많은 사람들이 지식을 가지고 있지 않습니다. 지르콘지르코늄은 지르코늄이 추출되는 광물입니다. 하지만 지르코늄은 원자력 발전소, 기계 공학, 화학 산업, 치과, 그리고 의학 등 다양한 산업에 없어서는 안 될 자원을 제공합니다. 지르코늄은 열 안정성, 높은 밀도, 경도(알루미늄 금속보다 더 단단함), 그리고 높은 내압성과 같은 장점을 가지고 있습니다. 지르코늄의 또 다른 장점으로는 높은 산소 이온 전도도와 높은 녹는점이 있습니다.
그러나 지르코늄은 특히 고온 조건에서 원치 않는 상변화를 겪습니다. 따라서 산화마그네슘이 안정제로 사용됩니다. 이는 거의 모든 산업 분야에서 활용할 수 있는 다양한 이점을 제공합니다.
지르코늄이란?
지르코늄은 언뜻 보기에 연성이 높고 내열성이 뛰어난 은회색 금속입니다. 이 금속은 내열성이 뛰어나 섭씨 1855도 이상의 온도에서만 녹습니다. 귀중한 산업 자원인 지르코늄이 얼마나 희귀한지 궁금하실 겁니다!
음, 이 광물은 여러 연안 해역의 모래 속에 널리 분포하는 광물인 지르콘에서 추출됩니다. 이 광물 매장지는 고농축된 것이 아니라 지표면 전반에 걸쳐 넓게 분포되어 있다는 점에 유의하세요. 이 광물은 중국, 호주, 우크라이나, 인도네시아, 남아프리카공화국에서 꽤 인기가 높습니다.
1795년에 발견됨 마틴 클라프로트독일 화학자였던 에 따르면, 이 광물은 산업계에서 그다지 널리 사용되지 않았습니다. 그러나 1925년 다른 원소나 안정제를 첨가하지 않은 최초의 순수 지르코늄이 생산되면서 그 사용량이 증가하기 시작했습니다. 1940년대에는 많은 원자력 발전소에서 지르코늄의 내열성 및 내화학성을 발견하면서 이 금속의 사용이 급증했습니다.
지르코늄은 무엇에 사용되나요?
지르코늄은 약 90%가 사용됩니다. 원자력 발전소 원자로 피복재로 사용됩니다. 녹는점과 끓는점이 높아 극한의 온도 조건을 견딜 수 있습니다. 또한, 핵분열 반응 중 중성자를 흡수하지 않아 화학 물질에 대한 반응성이 매우 낮습니다. 따라서 연료봉 피복재로 매우 적합하며, 우라늄 펠릿 주변을 코팅하는 용도로도 적합합니다.
원자력 발전에 널리 사용됨에도 불구하고, 지르코늄은 인조 보석, 기계 공학, 필라멘트, 치과, 그리고 화학 산업을 포함한 여러 산업에 걸쳐 그 중요성이 큽니다. 지르코늄은 화학 반응에 대한 뛰어난 저항성을 가지고 있어 화학 산업에서 중요한 자산으로 자리매김하고 있습니다.
이 금속은 다재다능하기 때문에 최대한의 효과를 얻기 위해 화학적 조작이 빈번하게 발생합니다. 예를 들어, 지르코늄은 산소와 결합하여 산화지르코늄, 즉 지르코니아를 만듭니다. 지르코니아는 투자할 가치가 있는 다양한 산업적 활용 가능성을 제공합니다.
세련된 외관의 지르코니아
지르코니아는 자연적으로 발생하지만, 지르콘이나 지르코늄 실리케이트(ZrSiO₄)에서 추출하여 합성할 수도 있습니다. 지르콘에서 추출한 가장 중요한 산화물 중 하나인 지르코니아는 치과를 포함한 다양한 산업 분야에 적용됩니다.
치과의 지르코니아
수년간 치과 의사들은 미소와 구강 건강을 증진하는 방법을 모색해 왔습니다. 부러지거나 마모된 치아는 재광화되지 않을 수 있지만, 환자들은 금속이나 도자기 충전재를 사용합니다. 지르코니아 치과 크라운의 획기적인 발전으로, 사람들은 20년 이상 미소를 유지할 수 있는 크라운을 선택하고 있습니다.
약하고 삐뚤어진 치아 때문에 고생하셨다면, 지르코니아 크라운은 단단한 음식을 씹으면서도 수년간 가해지는 압력을 견뎌낼 수 있도록 도와줍니다. 지르코니아 세라믹 크라운이 새로운 대안으로 떠오르고 있지만, 많은 사람들이 앞니에는 포세린 크라운을 선호합니다. 여기서 가장 큰 문제는 앞니용 지르코니아 크라운이 다른 치아와 어울리지 않는다는 것입니다.
에이 2016년 지르코니아 크라운의 안전성 연구 신체에 생체 적합성을 확립했습니다. 즉, 크라운은 신체에 염증과 같은 반응을 유발하지 않습니다. 높은 기계적 강도와 생체 적합성을 겸비한 지르코늄 이산화물은 뼈 재생에 유용합니다.
마그네시아 안정화 지르코니아(MgO-ZrO2)
순수 지르코늄 이산화물(MSZ)은 여러 산업 분야에서 획기적인 발전을 이루었지만, 소결 후 고온에서는 안정성을 유지하지 못합니다. 정방정계 단사정계 상변화를 겪기 때문에 냉각 시 안정성을 잃고 부피가 변합니다. 따라서 산화마그네슘과 같은 금속 산화물로 안정화되어 고온에서 정방정계 상을 유지합니다. 따라서 마그네시아 안정화 지르코니아(MSZ)는 우수한 기계적 특성을 지닙니다.
MSZ는 상변화에 대한 복원력이 뛰어나 부식에 강합니다. 생체적합성이 뛰어나 정형외과 및 치과에서 안전하게 사용할 수 있습니다.
마그네시아 안정화 지르코니아는 상변태에 대한 복원력이 뛰어나 세라믹에 필요한 기계적 특성과 높은 내열성을 유지합니다. 다른 재료는 열팽창, 마모, 화학적 부식 및 상변태에 취약합니다. 따라서 MSZ는 배기 시스템, 퍼니스 라이닝, 가스터빈에 효율적인 코팅재가 됩니다.
마그네시아 안정화 지르코니아는 세라믹에 어떻게 사용되나요?
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의료: MSZ는 약하고 마모된 치아, 보철물, 마모된 관절을 강화하는 데 사용할 수 있는 견고한 생체적합성 소재입니다.
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기계공학: MSZ는 내마모성과 내열성이 뛰어나 절삭 공구와 비내성 부품 제조에 이상적입니다.
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내열 소재: 이러한 소재는 높은 에너지와 온도가 발생하는 항공우주 및 원자력 산업에 사용될 수 있습니다. 또한, 용광로 라이닝과 터빈 블레이드 제작에도 유용합니다.
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전기: MSZ 세라믹은 전기 전도성이 낮고 열 안정성이 뛰어나며 유전 강도가 뛰어나 절연체를 제조하는 데 사용됩니다.
마그네시아 안정화 지르코니아의 특성
기계적 특성
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색상: 노란색
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밀도: 5.7g/cm3
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압축강도: 2500MPa
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탄성계수: 250GPa
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베버 계수: 12M
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비커스 경도: 1100 HV0.5
전기적 특성
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유전율: 28εr
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유전 강도: 13 x 105 V/m
열적 특성
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열전도도: 3 W/m·K
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최대 작동 온도: 2100℃
결론
마그네시아 안정화 지르코니아는 세라믹 분야에 귀중한 자원으로 자리 잡고 있으며, 앞으로도 꾸준히 사용될 것으로 예상됩니다. 뛰어난 내식성과 내열성 덕분에, 특히 안정화된 형태일 경우 수년간 수요가 지속될 것으로 예상됩니다. 지구 표면에 널리 분포되어 있기 때문에 기업들은 적절한 양의 지르코니아를 추출하는 데 어려움을 겪지 않고 있습니다.