Zirkonium: slitiny na jeho bázi. Vlastnosti, aplikace

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 13:51

Vzácný, ale zároveň v mnoha průmyslových odvětvích velmi důležitý kov – zirkonium – byl poprvé izolován až v roce 1824. Stále však obsahoval určité procento dalších prvků. Teprve ve 20. století bylo možné získat čisté zirkonium, zbavené různých nečistot. Slitiny na jeho bázi se úspěšně používají pro výrobu žáruvzdorných materiálů, brusiva, keramických barev, brusného papíru, textilií, deodorantů a umělých kamenů. Samozřejmě bychom neměli zapomínat na vysoký význam tohoto kovu v medicíně. Zjistěte o něm více.

Rozvoj metalurgie

Zirkonium je hlavní složkou slitin pro jadernou energetiku. K tomu je ale nutné, aby byl co nejčistší od různých nečistot. Faktem je, že v zirkoniových rudách není jen takový prvek vzácných zemin jako hafnium, ale také dusík, uhlík a kyslík. A takové nekovové nečistoty jsou docela nebezpečné a mohou být zahrnuty do složení konstrukčních materiálů pro jaderné reaktory v množství nepřesahujícím miliontiny procenta. Proto získávání čistého zirkonia a slitin najeho základem je poměrně dlouhý a pracný proces. Nejprve se koncentrát otevře, poté se obohatí, oddělí se nežádoucí nečistoty a hafnium.

Čisté zirkonium vypadá jako typický kov. Vzhledově je velmi podobný oceli, ale zároveň je odolnější a tažnější. Samozřejmě, že u slitin na jeho bázi se jeho charakteristiky mohou výrazně lišit v závislosti na množství dalších prvků. Například kyslík (více než 0,6 %) způsobí, že zirkonium bude křehčí. Ale má to i nevýhodu: oxid tohoto kovu (ZrO_{2) má bod tání 2680 °C.}

Hlavní konstrukční materiál

Jak již bylo zmíněno dříve, nejširší oblastí, kde se používá zirkonium a jeho slitiny, je jaderný průmysl. Jejich hlavní výhodou je, že mají malý průřez záchytu tepelných neutronů (pouze 0,18 barn), dobré korozní vlastnosti a vysoký bod tání. TVEL je tedy hlavním konstrukčním palivovým prvkem aktivní zóny jaderného reaktoru, ve kterém je umístěno jaderné palivo. Právě v něm dochází ke štěpení těžkých jader, což znamená, že palivový článek musí být vyroben z nejodolnějšího a nejodolnějšího kovu a nesmí měnit charakter absorpce neutronů v reaktoru.

K výrobě jeho pláště se tedy používají slitiny zirkonia. Požadavky na ně jsou poměrně přísné. Legující prvky by tedy neměly zhoršovat jeho vlastnosti. Zejména se jedná o malý průřez pro záchyt tepelných neutronů. Zirkonium je legováno za účelempotlačují škodlivé účinky dusíku a zlepšují jeho korozní vlastnosti. Mnoho prvků periodického systému Mendělejeva není vhodných, protože snižují určité charakteristiky.

Nejznámější slitinou používanou k výrobě palivových tyčí je zircaloy. Jeho hlavním legujícím prvkem je cín a pomocnými prvky jsou železo, chrom a nikl. V Rusku se pro legování zirkonia nejčastěji používá niob. Má také nízký průřez záchytu tepelných neutronů, snižuje spotřebu vodíku a tvoří pouze pevné roztoky. A to zase poskytuje slitinám vysokou tažnost.

Slitina zirkonia

Vysoká odolnost tohoto kovu proti korozi vysvětluje, proč se tak často používá jako legující prvek v metalurgii železných a neželezných kovů. Kromě toho je nerozpustný v kyselině chlorovodíkové a dusičné a zásadách. Velmi oblíbené jsou tedy vícesložkové slitiny zirkonia s hořčíkem. Navíc legování tímto kovem zvyšuje odolnost titanu vůči kyselinám. Slitiny zirkonia s mědí mají vysokou pevnost a elektrickou vodivost. Poměrně často se také používá jako přísada při výrobě různých jakostí oceli. To vám umožní odstranit z nich síru, dusík a kyslík.

Lékařský průmysl

Vzhledem k zirkonu a jeho slitinám nelze nezmínit ještě jednu oblast jejich použití. V lékařském průmyslu zaujímají zdaleka ne poslední místo. V poslední době ocel aslitiny titanu. V některých případech však tělo tyto kovy odmítlo, proti čemuž se objevila alergická reakce. Moderní medicína používá zirkonium a slitiny titanu pro výrobu svorek, dlahy, implantátů, zubních protéz a jejich fixačních mechanismů.

Protože tento kov a jeho sloučeniny nedráždí kosti a okolní měkké tkáně, úspěšně se používá při výrobě šperků. Například zirkonové náušnice nezpůsobují alergickou reakci a hojí ránu na ušním lalůčku o nic horší než zlato.

Spotřeba energie

Slitina hliníku a zirkonia má mnoho pozitivních vlastností, a proto se úspěšně používá v energetickém průmyslu. Faktem je, že ocelové a měděné dráty váží poměrně hodně a často staré podpěry takové zatížení nevydrží. V roce 1960 v Japonsku skupina vědců vyrobila sérii slitin hliníku a zirkonia. Zjistili, že takový materiál lze používat po dlouhou dobu při vysokých teplotách (150-230 ° C) a zároveň bude docela lehký. To umožňuje jeho použití pro výrobu vysokoteplotních drátů. To zvyšuje spolehlivost a účinnost elektrických sítí.

Další aplikace pro sloučeniny a slitiny zirkonia

V mnoha antiperspirantech můžete najít složku jako Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. Jde o chemickou sloučeninu, která pohlcuje pot a jeho zápach. Vědci zjistili, že tomu tak neníabsorbuje do pokožky, a proto nemůže způsobit vážné poškození zdraví. Navzdory tomu je hliník-zirkonium-tetrachlorhydrexglycin v EU a USA zakázán.

Oxid zirkoničitý se používá k výrobě elektrokorundu. Získává se tavením v naklápěcích elektrických pecích. Zirkonový elektrokorund se ukazuje jako poměrně pevný a umožňuje zpracovávat materiály s velkou upínací silou. Nejčastěji se používá pro hrubé a hrubé broušení.

Obecně je třeba poznamenat, že zirkonium a jeho slitiny mají vysoký bod tání, chemickou odolnost a nízký koeficient tepelné roztažnosti. Z tohoto důvodu se aktivně používá v celé řadě oblastí.