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
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
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: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=34100 (дата обращения: 22.11.2024).