เซอร์โคเนียม: โลหะผสมขึ้นอยู่กับมัน คุณสมบัติการสมัคร

2026 ผู้เขียน: Howard Calhoun | calhoun@techconfronts.com. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-24 13:26:22

หายาก แต่ในขณะเดียวกันก็มีความสำคัญมากในหลายอุตสาหกรรม โลหะ - เซอร์โคเนียม - ถูกแยกออกครั้งแรกในปี พ.ศ. 2367 เท่านั้น อย่างไรก็ตาม มันยังคงมีองค์ประกอบอื่นอยู่บ้าง เฉพาะในศตวรรษที่ 20 เท่านั้นที่สามารถรับเซอร์โคเนียมบริสุทธิ์ ปราศจากสิ่งเจือปนต่างๆ โลหะผสมที่มีพื้นฐานจากมันถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการผลิตวัสดุทนไฟ, สารกัดกร่อน, สีเซรามิก, กระดาษทราย, สิ่งทอ, ยาดับกลิ่นและหินเทียม แน่นอนว่าเราไม่ควรลืมความสำคัญสูงของโลหะนี้ในยา เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเขา

การพัฒนาโลหการ

เซอร์โคเนียมเป็นส่วนประกอบหลักของโลหะผสมสำหรับวิศวกรรมพลังงานนิวเคลียร์ แต่สำหรับสิ่งนี้จำเป็นต้องบริสุทธิ์ที่สุดจากสิ่งสกปรกต่างๆ ความจริงก็คือในแร่เซอร์โคเนียมไม่เพียง แต่มีธาตุหายากเช่นแฮฟเนียมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงไนโตรเจนคาร์บอนและออกซิเจนด้วย และสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะดังกล่าวค่อนข้างอันตรายและสามารถรวมอยู่ในองค์ประกอบของวัสดุโครงสร้างสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้ไม่เกินหนึ่งในล้านเปอร์เซ็นต์ ดังนั้นการได้เซอร์โคเนียมและโลหะผสมบริสุทธิ์บนพื้นฐานของมันเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างยาวและลำบาก ขั้นแรกให้เปิดสมาธิจากนั้นก็เสริมแต่งสิ่งสกปรกที่ไม่ต้องการและแฮฟเนียมแยกออกจากกัน

เซอร์โคเนียมบริสุทธิ์ดูเหมือนโลหะทั่วไป ในลักษณะที่ปรากฏคล้ายกับเหล็กมาก แต่ในขณะเดียวกันก็ทนทานและเหนียวกว่า แน่นอนว่าในโลหะผสมที่มีลักษณะพิเศษอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปริมาณขององค์ประกอบอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น ออกซิเจน (มากกว่า 0.6%) จะทำให้เซอร์โคเนียมเปราะมากขึ้น แต่ก็มีข้อเสียเช่นกัน: ไดออกไซด์ของโลหะนี้ (ZrO_{2) มีจุดหลอมเหลว 2680 °C}

วัสดุก่อสร้างหลัก

ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ พื้นที่กว้างที่สุดที่ใช้เซอร์โคเนียมและโลหะผสมของเซอร์โคเนียมคืออุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ข้อได้เปรียบหลักของพวกเขาคือ พวกมันมีส่วนตัดขวางของการจับนิวตรอนความร้อนขนาดเล็ก (ยุ้งข้าวเพียง 0.18 โรง) คุณสมบัติการกัดกร่อนที่ดีและจุดหลอมเหลวสูง ดังนั้น TVEL จึงเป็นองค์ประกอบเชื้อเพลิงเชิงสร้างสรรค์หลักของเขตแอคทีฟของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ซึ่งวางเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ไว้ มันเกิดจากการแตกตัวของนิวเคลียสหนัก ซึ่งหมายความว่าองค์ประกอบเชื้อเพลิงจะต้องทำจากโลหะที่ทนทานและทนไฟมากที่สุด และจะต้องไม่เปลี่ยนลักษณะการดูดกลืนนิวตรอนในเครื่องปฏิกรณ์

ดังนั้น โลหะผสมเซอร์โคเนียมจึงถูกนำมาใช้ทำเปลือก ข้อกำหนดสำหรับพวกเขาค่อนข้างเข้มงวด ดังนั้นองค์ประกอบการผสมไม่ควรทำให้คุณลักษณะแย่ลง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับส่วนตัดขวางขนาดเล็กสำหรับการดักจับนิวตรอนความร้อน เซอร์โคเนียมเป็นโลหะผสมเพื่อระงับผลกระทบที่เป็นอันตรายของไนโตรเจนและปรับปรุงคุณสมบัติการกัดกร่อน องค์ประกอบหลายอย่างของระบบธาตุของ Mendeleev ไม่เหมาะ เนื่องจากลดลักษณะบางอย่างลง

โลหะผสมที่มีชื่อเสียงที่สุดที่ใช้ทำแท่งเชื้อเพลิงคือเซอร์คาลอย ส่วนผสมหลักของมันคือดีบุก และองค์ประกอบเสริมคือ เหล็ก โครเมียม และนิกเกิล ในรัสเซีย ไนโอเบียมมักใช้สำหรับผสมเซอร์โคเนียม นอกจากนี้ยังมีส่วนตัดขวางของการจับนิวตรอนความร้อนต่ำ ลดการดูดซับไฮโดรเจน และสร้างเฉพาะสารละลายที่เป็นของแข็งเท่านั้น และในทางกลับกันก็ให้โลหะผสมที่มีความเหนียวสูง

ผสมเซอร์โคเนียม

โลหะที่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงอธิบายว่าทำไมจึงมักใช้เป็นองค์ประกอบโลหะผสมในโลหะผสมเหล็กและอโลหะ นอกจากนี้ยังไม่ละลายในกรดไฮโดรคลอริกและไนตริกและด่าง ดังนั้นโลหะผสมหลายองค์ประกอบของเซอร์โคเนียมกับแมกนีเซียมจึงเป็นที่นิยมอย่างมาก นอกจากนี้ การผสมกับโลหะนี้จะเพิ่มความต้านทานกรดของไททาเนียม โลหะผสมของเซอร์โคเนียมกับทองแดงมีความแข็งแรงสูงและมีค่าการนำไฟฟ้า มักใช้เป็นสารเติมแต่งในการผลิตเหล็กเกรดต่างๆ วิธีนี้ทำให้คุณสามารถกำจัดกำมะถัน ไนโตรเจน และออกซิเจนออกจากพวกมันได้

อุตสาหกรรมการแพทย์

เมื่อพิจารณาถึงเซอร์โคเนียมและโลหะผสมแล้ว ก็ไม่ควรพลาดที่จะกล่าวถึงอีกด้านของการใช้งาน ในอุตสาหกรรมการแพทย์พวกเขาครอบครองไกลจากที่สุดท้าย ล่าสุด เหล็กและโลหะผสมไททาเนียม อย่างไรก็ตามในบางกรณีร่างกายปฏิเสธโลหะเหล่านี้ซึ่งเกิดอาการแพ้ ยาแผนปัจจุบันใช้โลหะผสมเซอร์โคเนียมและไททาเนียมในการผลิตลวดเย็บกระดาษ จาน รากฟันเทียม ฟันปลอม และกลไกการตรึง

เนื่องจากโลหะและสารประกอบนี้ไม่ระคายเคืองต่อกระดูกและเนื้อเยื่ออ่อนรอบข้าง จึงถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการทำเครื่องประดับ ตัวอย่างเช่น ต่างหูเซอร์โคเนียมไม่ก่อให้เกิดอาการแพ้ และรักษาบาดแผลที่ติ่งหูไม่เลวร้ายไปกว่าทองคำ

การใช้พลังงาน

โลหะผสมของอะลูมิเนียมและเซอร์โคเนียมมีลักษณะเชิงบวกหลายประการ ดังนั้นจึงประสบความสำเร็จในการใช้ในอุตสาหกรรมพลังงาน ความจริงก็คือลวดเหล็กและทองแดงมีน้ำหนักค่อนข้างมากและมักจะรองรับแบบเก่าไม่สามารถทนต่อภาระดังกล่าวได้ ในปี 1960 ในญี่ปุ่น กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ได้ผลิตโลหะผสมอะลูมิเนียมและเซอร์โคเนียมจำนวนหนึ่ง พวกเขาพิจารณาแล้วว่าวัสดุดังกล่าวสามารถใช้ได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูง (150-230 ° C) และในเวลาเดียวกันก็จะค่อนข้างเบา ซึ่งช่วยให้สามารถใช้สำหรับการผลิตสายไฟที่มีอุณหภูมิสูงได้ สิ่งนี้จะเพิ่มความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของเครือข่ายไฟฟ้า

การใช้งานอื่นๆ สำหรับสารประกอบเซอร์โคเนียมและโลหะผสม

ในผลิตภัณฑ์ระงับเหงื่อหลายชนิด คุณสามารถหาส่วนประกอบเช่น Aluminium Zirconium Tetrachlorohydrex เป็นสารประกอบทางเคมีที่ดูดซับเหงื่อและกลิ่นของมัน นักวิทยาศาสตร์พบว่ามันไม่ใช่ซึมเข้าสู่ผิวจึงไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสุขภาพอย่างร้ายแรง อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ อะลูมิเนียม-เซอร์โคเนียม-เตตระคลอโรไฮเดรกซ์ไกลซีนถูกห้ามในสหภาพยุโรปและสหรัฐอเมริกา

เซอร์โคเนียมออกไซด์ใช้ทำอิเล็กโทรคอรันดัม ได้มาจากการหลอมในเตาไฟฟ้าแบบเอียง เซอร์โคเนียมอิเล็กโทรคอรันดัมค่อนข้างแข็งแกร่งและช่วยให้แปรรูปวัสดุด้วยแรงจับยึดขนาดใหญ่ ส่วนใหญ่มักใช้สำหรับการเจียรหยาบและหยาบ

โดยทั่วไป ควรสังเกตว่าเซอร์โคเนียมและโลหะผสมของเซอร์โคเนียมมีจุดหลอมเหลวสูง ทนต่อสารเคมี และมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ด้วยเหตุนี้จึงมีการใช้งานอย่างแข็งขันในด้านต่างๆ