Hlavní vlastnosti a použití zirkonia

 

• Zirkonium (Zr) je devátým nejběžnějším prvkem a je hojně zastoupeno v zemské kůře a představuje 0,025 %. Jeho geologický obsah přesahuje Zn, Pb, Ni a dokonce i Cu a Sn a jeho zásoby jsou 2,5 krát větší než měď.

• Bod tání je 1882 C, bod varu je 4377 stupňů a hustota je 6,506 g/cm3(20).

• Podle výkonnostních charakteristik zirkonia se zirkonium používá hlavně v jaderných reaktorech, chemických zařízeních a jako slitinové komponenty.

• Zirkonium má nízký průřez absorpce tepelných neutronů (cíl 0.18) a hafnium má vysoký průřez tepelných neutronů (cíl 105); zirkonium má atomové číslo 4a a atomovou hmotnost 91,224.

(1) Zirkonium je tepelně neutrální penetrační materiál
Při neutronovém záření zůstává pevnost a houževnatost zirkonia nezměněna a jeho absorpční průřez tepelných neutronů je malý, což z něj činí dobrý konstrukční materiál reaktoru.

(2) Zirkonium, vynikající korozivzdorný materiál, má silnou odolnost vůči mnoha korozivním médiím.

Jeho vynikající odolnost vůči kyselinám, zásadám a korozi tekutých kovů činí zirkonium ideálním materiálem pro dnešní výměníky tepla, stripovací věže, sušící věže a ventily reaktorů. Preferovaný materiál pro dveře, potrubí a jaderné aplikace.

(3) Vodík a odplyňovací materiály začnou absorbovat vodík za podmínek nízké teploty.

(4) Jako nejlepší legující prvek pro ocel, hliník, hořčík, měď, titan, zirkonium, niob atd.

Jako přísada do slitin se používá hlavně ve slitinách hliníku a hořčíku ke kontrole velikosti zrna a mikrostruktury a v oceli k dezoxidaci.

(1) U zirkonia používaného v jaderném průmyslu je obsah hafnia omezen na méně než několik dílů na deset tisíc a vyžaduje tepelné zpracování.
(2) Zirkonium pro nejaderný průmysl může obsah hafnia dosáhnout asi 4%.

 

Zirkonium je aktivní kov a je velmi citlivý na přítomnost nečistot. Stopová množství nečistot mohou způsobit křehnutí. Má silnou afinitu ke kyslíku, dusíku, vodíku a dalším plynům v okolním plynu.

 

Při vysokých teplotách je zirkonium snadno kontaminováno plynem a podléhá oxidační reakci.

 

Může reagovat s kyslíkem ve vzduchu při pokojové teplotě za vzniku oxidového ochranného filmu. Tento ochranný film dodává zirkonu a slitinám extrémně silné antikorozní schopnosti.

 

1. Mechanické vlastnosti zirkonového materiálu při pokojové teplotě

Zirkonium má dobré mechanické vlastnosti při pokojové teplotě. Obecně se zirkonium používá jako materiál pro tlakové nádoby a jeho prodloužení nesmí být menší než 16 %. Požadavkem je, aby rychlost prodloužení byla větší nebo rovna 20 %. Průměr osy ohybu během zkoušky ohybem obecných kovových materiálů je 4 t a norma pro zirkonium je 10 t.

2. Vysokoteplotní a nízkoteplotní vlastnosti zirkoniového materiálu

1) Pevnost při tečení:
Časově závislé na deformaci závislé dotvarování při napětí je obecně vyjádřeno jako procento plastické deformace v daném čase při konstantním zatížení.

2) Roztržení stresu
Metoda měření životnosti kovu při konstantní teplotě a podmínkách konstantního zatížení se obecně používá pro nosné slitiny, které se poškodí během krátké doby.

3) Výkon při nízkých teplotách, zirkonium nemá žádný přechod z nízkoteplotní tažnosti na křehkost.

4) Únava, meze únavy u zirkonia a slitin zirkonia.