文档介绍：2017-1-19 西北工业大学稀有金属材料与加工课件 1第第4 4讲讲锆铪及其合金锆铪及其合金稀有金属王国中的姊妹花 2017-1-19 西北工业大学稀有金属材料与加工课件 2 锆的属性概述原子时代的第一金属原子时代的第一金属??锆于锆于 1789 1789 年年发现发现, , 1824 1824 年年制得金属锆, 制得金属锆, 1944 1944 年开始大规模生产; 年开始大规模生产; ??银白色金属,粉末均呈黑色银白色金属,粉末均呈黑色, ,在在 862 862 ℃℃发生同素异晶转变,由低温时发生同素异晶转变,由低温时的密排六方结构的密排六方结构( (ɑ ɑ相相) )转变为高温时的体心立方结构转变为高温时的体心立方结构( (ββ相相) ),熔点,熔点 1852 1852 ℃℃。在酸、碱等介质中,表现出良好的耐蚀性;较好的加工性能和焊。在酸、碱等介质中,表现出良好的耐蚀性;较好的加工性能和焊接性能和良好的机械性能;强度随着温度的增高而下降,在接性能和良好的机械性能;强度随着温度的增高而下降,在 500 500 ℃℃以上以上就会丧失其优良的耐蚀性能;锆具有优异的核性能,它的热中子吸收就会丧失其优良的耐蚀性能;锆具有优异的核性能,它的热中子吸收截面只有截面只有 × × 10 10 -28 -28m m 2 2,仅次于铍,仅次于铍( ( × × 10 10 -28 -28m m 2 2) )和镁和镁( ( × × 10 10 - - 28 28m m 2 2) ); ; ??锆矿:锆英石锆矿:锆英石( (锆石锆石 ZrSiO ZrSiO 4 4) )和斜锆石和斜锆石( (天然天然 ZrO ZrO 2 2) ); ; ??粉末有很强的吸气能力,锆可以吸收粉末有很强的吸气能力,锆可以吸收 40 40 %(原子分数%(原子分数) )的氧或的氧或 20%( 20%( 原原子分数子分数) )的氮。的氮。??锆和铪在矿石中共生,用一般方法很难分开。锆和铪在矿石中共生,用一般方法很难分开。 2017-1-19 西北工业大学稀有金属材料与加工课件 3 锆及锆合金的应用??在核反应堆中的应用在核反应堆中的应用压力管、工艺管、元件盒、隔环 PHWR RBMK Zr- Zr-- 燃料包壳管及其他结构材料俄式压水堆( VVER-400 、 VVER-1000 )和沸水堆( RBMK ) Zr-1Nb 燃料包壳管、控制棒导向管、测量管、定位隔架、端塞、元件盒等压水堆( PWR ),坎杜堆(PHWR ),低温供热堆 Zr-4 燃料包壳管及其他结构材料沸水堆( BWR ) Zr-2 用途反应堆堆型锆合金??在化工中的应用在化工中的应用 Zr 70 2、 Zr 70 4、 Zr 70 5和 Zr 70 6; 热交换器、洗提塔、反应器、泵和腐蚀介质管道等; 对锆材表面进行氧化预膜、喷涂或电镀其他金属,是提高锆的耐蚀性的有效方法。 2017-1-19 西北工业大学稀有金属材料与加工课件 4 ??在其他工业中的应用在其他工业中的应用作贮氢材料; 在电气、电子工业中用作吸气剂、栅极和电容器; 武器中可作炸药、爆燃剂、引信和热电池发射材料等; 利用锆的高熔点和高发射能力,锆还被用作等离子切割电极; 冶金工业中,锆作为合金添加剂,可以改善合金性能; 锆及肌肉、骨骼和脑组织相容性好,可用来制作外科手术用的各种医疗器械和其他生物医用材料; 锆及锆合金还被用来制做各种首饰以及高档装饰品。 ZrO 2陶瓷用作狄索尔内燃发动机零件; ZrO 2陶瓷硬度高、耐腐蚀性好、无磁、不导电,在现代***、磨具、医疗器械、人造关节、骨胳方面都取得广泛应用; 在军事上 ZrO2 被用来制作防弹盔甲,在加工工业中, ZrO2 已用来制作陶瓷轧辊等。??锆合金的应用锆合金的应用 2017-1-19 西北工业大学稀有金属材料与加工课件 5 锆铪分离技术熔盐精馏法生产原子能级海绵锆工艺熔剂萃取分离工艺制取原子能级海绵锆 2017-1-19 西北工业大学稀有金属材料与加工课件 6 锆的合金化原理锆的氧化膜成长理论是,氧离子沿着膜中阴离子空位扩散,穿过氧化膜锆的氧化膜成长理论是,氧离子沿着膜中阴离子空位扩散,穿过氧化膜到达金属表面,而电子从金属表面向外运动,使氧化膜在金属和氧化膜到达金属表面,而电子从金属表面向外运动,使氧化膜在金属和氧化膜界面处生长。二者平衡速度或氧离子与氧化膜中空位的置换速度是腐蚀界面处生长。二者平衡速度或氧离子与氧化膜中空位的置换速度是腐蚀速度的控制因素。因此,任何外来的间隙阳离子都会减少阴离子空位数速度的控制因素。因此,任何外来的间隙阳离子都会减少阴离子空位数目,降低氧离子的扩散。但是,低于四