זירקוניום: סגסוגות המבוססות עליו. מאפיינים, יישום

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 13:54

נדיר, אך יחד עם זאת חשוב מאוד בתעשיות רבות, המתכת - זירקוניום - בודדה לראשונה רק ב-1824. עם זאת, הוא עדיין הכיל אחוז מסוים של אלמנטים אחרים. רק במאה ה-20 ניתן היה להשיג זירקוניום טהור, נקי מזיהומים שונים. סגסוגות המבוססות עליו משמשות בהצלחה לייצור חסיני אש, חומרים שוחקים, צבעי קרמיקה, נייר זכוכית, טקסטיל, דאודורנטים ואבנים מלאכותיות. כמובן, אין לשכוח את החשיבות הגבוהה של מתכת זו ברפואה. למידע נוסף עליו.

פיתוח מתכות

זירקוניום הוא המרכיב העיקרי של סגסוגות להנדסת כוח גרעיני. אבל בשביל זה צריך שיהיה טהור ככל האפשר מטומאות שונות. העובדה היא שבעפרות זירקוניום יש לא רק אלמנט אדמה נדיר כמו הפניום, אלא גם חנקן, פחמן וחמצן. וזיהומים שאינם מתכתיים כאלה הם מסוכנים למדי ויכולים להיכלל בהרכב של חומרים מבניים לכורים גרעיניים בכמות של לא יותר ממיליוניות האחוז. לכן, השגת זירקוניום טהור וסגסוגות עלהבסיס שלו הוא תהליך ארוך ומייגע למדי. ראשית, פותחים את התרכיז, לאחר מכן מעשירים אותו, מפרידים זיהומים לא רצויים והפניום.

זירקוניום טהור נראה כמו מתכת טיפוסית. במראה, זה מאוד דומה לפלדה, אבל באותו זמן עמיד יותר רקיע. כמובן שבסגסוגות המבוססות עליו, המאפיינים שלו יכולים להשתנות באופן משמעותי בהתאם לכמות האלמנטים האחרים. לדוגמה, חמצן (יותר מ-0.6%) יהפוך את הזירקוניום לשביר יותר. אבל יש גם חיסרון: לדו-חמצני של מתכת זו (ZrO_{2) יש נקודת התכה של 2680 מעלות צלזיוס.}

חומר בנייה עיקרי

כפי שהוזכר קודם לכן, האזור הרחב ביותר שבו נעשה שימוש בזירקוניום וסגסוגותיו הוא התעשייה הגרעינית. היתרון העיקרי שלהם הוא שיש להם חתך לכידת נויטרונים תרמי קטן (רק 0.18 אסם), תכונות קורוזיה טובות ונקודת התכה גבוהה. אז, TVEL הוא אלמנט הדלק הקונסטרוקטיבי העיקרי של האזור הפעיל של כור גרעיני, שבו ממוקם דלק גרעיני. בו מתרחש ביקוע של גרעינים כבדים, כלומר יסוד הדלק חייב להיות עשוי מהמתכת העמידה והעמידה ביותר, ואסור לו לשנות את אופי ספיגת הנייטרונים בכור.

אז, סגסוגות זירקוניום משמשות לייצור המעטפת שלו. הדרישות עבורם די קפדניות. אז, אלמנטים סגסוגת לא צריך להחמיר את המאפיינים שלה. בפרט, זה נוגע לחתך הקטן ללכידת נויטרונים תרמיים. זירקוניום הוא סגסוגת על מנתלדכא את ההשפעות המזיקות של חנקן ולשפר את תכונות הקורוזיה שלו. אלמנטים רבים של המערכת המחזורית של מנדלייב אינם מתאימים, מכיוון שהם מפחיתים מאפיינים מסוימים.

הסגסוגת המפורסמת ביותר המשמשת לייצור מוטות דלק היא זירקלואי. יסוד הסגסוג העיקרי שלו הוא בדיל, ויסודות העזר הם ברזל, כרום וניקל. ברוסיה, ניוביום משמש לרוב לניוג זירקוניום. יש לו גם חתך לכידת נויטרונים תרמי נמוך, מפחית את ספיגת המימן ויוצר רק פתרונות מוצקים. וזה, בתורו, מספק לסגסוגות גמישות גבוהה.

סגסוגת זירקוניום

העמידות הגבוהה בפני קורוזיה של מתכת זו מסבירה מדוע היא משמשת לעתים קרובות כל כך כאלמנט מתג במתכות ברזל ולא ברזליות. בנוסף, הוא אינו מסיס בחומצות הידרוכלוריות וחנקתיות ובאלקליות. לפיכך, סגסוגות מרובות רכיבים של זירקוניום עם מגנזיום פופולריות מאוד. בנוסף, סגסוגת עם מתכת זו מגבירה את עמידות החומצה של טיטניום. סגסוגות של זירקוניום עם נחושת בעלות חוזק גבוה ומוליכות חשמלית. לעתים קרובות הוא משמש גם כתוסף בייצור של דרגות פלדה שונות. זה מאפשר לך להסיר מהם גופרית, חנקן וחמצן.

תעשיית הרפואה

בהתחשב בזירקוניום וסגסוגותיו, אי אפשר שלא להזכיר עוד תחום שימוש בהם. בתעשייה הרפואית הם תופסים רחוק מהמקום האחרון. לאחרונה, פלדה וסגסוגות טיטניום. עם זאת, במקרים מסוימים, הגוף דחה את המתכות הללו, שכנגדן הופיעה תגובה אלרגית. הרפואה המודרנית משתמשת בסגסוגות זירקוניום וטיטניום לייצור סיכות, לוחות, שתלים, תותבות ומנגנוני הקיבוע שלהן.

מכיוון שמתכת זו והתרכובות שלה אינן מגרים את העצמות ואת הרקמות הרכות שמסביב, היא שימשה בהצלחה בייצור תכשיטים. לדוגמה, עגילי זירקוניום אינם גורמים לתגובה אלרגית ומרפאים פצע בתנוך האוזן שאינו גרוע מזהב.

צריכת חשמל

סגסוגת אלומיניום וזירקוניום היא בעלת מאפיינים חיוביים רבים ולכן היא משמשת בהצלחה בתעשיית האנרגיה. העובדה היא כי חוטי פלדה ונחושת שוקלים די הרבה, ולעתים קרובות תומכים ישנים אינם יכולים לעמוד בעומס כזה. בשנת 1960, ביפן, קבוצת מדענים ייצרה סדרה של סגסוגות של אלומיניום וזירקוניום. הם קבעו שניתן להשתמש בחומר כזה במשך זמן רב בטמפרטורות גבוהות (150-230 מעלות צלזיוס) ובמקביל זה יהיה קל למדי. זה מאפשר להשתמש בו לייצור חוטים בטמפרטורה גבוהה. זה מגביר את האמינות והיעילות של רשתות חשמל.

יישומים אחרים עבור תרכובות וסגסוגות זירקוניום

באנטי-פרספירנטים רבים, אתה יכול למצוא רכיב כזה כמו Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex. זוהי תרכובת כימית שסופגת את הזיעה והריח שלה. מדענים גילו שזה לא כךנספג בעור, ולכן, לא יכול לגרום נזק חמור לבריאות. למרות זאת, אלומיניום-זירקוניום-טטראכלורוהידרקסגליצין אסור באיחוד האירופי ובארה ב.

תחמוצת זירקוניום משמשת לייצור אלקטרוקורונדום. הוא מתקבל על ידי התכה בתנורים חשמליים הטיה. זירקוניום אלקטרוקורונדום מתגלה כחזק למדי ומאפשר עיבוד חומרים בעלי כוח הידוק גדול. לרוב הוא משמש לטחינה גסה וגס.

באופן כללי, יש לציין שלזירקוניום וסגסוגותיו יש נקודת התכה גבוהה, עמידות כימית ומקדם התפשטות תרמית נמוך. מסיבה זו נעשה בו שימוש פעיל במגוון רחב של תחומים.