Tsirkooniumi (Zr) materjal on tugev, korrosioonikindel-metall, millel on suurepärased mehaanilised omadused, mistõttu sobib see paljudes tööstuslikes rakendustes, sealhulgas tuumareaktorites, kosmosetööstuses ja keemilises töötlemises.
Tsirkoonium (Zr) on keemiline element aatomnumbriga 40. See on läikiv, hall{1}}valge, tugev ja plastiline siirdemetall, mis on väga korrosioonikindel. See on tuntud oma erakordselt madala neeldumisvõimega termiliste neutronite-ristlõike poolest, mis muudab selle tuumatööstuses asendamatuks, ja biosobivuse poolest meditsiinilistes rakendustes.
Füüsikalised omadused
|
Füüsikalised omadused |
Andmed |
|
Tihedus |
6,52 g/cm³ |
|
Sulamistemperatuur |
1855 kraadi (3371 kraadi F) |
|
Keemispunkt |
4409 kraadi (7970 kraadi F) |
|
Elastsusmoodul |
91 GPa |
|
Poissoni suhe |
0.35 |
|
Elektrijuhtivus |
5,5 x 10⁻⁶ Ω·m (20 kraadi juures) |
|
Soojusjuhtivus: |
22,7 W/m·K temperatuuril 300 K |
Mehaanilised omadused
|
Mehaanilised omadused |
Andmed |
|
Tõmbetugevus |
350-500 MPa (sõltub sulamist ja kuumtöötlusest) |
|
Saagikuse tugevus |
~250-450 MPa |
|
Pikendamine |
~15-25% (olenevalt vormist ja sulamist) |
|
Kõvadus |
Vickersi kõvadus ~180–250 HV (muutub sõltuvalt sulamist ja kuumtöötlusest) |
Keemilised omadused
Korrosioonikindlus
Tsirkoonium on väga vastupidav korrosioonile erinevates happelistes ja aluselistes keskkondades. See on eriti vastupidav vesinikkloriidhappe, väävelhappe ja merevee rünnakutele, mistõttu on see ideaalne kasutamiseks keemilises töötlemises.
Oksüdatsioonikindlus
Õhuga kokkupuutel moodustab tsirkoonium õhukese oksiidikihi (ZrO₂), mis toimib kaitsva barjäärina, takistades edasist oksüdeerumist. See oksiidikiht on stabiilne kuni 500 kraadini.
Termilised omadused
| Soojusjuhtivus | 22 W/m·K (puhta tsirkooniumi jaoks) |
| Erisoojus | ~0.28 J/g·K |
| Soojuspaisumise koefitsient | 5,4 × 10⁻⁶/kraad (25 kraadi juures) |
| Termiline difusioon | 2.1 × 10⁻⁶ m²/s |
Elektrilised omadused
Elektrijuhtivus
Suhteliselt madal, umbes 10% vase omast.
Vastupidavus
0,000076 Ω·m (puhta tsirkooniumi jaoks)
Dielektriline konstant
8,5 (1 MHz juures)
Korrosioonikindlus
● Väga{0}}korrosioonikindel: Tsirkoonium on tuntud oma suurepärase korrosioonikindluse poolest, eriti happelises keskkonnas. See on vastupidav tugevate hapete, leeliste ja soolade korrosioonile. Selle vastupidavus kõrge-temperatuuri aurule on eriti oluline tuumareaktorites.
● Oksiidkiht: Tsirkoonium moodustab õhuga kokkupuutel kaitsva oksiidikihi (ZrO₂), mis suurendab selle korrosioonikindlust.
● Reaktiivsus: Kõrgel temperatuuril võib tsirkoonium reageerida hapniku, lämmastiku ja süsinikuga, kuid selle oksiidikiht takistab edasist lagunemist.
Magnetilised omadused
Magnetiline käitumine: Tsirkoonium on paramagnetiline, mis tähendab, et magnetväljad tõmbavad seda nõrgalt. See ei ole ferromagnetiline ja toatemperatuuril mitte-magnetiline.
Ülijuhtivus
Tsirkooniumil on ülijuhtivad omadused väga madalatel temperatuuridel, kuid seda ei kasutata tavaliselt ülijuhtivates rakendustes nagu nioobium. Selle kriitiline temperatuur on umbes 0,2 K.
Sulamid
Tsirkooniumi legeeritakse sageli teiste metallidega, nagu tina, raud ja nikkel, et suurendada selle tugevust, korrosioonikindlust ja mehaanilisi omadusi. Mõned levinumad sulamid hõlmavad järgmist:
Tsirkoonium-Tina (Zr-Sn) sulamid
Kasutatakse peamiselt tuumareaktorites kütuse katteks madala neutronite neeldumise tõttu.
Tsirkoonium-raud (Zr-Fe) sulamid
Kasutatakse kõrge{0}}temperatuuri ja korrosiooni{1}}kindlates rakendustes.
Tsirkoonium-nikli (Zr-Ni) sulamid
Kasutatakse rakendustes, kus on vaja suuremat tugevust ja korrosioonikindlust.
Rakendused
● Tuumatööstus:Tsirkooniumi kasutatakse laialdaselt tuumareaktorites kütusevarraste katmiseks, kuna sellel on madal neutronite neeldumise ristlõige- ja kõrge korrosioonikindlus kõrgetel temperatuuridel. Tavaliselt kasutatakse selleks tsirkooniumisulameid (eriti Zr-2,5Nb).
● Keemiline töötlemine:Tänu oma suurepärasele korrosioonikindlusele agressiivses keskkonnas kasutatakse tsirkooniumi reaktorites, pumpades, ventiilides ja muudes keemia- ja naftakeemiatööstuse seadmetes.
● Lennundus:Tsirkooniumi kasutatakse kosmosetööstuses kõrgel temperatuuril{0}}komponentide ja katete jaoks, eriti selle kõrge sulamistemperatuuri ja äärmuslikes tingimustes talumise tõttu.
● Meditsiiniline:Tsirkooniumi ja selle sulameid kasutatakse meditsiinilistes implantaatides, sealhulgas hamba- ja puusaproteesides, kuna see on bioühilduv ja vastupidav inimkeha korrosioonile.
● Sulamid:Tsirkooniumi legeeritakse sageli teiste metallidega, nagu hafnium, nioobium ja tina, et parandada selle omadusi konkreetsetes rakendustes, näiteks keemiatööstuses ja tuumareaktorites kasutatavates korrosioonikindlates materjalides{0}.
Põhiomadused
● Kõrge korrosioonikindlus:Tsirkooniumi peamine eelis on selle võime taluda korrosiooni enamikus happelistes ja aluselistes keskkondades, mistõttu on see agressiivsete kemikaalidega tegelevates tööstusharudes väga väärtuslik.
● Kõrge sulamistemperatuur:Tsirkoonium, mille sulamistemperatuur on 1855 kraadi, talub kõrget-temperatuuri, kus paljud teised materjalid ebaõnnestuvad.
Kuum tags: tsirkooniummaterjal, Hiina tsirkooniumimaterjalide tootjad, tarnijad, tehas
