 |
 |
 |
 |
 |
 |
||
 |
 |
 |
 |
 |
| 查看: 8358 | 回復: 44 | ||||||||
[交流]
【原創(chuàng)】金屬知識----鋯 已有31人參與
|
||||||||
|
前期發(fā)了一個關于核電的帖子，主要是想和大家分享核電的美好前景，鋯作為核電材料被大量應用，下面主要介紹鋯的知識（這些知識大家不難查到，但是把這些東西整理出來呈現(xiàn)給大家，還是費了點功夫~希望大家認可并支持） 金屬知識 鋯的發(fā)現(xiàn) 金屬鋯的力學性能 鋯的礦物含量 鋯的化學性質(zhì) 鋯與鉿 鋯（物理、化學性質(zhì)） 應用指南 鋯在鎳氫電池中的應用 鋯在固體電解質(zhì)電池中的應用 鋯在鋰離子電池中的應用 鋯在紡織業(yè)中的應用 適宜作包殼用的鋯合金 鋯鉿在原子能工業(yè)中的應用--結(jié)構(gòu)材料 一、鋯的發(fā)現(xiàn) 含鋯的天然硅酸鹽ZrSiO4稱為鋯石或風信子石，它們廣泛分布于自然界中。鋯石、風信子石具有從橙色到紅色的各種美麗顏色，常被認為屬于寶石一類。據(jù)說，鋯石一詞來自阿拉伯文zargun，即朱砂；也有說是來自波斯文zargun，是金子的顏色；或說來自希臘文hyacinth，百合花一詞。亞洲的斯里蘭卡和非洲的塞內(nèi)加爾就是出產(chǎn)各種含鋯礦石有名的地區(qū)。 化學家們很早就對鋯石進行了分析，認為是含硅土、礬土、石灰和鐵的氧化物。如1777年瑞典化學家柏格曼在分析了斯里蘭卡產(chǎn)出的風信子石后指出，其中含氧化硅25%、氧化鋁40%、氧化鈣20%、鐵的氧化物13%。 1789年，馬丁 克拉普羅斯對鋯石進行了研究。他把鋯石和氫氧化鈉共熔，用鹽酸溶解冷卻物，在溶液中添加碳酸鉀，沉淀，過濾，并清洗沉淀物，再將沉淀物加硫酸煮沸，所得溶液蒸干，將殘渣再與硫酸煮沸，然后濾去硅的氧化物。在濾液中檢查鈣、鎂、鋁的氧化物，均未發(fā)現(xiàn)鋯。而在溶液中添加碳酸鉀后出現(xiàn)沉淀，這個沉淀物不像氧化鋁那樣溶于堿液，也不像鎂的氧化物那樣和酸作用。克拉普羅斯認為這個沉淀物和以前所得到的氧化物都不一樣，因此他認為這個沉淀物中含有一種未知的獨特而簡單的土。馬丁提議稱它為Zirkonerde（鋯土）�？死樟_斯又分析了柏格曼曾經(jīng)分析過的同一種礦石，得出含Zirkonerde70%，其余是氧化硅25%和鐵的氧化物0.5%，這是由于柏格曼把Zirkonerde當作氧化鋁和氧化鈣計算�？死樟_斯的發(fā)現(xiàn)隨后又為其他一些化學家所證實。在1897年法國化學家德毛沃和伏克林在研究另一種新礦石時，也證實了克拉普羅斯的分析是正確的。他們把得到的物質(zhì)稱為氧化鋯(Zirconia)，并敘述了一些制備方法和化合物的性質(zhì)，于是Zirkonerde的存在被肯定下來，元素被命名為Zirconium，符號被正式定為Zr，我國后來將其稱為鋯。 摘自：冶金工業(yè)出版社《鋯鉿冶金》 二、 金屬鋯的力學性能 A．一般性能 金屬鋯屬于高熔點金屬，但其力學性能則與熔點較低的金屬很相似，如彈性系數(shù)小，強度極限隨溫度升高而下降等。在20℃下鋯的主要力學性能見下表： --------------------------------------------------------- 基 本 特 性 數(shù) 值 --------------------------------------------------------- 彈性系數(shù)/kg m^-2 9.82×10^10 --------------------------------------------------------- 硬度HB 64～67 --------------------------------------------------------- 抗拉強度極限/Pa (2.3～2.5) ×10^8 --------------------------------------------------------- 屈服極限/Pa 2.1×10^8 --------------------------------------------------------- 楊氏模量/Pa 9.39×10^8 --------------------------------------------------------- 泊松比 0.34 --------------------------------------------------------- 剪切模量/Pa 3.48×10^10 --------------------------------------------------------- B．中子輻照下鋯的某些力學性能 變形較大的金屬鋯在輻照條件下，其屈服極限有所降低，伸長率則有所提高。冷變形鋯在積水通量為5×1019n/cm2下的數(shù)值見表1。而電弧爐精煉后的鋯，在600℃退火1h，再經(jīng)260℃輻照后，其屈服極限、強度極限均變化不大，見表2。 表1 冷變形鋯的一些力學性能 ------------------------------------------------------------------------ T/K 屈服極限/ MPa 抗拉強度極限/MPa 伸長率/% ----------------------------------------------------------- 輻照前 輻照后 輻照前 輻照后 輻照前 輻照后 ------------------------------------------------------------------------ 20 748 742 867 867 35 42 ------------------------------------------------------------------------ 90 720 671 805 805 27 34 ------------------------------------------------------------------------ 160 643 630 706 742 19 29 ------------------------------------------------------------------------ 200 609 574 636 650 21 27 ------------------------------------------------------------------------ 表2 輻照后退火鋯力學性能 ------------------------------------------------------------------------ 快中子總通量 屈服極限 強度極限 斷面收縮率 在50mm長度上 /n cm^-2 / MPa / MPa /% 的伸長率/% ------------------------------------------------------------------------ 0 120 276 48 29 ------------------------------------------------------------------------ 8×10^19 154 284 50 29 ------------------------------------------------------------------------ 2.5×10^20 165 279 52 25 ------------------------------------------------------------------------ 三、鋯的礦物含量 目前，已知鋯的獨立礦物有近40種，主要是鋯的氧化物（斜鋯石）及硅酸鹽，這些礦物中ZRO2含量變化很大，從4%~99%。鋯的硅酸鹽礦物多見于堿性巖，特別是霞石正長巖，其中鋯石則廣泛分布于幾乎所有類型的巖石中。至于鋯的氧化物（斜鋯石）則與超基性-堿性巖類中的碳酸巖有關，是在硅不足的條件下形成的。幾乎所有的鋯礦物都是內(nèi)生的，僅鋯鐵硅石是異性石風化產(chǎn)物。 地殼中大部分鋯呈分散狀態(tài)存在于多種礦物中，以Nb、Ti、RE礦物中含鋯最高，其中燒綠石中鋯的含量超過4%。暗色礦物輝石、角閃石和云母對鋯的分散有重要作用。堿性巖的霞石中ZrO2的最大含量可達1.4%，鈉鐵閃石中為0.73%，其中鋯的含量升高與鐵和堿有關。與輝石、角閃石相比，云母明顯貧鋯。鋯也常存在于磁鐵礦、鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、金紅石、榍石、鈣鈦礦和錫石中。淺色礦物長石、石英、霞石中含鋯很低，一般不超過60*10-6。富鋯的霞石正長巖風化形成的高嶺土和多水高嶺土，含鋯分別可達0.31%和2.7%。 四、鋯的化學性質(zhì) 由于鋯的外層電子排列為4s24p64d25s2，化合價為2、3、4價，常見的為4價，鋯的穩(wěn)定性比鈦弱而比鉿強，是一強還原劑和穩(wěn)定金屬，但穩(wěn)定性受其表面狀態(tài)和雜質(zhì)含量的影響。經(jīng)熔煉或碘化后制得的致密鋯非常穩(wěn)定；鎂還原獲得的海綿鋯，由于是多孔海綿狀則較活潑；特別是鋯粉，粒度越細，由表面積越大，活性越高，易與氣體、水發(fā)生反應。 常溫下金屬鋯在空氣中極為穩(wěn)定，與空氣中的氧、氮完全不發(fā)生反應，致密鋯則能長期保持其金屬光澤。加熱時鋯強烈地吸收氧氮而形成穩(wěn)定的化合物，并在表面生成氧化物保護層。這一原理常被用于鎂還原——蒸餾結(jié)束后作為海綿鋯的出爐安全措施之一而采用，但在較高溫度下，鋯的氧化膜會失去保護作用。當溫度超過800℃時，則迅速生成ZrO2，在靜止狀態(tài)下的空氣中，鋯的氧化速率為1.08×10-2kg/(m2 h)；950℃時為7.07×10-2kg/(m2 h)。鋯在高溫下除與氧氮形成穩(wěn)定的化合物外，還可與CO2、、H2O氣發(fā)生反應。 在低壓下鋯與氧、水蒸氣等的反應溫度見下表： ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 溫度/℃ ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ H2 O2 N2 H2O(蒸汽) CO與CO2 ------------------------------------------------------------------------------ 300～400 700 1000 —— —— ------------------------------------------------------------------------------ 760 835 在1527以前無反應 —— —— ------------------------------------------------------------------------------ 起始反應：180～230 550 ------------------ 600 —— 500 最佳條件：650～700 ------------------------------------------------------------------------------ 300 400 在400緩慢，在800迅速 300 800 ------------------------------------------------------------------------------ 五、鋯與鉿 鋯和鉿是兩個性質(zhì)相似的元素。它們都是銀灰色的難熔金屬。鋯的熔點為1852℃，鉿的熔點更高達2229℃。兩個金屬都具有良好的抗腐蝕能力，各方面的化學性質(zhì)都很接近。但是這兩個元素的原子核的性質(zhì)有一個重要的差別：元素鋯的原子核在原子能反應堆中很少吸收反應堆里面的中子，而元素鉿的原子核在反應堆中卻能大量吸收里面的中子，它們俘獲中子的能力相差達800倍。正是由于鋯的熱中子俘獲能力特別小，鉿的熱中子俘獲能力又特別大，這兩種金屬又有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，因此在原子核工業(yè)中這兩種金屬都可以發(fā)揮很好的作用：金屬鋯用來做包裝燃料鈾的包套和反應堆芯的其他結(jié)構(gòu)材料，這樣可減少核反應所必須的中子的無謂損失，它在核電站和核動力艦艇中得到廣泛的應用；熱中子俘獲截面很大的鉿可以做成核反應的控制棒。如果反應堆里的核反應過于激烈，在堆芯中多插幾根鉿棒能夠有效地吸收過多的熱中子，反應堆里的核反應就減緩了。反之，將反應堆中的鉿棒提出少許，就可以使反應加速，由金屬鉿制成的控制棒在核潛艇中得到普遍應用。鋯和鉿兩個元素在原子能反應堆中正好是一對“寶貝”。 鋯和鉿的高熔點化合物可以做成高級耐火材料。熔點為2700℃的二氧化鋯和熔點為2550℃的鋯英石（ZrSiO4）在熔煉高規(guī)格的合金時用來做爐體材料；熔點高達3895℃的碳化鉿可以做宇宙火箭的噴嘴。在這些場合，很難用其他耐火材料來代替鋯和鉿的化合物。 [ Last edited by 鋼鐵盒子 on 2011-3-6 at 11:24 ] |
回復此樓» 收錄本帖的淘帖專輯推薦
 催化&材料 | Materials Design | 材料焊接及結(jié)構(gòu)的強度與斷裂 | 我的收藏 |
| CO2電還原 |
» 猜你喜歡
265求調(diào)劑
已經(jīng)有4人回復
-
085700資源與環(huán)境308求調(diào)劑
已經(jīng)有6人回復
-
一志愿吉林大學材料學碩321求調(diào)劑
已經(jīng)有12人回復
-
286分人工智能專業(yè)請求調(diào)劑愿意跨考！
已經(jīng)有3人回復
-
329求調(diào)劑
已經(jīng)有5人回復
-
申請回稿延期一個月，編輯同意了。但系統(tǒng)上的時間沒變，給編輯又寫郵件了，沒回復
已經(jīng)有4人回復
-
材料學碩318求調(diào)劑
已經(jīng)有5人回復
-
一志愿中國海洋大學，生物學，301分，求調(diào)劑
已經(jīng)有6人回復
-
081700化工學碩調(diào)劑
已經(jīng)有3人回復
-
一志愿蘇州大學材料求調(diào)劑，總分315（英一）
已經(jīng)有3人回復
» 本主題相關商家推薦: (我也要在這里推廣)
» 本主題相關價值貼推薦，對您同樣有幫助:
- 什么是埋燒法
已經(jīng)有21人回復
- 無機非金屬版資源索引
已經(jīng)有63人回復
- 催化基礎知識普及、探討帖之三：H2-O2滴定
已經(jīng)有85人回復
13樓2011-03-08 12:12:50
zoolay
銀蟲 (小有名氣)
- 應助: 32 (小學生)
- 金幣: 202.3
- 散金: 15
- 帖子: 186
- 在線: 68.9小時
- 蟲號: 1221177
- 注冊: 2011-03-04
- 專業(yè): 金屬結(jié)構(gòu)材料
21樓2011-03-14 00:00:01
imrsfb
鐵桿木蟲 (著名寫手)
- MM-EPI: 7
- 應助: 12 (小學生)
- 貴賓: 1.17
- 金幣: 8101.6
- 散金: 2541
- 紅花: 45
- 沙發(fā): 3
- 帖子: 2477
- 在線: 580.6小時
- 蟲號: 472279
- 注冊: 2007-12-04
- 性別: GG
- 專業(yè): 金屬結(jié)構(gòu)材料
★
小木蟲(金幣+0.5):給個紅包，謝謝回帖交流
小木蟲(金幣+0.5):給個紅包，謝謝回帖交流
|
這是維基百科中給出的模量和硬度： Young's modulus 88 GPa Shear modulus 33 GPa Bulk modulus 91.1 GPa Poisson ratio 0.34 Mohs hardness 5.0 Vickers hardness 903 MPa Brinell hardness 650 MPa http://en.wikipedia.org/wiki/Zirconium |
8樓2011-03-08 08:22:03
clbb1030
木蟲 (小有名氣)
- 應助: 0 (幼兒園)
- 金幣: 1649.9
- 散金: 4
- 紅花: 1
- 帖子: 84
- 在線: 32.9小時
- 蟲號: 770187
- 注冊: 2009-05-14
- 專業(yè): 有機合成
9樓2011-03-08 08:45:21
我看見好多錢
11樓2011-03-08 10:59:44
tslj
銀蟲 (小有名氣)
- 應助: 0 (幼兒園)
- 金幣: 173.8
- 散金: 24
- 帖子: 186
- 在線: 40.3小時
- 蟲號: 1094071
- 注冊: 2010-09-09
- 專業(yè): 基因表達調(diào)控與表觀遺傳學
20樓2011-03-11 23:33:56
wcjhit
木蟲 (正式寫手)
- 應助: 13 (小學生)
- 金幣: 5587.1
- 散金: 339
- 帖子: 569
- 在線: 2462.8小時
- 蟲號: 1135694
- 注冊: 2010-10-31
- 性別: GG
- 專業(yè): 零件成形制造
2樓2011-03-06 13:49:23
zgw318
金蟲 (著名寫手)
- MM-EPI: 2
- 應助: 61 (初中生)
- 貴賓: 0.305
- 金幣: 3106.4
- 散金: 167
- 紅花: 12
- 帖子: 1613
- 在線: 115.2小時
- 蟲號: 934926
- 注冊: 2009-12-29
- 性別: GG
- 專業(yè): 金屬材料的制備科學與跨學
- 管轄: 金屬
3樓2011-03-06 14:55:11
淮河一條龍
銅蟲 (小有名氣)
- 應助: 1 (幼兒園)
- 金幣: 1049.6
- 紅花: 2
- 帖子: 292
- 在線: 216小時
- 蟲號: 1104155
- 注冊: 2010-09-20
- 專業(yè): 材料冶金過程工程
4樓2011-03-07 13:01:21
ada669
木蟲 (正式寫手)
- 應助: 2 (幼兒園)
- 金幣: 1745
- 帖子: 347
- 在線: 116.7小時
- 蟲號: 919457
- 注冊: 2009-12-03
- 專業(yè): 金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)
5樓2011-03-07 13:11:40
6樓2011-03-07 13:36:37
imrsfb
鐵桿木蟲 (著名寫手)
- MM-EPI: 7
- 應助: 12 (小學生)
- 貴賓: 1.17
- 金幣: 8101.6
- 散金: 2541
- 紅花: 45
- 沙發(fā): 3
- 帖子: 2477
- 在線: 580.6小時
- 蟲號: 472279
- 注冊: 2007-12-04
- 性別: GG
- 專業(yè): 金屬結(jié)構(gòu)材料
7樓2011-03-08 08:19:36
10樓2011-03-08 09:05:24
相關版塊跳轉(zhuǎn)
我要訂閱樓主 鋼鐵盒子 的主題更新
| 最具人氣熱帖推薦 [查看全部] | 作者 | 回/看 | 最后發(fā)表 | |
|---|---|---|---|---|
|
[考研] 0817 化學工程 299分求調(diào)劑 有科研經(jīng)歷 有二區(qū)文章 +18 | rare12345 2026-03-18 | 18/900 |
|
|---|---|---|---|---|
|
[考研] 本人考085602 化學工程 專碩 +17 | 不知道叫什么！ 2026-03-15 | 19/950 |
|
|
|
[考研] 一志愿天津大學化學工藝專業(yè)（081702）315分求調(diào)劑 +11 | yangfz 2026-03-17 | 11/550 |
|
|
|
[考研] 286求調(diào)劑 +6 | lemonzzn 2026-03-16 | 10/500 |
|
|
|
[考研] 化學求調(diào)劑 +3 | 臨澤境llllll 2026-03-17 | 4/200 |
|
|
|
[教師之家] 焦慮 +9 | 水冰月月野兔 2026-03-13 | 13/650 |
|
|
|
[考研] 材料專碩英一數(shù)二306 +5 | z1z2z3879 2026-03-18 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 材料工程專碩調(diào)劑 +5 | 204818@lcx 2026-03-17 | 6/300 |
|
|
|
[考研] 354求調(diào)劑 +4 | Tyoumou 2026-03-18 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 材料與化工一志愿南昌大學327求調(diào)劑推薦 +8 | Ncdx123456 2026-03-13 | 9/450 |
|
|
|
[考研] 材料專碩326求調(diào)劑 +6 | 墨煜姒莘 2026-03-15 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 304求調(diào)劑 +4 | ahbd 2026-03-14 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 一志愿211 0703方向310分求調(diào)劑 +3 | 努力奮斗112 2026-03-15 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 304求調(diào)劑 +3 | 曼殊2266 2026-03-14 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 0856求調(diào)劑 +3 | 劉夢微 2026-03-15 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 26考研一志愿中國石油大學(華東)305分求調(diào)劑 +3 | 嘉年新程 2026-03-15 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 22408總分284求調(diào)劑 +3 | InAspic 2026-03-13 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 330求調(diào)劑 +3 | ?醬給調(diào)劑跪了 2026-03-13 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 304求調(diào)劑 +7 | 7712b 2026-03-13 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 311求調(diào)劑 +3 | 冬十三 2026-03-13 | 3/150 |
|