Zirkonium (Zr)-materiaal is een sterk, corrosie-bestendig metaal met uitstekende mechanische eigenschappen, waardoor het geschikt is voor een breed scala aan industriële toepassingen, waaronder kernreactoren, ruimtevaart en chemische processen.
Zirkonium (Zr) is een chemisch element met atoomnummer 40. Het is een glanzend, grijs-wit, sterk en taai overgangsmetaal dat zeer goed bestand is tegen corrosie. Het is vooral bekend vanwege zijn uitzonderlijk lage absorptiedwars-doorsnede voor thermische neutronen, waardoor het onmisbaar is in de nucleaire industrie, en vanwege zijn biocompatibiliteit in medische toepassingen.
Fysieke eigenschappen
|
Fysieke eigenschappen |
Gegevens |
|
Dikte |
6,52 g/cm³ |
|
Smeltpunt |
1855 graden (3371 graden F) |
|
Kookpunt |
4.409 graden (7.970 graden F) |
|
Elasticiteitsmodulus |
91 GPa |
|
Poisson-ratio |
0.35 |
|
Elektrische geleidbaarheid |
5,5 x 10⁻⁶ Ω·m (bij 20 graden) |
|
Thermische geleidbaarheid: |
22,7 W/m·K bij 300 K |
Mechanische eigenschappen
|
Mechanische eigenschappen |
Gegevens |
|
Treksterkte |
350-500 MPa (afhankelijk van legering en warmtebehandeling) |
|
Opbrengststerkte |
~250-450 MPa |
|
Verlenging |
~15-25% (afhankelijk van de vorm en legering) |
|
Hardheid |
Vickers-hardheid ~180–250 HV (varieert afhankelijk van legering en warmtebehandeling) |
Chemische eigenschappen
Corrosiebestendigheid
Zirkonium is zeer goed bestand tegen corrosie in verschillende zure en alkalische omgevingen. Het is bijzonder goed bestand tegen aantasting door zoutzuur, zwavelzuur en zeewater, waardoor het ideaal is voor gebruik bij chemische processen.
Oxidatie weerstand
Bij blootstelling aan lucht vormt zirkonium een dunne oxidelaag (ZrO₂) die als een beschermende barrière fungeert en verdere oxidatie voorkomt. Deze oxidelaag is stabiel tot 500 graden.
Thermische eigenschappen
| Thermische geleidbaarheid | 22 W/m·K (voor zuiver zirkonium) |
| Specifieke warmte | ~0.28 J/g·K |
| Coëfficiënt van thermische uitzetting | 5,4 × 10⁻⁶/ graad (bij 25 graden) |
| Thermische diffusie | 2.1 × 10⁻⁶ m²/s |
Elektrische eigenschappen
Elektrische geleidbaarheid
Relatief laag, ongeveer 10% van dat van koper.
Weerstand
0,000076 Ω·m (voor zuiver zirkonium)
Diëlektrische constante
8,5 (bij 1 MHz)
Corrosiebestendigheid
● Zeer corrosiebestendig-bestendig: Zirkonium staat bekend om zijn uitstekende weerstand tegen corrosie, vooral in zure omgevingen. Het is bestand tegen corrosie in sterke zuren, logen en zouten. De weerstand ervan tegen stoom-met een hoge temperatuur is vooral belangrijk in kernreactoren.
● Oxidelaag: Zirkonium vormt bij blootstelling aan lucht een beschermende oxidelaag (ZrO₂), waardoor de corrosieweerstand wordt vergroot.
● Reactiviteit: Bij hoge temperaturen kan zirkonium reageren met zuurstof, stikstof en koolstof, maar de oxidelaag verhindert verdere afbraak.
Magnetische eigenschappen
Magnetisch gedrag: Zirkonium is paramagnetisch, wat betekent dat het zwak wordt aangetrokken door magnetische velden. Het is niet ferromagnetisch en is niet-magnetisch bij kamertemperatuur.
Supergeleiding
Zirkonium vertoont supergeleidende eigenschappen bij zeer lage temperaturen, maar wordt niet vaak gebruikt voor supergeleidende toepassingen zoals niobium. De kritische temperatuur ligt rond de 0,2 K.
Legeringen
Zirkonium wordt vaak gelegeerd met andere metalen zoals tin, ijzer en nikkel om de sterkte, corrosieweerstand en mechanische eigenschappen te verbeteren. Enkele veel voorkomende legeringen zijn:
Zirkonium-Tin (Zr-Sn) legeringen
Wordt voornamelijk gebruikt in kernreactoren voor het bekleden van brandstof vanwege de lage neutronenabsorptie.
Zirkonium-ijzer- (Zr-Fe)-legeringen
Gebruikt in toepassingen die bestand zijn tegen hoge- temperaturen en corrosie-.
Zirkonium-nikkel (Zr-Ni) legeringen
Gebruikt voor toepassingen waarbij verbeterde sterkte en corrosieweerstand vereist zijn.
Toepassingen
● Nucleaire industrie:Zirkonium wordt veel gebruikt in kernreactoren voor het bekleden van brandstofstaven vanwege de lage neutronenabsorptiedoorsnede en de hoge weerstand tegen corrosie bij hoge temperaturen. Voor dit doel worden vaak zirkoniumlegeringen (vooral Zr-2,5Nb) gebruikt.
● Chemische verwerking:Vanwege de uitstekende weerstand tegen corrosie in agressieve omgevingen wordt zirkonium gebruikt in reactoren, pompen, kleppen en andere apparatuur in de chemische en petrochemische industrie.
● Lucht- en ruimtevaart:Zirkonium wordt in lucht- en ruimtevaarttoepassingen gebruikt voor hoge--temperatuurcomponenten en coatings, vooral vanwege het hoge smeltpunt en het vermogen om extreme omstandigheden te weerstaan.
● Medisch:Zirkonium en zijn legeringen worden gebruikt in medische implantaten, waaronder tand- en heupprothesen, vanwege de biocompatibiliteit en weerstand tegen corrosie in het menselijk lichaam.
● Legeringen:Zirkonium wordt vaak gelegeerd met andere metalen, zoals hafnium, niobium en tin, om de eigenschappen ervan voor specifieke toepassingen te verbeteren, zoals in corrosie-bestendige materialen voor de chemische industrie en kernreactoren.
Belangrijkste kenmerken
● Hoge weerstand tegen corrosie:Het belangrijkste voordeel van zirkonium is dat het bestand is tegen corrosie in de meeste zure en alkalische omgevingen, waardoor het zeer waardevol is in industrieën die te maken hebben met agressieve chemicaliën.
● Hoog smeltpunt:Met een smeltpunt van 1855 graden is zirkonium bestand tegen toepassingen bij hoge- temperaturen waar veel andere materialen het niet zouden doen.
Populaire tags: zirkoniummateriaal, China zirkoniummateriaalfabrikanten, leveranciers, fabriek
