Не так много людей осталось со знанием циркон, минерал, из которого извлекается цирконий. Тем не менее, ресурс, который он дает таким отраслям, как атомные электростанции, машиностроение, химическая промышленность, стоматология и медицина в целом, является незаменимым. Цирконий обладает такими преимуществами, как термостойкость, высокая плотность, твердость (тверже, чем алюминиевые металлы) и устойчивость к высокому давлению. Еще несколько преимуществ циркония — высокая проводимость ионов кислорода и высокая температура плавления.
Однако цирконий претерпевает нежелательные фазовые изменения, особенно в условиях высоких температур. Поэтому оксид магния используется в качестве стабилизатора. Это открывает целый ряд преимуществ, которые может использовать практически каждый сектор промышленности.
Что такое цирконий?
На первый взгляд, цирконий — это серебристо-серый металл, который очень пластичен и обладает невероятной жаропрочностью. Металл обладает жаропрочностью и плавится только при температурах, превышающих 1855 градусов по Цельсию. Будучи ценным промышленным ресурсом, вы можете задаться вопросом, насколько редким должен быть цирконий!
Ну, его добывают из циркона, минерала, который широко распространен под песком многих прибрежных вод. Обратите внимание, что залежи минерала широко распространены по всей поверхности Земли, а не сконцентрированы. Минерал довольно популярен в Китае, Австралии, Украине, Индонезии и Южной Африке.
Будучи обнаруженным в 1795 году Мартин Клапрот, немецкого химика, этот минерал не поднялся в рейтингах промышленного использования. Однако рейтинги начали расти, когда в 1925 году был получен первый чистый цирконий (без других элементов или стабилизаторов). Использование металла резко возросло в 1940-х годах, когда многие атомные электростанции обнаружили его термическую и химическую устойчивость.
Для чего используется цирконий?
Около 90% циркония используется в атомные электростанции в качестве оболочки в ядерных реакторах. Его высокие температуры плавления и кипения позволяют ему выдерживать экстремальные температурные условия. Кроме того, он крайне неактивен по отношению к химикатам, так как не поглощает нейтроны во время ядерных реакций деления. Это делает его превосходной оболочкой для топливных стержней и подходящим для задачи покрытия вокруг урановых таблеток.
Несмотря на его огромное применение в ядерной энергетике, цирконий используется во многих отраслях, включая искусственные драгоценные камни, машиностроение, нити, стоматологию и химическую промышленность. Замечательная устойчивость циркония к химическим реакциям делает его важным активом в последней отрасли.
Универсальность металла делает его добычей химических манипуляций, чтобы получить от него максимум пользы. Например, цирконий соединяется с кислородом, чтобы получить оксид циркония или цирконий. Последний предлагает поток промышленных применений, в которые стоит инвестировать.
Цирконий в элегантном взгляде
Цирконий встречается в природе, но его также можно получить синтетическим путем из циркона или силиката циркония (ZrSiO4). Будучи одним из важнейших оксидов, полученных из циркона, цирконий применяется во многих промышленных целях, таких как стоматология.
Цирконий в стоматологии
На протяжении многих лет стоматологи пытались найти способы улучшить улыбки и здоровье полости рта. И хотя некоторые зубы, сломанные и изношенные, не могут быть реминерализированы, пациенты прибегают к металлическим или фарфоровым пломбам. С появлением циркониевых зубных коронок люди обращаются к коронкам, которые могут прослужить их улыбку более 2 десятилетий.
Если вы боролись со слабыми и деформированными зубами, циркониевые коронки могут помочь вам в течение многих лет пережевывать твердую пищу, выдерживая все оказываемое давление. Хотя циркониевые керамические коронки являются новым средством, многие люди предпочитают фарфор для передних зубов. Главная проблема здесь в том, что циркониевые коронки для передних зубов не подходят к остальным зубам.
А Исследование безопасности циркониевых коронок 2016 г. к телу установили его биосовместимость. Это означает, что коронки не вызывают у тела ответов или реакций, таких как воспаления. Его биосовместимость в сочетании с высокой механической прочностью делает диоксид циркония полезным для регенерации костей.
Цирконий, стабилизированный магнезией (MgO-ZrO2)
Хотя чистый диоксид циркония обеспечивает прорыв во многих отраслях промышленности, он не может оставаться стабильным при повышенных температурах после спекания. Поскольку он проходит через тетрагональный моноклинный фазовый переход, он теряет стабильность, и его объем изменяется по мере охлаждения. Поэтому его стабилизируют оксидами металлов, такими как оксид магния, которые придают ему тетрагональную фазу при повышенных температурах. Таким образом, стабилизированный магнезией цирконий (MSZ) обладает превосходными механическими свойствами.
Устойчивость MSZ к фазовым превращениям делает его устойчивым к коррозии. Будучи биосовместимым, MSZ безопасен для использования в ортопедии и стоматологии.
Устойчивость стабилизированного магнезией циркония к фазовому превращению помогает ему сохранять свои механические свойства и высокую термическую стойкость, необходимые в керамике. Другие материалы подвержены тепловому расширению, износу, химической коррозии и фазовому превращению. Таким образом, MSZ становится эффективным покрытием для выхлопных систем, футеровки печей и газовых турбин.
Как стабилизированный магнием цирконий используется в керамике?
-
Медицина: MSZ — это прочный биосовместимый материал, который можно использовать для укрепления слабых и изношенных зубов, протезов и изношенных суставов.
-
Машиностроение: Высокая износостойкость MSZ делает его идеальным для изготовления режущих инструментов и нестойких деталей.
-
Термостойкие материалы: Такие материалы могут использоваться в аэрокосмической и атомной энергетике, где создаются высокие энергия и температура. Они также полезны при изготовлении футеровки печей и лопаток турбин.
-
Электричество: Благодаря плохой электропроводности, термостойкости и невероятной диэлектрической прочности керамика MSZ используется для изготовления изоляторов.
Свойства стабилизированного магнезией циркония
Механические свойства
-
Цвет: желтый
-
Плотность: 5,7 г/см3
-
Прочность на сжатие: 2500МПа
-
Модуль упругости: 250 ГПа
-
Коэффициент Вебера: 12M
-
Твёрдость по Виккерсу: 1100 HV0.5
Электрические свойства
-
Диэлектрическая проницаемость: 28εr
-
Электрическая прочность: 13 x 105 В/м
Тепловые свойства
-
Теплопроводность: 3 Вт/м·К
-
Макс. рабочая температура: 2100℃
Заключение
Цирконий, стабилизированный магнезией, является ценным вкладом в керамическую отрасль, который, скорее всего, останется здесь надолго. Благодаря своей коррозионной и температурной стойкости этот материал может оставаться востребованным в течение многих лет, особенно в стабилизированной форме. Благодаря его широкой доступности на поверхности Земли, компании не испытывают затруднений с его добычей в нужном количестве.