Ցիրկոնիումի համաձուլվածքներ՝ բաղադրություն, հատկություններ, կիրառություն

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Ցիրկոնիումի համաձուլվածքի օգտագործումը ներկայումս բավականին տարածված է բժշկության և միջուկային էներգիայի մեջ։ Արդյունաբերության այլ ճյուղերում այս նյութը նույնպես օգտագործվում է, բայց ավելի քիչ: Հարկ է նշել, որ այս հումքից տարբեր համաձուլվածքներ ձեռք են բերել ժողովրդականություն: Ինքնին ցիրկոնիումը հայտնի նյութ չի դարձել, քանի որ դրա որակը շատ ավելի վատ է, քան նույն մետաղի համաձուլվածքը։

Ընդհանուր տեղեկություններ

Ցիրկոնը (Zr) պարբերական համակարգի տարր է, որի ատոմային թիվը 40 է, իսկ ատոմային զանգվածը՝ 91,22։ Նորմալ պայմաններում և նորմալ պայմաններում այս նյութը փայլուն մետաղ է՝ արծաթափայլ սպիտակ երանգով։ Նման հումքի խտությունը հասնում է 6,45 գ/սմ3։ Այս մետաղն իր մաքուր տեսքով, որը ոչ մի կեղտ չի պարունակում, առանձնանում է նրանով, որ ունի շատ բարձր ճկունություն, և այն շատ հեշտ է մշակվում ինչպես սառը, այնպես էլ տաք վիճակում։ Այստեղ հարկ է նշել, որ այս հումքը, ինչպես օրինակ տիտանը, կտրուկ կկորցնի իր մեխանիկական հատկությունները, եթե այն զուգակցվի ոչ մետաղական նյութերի կեղտերի հետ։ Ցիրկոնը և թթվածինը համարվում են ամենավատ միացությունները։

Նյութի հատկություններ ևխառնուրդ

Ցիրկոնն ինքնին առանձնանում է նրանով, որ ունի բավականին բարձր դիմադրություն տարբեր թթուների նկատմամբ։ Այս հումքը չի լուծվում այնպիսի միջավայրում, ինչպիսին են ազոտային և աղաթթուները կամ ալկալիները: Այս հատկությունը առանցքային է: Դրա հիման վրա ստեղծվում են բազմաթիվ ցիրկոնիումի համաձուլվածքներ: Օրինակ, եթե դուք վերցնում եք բազմաբաղադրիչ մագնեզիումի համաձուլվածքներ և դրանցում ավելացնում եք այնպիսի տարր, ինչպիսին է ցիրկոնիումը, նյութը շատ ավելի դիմացկուն կդառնա կոռոզիայի նկատմամբ: Եթե դուք ստեղծեք տիտանի և ցիրկոնիումի համաձուլվածք, ապա առաջին տարրի թթվային դիմադրությունը կբարձրանա:

Հարկ է նաև նշել, որ այլ մետաղների հետ ցիրկոնիումի բոլոր համաձուլվածքները բնութագրվում են նրանով, որ նրանք չեն կորցնում իրենց ամրությունը ջերմաստիճանի լայն տիրույթում, մեխանիկական ցնցումների դիմադրությունը մնում է շատ բարձր մակարդակի վրա: Օրինակ՝ մագնեզիումի համաձուլվածքն է մի քանի տոկոս ցինկով և ընդամենը մի քանի տասներորդ տոկոս ցիրկոնիումով: Ստացված մետաղը գրեթե երկու անգամ ավելի ամուր կլինի, քան մագնեզիումը, և այն նաև կկարողանա պահպանել իր ամրությունը մինչև 200 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում։

Հատկությունների նկարագրություն

Ցիրկոնիումի համաձուլվածքները առավել ակտիվորեն օգտագործվում են այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են վառելիքի տարրերի երեսպատումը, վառելիքի խողովակների խողովակները և վառելիքի հավաքների տարբեր մասերը: Ինքը՝ ցիրկոնիումը, բնութագրվում է նաև նրանով, որ նեյտրոնների կլանման խաչմերուկը բավականին ցածր է։ Ըստ այդ ցուցանիշի՝ այն զիջում է միայն այնպիսի նյութերին, ինչպիսիք են մագնեզիումը և բերիլիումը։ Բացի այդ, ցիրկոնիումի հալման կետը շատ բարձր է։

Ցիրկոնիումի համաձուլվածքները, որոնք օգտագործվում են տարբեր ոլորտներում, բնութագրվում են նրանով, որ ունեն շատ բարձր կոռոզիոն դիմադրություն ջրի, գոլորշու-ջրի խառնուրդի, հագեցած և գերտաքացած գոլորշու մեջ մինչև 350-360 աստիճան Ցելսիուս ջերմաստիճանի դեպքում: Հարկ է նաև նշել, որ առաջիկայում սպասվում է ջերմաստիճանի այս սահմանաչափի բարձրացում մինչև ավելի բարձր արժեքների։

Հալվածքի պարամետրեր

Ցիրկոնիումի համաձուլվածքների հատկությունները մեխանիկական կայունության առումով բավականին բարձր են, ինչը չի կարելի ասել մաքուր ցիրկոնիումի մասին։ Հենց համաձուլվածքով է ձեռք բերվում նյութի բարձր ամրությունը: Օրինակ, այնպիսի համաձուլվածք, ինչպիսին է նիոբիումը (Nb) և 1% ցիրկոնիումը (Zr) բնութագրվում է նրանով, որ նյութի զիջման ուժը 20, 200, 300 և 400 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում կլինի 200, 160, 120: և 90 ՄՊա: Այս համաձուլվածքն ակտիվորեն օգտագործվում է վառելիքի ձողերի երեսպատման համար: Իսկ, օրինակ, եթե ցիրկոնիումի համաձուլվածքի բաղադրությունը փոխեք նիոբիումով, այսինքն՝ ցիրկոնիումի պարունակությունը հասցնեք մինչև 2,5%, ապա թողունակությունը կբարձրանա մինչև 280, 220, 200 և 180 ՄՊա, նույն ջերմաստիճաններում։

Սակայն նման նյութերն ունեն իրենց թերությունները. Թերությունները ներառում են այն փաստը, որ ցիրկոնիումով համաձուլվածքը չափազանց սողացող է ստացվում, երբ ջերմաստիճանը հասնում է 320-350 աստիճան Ցելսիուս և բարձր: Մեկ այլ թերություն այն է, որ Zr-ն ակտիվորեն լուծում է ջրածինը, որը հաճախ առաջանում է կոռոզիայի ժամանակ։ Դրա պատճառով կձևավորվեն այնպիսի նյութեր, ինչպիսիք են ցիրկոնիումի հիդրիդները, որոնք մեծապես նվազեցնում են հումքի ճկունությունը, ինչը մետաղը դարձնում է ավելի փխրուն։

Ցիրկոնը բժշկության մեջ

Ցիրկոնիումի համաձուլվածքները բավականին ակտիվորեն օգտագործվում են բժշկության մեջ։ Գիտնականները փորձերի միջոցով պարզել են, որ նույնիսկ պարզ ցիրկոնիումով ապարանջաններ կրելը կարող է օգնել բուժել որոշ հիվանդություններ, ինչպես նաև կարող է բարձրացնել մարդու ընդհանուր բարեկեցությունը:

Այսօր իմպլանտները (ռետեյներները) հաճախ օգտագործվում են բժշկության այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են վնասվածքաբանությունը և դիմածնոտային վիրաբուժությունը: Կոտրվածքների դեպքում օգտագործվում են ֆիքսատորներ՝ ամրացնելով ոսկորները, որպեսզի դրանք չշարժվեն։ Հենց այս դեպքերում կարելի է առանձնացնել ցիրկոնիումի համաձուլվածքների օգտագործման այնպիսի առավելություններ, ինչպիսիք են՝ բարձր կենսաբանական համատեղելիությունը (նշանակում է մարդու մարմնի ալերգիկ ռեակցիաների բացակայությունը նման համաձուլվածքին կամ մերժումը), համաձուլվածքի բարձր ամրության բնութագրերը, ինչը շատ կարևոր է։ ֆիքսատորների համար. Հարկ է նաև նշել, որ նման նյութի նկատմամբ մերժման կամ ալերգիայի բացակայությունը հանգեցրեց նրան, որ կարիք չկար կրկնել վիրաբուժական վիրահատությունը՝ հեռացնելով ռետիները, եթե մարմինը հանկարծ սկսեց մերժել իմպլանտը։։

Ցիրկոնը միջուկային էներգետիկայի ոլորտում

Մինչև անցյալ դարի 50-ական թվականները համարվում էր, որ ցիրկոնիումը հարմար չէ այս ոլորտում օգտագործելու համար։ Այնուամենայնիվ, դա 50-ական թթ. Առաջին անգամ նյութ է ստացվել, որն ամբողջությամբ մաքրվել է այնպիսի կեղտից, ինչպիսին հաֆնիումն է։ Մաքրումից հետո պարզվեց, որ մաքուր ցիրկոնիումն ունի շատ փոքր ջերմային նեյտրոնների կլանման խաչմերուկ: Հենց այս որակը դարձավ հիմնականը և հնարավոր դարձրեց ցիրկոնիումի համաձուլվածքների օգտագործումը միջուկային էներգիայի արդյունաբերության մեջ։

Ավելացնենք, որ պարզապես մաքրված ցիրկոնիումը չի կարող օգտագործվել, քանի որ տաք ջրի մեջ կոռոզիոն դիմադրությունը չափազանց ցածր է: Դրանից հետո որոշվեց օգտագործել ցիրկոնիումի հիմքով համաձուլվածքներ։ Նրանք ապացուցել են իրենց արժեքը գոլորշով սառեցված ռեակտորներում և նմանատիպ քայքայիչ միջավայրերում:

Համահալվածքների ընդհանուր կիրառություններ

Ցիրկոնը լայնորեն օգտագործվում է որպես համաձուլվածքային տարր: Դա պայմանավորված է նրանով, որ մետաղները, որոնց ավելացվում է այս նյութը, դառնում են ավելի ջերմակայուն, թթվակայուն և այլն։ Այսինքն՝ մետաղի և ցիրկոնիումի համաձուլվածքն իր բնութագրերով զգալիորեն գերազանցում է սկզբնական հումքին։

Ferrozirconium-ը բավականին լայն կիրառություն ունի։ Ցիրկոնիումի և երկաթի համաձուլվածք է։ Zr համաձուլվածքային տարրի պարունակությունը հասնում է ընդհանուր զանգվածի 20%-ին։ Նման նյութը մետաղագործության մեջ օգտագործվում է որպես պողպատի օքսիդազերծող և գազազերծող միջոց։ Ալյումին-ցիրկոնիումի համաձուլվածքները, օրինակ, համարվում են կոռոզիայից առավել դիմացկուն և օգտագործվում են վակուումային խողովակների կաթոդային ցանցերում: Նման համաձուլվածքում Zr-ի պարունակությունը ընդհանուր զանգվածի 3%-ից ոչ ավելին է։

Սև մետալուրգիայում, բացի ֆերոզիրկոնից, հաճախ օգտագործվում է Zr-ի և սիլիցիումի համաձուլվածք: Օգտագործվում է պողպատից գազազերծելու համար։ Պղնձի և ցիրկոնիումի համաձուլվածքը լայնորեն օգտագործվում է էլեկտրական սարքավորումների հաղորդիչ տարրերի արտադրության համար։

Գտնում ենք ցիրկոնիում

Հարկ է նշել, որ ցիրկոնիումը բավականին հազվադեպ տարր է։ Այս նյութի պարունակությունը երկրի ընդերքում չի գերազանցում0,025% կշռով: Մետաղների տարածվածության աղյուսակում ցիրկոնիումը զբաղեցնում է տասներկուերորդ տողը։ Այս հումքը բավականին ցրված է, և, հետևաբար, շատ դժվար է գտնել դրա մեծ պաշարներ։ Այն առավել հաճախ հանդիպում է որպես քիմիական միացություն, որը գտնվում է լիթոսֆերայում, քանի որ ցիրկոնիումն ինքնին լիտոֆիլ տարր է: