за голямото значение на този метал в медицината. Ще научим повече за това.

Развитие на металургията

Цирконий е основният компонент на сплавите за ядрена енергия. Но за това е необходимо тя да бъде възможно най-чиста от различни примеси. Факт е, че в циркониевите руди има не само елемент от редкоземни елементи като хафний, но и азот, въглерод и кислород. И такива примеси от неметали са доста опасни и могат да бъдат включени в състава на структурните материали за ядрени реактори в количества, които не надхвърлят един милион процента. Ето защо производството на чист цирконий и неговите сплави е дълъг и отнемащ време процес. Първо, концентратът се отваря, след това се обогатява, нежеланите примеси и хафний се разделят.

Чистият цирконий изглежда като типичен метал. На външен вид, тя е много подобна на стоманата, но е по-трайна и пластична. Разбира се, в сплавите, които се основават на него, неговите характеристики могат да варират значително в зависимост от броя на другите елементи. Например, кислород (повече от 0,6%) ще направи циркония по-крехък. Но има и недостатък на монетата: диоксидът на този метал (ZrO₂) има точка на топене 2680 ° С.

Основен структурен материал

Както беше казано по-рано, най-разпространената област, в която се използва цирконий и неговите сплави, е ядрената индустрия. Основното им предимство е, че имат малък напречен разрез на термични неутрони (само 0,18 barn), добри корозионни свойства и висока точка на топене. Така, TVEL е основният структурен горивен елемент на ядрото на ядрения реактор, в който е поставен ядрено гориво. Това е разделянето на тежки ядра, а оттам и горивни елементи трябва да бъдат направени от устойчив и максимална огнеупорен метал, и не трябва да се промени естеството на абсорбция на неутрони в реактора.

По този начин, сплави от цирконий се използват, за да си черупка. Изискванията към тях са доста строги. Например, легиращи елементи не трябва да влошава неговите характеристики. По-специално, това се отнася за малко сечение за улавяне на топлинни неутрони. Цирконийът е легиран, за да се спре вредното въздействие на азота и да се подобрят корозивните му свойства. Много от елементите на периодичната система на Менделеев не са подходящи, тъй като намаляват определени характеристики.

Най-известната сплав, използвана за направата на TVEL, е циркът. Основният й елемент на легиране е калай, а помощните са желязо, хром и никел. В Русия най-често за легиране на цирконий ниобий. Също така има малък напречен разрез на термични неутрони, намалява абсорбцията на водорода и образува само твърди разтвори. И това, на свой ред, осигурява сплавите с висока пластичност.

Допинг с цирконий

Високата устойчивост на корозия на този метал обяснява защо толкова често се използва като сплавен елемент в металургията на черни и цветни метали. В допълнение, той е неразтворим в солна и азотна киселина и алкали. Така че многокомпонентните сплави от цирконий с магнезий са много популярни. В допълнение, легирането с този метал увеличава устойчивостта на действието на титановите киселини. Циркониеви сплави с мед имат висока якост и електрическа проводимост. Доста често се използва като добавка при производството на различни видове стомана. Това ви позволява да отстранявате от тях сяра, азот и кислород.

Медицинска индустрия

Отчитайки циркония и неговите сплави, не е възможно да не споменаваме друга област на тяхното използване. В медицинската индустрия те заемат далеч от последното място. До неотдавна стомана и титанови сплави бяха използвани за направата на импланти и фиксатори. В някои случаи обаче тялото отхвърля тези метали, на фона на които е имала алергична реакция. Съвременната медицина използва цирконий и титанови сплави за производството на скоби, плочи, импланти, протези и механизми за тяхното фиксиране.

Тъй като този метал и неговите съединения не дразнят костите и околните меки тъкани, той се използва успешно за производство на бижута. Така например, циркониевите обици не причиняват алергична реакция и излекуват раната на ушната лъжа не по-зле от златото.

Консумирана мощност

Сплавът от алуминий и цирконий има много положителни характеристики и затова се използва успешно в енергетиката. Факт е, че стоманените и медните кабели тежат много и често старите опори не издържат на такъв товар. През 1960 г. в Япония една група учени е произвела 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 същевременно ще бъде достатъчно лесен. Това прави възможно използването му при производството на високотемпературни проводници. Това увеличава надеждността и ефективността на електрическите мрежи.

Други приложения на циркониеви съединения и сплави

В много антиперспиранти в състава може да се намери такъв компонент като алуминиев циркониев тетрахлорохидрекс. Това е химическо съединение, което абсорбира потта и неприятния му мирис. Учените са открили, че не се абсорбират в кожата и поради това не могат да причинят сериозна вреда на здравето. Въпреки това в ЕС и в САЩ алуминиево-циркониевият тетрахлорхидреглицин е забранен.

Циркониев оксид се използва за производството на електрокорунд. Той се получава чрез топене в наклонени електрически пещи. Циркониевият електрокорунд е достатъчно силен и позволява обработката на материали с висока пресоваща сила. Най-често се използва за грубо и грубо шлайфане.

По принцип трябва да се отбележи, че цирконий и неговите сплави имат висока точка на топене, устойчивост на химически атаки, нисък коефициент на топлинно разширение. Поради тази причина тя се използва активно в най-различни области.