Zirkónium: zliatiny na jeho báze. Vlastnosti, aplikácia

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-02 14:02

Vzácny, no zároveň v mnohých priemyselných odvetviach veľmi dôležitý kov – zirkónium – bol prvýkrát izolovaný až v roku 1824. Stále však obsahovala určité percento iných prvkov. Až v 20. storočí bolo možné získať čisté zirkónium, zbavené rôznych nečistôt. Zliatiny na jeho báze sa úspešne používajú na výrobu žiaruvzdorných materiálov, brúsiv, keramických farieb, brúsneho papiera, textílií, dezodorantov a umelých kameňov. Samozrejme, netreba zabúdať na veľký význam tohto kovu v medicíne. Zistite o ňom viac.

Rozvoj metalurgie

Zirkónium je hlavnou zložkou zliatin pre jadrovú energetiku. Ale na to je potrebné, aby bol čo najčistejší od rôznych nečistôt. Faktom je, že v zirkónových rudách nie je len taký prvok vzácnych zemín ako hafnium, ale aj dusík, uhlík a kyslík. A takéto nekovové nečistoty sú dosť nebezpečné a môžu byť zahrnuté do zloženia konštrukčných materiálov pre jadrové reaktory v množstve nie väčšom ako milióntiny percenta. Preto získavanie čistého zirkónu a zliatin najeho základom je pomerne dlhý a namáhavý proces. Najprv sa koncentrát otvorí, potom sa obohatí, oddelia sa nežiaduce nečistoty a hafnium.

Čisté zirkónium vyzerá ako typický kov. Vo vzhľade je veľmi podobný oceli, ale zároveň je odolnejší a ťažnejší. Samozrejme, v zliatinách založených na ňom sa jeho charakteristiky môžu výrazne líšiť v závislosti od množstva iných prvkov. Napríklad kyslík (viac ako 0,6 %) spôsobí, že zirkónium bude krehkejšie. Má to však aj nevýhodu: oxid tohto kovu (ZrO_{2) má teplotu topenia 2680 °C.}

Hlavný konštrukčný materiál

Ako už bolo spomenuté, najširšou oblasťou, kde sa používa zirkónium a jeho zliatiny, je jadrový priemysel. Ich hlavnou výhodou je, že majú malý prierez zachytávania tepelných neutrónov (iba 0,18 barna), dobré korózne vlastnosti a vysoký bod topenia. TVEL je teda hlavným konštrukčným palivovým prvkom aktívnej zóny jadrového reaktora, v ktorom je umiestnené jadrové palivo. Práve v ňom dochádza k štiepeniu ťažkých jadier, čo znamená, že palivový článok musí byť vyrobený z najodolnejšieho a najžiaruvzdornejšieho kovu a nesmie meniť charakter absorpcie neutrónov v reaktore.

Na výrobu jeho plášťa sa teda používajú zliatiny zirkónu. Požiadavky na ne sú dosť prísne. Takže legujúce prvky by nemali zhoršovať jeho vlastnosti. Ide najmä o malý prierez na zachytávanie tepelných neutrónov. Zirkónium je legované, aby sapotláčajú škodlivé účinky dusíka a zlepšujú jeho korózne vlastnosti. Mnohé prvky periodického systému Mendelejeva nie sú vhodné, pretože znižujú určité charakteristiky.

Najznámejšou zliatinou používanou na výrobu palivových tyčí je zircaloy. Jeho hlavným legujúcim prvkom je cín a pomocnými prvkami sú železo, chróm a nikel. V Rusku sa niób najčastejšie používa na legovanie zirkónu. Má tiež nízky prierez zachytávania tepelných neutrónov, znižuje spotrebu vodíka a tvorí iba tuhé roztoky. A to zase poskytuje zliatinám vysokú ťažnosť.

Zliatina zirkónu

Vysoká odolnosť tohto kovu proti korózii vysvetľuje, prečo sa tak často používa ako legovací prvok v metalurgii železných a neželezných kovov. Okrem toho je nerozpustný v kyselinách chlorovodíkovej a dusičnej a zásadách. Preto sú veľmi obľúbené viaczložkové zliatiny zirkónu s horčíkom. Navyše legovanie týmto kovom zvyšuje odolnosť titánu voči kyselinám. Zliatiny zirkónu s meďou majú vysokú pevnosť a elektrickú vodivosť. Pomerne často sa používa aj ako prísada pri výrobe rôznych druhov ocele. To vám umožní odstrániť z nich síru, dusík a kyslík.

Zdravotnícky priemysel

Vzhľadom na zirkónium a jeho zliatiny nemožno nespomenúť ešte jednu oblasť ich použitia. V medicínskom priemysle ani zďaleka nie sú na poslednom mieste. Nedávno oceľ azliatiny titánu. V niektorých prípadoch však telo tieto kovy odmietalo, proti čomu sa objavila alergická reakcia. Moderná medicína používa zirkónium a zliatiny titánu na výrobu svoriek, platničiek, implantátov, zubných protéz a ich fixačných mechanizmov.

Pretože tento kov a jeho zlúčeniny nedráždia kosti a okolité mäkké tkanivá, úspešne sa používa pri výrobe šperkov. Napríklad zirkónové náušnice nespôsobujú alergickú reakciu a ranu na ušnom lalôčiku hoja nie horšie ako zlato.

Spotreba energie

Zliatina hliníka a zirkónu má mnoho pozitívnych vlastností, a preto sa úspešne používa v energetickom priemysle. Faktom je, že oceľové a medené drôty vážia pomerne veľa a staré podpery často nevydržia také zaťaženie. V roku 1960 v Japonsku skupina vedcov vyrobila sériu zliatin hliníka a zirkónu. Zistili, že takýto materiál môže byť dlhodobo používaný pri vysokých teplotách (150-230 ° C) a zároveň bude celkom ľahký. To umožňuje jeho použitie na výrobu vysokoteplotných drôtov. To zvyšuje spoľahlivosť a efektivitu elektrických sietí.

Iné aplikácie zlúčenín a zliatin zirkónia

V mnohých antiperspirantoch nájdete zložku ako Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. Ide o chemickú zlúčeninu, ktorá pohlcuje pot a jeho zápach. Vedci zistili, že nieabsorbuje do pokožky, a preto nemôže spôsobiť vážne poškodenie zdravia. Napriek tomu je hliník-zirkónium-tetrachlórhydrexglycín zakázaný v EÚ a USA.

Oxid zirkoničitý sa používa na výrobu elektrokorundu. Získava sa tavením v naklápacích elektrických peciach. Zirkónový elektrokorund sa ukazuje ako pomerne silný a umožňuje spracovanie materiálov s veľkou upínacou silou. Najčastejšie sa používa na hrubé a hrubé brúsenie.

Vo všeobecnosti treba poznamenať, že zirkónium a jeho zliatiny majú vysoký bod topenia, chemickú odolnosť a nízky koeficient tepelnej rozťažnosti. Z tohto dôvodu sa aktívne používa v širokej škále oblastí.