ცირკონიუმის შენადნობები: შემადგენლობა, თვისებები, გამოყენება

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

ცირკონიუმის შენადნობის გამოყენება ამჟამად საკმაოდ გავრცელებულია მედიცინასა და ბირთვულ ენერგიაში. სხვა ინდუსტრიებში, ეს მასალა ასევე გამოიყენება, მაგრამ ნაკლებად. აღსანიშნავია, რომ ამ ნედლეულის სხვადასხვა შენადნობებმა პოპულარობა მოიპოვა. თავისთავად, ცირკონიუმი არ გახდა პოპულარული მასალა, რადგან მისი ხარისხი ბევრად უარესია, ვიდრე იგივე ლითონის შენადნობის.

ზოგადი ინფორმაცია

ცირკონიუმი (Zr) არის პერიოდული ცხრილის ელემენტი, რომლის ატომური ნომერია 40 და ატომური წონა 91,22. ნორმალურ პირობებში და ნორმალურ პირობებში ეს მასალა არის მბზინავი ლითონი ვერცხლისფერი თეთრი ელფერით. ასეთი ნედლეულის სიმკვრივე აღწევს 6,45 გ/სმ3. ეს ლითონი სუფთა სახით, რომელიც არ შეიცავს არანაირ მინარევებს, გამოირჩევა იმით, რომ აქვს ძალიან მაღალი დრეკადობა და ძალიან ადვილია დამუშავება როგორც ცივად, ასევე ცხელში. აქვე აღსანიშნავია, რომ ეს ნედლეული, მაგალითად, ტიტანის მსგავსად, მკვეთრად დაკარგავს თავის მექანიკურ თვისებებს, თუ იგი შეუერთდება არალითონური ნივთიერებების მინარევებს. ცირკონიუმი და ჟანგბადი ითვლება ყველაზე ცუდ ნაერთებად.

მასალის თვისებები დაშენადნობი

თავად ცირკონიუმი გამოირჩევა იმით, რომ საკმაოდ მაღალი გამძლეობით გამოირჩევა სხვადასხვა მჟავების მიმართ. ეს ნედლეული არ იხსნება ისეთ გარემოში, როგორიცაა აზოტის და მარილმჟავა ან ტუტე. ეს ფუნქცია არის მთავარი. მის საფუძველზე იქმნება მრავალი ცირკონიუმის შენადნობები. მაგალითად, თუ აიღებთ მრავალკომპონენტიან მაგნიუმის შენადნობებს და დაამატეთ მათ ისეთი ელემენტი, როგორიც არის ცირკონიუმი, მასალა ბევრად უფრო მდგრადი გახდება კოროზიის მიმართ. თუ თქვენ შექმნით ტიტანისა და ცირკონიუმის შენადნობას, მაშინ პირველი ელემენტის მჟავა წინააღმდეგობა გაიზრდება.

აღსანიშნავია ისიც, რომ ყველა ცირკონიუმის შენადნობები სხვა ლითონებთან ერთად ხასიათდება იმით, რომ ისინი არ კარგავენ სიმტკიცეს ფართო ტემპერატურულ დიაპაზონში, მექანიკური დარტყმისადმი წინააღმდეგობა რჩება ძალიან მაღალ დონეზე. ამის მაგალითია მაგნიუმის შენადნობი რამდენიმე პროცენტით თუთიით და მხოლოდ რამდენიმე მეათედი პროცენტით ცირკონიუმით. შედეგად მიღებული ლითონი თითქმის ორჯერ ძლიერი იქნება ვიდრე მაგნიუმი და ასევე შეძლებს შეინარჩუნოს სიმტკიცე 200 გრადუს ცელსიუსამდე ტემპერატურაზე.

ფუნქციების აღწერა

ცირკონიუმის შენადნობები ყველაზე აქტიურად გამოიყენება ისეთ ადგილებში, როგორიცაა საწვავის ელემენტების მოპირკეთება, საწვავის არხის მილები და საწვავის შეკრების სხვადასხვა ნაწილები. თავად ცირკონიუმი ასევე ხასიათდება იმით, რომ ნეიტრონის შთანთქმის ჯვარი საკმაოდ დაბალია. ამ მაჩვენებლის მიხედვით, ის მეორე ადგილზეა მხოლოდ ისეთ ნივთიერებებზე, როგორიცაა მაგნიუმი და ბერილიუმი. გარდა ამისა, ცირკონიუმის დნობის წერტილი ძალიან მაღალია.

ცირკონიუმის შენადნობები, რომლებიც გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში, ხასიათდება იმით, რომ მათ აქვთ ძალიან მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობა წყალში, ორთქლის წყლის ნარევში, გაჯერებულ და ზედმეტად გაცხელებულ ორთქლში დაახლოებით 350-360 გრადუს ცელსიუს ტემპერატურამდე. აღსანიშნავია ისიც, რომ უახლოეს მომავალში მოსალოდნელია ტემპერატურის ეს ლიმიტის აწევა უფრო მაღალ მნიშვნელობებამდე.

შენადნობის პარამეტრები

ცირკონიუმის შენადნობების თვისებები მექანიკური მდგრადობის თვალსაზრისით საკმაოდ მაღალია, რასაც ვერ ვიტყვით სუფთა ცირკონიუმზე. შენადნობით მიიღწევა მასალის მაღალი სიმტკიცე. მაგალითად, შენადნობი, როგორიცაა ნიობიუმი (Nb) და 1% ცირკონიუმი (Zr) ხასიათდება იმით, რომ მასალის გამძლეობა 20, 200, 300 და 400 გრადუს ცელსიუსზე იქნება 200, 160, 120. და 90 მპა. ეს შენადნობი აქტიურად გამოიყენება საწვავის ღეროების მოსაპირკეთებლად. და, მაგალითად, თუ ცირკონიუმის შენადნობის შემადგენლობას შეცვლით ნიობიუმით, ანუ გაზრდით ცირკონიუმის შემცველობას 2,5%-მდე, მაშინ გამტარუნარიანობა გაიზრდება 280, 220, 200 და 180 მპა-მდე, იმავე ტემპერატურაზე..

თუმცა, ასეთ მასალებს აქვთ თავისი ნაკლი. ნაკლოვანებები მოიცავს იმ ფაქტს, რომ ცირკონიუმის შენადნობი ძალიან მღელვარე აღმოჩნდება, როდესაც ტემპერატურა აღწევს 320-350 გრადუს ცელსიუსს და ზემოთ. კიდევ ერთი მინუსი არის ის, რომ Zr აქტიურად ხსნის წყალბადს, რაც ხშირად ხდება კოროზიის დროს. ამის გამო წარმოიქმნება ისეთი ნივთიერებები, როგორიცაა ცირკონიუმის ჰიდრიდები, რომლებიც მნიშვნელოვნად ამცირებს ნედლეულის ელასტიურობას, რაც ლითონს უფრო მყიფეს ხდის.

ცირკონიუმი მედიცინაში

ცირკონიუმის შენადნობები საკმაოდ აქტიურად გამოიყენება მედიცინაში. მეცნიერებმა ექსპერიმენტებით დაადგინეს, რომ ცირკონიუმის მარტივი სამაჯურების ტარებაც კი შეიძლება დაეხმაროს გარკვეული დაავადებების მკურნალობას და ასევე გაზარდოს ადამიანის საერთო კეთილდღეობა.

დღეს იმპლანტები (რეტეინერები) ხშირად გამოიყენება მედიცინის ისეთ სფეროებში, როგორიცაა ტრავმატოლოგია და ყბა-სახის ქირურგია. ფიქსატორები გამოიყენება მოტეხილობისთვის, ამაგრებენ ძვლებს ისე, რომ ისინი არ მოძრაობენ. სწორედ ამ შემთხვევებში შეიძლება განვასხვავოთ ცირკონიუმის შენადნობების გამოყენების ისეთი უპირატესობები, როგორიცაა: მაღალი ბიოლოგიური თავსებადობა (იგულისხმება ადამიანის სხეულის ალერგიული რეაქციების არარსებობა ასეთ შენადნობზე ან უარყოფა), შენადნობის მაღალი სიმტკიცის მახასიათებლები, რაც ძალიან მნიშვნელოვანია. ფიქსატორებისთვის. აღსანიშნავია ისიც, რომ ასეთ ნივთიერებაზე უარის ან ალერგიის არარსებობამ განაპირობა ის, რომ არ იყო საჭირო ქირურგიული ოპერაციის განმეორება რეტეინერის ამოღების მიზნით, თუ ორგანიზმი მოულოდნელად იწყებდა იმპლანტის უარყოფას..

ცირკონიუმი ატომურ ენერგეტიკულ ინდუსტრიაში

გასული საუკუნის 50-იან წლებამდე ითვლებოდა, რომ ცირკონიუმი არ იყო შესაფერისი ამ სფეროში გამოსაყენებლად. თუმცა, ეს იყო 50-იან წლებში. პირველად მიიღეს მასალა, რომელიც მთლიანად გაწმენდილი იყო ისეთი მინარევებისაგან, როგორიც არის ჰაფნიუმი. გაწმენდის შემდეგ აღმოჩნდა, რომ სუფთა ცირკონიუმს აქვს ძალიან მცირე თერმული ნეიტრონის შთანთქმის ჯვარი. სწორედ ეს ხარისხი გახდა მთავარი და შესაძლებელი გახადა ცირკონიუმის შენადნობების გამოყენება ბირთვულ ენერგეტიკულ ინდუსტრიაში.

დაემატება, რომ უბრალოდ გაწმენდილი ცირკონიუმის გამოყენება შეუძლებელია, რადგან ცხელ წყალში კოროზიის წინააღმდეგობა ძალიან დაბალი იყო. ამის შემდეგ გადაწყდა ცირკონიუმის დაფუძნებული შენადნობების გამოყენება. მათ დაამტკიცეს თავიანთი ღირებულება ორთქლით გაგრილებულ რეაქტორებში და მსგავს კოროზიულ გარემოში.

შენადნობების ზოგადი გამოყენება

ცირკონიუმი ფართოდ გამოიყენება, როგორც შენადნობი ელემენტი. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ლითონები, რომლებსაც ეს ნივთიერება ემატება, უფრო თბოგამძლე ხდება, მჟავა-რეზისტენტული და ა.შ. ანუ ლითონისა და ცირკონიუმის შენადნობი თავისი მახასიათებლებით მნიშვნელოვნად აღემატება საწყის ნედლეულს.

ფეროზირკონიუმი საკმაოდ ფართოდ გამოიყენება. ეს არის ცირკონიუმის და რკინის შენადნობი. შენადნობი ელემენტის Zr შემცველობა მთლიანი მასის 20%-ს აღწევს. ასეთი ნივთიერება გამოიყენება მეტალურგიაში, როგორც ფოლადის დეოქსიდიზატორი და დეგაზატორი. მაგალითად, ალუმინის ცირკონიუმის შენადნობები ითვლება ყველაზე მდგრად კოროზიის მიმართ და გამოიყენება ვაკუუმური მილების კათოდური ბადეებში. Zr-ის შემცველობა ასეთ შენადნობაში არ არის მთლიანი მასის 3%-ზე მეტი.

შავი მეტალურგიაში, ფეროცირკონიუმის გარდა, ხშირად გამოიყენება Zr და სილიკონის შენადნობი. იგი გამოიყენება ფოლადის გაჟონვისთვის. სპილენძისა და ცირკონიუმის შენადნობი ფართოდ გამოიყენება ელექტრო მოწყობილობების გამტარ ელემენტების დასამზადებლად.

ცირკონიუმის პოვნა

აღსანიშნავია, რომ ცირკონიუმი საკმაოდ იშვიათი ელემენტია. ამ ნივთიერების შემცველობა დედამიწის ქერქში არ აღემატება0.025% წონით. ცირკონიუმი იკავებს მეთორმეტე ხაზს ლითონების გავრცელების ცხრილში. ეს ნედლეული საკმაოდ გაფანტულია და ამიტომ მისი დიდი საბადოების პოვნა ძალიან რთულია. ის ყველაზე ხშირად გვხვდება ლითოსფეროში მდებარე ქიმიურ ნაერთად, რადგან თავად ცირკონიუმი ლითოფილი ელემენტია.