المُحصل
الزركونيوم، مثل الليثيوم والتيتانيوم، يمتص بقوة الغازات مثل النيتروجين والهيدروجين والأكسجين. عند درجات حرارة أعلى من 900 درجة مئوية، يمكن للزركونيوم امتصاص النيتروجين بعنف، وعند 200 درجة مئوية، يمكن لـ 100 جرام من معدن الزركونيوم امتصاص 817 لترًا من الهيدروجين، وهو أكثر من 800،000 مرة من الحديد. تم استخدام هذه الخاصية للزركونيوم على نطاق واسع، على سبيل المثال، في صناعة الفراغ الكهربائي، يستخدم الناس على نطاق واسع مسحوق الزركونيوم لطلاء سطح الأنود والأجزاء الساخنة الأخرى من عنصر الفراغ الكهربائي والأداة، وامتصاص الغاز المتبقي في الأنبوب المفرغ، وصنع أنابيب إلكترونية شديدة الفراغ وغيرها من الأدوات الكهربائية المفرغة، وذلك لتحسين جودتها وإطالة عمر خدمتها.
الفعل المعدني
يمكن استخدام الزركونيوم أيضًا كـ "فيتامين" في الصناعة المعدنية، حيث يلعب دورًا قويًا في إزالة الأكسدة وإزالة النيتروجين وإزالة الكبريت. طالما تمت إضافة ألف جزء من الزركونيوم إلى الفولاذ، فإن الصلابة والقوة ستزداد بشكل مذهل، والفولاذ المدرع والفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للحرارة المحتوي على الزركونيوم هي مواد مهمة لتصنيع أسلحة الدفاع الوطني مثل المركبات المدرعة والدبابات والمدفعية والألواح المضادة للرصاص. يتم خلط الزركونيوم بالنحاس وضخه في سلك نحاسي، ولا تضعف الموصلية، ولكن نقطة الانصهار تتحسن بشكل كبير، وهي مناسبة جدًا للأسلاك ذات الجهد العالي. سبائك الزنك والمغنيسيوم المحتوية على الزركونيوم، خفيفة الوزن ومقاومة لدرجات الحرارة العالية، أقوى مرتين من سبائك المغنيسيوم العادية، ويمكن استخدامها في تصنيع مكونات محرك الطائرات النفاثة.
بالإضافة إلى ذلك، يتميز مسحوق الزركونيوم بنقطة اشتعاله المنخفضة ومعدل احتراقه السريع، مما يمكن استخدامه كشحنة أولية للمفجرات، والتي يمكن أن تنفجر حتى تحت الماء. مسحوق الزركونيوم بالإضافة إلى المؤكسد. هذا يشبه إضافة الوقود إلى النار، ويحترق بالضوء القوي والمبهر، وهو مادة جيدة لصنع الرصاص المتتبع والشعلات.
سبيكة الزركونيوم
سبيكة الزركونيوم هي سبيكة غير حديدية تتكون من إضافة عناصر أخرى إلى الزركونيوم كمصفوفة. العناصر الرئيسية للسبائك هي القصدير والنيوبيوم والحديد وما إلى ذلك. تتمتع سبيكة الزركونيوم بمقاومة جيدة للتآكل وخصائص ميكانيكية معتدلة ومقطع عرضي منخفض لامتصاص النيوترونات الحرارية الذرية وتوافق جيد مع الوقود النووي، وتستخدم في الغالب كمادة هيكلية أساسية للمفاعلات النووية المبردة بالماء في درجة حرارة عالية وضغط مرتفع للماء والبخار عند 300 ~ 400 درجة. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع الزركونيوم بمقاومة ممتازة للتآكل لمجموعة متنوعة من الأحماض والقلويات والأملاح، وله تقارب قوي للأكسجين والنيتروجين والغازات الأخرى، لذلك تُستخدم سبائك الزركونيوم أيضًا في تصنيع الأجزاء المقاومة للتآكل وأجزاء الآلات الصيدلانية، وتُستخدم على نطاق واسع كعوامل إزالة غازات غير تبخرية في صناعات الفراغ الكهربائي والمصابيح الكهربائية.
هناك نوعان من سبائك الزركونيوم يتم إنتاجهما على نطاق صناعي: الزركونيوم-القصدير والزركونيوم-النيوبيوم. درجات السبائك للنوع الأول هي Zr-2 وZr-4، والممثل النموذجي للنوع الثاني هو Zr-2.5Nb. في سبائك الزركونيوم-القصدير، يمكن لعناصر السبائك القصدير والحديد والكروم والنيكل تحسين قوة ومقاومة التآكل والتوصيل الحراري للفيلم المقاوم للتآكل، وتقليل حساسية الحالة السطحية للتآكل. عادةً ما يتم استخدام سبيكة الزركونيوم-2 في مفاعلات الماء المغلي، ويتم استخدام سبيكة الزركونيوم-4 في مفاعلات الماء المضغوط. في سبائك الزركونيوم-النيوبيوم، تكون مقاومة التآكل للسبائك أفضل عندما تتم إضافة كمية النيوبيوم للوصول إلى حد المحلول للبنية البلورية للزركونيوم عند درجة حرارة الخدمة. يتميز سبيكة الزركونيوم بالتحول البلوري المتجانس، والبنية البلورية مكعبية مركزية الجسم في درجات الحرارة العالية وسداسية مضغوطة عند درجات الحرارة المنخفضة. تتمتع سبائك الزركونيوم بمرونة جيدة ويمكن تصنيعها في شكل أنابيب وألواح وقضبان وأسلاك عن طريق المعالجة البلاستيكية، كما أن قابليتها للحام جيدة، ويمكن استخدامها في معالجة اللحام.
يتميز الزركونيوم بمقطع عرضي صغير لالتقاط النيوترونات الحرارية وخصائص نووية رائعة، وهو مادة لا غنى عنها لتطوير صناعة الطاقة الذرية ويمكن استخدامه كمادة هيكلية لنوى المفاعلات. مسحوق الزركونيوم قابل للاشتعال في الهواء ويمكن استخدامه كمفجر وبارود بلا دخان. يمكن استخدام الزركونيوم كمادة مضافة لإزالة الأكسدة وإزالة الكبريت من الفولاذ عالي الجودة، وهو أيضًا أحد مكونات الفولاذ المدرع والفولاذ المدفعي والفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للحرارة. الزركونيوم هو عنصر سبائك مهم في سبائك المغنيسيوم، والذي يمكن أن يحسن قوة الشد وخصائص المعالجة لسبائك المغنيسيوم. الزركونيوم هو أيضًا عامل تحول لسبائك الألومنيوم والمغنيسيوم، والتي يمكنها تنقية الحبوب. الزركونيا والزركون هما المركبان الأكثر قيمة في المواد المقاومة للحرارة. الزركونيا هي المادة الرئيسية للسيراميك الجديد ولا يمكن استخدامها كمادة تسخين لمقاومة الأكسدة عالية الحرارة. يمكن استخدام الزركونيوم كمادة مضافة للمينا والزجاج المقاوم للأحماض، مما يمكن أن يحسن بشكل كبير من مرونة الزجاج واستقراره الكيميائي ومقاومته للحرارة. يتميز الزركونيوم بأداء قوي في انعكاس الضوء واستقرار حراري جيد، ويمكن استخدامه كواقي من الشمس في السيراميك والزجاج. يمكن للزركونيوم امتصاص كمية كبيرة من الأكسجين والهيدروجين والأمونيا والغازات الأخرى عند تسخينها، وهو عامل انتزاع مثالي، مثل مسحوق الزركونيوم كعامل إزالة الغاز في الأنابيب الإلكترونية، وسلك الزركونيوم وصفائح الزركونيوم كدعامات للبوابة، ودعامات الأنود، إلخ.
يتم خلط مسحوق الحديد مع نترات الزركونيوم لصنع مسحوق لامع. يستخدم معدن الزركونيوم بشكل حصري تقريبًا كغطاء لعناصر وقود اليورانيوم في المفاعلات النووية. كما يستخدم في صنع ومضات التصوير الفوتوغرافي، وكذلك لمقاومة التآكل في الحاويات والأنابيب، وخاصة في حالة حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك. يمكن استخدام مواد الزركونيوم الكيميائية كعوامل ربط متقاطعة للبوليمرات.
الاستخدام العسكري
من منظور الصناعة العسكرية، طالما تمت إضافة ألف جزء من الزركونيوم إلى الفولاذ، فإن الصلابة والقوة ستتحسن بشكل مذهل. يعتبر الفولاذ المدرع المحتوي على الزركونيوم، والفولاذ المزور للمدافع، والفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المقاوم للحرارة مواد مهمة لتصنيع الأسلحة مثل المركبات المدرعة والدبابات والمدافع والألواح المضادة للرصاص.
من وجهة نظر الطاقة الذرية والطاقة النووية، يتمتع الزركونيوم بطاقة نووية بارزة، وهو مادة لا غنى عنها لتطوير صناعة الطاقة الذرية، وتستخدم محطات الطاقة النووية الكبيرة في الصين الزركونيوم بشكل عام، وإذا تم استخدام الطاقة النووية لتوليد الكهرباء، فسيتم استهلاك 20 إلى 25 طنًا من معدن الزركونيوم سنويًا لكل مليون كيلووات من قدرة توليد الطاقة. تستخدم الغواصة النووية بقوة 30 حصانًا سبيكة الزركونيوم كغلاف للوقود النووي وأنبوب ضغط، ويمكن أن يصل حجم الاستخدام إلى 20 إلى 30 طنًا.
الزركونيوم هو معدن نادر يتمتع بمقاومة مذهلة للتآكل ونقطة انصهار عالية للغاية وصلابة وقوة فائقة، ويستخدم على نطاق واسع في صناعة الطيران والصناعات العسكرية والتفاعلات النووية والطاقة الذرية. إن مقاومة التآكل والمقاومة العالية لمنتجات التيتانيوم المستخدمة في "Shen VI" أقل مقاومة للتآكل بكثير من الزركونيوم، مع نقطة انصهار تبلغ حوالي 1600 درجة، في حين أن نقطة انصهار الزركونيوم تزيد عن 1800 درجة، ونقطة انصهار ثاني أكسيد الزركونيوم تصل إلى أكثر من 2700 درجة، لذلك فإن الزركونيوم كمادة طيران، وأدائه في جميع الجوانب متفوق بشكل كبير على أداء التيتانيوم.