Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,858

АНАЛИЗ ЭЛЕМЕНТА ЦИРКОНИЯ В МИКРОСТРУКТУРЕ И НАНОСТРУКТУРЕ

Ван Вей 1 Сю Шуайкай 1 Лю Цзяинь 1 Ван Яомин 1 Ерофеева Г.В. 1
1 Национальный исследовательский Томский политехнический университет
1. AltmannS.L., BradleyC.J. Fermi Surface of Zirconium // Phy.Rev. Vol.135. № 5A. – 1964. – P. 1253 – 1256.
2. Химия циркония / У.Б. Блюменталь. – М., 1963.
3. Косогор С.П., Шулятникова О.А., РогожниковА.Г., НеменатовИ.Г. Применение сплава циркония. [электронный ресурс]. – режим доступа: http://bone-surgery.ru. – 25.11.13.
4. Безлина Е.В., Кулаков О.Б., Чиликин Л.В., Головин К.И. Цирконий и титан. // Дентальная имплантология. – 2002. – С 26-28.

Цирконий

Два типа решетки [1]

Структура решётки: гексагональная.

Параметры решётки: a=3,231 c=5,148Å

Структура решётки: кубическая объёмноцентрированная

Параметры решётки: a=3,16 Å

fiz1.tif

Рис. 1. Структуры решетки ГЦК и ОЦК

Физические свойства циркония в микроструктуре представлены в табл. 1.

Таблица 1

Свойства циркония и титана в микроструктуре

Свойства

Циркония

Титана

Плотность

6,506 г/см³

4,54 г/см³

Температура плавления

2125 K

1933K

Температура кипения

4650 K

3560K

Теплота плавления

19,2 кДж/моль

18,8 кДж/моль

Теплота испарения

567 кДж/моль

422,6 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

25,3 Дж/(K·моль)

25,1 Дж/(K·моль)

Молярный объём

14,1 см³/моль

10,6 см³/моль

Температура Дебая

291K

380K

Теплопроводность

(300 K) 22,7 Вт/(м·К)

(300 K) 21,9 Вт/(м·К)

Цвет

Серебристо-серый

Серебристый

Поверхность Ферми

Поверхность Ферми имеет сложную геометрическую форму.

а б

fiz2.tif

Рис. 2. Поверхность Ферми циркония (а) и титана (б) [1]

Свойства циркония, как и других элементов, зависят от топологии поверхности Ферми. Поверхность Ферми титана и циркония существенно отличаются, поэтому отличаются и их свойства (табл. 1), особенно температуры кипения.

Наноматериалы из циркония

О чистом нано цирконии информации нет, мы изучили диоксид циркония.

Свойства диоксида циркония [2]:

ZrO2 (диоксид циркония), бесцветные кристаллы, tпл= 2715 °C. Оксид циркония – один из наиболее тугоплавких оксидов металлов. Диоксид циркония проявляет амфотерные свойства, нерастворим в воде и водных растворах большинства кислот и щёлочей, однако растворяется в плавиковой и концентрирован-ной серной кислотах, расплавах щелочей. Сравнительные свойства циркония в микроструктуре и нано структуре показаны в табл. 2.

Таблица 2

Сравнительные свойства циркония в микроструктуре и нано структуре

Свойства

Микроструктура(Zr)

Наноструктура(ZrO2)

Электропроводимость, См·м-1

43

2,43

Температура плавления, °С

1852

2715

Плотность, г/см3

6,506

5,89

Длина свободного пробега, нм

0,6

25

Физические причины изменения свойства в наноматериале [3, 4]

Из сравнения свойств циркония в микроструктуре и нано структуре, можно сказать, что некоторые свойства циркония изменились. Физические причины специфики заключаются в следующем:

1. Цирконий в нано материале обладает склонностью к самоорганизации кластерных структур;

2. Большая доля атомов находится на выступах и уступах поверхности. Поэтому свободная поверхность является стоком бесконечной емкости для точечных и линейных кристаллических дефектов;

3. Поверхностные эффекты механических свойств;

4. Тонкие физические эффекты взаимодействия электронов со свободной поверхностью.

Выводы и применение циркония и его сплавов

После исследования элемента циркония в микроструктуре и нано структуре и сравнения свойств, выяснились, что нано структуре имеет особенные свойства по сравнению с микроструктурой, например, электропроводимость диоксида циркония резко уменьшается, и его температура плавления намного повышается. Эти свойства обусловливают широкое применение циркония в промышленности.

Цирконий входит в состав ряда сплавов (на основе магния, титана, никеля, молибдена, ниобия и других металлов), используемых как конструкционные материалы.

Новые перспективы его применения в различных областях:

1. Атомная энергетика;

2. Черная металлургия;

3. Цветная металлургия;

4. Химические и нефтеперерабатывающие промышленности;

5. Электроника и электротехника;

6. Сплавы циркония применяют в качестве конструкционных материалов в ядерных реакторах;

7. Сплавы циркония используют в качестве коррозионно – стойкого материала в химическом машиностроении [3-4].


Библиографическая ссылка

Ван Вей, Сю Шуайкай, Лю Цзяинь, Ван Яомин, Ерофеева Г.В. АНАЛИЗ ЭЛЕМЕНТА ЦИРКОНИЯ В МИКРОСТРУКТУРЕ И НАНОСТРУКТУРЕ // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5-2. – С. 234-235;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=34100 (дата обращения: 20.08.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252