Domov › Móda a krása › Zirkónium - história a pôvod mena. História objavov, niektoré fyzikálne, chemické a mechanické vlastnosti zirkónu, aplikácia zirkónu

Zirkónium - história a pôvod mena. História objavov, niektoré fyzikálne, chemické a mechanické vlastnosti zirkónu, aplikácia zirkónu

História objavu zirkónu

V roku 1789 Martin Heinrich Klaproth, člen berlínskej akadémie vied, zverejnil výsledky analýzy drahého kameňa privezeného z pobrežia Cejlónu. Pri tejto analýze bola izolovaná látka, ktorú Klaproth nazval zirkónovou zeminou. Pôvod tohto názvu sa vysvetľuje rôznymi spôsobmi. Niektorí nachádzajú svoj pôvod v arabskom slove „zarkun“, čo znamená minerál, iní veria, že slovo „zirkónium“ pochádza z dvoch perzských slov „kráľ“ – zlato a „gun“ – farba (kvôli zlatej farbe vzácneho odroda zirkónu - hyacint ).

Látka izolovaná Klaprothom nebola novým prvkom, ale bola oxidom nového prvku, ktorý následne v tabuľke obsadil D.I. Mendelejevova štyridsiata cela. Pomocou moderných symbolov je vzorec látky získanej Klaprothom napísaný takto: ZrO2. Čisté zirkónium sa podarilo získať až po 35 rokoch, ale o tom neskôr.

Nájdenie zirkónu v prírode

Kovové zirkónium. Zlúčeniny zirkónia sú široko rozšírené v litosfére. Podľa rôznych zdrojov je obsah kovov v zemskej kôre od 170 do 250 g/t. Zirkónium je litofilný prvok. V prírode sú jeho zlúčeniny známe výlučne s kyslíkom vo forme oxidov a silikátov. Napriek tomu, že zirkónium je stopový prvok, existuje asi 40 minerálov, v ktorých sa zirkónium nachádza vo forme oxidov alebo solí. V prírode je distribuovaný najmä zirkón (ZrSiO4) (67,1 % ZrO2), baddeleyit (ZrO2) a rôzne komplexné minerály (eudialyt (Na, Ca) 5 (Zr, Fe, Mn) atď. Vo všetkých zemských ložiskách je zirkón sprevádzaný Hf, ktorý sa dostáva do minerálov zirkónu v dôsledku izomorfnej substitúcie atómu Zr.

Zirkón je najbežnejším minerálom zirkónu. Vyskytuje sa vo všetkých typoch hornín, najmä však v granitoch a syenitoch. V okrese Hinderson (Severná Karolína) sa v pegmatitoch našli kryštály zirkónu dlhé niekoľko centimetrov a na Madagaskare kryštály vážiace kilogramy. Mendelejevov atóm zirkónia

Baddeleyit našiel Yussac v roku 1892 v Brazílii. Hlavné ložisko sa nachádza v regióne Pocos de Caldas (Brazília). Našiel sa tam blok baddeleyitu s hmotnosťou asi 30 ton a vo vodných tokoch a pozdĺž útesu sa baddeleyit nachádza vo forme aluviálnych kamienkov s priemerom do 7,5 mm, známych ako favas (z portugalského fava - fazuľa). Favas zvyčajne obsahuje viac ako 90% zirkónu. Napriek tomu, že zirkónium je stopový prvok, existuje asi 40 minerálov, v ktorých sa zirkónium nachádza vo forme oxidov alebo solí. Hlavné priemyselné minerály: zirkón ZrSiO4, 4 % HfO2), baddeleyit ZrO2 (do 73,9 % Zr, 4 - 6 % HfO2).

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Zirkónium

Ako sa zirkónium získavalo a získavalo

35 rokov po Klaprothových pokusoch sa slávnemu švédskemu chemikovi Jensovi Jakobovi Berzeliusovi podarilo získať kovové zirkónium. Berzelius redukoval fluorozirkoničitan draselný kovovým sodíkom:

K2 + 4Na > Zr + 2KF + 2NaF

a získal strieborno-šedý kov.

Zirkónium vytvorené ako výsledok tejto reakcie bolo krehké kvôli značnému obsahu nečistôt. Kov sa nehodil na spracovanie a nenašiel praktické uplatnenie. Dalo by sa však predpokladať, že čistený zirkónium, podobne ako mnohé iné kovy, bude celkom plastický.

V XIX a na začiatku XX storočia. mnohí vedci sa pokúšali získať čisté zirkónium, ale všetky pokusy skončili na dlhú dobu neúspešne. Testovaná aluminotermická metóda nepomohla, pokusy, ktorých autori sa snažili získať kovové zirkónium z roztokov jeho solí, neviedli k cieľu. To sa vysvetľuje predovšetkým vysokou chemickou afinitou zirkónu ku kyslíku.

Aby bolo možné získať akýkoľvek kov elektrolýzou z roztoku jeho soli, musí tento kov vytvárať monatomické ióny. Ale zirkónium netvorí takéto ióny. Napríklad síran zirkoničitý Zr(SO 4) 2 existuje iba v koncentrovanej kyseline sírovej a po zriedení začína hydrolýza a reakcie tvoriace komplex. Nakoniec sa ukazuje:

Zr(S04)2 + H20 > (ZrO)S04 + H2S04.

Vo vodnom roztoku sa tiež hydrolyzuje chlorid zirkoničitý:

ZrCl4 + H20 > ZrOCl2 + 2HCl.

Niektorí výskumníci sa domnievali, že sa im podarilo získať zirkónium elektrolýzou roztokov, ale boli pomýlení vzhľadom produktov usadených na elektródach. V niektorých prípadoch to boli skutočne kovy, ale nie zirkónium, ale nikel alebo meď, ktorých nečistoty obsahovali zirkóniové suroviny; v iných sa používa hydroxid zirkoničitý, ktorý vyzerá ako kov.

Až v 20. rokoch nášho storočia (100 rokov po tom, čo Berzelius dostal prvé vzorky zirkónu!) bola vyvinutá prvá priemyselná metóda na získanie tohto kovu.

Ide o metódu „build-up“, ktorú vyvinuli holandskí vedci van Arkel a de Boer. Jeho podstata spočíva v tom, že prchavá zlúčenina (v tomto prípade tetrajodid zirkoničitý ZrI 4) podlieha tepelnému rozkladu vo vákuu a na rozpálenom volfrámovom vlákne je nanesený čistý kov.

Takto sa získalo kovové zirkónium, ktoré sa dá spracovať – kovať, valcovať, valcovať – asi tak jednoducho ako meď.

Neskôr metalurgovia zistili, že plastické vlastnosti zirkónu závisia najmä od obsahu kyslíka. Ak do roztaveného zirkónia prenikne viac ako 0,7 % kyslíka, potom bude kov krehký v dôsledku tvorby pevných roztokov kyslíka v zirkóniu, ktorých vlastnosti sa značne líšia od vlastností čistého kovu.

Metóda budovania najprv získala určitú popularitu, ale vysoké náklady na zirkónium získané touto metódou výrazne obmedzili jej rozsah. A zaujímavé sa ukázali vlastnosti zirkónu. (Viac o nich nižšie.) Je potrebné vyvinúť nový, lacnejší spôsob získavania zirkónu. Takouto metódou sa stala vylepšená metóda Croll.

Crollova metóda umožňuje získať zirkónium za polovičné náklady oproti predlžovacej metóde. Schéma tejto výroby zahŕňa dva hlavné stupne: oxid zirkoničitý sa chlóruje a výsledný chlorid zirkoničitý sa redukuje kovovým horčíkom pod vrstvou roztaveného kovu. Konečný produkt - zirkónová huba sa roztaví na tyčinky a v tejto forme sa odošle spotrebiteľovi.

Oxid zirkoničitý

Zatiaľ čo vedci hľadali spôsob, ako získať kovové zirkónium, praktici už začali používať niektoré jeho zlúčeniny, predovšetkým zirkón. Vlastnosti oxidu zirkoničitého do značnej miery závisia od spôsobu jeho získania. Zr02, ktorý vzniká pri kalcinácii niektorých tepelne nestabilných solí zirkónia, je nerozpustný vo vode. Slabo kalcinovaný oxid sa dobre rozpúšťa v kyselinách, ale silne kalcinovaný sa stáva nerozpustným v minerálnych kyselinách, okrem fluorovodíkovej.

Ďalšia zaujímavá vlastnosť: vysoko vyhrievaný oxid zirkoničitý vyžaruje svetlo tak intenzívne, že ho možno využiť v osvetľovacej technike. Túto nehnuteľnosť využíval slávny nemecký vedec Walter Hermann Nernst. Žiarovky v Nernstovej lampe boli vyrobené zo ZrO 2 . Žiarovkový oxid zirkoničitý niekedy slúži ako zdroj svetla v laboratórnych experimentoch.

V priemysle, výroba silikátov a metalurgia boli prvé, ktoré používali oxid zirkoničitý. Už na začiatku nášho storočia sa vyrábali zirkónové žiaruvzdorné materiály, ktoré vydržia trikrát dlhšie ako obyčajné. Žiaruvzdorné materiály s prídavkom ZrO 2 umožňujú až 1200 tavenín ocele bez opravy pece. Je to veľa.

Zirkónové tehly nahradili šamot (veľmi používaný žiaruvzdorný materiál na báze hliny alebo kaolínu) pri tavení kovového hliníka a tu je dôvod. Šamot je legovaný hliníkom a na jeho povrchu sa tvoria nánosy trosky, ktoré je potrebné pravidelne čistiť. A zirkónové tehly nie sú zmáčané roztaveným hliníkom. To umožňuje peciam so zirkónom pracovať nepretržite desať mesiacov.

Značné množstvo zirkónu sa používa pri výrobe keramiky, porcelánu a skla.

Zoznam priemyselných odvetví, ktoré potrebujú oxid zirkoničitý, by mohol pokračovať ďalej a ďalej. Pozrime sa však, na čo bol užitočný kovový zirkónium, ktorý sa tak dlho nedal získať.

Zirkónium a metalurgia

Úplne prvým spotrebiteľom kovového zirkónu bola metalurgia železa. Zirkónium sa ukázalo ako dobrý deoxidátor. V deoxidačnom pôsobení predčí dokonca aj mangán a titán. Zirkón zároveň znižuje obsah plynov a síry v oceli, ktorej prítomnosť ju robí menej tvárnou.

Ocele legované zirkónom nestrácajú požadovanú húževnatosť v širokom rozsahu teplôt, dobre odolávajú rázovému zaťaženiu. Preto sa do ocele používanej na výrobu pancierových plátov pridáva zirkónium. Toto pravdepodobne zohľadňuje skutočnosť, že prísady zirkónia majú pozitívny vplyv na pevnosť ocele. Ak sa vzorka ocele nelegovanej zirkónom zrúti pri zaťažení asi 900 kg, potom oceľ rovnakej receptúry, ale s prídavkom len 0,1% zirkónia, odolá zaťaženiu 1600 kg.

Neželezná metalurgia tiež spotrebuje značné množstvo zirkónu. Tu je jeho pôsobenie veľmi rôznorodé. Menšie pridanie zirkónu zvyšuje tepelnú odolnosť hliníkových zliatin a viaczložkové horčíkové zliatiny s prídavkom zirkónu sa stávajú odolnejšími voči korózii. Zirkón zvyšuje odolnosť titánu voči pôsobeniu kyselín. Odolnosť titánovej zliatiny so 14 % Zr v 5 % kyseline chlorovodíkovej pri 100 °C proti korózii je 70-krát (!) väčšia ako u komerčne čistého titánu. V opačnom prípade zirkón ovplyvňuje molybdén. Prídavok 5% zirkónu zdvojnásobuje tvrdosť tohto žiaruvzdorného, ale skôr mäkkého kovu.

Existujú aj ďalšie oblasti použitia kovového zirkónu. Vysoká odolnosť proti korózii a relatívna vylúhovateľnosť umožnili jeho použitie v mnohých priemyselných odvetviach. Zvlákňovacie trysky na výrobu umelých vlákien, časti horúcich tvaroviek, laboratórne a lekárske vybavenie, katalyzátory - to nie je úplný zoznam produktov vyrobených z kovového zirkónu.

Hutníctvo a strojárstvo však neboli hlavnými konzumentmi tohto kovu. Pre jadrovú energiu bolo potrebné obrovské množstvo zirkónu.

Problém „reaktorového“ zirkónu

Zirkónium neprišlo do jadrovej technológie okamžite. Aby sa kov stal užitočným v tomto odvetví, musí mať určitý súbor vlastností. (Obzvlášť ak tvrdí, že ide o konštrukčný materiál pri konštrukcii reaktorov.) Hlavnou z týchto vlastností je malý prierez zachytávania tepelných neutrónov. V zásade možno túto vlastnosť definovať ako schopnosť materiálu zachytávať, absorbovať neutróny a tým zabrániť šíreniu reťazovej reakcie.

Prierez zachytávania neutrónov sa meria v stodolách. Čím väčšia je táto hodnota, tým viac neutrónov materiál absorbuje a tým viac bráni rozvoju reťazovej reakcie. Pre reakčnú zónu reaktorov sa prirodzene vyberajú materiály s minimálnym záchytným prierezom.

Pre čisté kovové zirkónium je táto hodnota 0,18 barna. Mnoho lacnejších kovov má záchytné prierezy rovnakého rádu: napríklad cín má 0,65 barov, hliník má 0,22 barov a horčík má iba 0,06 barov. Ale cín, horčík a hliník sú taviteľné a nie sú odolné voči teplu; zirkón sa topí len pri 1860°C.

Zdalo sa, že jediným obmedzením bola pomerne vysoká cena prvku č. 40 (hoci peniazmi sa v tomto odvetví nešetrí), no nastala ďalšia komplikácia.

V zemskej kôre je zirkón vždy sprevádzaný hafniom. Napríklad v zirkónových rudách je jeho obsah zvyčajne medzi 0,5 a 2,0 %. Chemický analóg zirkónu (v periodickej tabuľke hafnium stojí priamo pod zirkónom) zachytáva tepelné neutróny 500-krát intenzívnejšie ako zirkónium. Aj menšie nečistoty hafnia silne ovplyvňujú priebeh reakcie. Napríklad 1,5% nečistota hafnia zvyšuje prierez zachytávania zirkónu o faktor 20.

Táto technika čelila problému úplného oddelenia zirkónu a hafnia. Ak sú jednotlivé vlastnosti oboch kovov veľmi atraktívne, potom ich kombinovaná prítomnosť robí materiál absolútne nevhodným pre jadrovú technológiu.

Problém oddeľovania hafnia a zirkónu sa ukázal byť veľmi ťažký - ich chemické vlastnosti sú takmer rovnaké kvôli extrémnej podobnosti v štruktúre atómov. Na ich separáciu sa používa komplexné viacstupňové čistenie: iónová výmena, viacnásobné zrážanie, extrakcia.

Všetky tieto operácie výrazne zvyšujú náklady na zirkónium, a to už je drahé: tvárny kov (99,7% Zr) je mnohonásobne drahší ako koncentrát. Problém ekonomického oddeľovania zirkónu a hafnia je stále potrebné vyriešiť.

A predsa sa zirkónium stalo „atómovým“ kovom

Svedčia o tom najmä takéto skutočnosti. Prvá americká jadrová ponorka Nautilus bola vybavená zirkóniovým reaktorom. Neskôr sa ukázalo, že je výhodnejšie vyrábať obaly palivových článkov zo zirkónu ako zo stacionárnych častí jadra reaktora.

Napriek tomu sa produkcia tohto kovu z roka na rok zvyšuje a tempo tohto rastu je nezvyčajne vysoké. Stačí povedať, že za desaťročie, od roku 1949 do roku 1959, svetová produkcia zirkónu vzrástla 100-krát! Podľa amerických údajov bola v roku 1975 svetová produkcia zirkónu asi 3000 ton.

Zirkónium, vzduch a voda

V predchádzajúcich kapitolách nebolo takmer nič povedané o chemických vlastnostiach prvku #40. Hlavným dôvodom je neochota opakovať mnohé články a monografie o kovových prvkoch. Zirkónium je najtypickejší kov, charakteristický predstaviteľ svojej skupiny (a podskupiny) a svojho obdobia. Vyznačuje sa pomerne vysokou chemickou aktivitou, ktorá však existuje v latentnej forme.

Dôvody tohto utajenia a vzťah zirkónu k zložkám vody a vzduchu by sa mali podrobnejšie rozobrať.

Kompaktné kovové zirkónium vyzerá veľmi podobne ako oceľ. Nijako nevykazuje svoju chemickú aktivitu a za normálnych podmienok sa voči atmosférickým plynom správa mimoriadne inertne. Zdanlivá chemická pasivita zirkónu sa vysvetľuje celkom tradične: na jeho povrchu je vždy neviditeľný oxidový film, ktorý chráni kov pred ďalšou oxidáciou. Na úplnú oxidáciu zirkónu je potrebné zvýšiť teplotu na 700 °C. Až potom bude oxidový film čiastočne zničený a čiastočne rozpustený v kove.

Takže 700°C je teplotný limit, za ktorým končí chemická odolnosť zirkónu. Žiaľ, toto číslo je príliš optimistické. Už pri 300 °C začína zirkónium aktívnejšie interagovať s kyslíkom a ďalšími zložkami atmosféry: vodná para (tvorí oxid a hydrid), oxid uhličitý (tvorí karbid a oxid) a dusík (produkt reakcie je nitrid zirkónia). Ale pri teplotách pod 300 °C je oxidový film spoľahlivým štítom, ktorý zaručuje vysokú chemickú odolnosť zirkónu.

Na rozdiel od kompaktného kovového zirkónu sa jeho prášok a hobliny správajú na vzduchu. Ide o samozápalné látky, ktoré sa ľahko spontánne vznietia na vzduchu aj pri izbovej teplote. Tým sa uvoľňuje veľa tepla. Zirkónový prach zmiešaný so vzduchom môže dokonca explodovať.

Zaujímavý je vzťah zirkónu k vode. Zjavné známky interakcie kovu s vodou nie sú dlho viditeľné. No na povrchu zirkónu zmáčanom vodou prebieha proces, ktorý nie je pre kovy celkom obvyklý. Ako je známe, mnohé kovy pod pôsobením vody podliehajú galvanickej korózii, ktorá spočíva v prechode ich katiónov na vodu. Zirkónium je tiež oxidované pôsobením vody a pokryté ochranným filmom, ktorý sa nerozpúšťa vo vode a zabraňuje ďalšej oxidácii kovu.

Najjednoduchší spôsob premeny iónov zirkónia na vodu je rozpustenie niektorých jeho solí. Chemické správanie štvormocného zirkóniového iónu vo vodných roztokoch je veľmi zložité. Závisí to od mnohých chemických faktorov a procesov prebiehajúcich vo vodných roztokoch.

Existencia iónu Zr +4 "v čistej forme" je nepravdepodobná. Dlho sa verilo, že zirkónium existuje vo vodných roztokoch vo forme zirkonylových iónov ZrO+2. Neskoršie štúdie ukázali, že v skutočnosti okrem zirkonylových iónov obsahujú roztoky veľké množstvo rôznych komplexných – hydratovaných a hydrolyzovaných – zirkóniových iónov. Ich všeobecný skrátený vzorec je (4 p - m)+.

Takéto zložité správanie zirkónu v roztoku sa vysvetľuje vysokou chemickou aktivitou tohto prvku. Preparatívne zirkónium (čistené od ZrO 2) vstupuje do mnohých reakcií a vytvára jednoduché a zložité zlúčeniny. „Tajomstvo“ zvýšenej chemickej aktivity zirkónu spočíva v štruktúre jeho elektrónových obalov. Atómy zirkónu sú postavené takým spôsobom, že majú tendenciu na seba naviazať čo najviac iných iónov; ak v roztoku nie je dostatok takýchto iónov, potom sa ióny zirkónia navzájom spoja a dôjde k polymerizácii. V tomto prípade sa chemická aktivita zirkónu stratí; reaktivita polymerizovaných iónov zirkónia je oveľa nižšia ako reaktivita nepolymerizovaných. Počas polymerizácie sa znižuje aj aktivita roztoku ako celku.

Toto je vo všeobecnosti „vizitka“ jedného z dôležitých kovov našej doby – prvku č. 40, zirkónu.

"Nedokonalé diamanty"

V stredoveku boli známe šperky z takzvaných nedokonalých diamantov. Ich nedokonalosť spočívala v menšej tvrdosti ako má obyčajný diamant a o niečo horšej hre farieb po vybrúsení. Mali aj iné meno - Matara (podľa miesta výroby - Matare, oblasť ostrova Cejlon). Stredovekí klenotníci nevedeli, že vzácny minerál, ktorý používali, boli monokryštály zirkónu, hlavného minerálu zirkónu. Zirkón sa dodáva v rôznych farbách – od bezfarebnej až po krvavo červenú. Klenotníci nazývajú červený vzácny zirkón hyacint. Hyacinty sú známe už veľmi dlho. Podľa biblickej tradície nosili starí veľkňazi na hrudi 12 drahých kameňov, medzi nimi aj hyacint.

Je to zriedkavé

Zirkónium je v prírode široko rozšírené vo forme rôznych chemických zlúčenín. Jeho obsah v zemskej kôre je pomerne vysoký - 0,025%, z hľadiska prevalencie sa radí na dvanáste miesto medzi kovmi. Napriek tomu je zirkónium menej populárne ako mnohé skutočne vzácne kovy. Bolo to spôsobené extrémnym rozptylom zirkónu v zemskej kôre a absenciou veľkých ložísk jeho prírodných zlúčenín.

Prírodné zlúčeniny zirkónia

Známych je viac ako štyridsať. Zirkónium je v nich prítomné vo forme oxidov alebo solí. Najväčší priemyselný význam má oxid zirkoničitý, baddeleyit ZrO 2 a kremičitan zirkoničitý, zirkón ZrSiO 4. Najsilnejšie zo skúmaných ložísk zirkónu a baddeleyitu sa nachádzajú v USA, Austrálii a Brazílii. India, západná Afrika.

ZSSR má značné zásoby zirkónových surovín v rôznych oblastiach Ukrajiny, Uralu a Sibíri.

PbZrO 3 - piezoelektrický

Piezokryštály sú potrebné pre mnohé rádiové zariadenia: frekvenčné stabilizátory, generátory ultrazvukových vibrácií a iné. Niekedy musia pracovať v podmienkach zvýšených teplôt. Kryštály zirkoničitanu olova prakticky nemenia svoje piezoelektrické vlastnosti pri teplotách do 300°C.

Zirkónium a mozog

Vysoká korózna odolnosť zirkónu umožnila jeho využitie v neurochirurgii. Zliatiny zirkónu sa používajú na výrobu hemostatických svoriek, chirurgických nástrojov a niekedy dokonca nití na šitie počas operácií mozgu.

Podobné dokumenty

Všeobecná charakteristika chemických prvkov IV. skupiny periodickej tabuľky, ich prítomnosť v prírode a zlúčeniny s inými nekovmi. Získavanie germánia, cínu a olova. Fyzikálno-chemické vlastnosti kovov podskupiny titánu. Rozsahy zirkónu.

prezentácia, pridané 23.04.2014

Príbuzný zirkónu. Pomenovaný podľa starovekého latinského názvu pre Kodaň (Hafnia). Zirkónium a hafnium sú chemické dvojčatá. Hafnium v jadrových reaktoroch. Využitie hafnia v elektrotechnickom a rádiotechnickom priemysle.

abstrakt, pridaný 22.04.2007

História objavu uránu, jeho fyzikálne a chemické vlastnosti. Rozsahy uranátu sodného, zlúčenín uránu, karbidu uránu-235 v zliatine s karbidom nióbu a karbidom zirkónu. Izotopy uránu ako odrody atómov (a jadier) chemického prvku.

abstrakt, pridaný 19.12.2010

Nanomateriály. Materiály na báze oxidu zirkoničitého s nanorozmermi. Princípy technológie získavania nanokeramických kompozícií. Röntgenové difraktogramy práškov s nanorozmermi získané hydrotermálnou syntézou. Trvanie izotermickej expozície.

abstrakt, pridaný 02.04.2009

Stavová rovnica ideálneho plynu. Elektronické vzorce atómov a prvkov. Valenčné elektróny pre zirkónium. Postupná zmena oxidačnej schopnosti voľných halogénov a redukčnej schopnosti halogenidových iónov z fluóru na jód.

kontrolné práce, doplnené 2.2.2011

História a pôvod názvu medi, jej prítomnosť v prírode. Fyzikálne a chemické vlastnosti prvku, jeho hlavné zlúčeniny. Aplikácia v priemysle, biologické vlastnosti. Nález striebra v prírode a jeho vlastnosti. Informácie o zlate.

semestrálna práca, pridaná 6.8.2011

Charakteristika prvku. Získanie horčíka. Fyzikálne a chemické vlastnosti horčíka. zlúčeniny horčíka. anorganické zlúčeniny. organohorečnaté zlúčeniny. Prírodné zlúčeniny horčíka. Stanovenie horčíka v pôdach, vo vode. Biologický význam horčíka

abstrakt, pridaný 04.05.2004

Kovové bárium a jeho výskyt v prírode. Získanie kovového bária. Elektrolýza chloridu bárnatého. Tepelný rozklad hydridu. Chemické a fyzikálne vlastnosti. Aplikácia. Spojenia (všeobecné vlastnosti). anorganické zlúčeniny.

História a vlastnosti cínu. Pôvod názvu titánu, jeho alotropné modifikácie, chemické a fyzikálne vlastnosti. Hlavné charakteristiky, ktoré umožňujú použitie tohto kovu. Použitie titánu a jeho zliatin v priemysle.

abstrakt, pridaný 27.05.2014

História vzniku niklu. Stupeň prevalencie prvku v prírode, jeho obsah v rudných ložiskách. Získanie, chemické a fyzikálne vlastnosti kovu. Druhy zliatin niklu. Použitie zlúčenín a čistého niklu v modernej technológii.

Každá žena rada nosí šperky s kameňmi, ktoré ju robia atraktívnou – s nimi dáma získava nové črty. Takéto šperky sú 100 - 500 tisíc a niekedy aj milióny rubľov, takže nie každý si ich môže dovoliť. Z tohto dôvodu sa rozšírili syntetické náhrady kameňa, z ktorých jednou je zirkónium. S ním budú šperky vyzerať elegantne, ale v porovnaní s originálom výrazne klesnú náklady na výrobok.

Všeobecné informácie o zirkóne

Tento prvok patrí do vedľajšej podskupiny 4. skupiny 5. periódy periodickej sústavy D. I. Mendelejeva - atómové číslo 40. Zirkónium vo svojej obvyklej forme je lesklý kov, ktorý je striebornosivej farby, je tvárny a odolný voči korózii. Zlúčeniny tejto látky sú široko rozšírené v litosfére. V prírode sú zlúčeniny zirkónia známe výlučne s kyslíkom vo forme silikátov a oxidov.

Napriek tomu, že zirkónium je stopový prvok, je známych až 40 baníkov, v ktorých sa táto látka vyskytuje vo forme solí a oxidov. Toto je univerzálny klenot, ale tento názor je mylný. Aj keď vzhľadom je podobný dokonca aj diamantu. Niekoľko faktov o tejto látke:

Zirkónium sa vyrába iba v laboratórnych podmienkach a ako hlavná zložka je použitý minerál zirkón.
Hoci je zirkónium priehľadný kameň, v dôsledku použitia ďalších nečistôt sa získajú rôzne odtiene.
Používa sa v šperkárstve ako náhrada minerálov a šperkov, vďaka čomu sa cena konečného produktu výrazne znižuje.

Mnoho ľudí si pletie a verí, že kubický zirkón, zirkónium, zirkónium sú jedna a tá istá látka. V skutočnosti sú všetky odlišné, majú podobné zloženie:

Zirkónium je kov, ktorý má podobný vzhľad ako oceľ.
Kubický zirkón je umelý lesklý krištáľ. Podľa vonkajších charakteristík je podobný diamantu. Na výrobu sa používa oxid zirkoničitý - proces sa vykonáva pod vplyvom teploty nad 2,5 tisíc stupňov.
Zirkón (zirkón) je kameň, ktorý je podobný zlatu. Má prírodný pôvod, vyzerá draho.

História zirkónového kameňa

Pokiaľ ide o jeho atraktívnosť, tento kameň nie je horší ako mnohé vzácne analógy. Používa sa už od staroveku. Počas nadvlády starovekej Perzie boli všetky druhy kameňov takmer na odpis, s výnimkou priehľadných a tých, ktoré mali charakteristickú brilanciu diamantu. V ázijských krajinách sa kameň stal talizmanom pre miestnych obyvateľov a hosťujúcich ruských obchodníkov, ktorí si do svojich domovov brali výrobky zo zirkónu (najmä korálky), aby doplnili veno svojich dcér.

V Európe sa tomuto materiálu až do 19. storočia nepripisoval veľký význam. Iba podvodníci a podvodníci tých čias predávali fazetované priehľadné zirkónové výrobky pod rúškom diamantov dámam z vysokej spoločnosti, ktoré šperkom nerozumeli. Okrem toho bol zamieňaný so zafírom, turmalínom a topásom pre svoju bohatú farebnú paletu a bezfarebné kamene sa vôbec začali nazývať „ceylonské diamanty“ - stáli menej a považovali sa za druhotriedne.

V priemyselnej oblasti sa tento druh kameňa začal používať až od 30-tych rokov minulého storočia - rozšírené použitie bolo výrazne obmedzené vysokou cenou. Dnes sa zirkón a jeho rôzne zlúčeniny a zliatiny používajú v stavebníctve, metalurgii, medicíne, dokonca aj v jadrovej energetike. Z tohto minerálu sa vyrábajú kosti a zubné protézy, chirurgické nástroje.

V minulom storočí sa sovietskym vedcom snažiacim sa vypestovať umelý diamant podarilo vypestovať umelé zirkónium – nazývalo sa to „zirkón“ alebo „phianit“. Po objavení sa náklady na kameň výrazne znížili, pretože. umelá syntéza vždy vážne poškodí akýkoľvek šperk. Zirkón nie je vo svojich charakteristikách horší ako mnohé drahé kamene, ale už niekoľko desaťročí zaberá miesto v strednej cenovej kategórii.

Odrody kameňa

Zirkón je právom považovaný za jeden z najstarších vzácnych minerálov Zeme, pretože. vedci zistili, že vek tohto prvku dosahuje 3-4 miliardy rokov. V súčasnosti sa rozlišuje niekoľko druhov zirkónu. Hlavným kritériom pre takéto rozdelenie je rôznorodosť farieb kameňa. Existujú nasledujúce odrody:

Starlit. Priehľadný kameň získaný vypaľovaním - má modrastý alebo modrý odtieň.
Malacon. Líši sa tmavohnedou farbou, obsahuje malú dávku žiarenia.
Hyacint. Transparentný minerál, ktorý sa vyznačuje hnedou, oranžovou, červenou farbou.
Diamant Matara. Priehľadná, bezfarebná, ťažená z útrob ostrova Matara – odtiaľ názov tejto odrody.
Žargón. Minerál, ktorý sa vyznačuje slamovou, žltou alebo jemne zlatistou farbou.

Okrem toho je zirkónium prezentované vo forme kovu alebo prášku - rozsah ich použitia sa často líši. Napríklad prvý sa používa na výrobu šperkov a druhý - v lekárskej a priemyselnej oblasti. Viac o týchto odrodách:

Pevný kov. Má brilantný strieborno-šedý odtieň, má vysoký stupeň plasticity.
Prášok. Charakteristickým znakom je prítomnosť malých granúl. Má tmavomodrý odtieň.

Pri zahrievaní je zirkón schopný meniť farbu, vďaka čomu môžu klenotníci dať hotovým výrobkom rôzne odtiene. Tento minerál je:

biela (priehľadná, najbežnejšia);
Modrá
Modrá
čierna (veľmi zriedkavé);
olivový;
zelená;
Ružová;
červená;
žltá (má najvýraznejšie rádioaktívne pozadie);
hnedá (mierne žiarenie);
oranžová;
Fialová.

Fyzikálne a chemické vlastnosti zirkónu

Štruktúra minerálu často obsahuje nečistoty iných prvkov, napríklad železa, medi, vápnika, titánu, zinku atď. Častejšie sa zirkón premieňa na pyramídové alebo hranolové kryštály. Minerál často obsahuje urán, a preto sa stretávajú exempláre s vysokým radiačným pozadím. Pokiaľ ide o tvrdosť, je horší ako konkurenti svojej skupiny - nie je odolný voči nárazom, roztrhnutiu. Pri neopatrnom skladovaní budú z kameňa odlietať triesky, ktoré pokazia pôvodný estetický vzhľad. Fyzikálne a chemické vlastnosti:

Intenzívnym zahrievaním mení farbu, takže výsledný produkt môže mať tmavohnedú, žiarivo tyrkysovú a iné odtiene. V priebehu času odtiene získané tepelnou expozíciou vyblednú a úplne zmiznú.
Nie je vhodný na prácu za studena pod tlakom.
Okamžite začne oxidovať pri teplote 200-400 ℃.
Veľká chemická odolnosť. Nerozpúšťa sa v kyselinách, zásadách, nekoroduje. Keď vstúpi do ľudského tela, neinteraguje s orgánmi a tkanivami.
Z minerálneho prachu sa tvorí, ktorý sa stáva hrozbou pre ľudský život. Je to spôsobené tým, že sa ľahko vznieti aj pri interakcii so vzduchom.
Topí sa pri 1825 ℃ a vrie pri 3500 ℃ a vyššej.
Za normálnych skladovacích podmienok, keď je teplota okolo 20 ℃, je hustota materiálu 6,45 g/cm3.

Spôsoby získavania zirkónu

Kameň s kovovým leskom a rôznymi odtieňmi sa získava empiricky v špecializovaných laboratóriách. Jeho základom je zirkón, ktorého hlavné ložiská sa nachádzajú v Austrálii, Brazílii, Vietname, Thajsku, Srí Lanke a niektorých ďalších krajinách sveta. Syntetický kameň sa získava jedným z nasledujúcich spôsobov:

Fúzia so sódou alebo sódou. Proces sa vykonáva pri teplote 500 až 600 ℃.
Chlórovanie uhlím. Vykonáva sa pri teplotnom indikátore 900-1000 ℃.
Fúzia s draslíkom. Vykonáva sa pri 900 ℃.
Spekanie vápnom alebo uhličitanom vápenatým. Vykonáva sa pri 1100-1200 ℃.

Liečivé vlastnosti zirkónu

Spoločnosti vyrábajúce náramky začali pridávať častice prvku zirkónium do svojich výrobkov, aby dodali svojim výrobkom liečivé vlastnosti, aby zvýšili svoj predaj. Náramky vraj znižujú krvný tlak. Verí sa, že kameň môže dodať silu a vitalitu po celý deň a poskytnúť zdravý a zdravý spánok v noci. Pri pôsobení kyselín nemení svoje vlastnosti, preto sa často používa pri výrobe lekárskych nástrojov a zariadení. Viac o liečivých vlastnostiach:

urýchľuje hojenie rán;
zabraňuje tvorbe hnisu;
dobré antiseptikum;
má antimikrobiálnu vlastnosť, vďaka ktorej sa bráni prenikaniu rôznych infekcií do tela;
zabraňuje prenikaniu žiarenia;
pomáha zmierniť alergické záchvaty.

Mnohé odrody kameňa majú podľa odborníkov z oblasti litoterapie pozitívny vplyv na činnosť štítnej žľazy a endokrinného systému. Rôznym farbám sú zároveň priradené rôzne vlastnosti:

Čierna. Pomáha prekonať následky podchladenia, prechladnutia.
Žltá a červená. Zvýšte chuť do jedla, produkciu leukocytov.
Hnedá. Schopný zbaviť sa nahromadených hadíc.
Modrá a modrá. Pomáhajú odstrániť nadbytočné kilogramy, zlepšujú fungovanie tráviaceho traktu, normalizujú stolicu a chuť do jedla. Rovnaké vlastnosti sa pripisujú aj priehľadným minerálom.

Kde sa používa zirkónium?

Hlavnou oblasťou použitia minerálu sú šperky. Výrobky, ktoré sú ním zdobené, sa vyznačujú estetickým a atraktívnym vzhľadom, pretože v kráse nie je horší ako diamant. Obzvlášť žiadané sú náušnice a náhrdelníky s kubickými zirkónmi. Okrem toho sa tento kameň často používa ako atrapa na pultoch šperkov. Ďalšie aplikácie:

Na základe uvedeného prvku sa vyrábajú rôzne druhy zliatin. Používajú sa v niektorých odvetviach, napríklad pri výrobe konštrukčných materiálov, jadrových reaktorov, častí lietadiel a iných častí.
Zirkónium sa nachádza v supravodivých magnetoch a často sa používa na oxidáciu zliatin.
Prášok z tejto látky sa používa na výrobu pyrotechniky.
Zúčastňuje sa ako jeden z prvkov zloženia žiaruvzdorných náterov pre masívne a zložité zariadenia. Použitie zirkónu v tomto prípade ospravedlňuje investíciu, vďaka ktorej sa táto látka stáva čoraz populárnejšou v oblasti priemyslu - v klenotníctve ju nahrádza kubický zirkón.
Ďalšou oblasťou použitia je optika, ktorá je potrebná v agresívnom prostredí a pri vysokých teplotách. Ide napríklad o odlet kozmickej lode k iným objektom, kde sú teplotné skoky na slnku viac ako 100 stupňov a pri ktorých sklo dlho nevydrží.

Zirkón v šperkoch

Dôležitou vlastnosťou pre klenotníkov zirkónu je jeho nižšia tvrdosť v porovnaní s diamantom - 7,5 jednotiek na stupnici Moss. Pri rezaní minerálu sa jeho vkladanie do výrobku robí opatrne, pretože. neopatrné zaobchádzanie spôsobí triesky a škrabance na povrchu. Z tohto dôvodu vyžadujú výrobky s týmto kameňom pri nosení starostlivé zaobchádzanie. Vďaka vhodnému brusu nie je tento minerál horší ako rozprávkovo drahé diamanty.

Skupina kameňov zirkónium sa nachádza takmer vo všetkých moderných šperkoch. Tieto drahokamy sú často zarámované v prsteňoch a prsteňoch. Svietia v diadéme, náušniciach, kolíkoch, svadobných kompletoch. Často sa používajú na zdobenie príveskov, príveskov. Leví podiel zlatých šperkov so zirkónovými drahokamami sa vyrába na Srí Lanke, neďaleko jedného z miest najvyššej koncentrácie minerálu. Pri kúpe produktu so zirkónom je dôležité rozlíšiť pravý kameň, ktorý má nasledujúce vlastnosti:

mnohostranný lom svetla;
prítomnosť lesku podobného kovu alebo diamantu;
pri bližšom skúmaní (najlepšie pomocou lupy) budú v drahokame viditeľné škvrny;
kubický zirkón, ktorý je lacnejší, je ťažší ako zirkón rovnakej veľkosti.

Magické vlastnosti zirkónu

Rozšírili sa amulety, prívesky, talizmany a iné dekorácie z kameňa zirkónium. Dlho sa považovalo za obdareného schopnosťou priniesť svojmu majiteľovi bohatstvo a úspech. V dávnych dobách bol minerál majetkom mudrcov, verilo sa, že im prináša poznanie budúcnosti, dar vhľadu a schopnosť preniknúť do myšlienok a vnútorného sveta iných ľudí. Zirkón, ktorý sa nosí ako amulet, slúžil ako ochrana pred klamármi a neláskavými ľuďmi, rozvíjal pozorovanie a pamäť.

Minerál zirkónium má mnoho magických vlastností. V starovekej Indii sa verilo, že je schopný ovládať slnko a mesiac. Tento kameň je široko používaný v rôznych oblastiach priemyselnej výroby, navyše je považovaný za ideálny talizman pre podnikateľov, znalostných pracovníkov, cestovateľov. Môže dokonca slúžiť ako ochranný amulet pre milovníkov, ktorý posilňuje duchovné a emocionálne spojenie medzi ľuďmi. Amulet hyacintu pomôže cestujúcim a armáde udržať si zdravie a život.

Zirkónium v astrológii

Všetky druhy príveskov, šperkov, talizmanov so zirkónovými drahokamami vyhovujú mnohým znameniam zverokruhu. Je ideálny pre Barana, Kozorožca, Vodnára, ale pre Býka, Váhy, Strelca, Raka nie je vhodný, viac:

Pre Vodnára je vhodný najmä kameň s kovovým leskom. Pomôže to rozvíjať ich intuíciu, estetický vkus a schopnosť analyzovať. Vodnári môžu nosiť šperky vyrobené z rôznych druhov minerálov, ale ideálne sú žlté, zlaté alebo modré drahokamy.
Ich magické vlastnosti pomôže odhaliť aj minerál zirkónium Baran. Pomôže im to rozvíjať všímavosť, opatrnosť. Ľuďom v znamení Barana sa odporúča nosiť prstene vyrobené z drahokamov zlatého alebo červeného odtieňa.
Kozorožec je lepšie dať prednosť modrým kameňom. Prstene s takýmto minerálom sa najlepšie nosia na ľavej ruke - takže magické spojenie s osobou so znamením Kozorožca bude maximálne.
Drahokamy zirkónia sa neodporúčajú pre Strelca, Býka a Váhy len preto, že tieto znamenia zverokruhu sú často sebecké. Nie sú vhodné pre Ryby s rakovinou, ktoré majú tendenciu sústrediť sa na seba.

Video

História objavu oxidu zirkoničitého, ktorý sa používa v modernej dobe, je spojená s jeho minerálom. Pred dvoma storočiami bol zirkón izolovaný z minerálu zirkónu. S týmto minerálom sa spája mnoho starých legiend. Pred viac ako tromi tisíckami rokov na ostrove Cejlon sa tento minerál používal ako nedokonalý diamant a vyrábali sa z neho dámske a pánske šperky. Lesklé kamene sa nazývali "diamanty Matara", pretože zdrojom ich ložísk bola jedna z oblastí Cejlónu - Matara. Od pravých diamantov sa „matarové“ líšili menšou tvrdosťou a o niečo horšou hrou farieb po vybrúsení.

Diamant Matara s celou paletou farieb (od bezfarebnej a zlatožltej až po ružovú a krvavo červenú) nebol ničím iným ako minerál zirkón. Krvavočervené diamanty sa vtedy nazývali hyacinty (po epickom hrdinovi Hyacintovi, ktorý zomrel pri športe, ktorého krv boh Apollo premenil na drahokamy). V dávnych dobách nosili veľkňazi na hrudi hyacinty, pretože verili, že červená farba ich chráni pred zlými duchmi, chorobami a pomáha im znášať útrapy a ťažkosti. Cestovatelia používali červený kameň ako amulet, ktorý im pomáhal uhasiť smäd a chránil pred jedmi. Stredovekí lekári predpisovali hyacint ako liek na mučenie a depresiu, ako aj na osvietenie mysle, liečili ich nervovými chorobami, halucináciami, poruchami spánku a dokonca sa pokúšali „vstať z mŕtvych“ pomocou hyacintu. V Indii sa týmto kameňom (indický názov minerálu je „rakhuratka“) pokúšali upokojiť draka.

Vo vede existuje niekoľko verzií o tom, kto dal moderný názov „nedokonalému diamantu“. Podľa niektorých zdrojov vďačí cejlónsky polodrahokam za svoj súčasný názov nemeckému vedcovi Brucknerovi, ktorý ho v roku 1778 pomenoval arabským slovom „zarkun“, čo znamená „minerál“. Podľa iných sa za objaviteľa zirkónu považuje chemik Werner (1783), ktorý dal minerálu názov „cárgun“ z dvoch perzských slov „kráľ“ – zlato a „gun“ – farba. Tretie zdroje tvrdia, že zirkón je modifikovaný z bežného ľudového „žargónu“ – „klamár“, teda „nie je skutočný diamant“. Oficiálne sa vo vedeckých prácach minerál zirkón začal spomínať v osemdesiatych rokoch XVIII. V roku 1789 Martin Heinrich Klaproth, nemecký chemik a člen Berlínskej akadémie vied, zverejnil výsledky analýzy drahého kameňa privezeného z pobrežia Cejlónu. Pri tejto analýze bola izolovaná látka, ktorú Klaproth nazval zirkónová zem (terra circonia). Martin Heinrich Klaproth sa tak stal prvým vedcom, ktorý izoloval látku z minerálu zirkón oxid zirkoničitý(Zr02).

Pokusy o získanie kovového zirkónu uskutočnili rôzni vedci: Tromsdorf (redukcia oxidu zirkónia chemickou metódou), Devi (elektrolytická metóda na získanie kovového zirkónu) atď. A až v roku 1824 získal švédsky chemik Jens Jakob Berzelius redukciou fluorozirkoničitanu draselného kovovým sodíkom strieborno-šedý kov.

K2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

Vedec nazval kov získaný počas redukčnej reakcie zirkónium. Ale "Berzelius zirconium" sa ukázalo ako veľmi krehké, pretože obsahovalo značné množstvo nečistôt, nemalo kovový lesk a nedalo sa opracovať. Kov vyžadoval dodatočné čistenie od nečistôt.

V roku 1914 nemeckí výskumníci Lili a Hamburger izolovali zirkónium celkom čisté od nečistôt redukciou dvojnásobne sublimovaného chloridu zirkoničitého sodíkom v špeciálnej autoklávovej bombe. Sto rokov po pokusoch Berzeliusa v roku 1925 bola vyvinutá prvá priemyselná metóda získavania zirkónu: metóda „stavby“. Podstata metódy bola nasledovná: prchavá zlúčenina (tetrajodid zirkoničitý) sa podrobila tepelnému rozkladu vo vákuu a výsledkom bolo nanesenie čistého kovu na horúce volfrámové vlákno. Zakladateľmi tejto metódy boli holandskí vedci A.E. Van Arkel a D.N. de Boer. Vďaka ich objavu sa do vedeckého sveta dostalo plastové kovové zirkónium, ktoré sa dá opracovať – kovať, valcovať, valcovať. Vzorky zirkónu mohli byť teraz valcované do tenkých plechov, drôtov, fólií a podobne.

Ale „stavebná“ metóda bola príliš drahá. Nemecký chemik V. Kroll zlepšil a zlacnil proces získavania zirkónu. Následne sa jeho meno stalo názvom tejto metódy (Krolova metóda). Zirkónium pomocou tejto technológie bolo získané za polovičné náklady ako pri použití metódy budovania. Schéma výroby kovového zirkónia metódou V. Krolla zahŕňala dve hlavné etapy: chloráciu oxidu zirkoničitého na chlorid zirkoničitý a následnú redukciu výsledného produktu kovovým horčíkom pod vrstvou roztaveného kovu na kovovú hubu. Zirkóniová huba získaná počas procesu redukcie sa potom roztavila na tyčinky. Krollova metóda získala široké uznanie.

zirkónium (Zr) - ide o chemický prvok IV skupiny periodického systému Mendelejeva; jeho atómové číslo je 40; atómová hmotnosť 91,224. Čisté zirkónium existuje v dvoch formách: kryštalická forma je mäkký, kujný, sivobiely kov; amorfná forma - modrastý - čierny prášok. Hustota 6,49 g/cm3, bod topenia 1852°C (3362ºF), bod varu 4377°C (7911ºF). Priemerný obsah zirkónu v zemskej kôre je 1,7 10 -2 % hm., v granitoch, pieskovcoch a íloch je o niečo viac ako 2 10 -2 % ako v bázických horninách 1,3 10 -2 %. Maximálna koncentrácia zirkónu je v alkalických horninách 5·10 -2%. Zirkónium sa v prírode nevyskytuje v čistom stave, ale možno ho nájsť v kombinácii s oxidom kremičitým - minerálom zirkón(ZrSiO4) alebo ako voľný oxid zirkoničitý - minerál baddeleyite(ZrO2) .

Minerálny zirkón (ZrSiO4) je kremičitan zirkoničitý. Obsahuje nečistoty železa, medi, vápnika, zinku, titánu, hafnia, uránu a tória. Prizmatické kryštály, zrná, agregáty. Tvrdosť 7,5; hustota 4,0-4,7 g/cm3. Vyskytuje sa v granitoch, syenitoch, alkalických pegmatitoch. Farbou a priehľadnosťou sa rozlišujú tieto druhy zirkónu:

Hyacint - priehľadný, červený, červeno-oranžový, červeno-hnedý, fialový.

Žargón - transparentný, medovo-žltý, dymový, bezfarebný.

Starlit - priehľadný, modrý (získaný kalcináciou).

Podľa vykonaných rozborov sa ukázalo, že zirkón obsahuje asi 68 % oxidu zirkoničitého (ZrO 2) a asi 3 % hafnia (Hf), ktoré sa ťažko oddeľujú.

Priemerné zloženie zirkónu (% hmotnosti):

Zr02 (66-68 %), Hf (1-3 %), Si02 (32-33 %), Al203 (0,2-0,8 %), Fe203 (0,03-0,08 %), Ti02 (0,08-0,1 %), U308 (0,02-0,03 %), P205 (0,1 %),
REE oxidy (0,5-0,6%)

ZrO 2 ) sa prirodzene vyskytuje ako minerál baddeleyit. Bezfarebné jednoklonné kryštály (hustota - 5,8 g / cm 3) alebo bezfarebné tetragonálne kryštály (hustota - 6,1 g / cm 3). Čistý oxid zirkoničitý je žiaruvzdorný a stabilný pri zvýšených teplotách, t pl =2680 o C, t kip =4300 o C. Má nízku tepelnú vodivosť. Diamagnetické, mierne rozpustné vo vode, odolné voči rôznym chemikáliám.

Minerály zirkón a baddeleyit nie je možné použiť v medicíne v ich primárnom stave pre nečistoty rôznych kovov, ktoré obsahujú, a preto sú farebne nepoužiteľné, a pre nečistoty rádionuklidov, ako je urán a tórium, ktoré ich robia rádioaktívnymi. Na získanie práškov oxidu zirkoničitého bez nečistôt sú potrebné zložité a zdĺhavé procesy čistenia. Po vyčistení od nečistôt je možné tento materiál použiť ako keramický biomateriál.

Základňa nerastných surovín. Výroba. Podľa USGS (US Geological Survey) sú overené svetové zásoby zirkónu 38 miliónov ton (v prepočte na ZrO 2). Viac ako 95 % zásob zirkónu v zahraničí sa nachádza v moderných a zakopaných pobrežných morských zirkón-rutil-ilmenitových sypačoch. Zvyčajný obsah zirkónu vo vyvinutých rozsypoch je od 7-8 do 15-20 kg/m 3 . Podľa USGS sa väčšina zásob nachádza v Austrálii, Južnej Afrike, USA, Indii a Brazílii.

Rusko je na štvrtom mieste na svete z hľadiska zásob surovín. Viac ako 50% jeho bilančných zásob je spojených s alkalickými žulami, 14% - s baddeleyitickými kamaforitmi, 35% - so zakopanými zirkón-rutil-ilmenitovými ryžami. Základňa minerálnych zdrojov zirkónu v Rusku je teda štrukturálne a kvalitatívne odlišná od zahraničnej. V Rusku úplne chýbajú moderné pobrežné morské ryže s obsahom zirkónu, zatiaľ čo takmer všetky zásoby zirkónu sú s nimi spojené v zahraničí. Zasypané ryže sa líšia od moderných v zložitejších banských a geologických podmienkach výskytu, a preto sa vyznačujú nízkou rentabilitou ťažby. Ložiská zirkónu v alkalických granitoch v zahraničí tvoria 2% zásob a nepovažujú sa za perspektívny zdroj zirkónu, zatiaľ čo v Rusku je viac ako 50% zásob spojených s týmto typom (ložiská Ulug-Tanzekskoye a Katuginskoye) . Rozvoj nerastnej základne zirkónu v Rusku je extrémne nízky - v súčasnosti sa rozvíja iba jedno ložisko baddeleyitu v Kovdore (oblasť Murmansk). Baddeleyitový koncentrát sa v súčasnosti vyrába iba v Rusku. Zároveň je zirkónový koncentrát extrémne vzácnou surovinou a je kompletne dovážaný. v Rusku .

Svetovú produkciu oxidu zirkoničitého odhadujú experti USGS na 40-50 tisíc ton ročne. Oxid zirkoničitý vyrába niekoľko spoločností v USA, Japonsku, Francúzsku a Taliansku. Výrobné kapacity oxidu zirkoničitého sa intenzívne rozširujú v Japonsku, Austrálii, Južnej Afrike, Nórsku, Číne a ďalších krajinách. Najväčším producentom oxidu zirkoničitého sú Spojené štáty americké.

Hlavnými vývozcami zirkónového koncentrátu sú Austrália a Južná Afrika. V posledných rokoch vývoz austrálskeho koncentrátu klesá, zatiaľ čo Južná Afrika zvyšuje zásielky. Hlavnými dovozcami zirkónového koncentrátu sú krajiny západnej Európy (Taliansko, Španielsko, Nemecko, Francúzsko, Holandsko a Veľká Británia), ako aj Čína a Japonsko.

Vývoz baddeleyitového koncentrátu z Ruska sa od 90. rokov postupne zvyšoval, najmä do Nórska. Od roku 2002 sa baddeleyit vyváža aj do krajín juhovýchodnej Ázie a západnej Európy.

Zirkónový koncentrát sa do Ruska dováža z Ukrajiny, veľmi zriedkavo z Austrálie; čiastočne sa potreba uspokojila na úkor štátnych rezerv. Objem dodávok zirkónového koncentrátu v roku 2000 predstavoval 9,3 tisíc ton av roku 2001 vzrástol o 11 % - až na 14 tisíc ton.

V súčasnosti sú ceny za vysoko čistý, stabilizovaný oxid zirkoničitý získaný chemickou cestou:

Stabilizovaný oxid Zr (CaO) - 18,1 USD za 1 kg.

Stabilizovaný oxid Zr (MgO) - 19,4 USD za 1 kg.

Stabilizovaný oxid Zr (3 % Y 2 O 3) - 18,8 USD za 1 kg.

Stabilizovaný oxid Zr (8% Y203) - 20,1 $ za 1 kg.

Podľa odborníkov spotreba oxid zirkoničitý aktívne rastie. Hlavný objem použitia týchto produktov pripadá na výrobu žiaruvzdorných a keramických pigmentov. Od roku 2000 došlo k výraznému nárastu spotreby oxidu zirkoničitého pre jemnú keramiku pri výrobe optických káblov a iných high-tech produktov používaných v komunikačných sieťach, ako aj pre elektronický priemysel. Očakáva sa, že v globálnom automobilovom priemysle bude dopyt po zirkóni na výrobu katalytických filtrov pre výfukové plyny automobilov naďalej rásť v dôsledku sprísňovania environmentálnej legislatívy v Ázii, Južnej Amerike a Afrike, ako aj zavedenia prísnejších predpisov o dieselových vozidiel vo všetkých regiónoch.

Získa sa oxid zirkoničitý odstránením oxidu kremičitého zo zirkónového koncentrátu pomocou rôznych tepelných a chemických procesov disociácie. Súčasne sa rozlišuje tavený oxid zirkoničitý (monoklinický a stabilizovaný), získaný tepelným procesom (tavenie zirkónového koncentrátu v elektrických peciach). Na získanie oxidu zirkoničitého sa okrem zirkónu používajú aj koncentráty baddeleyitu (98-99% ZrO2) a caldasitu (70-80% ZrO2). V súčasnosti sa menej ako 20 % oxidu zirkoničitého vyrába z baddeleyitu, zatiaľ čo na začiatku 90. rokov. - viac ako 60 %. Vysoko čistý oxid zirkoničitý sa vyrába chemicky a izolujú sa aj monoklinické a stabilizované druhy s plnou (FSZ - Fully Stabilized Zirconia) alebo čiastočnou stabilizáciou (PSZ - Partially Stabilized Zirconia).

Oxid zirkoničitý (ZrO 2) existuje vo forme troch kryštalických fáz: monoklinickej (M), tetragonálnej (T) a kubickej (C). Počas zahrievania prechádza oxid zirkoničitý fázovou transformáciou.

Monoklinická fáza je termodynamicky stabilná pri izbovej teplote až do 1170ºС. Nad touto teplotou nastáva prechod oxidu zirkoničitého do hustejšej tetragonálnej fázy. Tetragonálna fáza je stabilná pri teplotách od 1170ºС do 2370ºС. Pri teplotách nad 2370ºС prechádza oxid zirkoničitý do kubickej fázy. Pri zahrievaní je prechod z monoklinickej (M) do tetragonálnej (T) fázy sprevádzaný znížením objemu o 5%. Pri ochladzovaní dochádza k prechodu z tetragonálnej (T) do monoklinickej fázy (M) v teplotnom rozsahu od 100ºС do 1070ºС a je sprevádzané zväčšením objemu o 3-4%.

Stabilizovaný zirkón.

Pridanie stabilizujúcich oxidov k čistému oxidu zirkoničitému, ako je vápnik (CaO), horčík (MgO), cér (CeO 2 ) a ytrium (Y 2 O 3 ), môže potlačiť fázové premeny materiálu. Podľa množstva stabilizačného činidla sa oxid zirkoničitý rozlišuje: plne stabilizovaný (FSZ - Fully Stabilized Zirconia), čiastočne stabilizovaný (PSZ - Partially Stabilized Zirconia).

Plne stabilizovaný oxid zirkoničitý (FSZ) sa získa pridaním viac ako 16 % mol CaO (7,9 % hm.), 16 % mol MgO (5,86 % hm.), 8 % mol Y203 (13,75 % hm.). Má kubický tvar (C). Vďaka zvýšenej pevnosti a vysokej odolnosti voči teplotným šokom sa tento materiál úspešne používa na výrobu žiaruvzdorných materiálov a technickej keramiky.

Čiastočne stabilizovaný oxid zirkoničitý (PSZ) sa získa pridaním menšieho množstva stabilizačných činidiel ako pri plnení stabilizovaného oxidu zirkoničitého (FSZ). Najužitočnejšie mechanické vlastnosti možno získať, keď je oxid zirkoničitý vo viacfázovom stave. Stabilizátory umožňujú získať viacfázový materiál pri izbovej teplote, v ktorom kubická (C) je hlavnou fázou a monoklinická (M) a tetragonálna (T) sú sekundárne fázy.

Niekoľko typov čiastočne stabilizovaného oxidu zirkoničitého (PSZ) bolo testovaných na možné použitie ako keramický biomateriál. Keramika na báze oxidu zirkoničitého čiastočne stabilizovaná oxidom horečnatým (Mg-PSZ) je jedným z najčastejšie používaných druhov technickej keramiky. Mg-PSZ keramika bola považovaná za materiál na použitie v medicíne. Zvyšková pórovitosť materiálu, pomerne veľká veľkosť častíc (30-40 µm), ťažkosti pri získavaní Mg-PSZ bez nečistôt – to všetko znížilo záujem o využitie tejto keramiky na biomedicínske účely. Je známe, že mechanizmus transformačného kalenia je menej výrazný v keramike na báze oxidu zirkoničitého čiastočne stabilizovaného horčíkom (Mg-PSZ) ako v keramike na báze oxidu zirkoničitého čiastočne stabilizovaného ytriom (Y-TZP).

Keramika na báze oxidu céru (CeO 2 ) stabilizovaného zirkónia sa zriedka považovala za keramický biomateriál, hoci vykazuje vysokú lomovú húževnatosť (až 20 MPa√m) a trvanlivosť.

Dioxidzirkónium, čiastočnestabilizovanýytrium(Y-TZP- Ytrium-tetragonálny polykryštál zirkónia)

Za prítomnosti malého množstva stabilizujúcich oxidov je možné získať keramiku na báze čiastočne stabilizovaného oxidu zirkoničitého (PSZ) pri izbovej teplote len s tetragonálnou fázou - tetragonálne polykryštály zirkónia (TZP - Tetragonal Zirconia Polycrystals). Prídavok asi 2-3 % mólov ytria (Y 2 O 3) ako stabilizačného činidla k oxidu zirkoničitému umožňuje získať keramický materiál pozostávajúci zo 100 % malých metastabilných tetragonálnych častíc - Y- ŤZP(Ytrium- štvoruholníkovýZirkóniaPolykryštál) .

Pridanie viac ako 8 % mólov ytria (Y 2 O 3 ) k zirkóniu umožňuje získať plne stabilizovaný zirkón (FSZ) len s kubickou fázou, ale s menšou odolnosťou proti lomu ako čiastočne stabilizovaná keramika (PSZ).

Fyzikálne a mechanické vlastnostiY-TZP keramika

Keramika na báze ytriom čiastočne stabilizovaného zirkónia (Y-TZP) vykazuje výnimočné mechanické a fyzikálne vlastnosti. Pevnosť v ohybe a lomová húževnatosť sú lepšie ako všetky doteraz testované keramické materiály. Hlavné charakteristiky keramiky Y-TZP v porovnaní s keramikou na báze hliníka (Alumina) sú uvedené v tabuľke. jeden

stôl 1

Kľúčové vlastnosti keramiky Y-TZP

Vlastnosti		Y- ŤZP
Chemické zloženie		Zr02 + 3 % mol Y203
Hustota, g/cm³
Pórovitosť, %
Pevnosť v ohybe, MPa
Pevnosť v tlaku, MPa
Youngov modul, GPa
Odolnosť proti trhlinám K 1С MPa m -1
Koeficient tepelnej rozťažnosti, K -1
Tepelná vodivosť, Wm K -1
Tvrdosť, HV 0,1

Keramika na báze zirkónia má jedinečnú schopnosť zvýšiť svoju mechanickú pevnosť pri zaťažení. Deje sa tak v dôsledku mechanizmu transformačného vytvrdzovania.

Y- ŤZPkeramika.

Vysoko dispergované častice tetragonálneho oxidu zirkoničitého v kubickej matrici, za predpokladu, že sú dostatočne malé, môžu byť udržiavané v metastabilnom stave, ktorý je schopný premeny na monoklinickú fázu. Tlakové napätia tuhej matrice na tetragonálnych časticiach oxidu zirkoničitého odolávajú ich premene na menej pevnú monoklinickú fázu. Tetragonálne častice oxidu zirkoničitého sa môžu premeniť na monoklinickú fázu, keď sú tlakové napätia, ktoré na ne pôsobí matrica, odstránené trhlinou v materiáli.

Na prednom konci trhliny dochádza k transformácii T → M s nárastom objemu o 3-5 %, čo iniciuje vznik tlakových napätí, na rozdiel od ťahových napätí, ktoré podporujú šírenie trhliny. Tento proces dáva vznik silnému mechanizmu, ktorý potláča šírenie trhlín a spevňuje keramiku - mechanizmus transformačného tvrdnutia. Energia poruchy sa rozptýli v T→M transformácia, ktorá je podobná martenzitickej transformácii v kalenej oceli. Výsledkom je potlačenie šírenia trhlín a zvýšenie pevnosti keramiky.

"starnutie"Y- ŤZPkeramiky

Keramické materiály sú na rozdiel od kovov vysoko odolné voči elektrochemickej korózii, avšak v niektorých prípadoch podliehajú chemickej korózii (chemická rozpustnosť). Chemická korózia môže vážne ovplyvniť pevnosť keramického materiálu. Deštrukcia keramiky je spojená s trhlinami, ktorých rozmery sa zväčšujú natoľko, že materiál prestáva odolávať účinkom zaťaženia, ktoré naň pôsobí. K deštrukcii keramiky dochádza vo forme náhleho rozpadu materiálu, ako je okamžité rozštiepenie krištáľového pohára na víno alebo čelného skla auta. Chemická interakcia medzi keramikou a prostredím (voda, para) v oblasti hrotu trhliny urýchľuje rast trhliny. K tomuto procesu dochádza v dôsledku pôsobenia vody alebo pary na väzbu Si-O-Si za vzniku hydroxidových zlúčenín na konci trhliny v kremičitom skle, čo vedie k zlyhaniu keramického materiálu pri aplikovanom zaťažení.

Stabilita keramiky na báze zirkónu pri dlhodobom vystavení vlhkosti a namáhaniu je obzvlášť zaujímavá. Keramika bez kremičitého skla na báze oxidu zirkoničitého čiastočne stabilizovaného ytriom nie je náchylná na chemickú koróziu, ale v literatúre je popísaná nízkoteplotná degradácia (LTD-Low Temperature Degradation) keramiky, známa ako "starnutie" materiálu. K tomuto procesu dochádza v dôsledku postupnej spontánnej premeny tetragonálnej na monoklinickú fázu (T→M), čo vedie k zníženiu mechanickej pevnosti keramiky Y-TZP.

Nízkoteplotná degradácia („starnutie“) keramiky na báze zirkónu bola podrobne študovaná. Zistilo sa, že k deštrukcii došlo pri kontakte s vodou alebo parou počas sterilizácie a mala maximálnu hodnotu pri teplote 250ºС.

Procesy „starnutia“ keramiky Y-TZP podrobne zhrnul Swab J. (1991):

Najkritickejší teplotný rozsah pre "starnutie" je medzi 200-300ºC;

Účinok "starnutia" sa prejavuje vo forme poklesu pevnosti, hustoty, odolnosti materiálu voči praskaniu a nárastu obsahu monoklinickej fázy v materiáli;
K poklesu mechanickej pevnosti materiálu dochádza v dôsledku transformácie T → M, ktorá je sprevádzaná tvorbou mikro a makro trhlín v materiáli;
Transformácia T→M začína na povrchu a postupuje do tela materiálu;
Zníženie veľkosti častíc a/alebo zvýšenie koncentrácie stabilizačného činidla spomaľuje rýchlosť transformácie T->M;
Transformácia T→M je posilnená vo vode alebo pare.

Nízkoteplotná deštrukcia („starnutie“) keramiky na báze oxidu zirkoničitého má za následok deštrukciu povrchu materiálu, a to:

Vytvorenie drsného povrchu, čo vedie k zvýšenému opotrebovaniu materiálu;
Tvorba trhlín, ktoré znižujú životnosť materiálu

Rýchlosť nízkoteplotnej deštrukcie („starnutia“) keramiky Y-TZP závisí od mnohých faktorov, ako sú: chemické a fázové zloženie materiálu, veľkosť častíc materiálu, koncentrácia stabilizačného činidla, doba trvania vystavenia „starnúcemu“ prostrediu a zaťaženiu materiálu, výroby a spracovania materiálu.

V diele Akimova G.Ya. et al., (2005) analyzovali závislosť pevnosti keramiky na báze čiastočne stabilizovaného zirkónia (Y-TZP) od stupňa tetragonality tetragonálnej fázy (T-fáza). Výsledkom štúdie bolo zistenie, že pevnosť keramiky na báze čiastočne stabilizovaného oxidu zirkoničitého pri relatívne vysokej hustote (≈98-99% teoretickej hodnoty) výrazne závisí od prítomnosti (neprítomnosti) modifikácie T-fázy s vysoký stupeň tetragonality vo svojej štruktúre. Čím väčšia je hodnota stupňa tetragonality, tým väčšia je pevnosť keramiky.

Bolo navrhnuté, že množstvo monoklinickej fázy (M-fáza) by malo byť menšie ako 10 % pre každý povrch materiálu, ktorý je v kontakte s „starnúcim“ médiom (voda, para).

Zníženie veľkosti častíc a/alebo zvýšenie koncentrácie stabilizačného činidla môže znížiť rýchlosť spontánnej transformácie T→M v keramike Y-TZP. Veľkosť častíc musí byť menšia ako 0,8 μm. Koncentrácia stabilizujúceho oxidu ytria (Y 2 O 3) by mala byť 3 % mol.

Výrobné procesy keramiky Y-TZP ovplyvňujú aj kvalitu a stabilitu materiálu. Použitie vysoko čistených práškov zirkónia prispieva k hydrotermálnej stabilite keramiky Y-TZP. Použitie metódy izostatického lisovania za tepla (HIP - Hot Isostatic Pressing) umožňuje dosiahnuť hydrotermálnu stabilitu a znížiť rýchlosť spontánnej T→M premeny materiálu, čím sa zvyšuje životnosť materiálu.

Rôzne spôsoby spracovania keramiky Y-TZP, ako sú: frézovanie, pieskovanie, leštenie, tepelné spracovanie, ovplyvňujú mikroštruktúru materiálu a odolnosť proti "starnutiu" materiálu.

Minerál hyacint z Cejlónu, ktorý obsahuje zirkónium, je od pradávna známy ako drahokam vďaka svojej krásnej bledožltohnedej až dymovo zelenej farbe a zvláštnej brilancii. V roku 1789 člen berlínskej akadémie vied Martin Heinrich Klaproth spojil zirkónový prášok so žieravinou v striebornom tégliku a zliatinu rozpustil v kyseline sírovej. Po izolovaní kyseliny kremičitej a železa z roztoku získal kryštály soli a potom oxid (zem), ktorý nazval zirkónium (Zirconerde). Čisté zirkónium bolo izolované až v roku 1914. Názvy „zirkón“ a „zirkónium“ (vyskytuje sa názov „zirkónová zem“) pochádzajú z arabského zarqun – rumelka. Perzské slovo zargun znamená „zlatý“. Moderný vzorec látky získanej Klaproth vyzerá takto: ZrO2. Zirkón sa ťaží najmä z pieskov (produkt rozpadu vyvrelých hornín). Najväčšie ťažené ložiská zirkónu sa nachádzajú v ryžovacích provinciách (v pieskoch) pozdĺž východného a západného pobrežia Austrálie, východného a západného pobrežia Južnej Afriky, atlantického pobrežia USA a Brazílie.

Zirkónium je prvkom sekundárnej podskupiny štvrtej skupiny piatej periódy periodického systému chemických prvkov D.I. Mendelejeva s atómovým číslom 40.

Zirkónium, zirkónium, Zr (40) existuje v dvoch kryštalických modifikáciách: a-forma s hexagonálnou tesne zbalenou mriežkou (a = 3,228; c = 5,120) a b-forma s kubickou mriežkou centrovanou na telo (a = 3,61). Prechod a -> b nastáva pri 862 °C. Čisté zirkónium je plast, ľahko spracovateľný za studena a za tepla (valcovanie, kovanie, razenie). Prítomnosť malého množstva kyslíka, dusíka, vodíka a uhlíka (alebo zlúčenín týchto prvkov so zirkónom) rozpustených v kove spôsobuje krehkosť zirkónu. Modul pružnosti (20 °C) 97 Gn/m2 (9700 kgf/mm2); medza pevnosti v ťahu 253 MN/m2 (25,3 kgf/mm2); Tvrdosť podľa Brinella 640–670 MN/m2 (64–67 kgf/mm2); tvrdosť je veľmi silne ovplyvnená obsahom kyslíka: pri koncentrácii vyššej ako 0,2% sa zirkónium nehodí na tlakové spracovanie za studena.

Mechanické vlastnosti zirkónu sa výrazne zvyšujú pracovným kalením; tento nárast zmizne po žíhaní na 100-400 C.

So zvýšením teploty sa mechanické vlastnosti zirkónu výrazne menia: so zvýšením teploty z 20 na 500 ° C sa pevnosť v ťahu zníži o faktor 5 a relatívne predĺženie sa zvýši o faktor 3.

Vonkajšie prostredie má výrazný vplyv na mechanické vlastnosti zirkónu pri vysokých teplotách. Teplota prechodu a P je 862 C. Zirkónium sa vyznačuje mimoriadne vysokou ťažnosťou a odolnosťou voči korózii.

Vo voľnom stave je zirkónium lesklý kov s hustotou 6-45 g/cm3, topiaci sa pri 1855 C. Zirkónium zbavené nečistôt je veľmi ťažné a ľahko spracovateľné za studena a za tepla.

V priemysle, výroba silikátov a metalurgia boli prvé, ktoré používali oxid zirkoničitý. Už na začiatku nášho storočia sa vyrábali zirkónové žiaruvzdorné materiály, ktoré vydržia trikrát dlhšie ako obyčajné. Značné množstvo zirkónu sa používa pri výrobe keramiky, porcelánu a skla.

2. Použitie zirkónu v zubnom lekárstve

Hlavnou surovinou na výrobu oxidu zirkoničitého je minerál zirkón (ZrSiO4). Chemickou úpravou za pomoci prísad sa z nej získava oxid zirkoničitý. Výsledný reagenčný prášok sa zmieša s prísadami. Rozlišujú sa spekacie prísady, ktoré ovplyvňujú najmä spekacie vlastnosti a vlastnosti hotovej keramiky, a pomocné materiály, ktoré prispievajú k tvarovaniu.

Pre dentálne aplikácie je oxid zirkoničitý legovaný ytriom, aby sa stabilizovala takzvaná tetragonálna fáza. Pri rôznych teplotách existuje oxid zirkoničitý v rôznych kryštalických fázach. Najväčšiemu záujmu pre praktickú stomatológiu sú predovšetkým také fázy ako tetragonálna a monoklinálna fáza. Tetragonálna fáza má objem o 4 % menší ako monoklinálna. Obidve fázy sú prítomné v štruktúre oxidu zirkoničitého a materiál má pri izbovej teplote primárne tendenciu k monoklinickej fáze. Ak sa v ráme vytvorí trhlina, ytriom stabilizované tetragonálne častice sa stanú monoklinickými, čo vedie k zväčšeniu objemu. V dôsledku takejto fázovej premeny vzniká v keramike tlakové napätie, ktoré v ideálnom prípade vedie k zastaveniu progresie trhlín. Tento proces sa označuje ako transformačné zlepšenie alebo "efekt airbagu" oxidu zirkoničitého. Po stabilizácii zirkónového prášku ytriom dochádza k lisovaniu. Existujú nasledujúce typy lisovania:

Podľa teploty:

1) studený (pri izbovej teplote)

2) lisovanie za tepla (ohrev na 700 C - 900 C v argónovej atmosfére).

Na osiach kompresie:

1) jedna os (lis je iba zhora a pohybuje sa dole)

2) dvojnápravové (lisy sa pohybujú k sebe)

3) izostatické (lisy sa pohybujú zo všetkých strán do stredu)

Typ lisovania určuje štruktúru lisovaného bloku (počet a veľkosť mikroštrbín v bloku), a tým aj rovnomernosť a objem zmrštenia pri spekaní, a tým aj kvalitu finálneho produktu. Najprijateľnejším typom lisovania je izostatické lisovanie za tepla (IHP). Tento proces je technologicky najzložitejší a najdrahší, ale na konci vám umožňuje dosiahnuť najlepší výsledok.

Zirkónové polotovary (zirkónové bloky) sa vyrábajú rôznymi technikami. Zatiaľ čo aglomeračné prísady zostávajú v oxide zirkónom, pomocné materiály, ktorými sú okrem vody hlavne prchavé organické zlúčeniny, sú odstránené z odliatku oxidu zirkoničitého pred procesom spekania a nezanechávajú žiadne zvyšky. Aj keď je tento materiál podrobený procesu predbežného spekania, materiál zostáva opracovateľný pomocou fréz z karbidu volfrámu. Predmet je vyrezaný frézou z bloku zirkónu, mäkkého ako krieda, asi o 25% väčší ako je veľkosť predmetu. Následne prebieha finálna aglomerácia pri teplote 1500 ˚C, čím sa dosiahne jej konečná konzistencia. Počas tohto procesu sa objekt zmenší o 20%. Až v procese finálnej aglomerácie stavby skutočne nadobúdajú svoje skutočné vlastnosti. Zahusťovanie práškových častíc oxidu zirkoničitého nastáva zmenšením špecifického povrchu.

Ten sa získava pomocou tepelne závislých difúznych procesov so zmenou častí povrchu, hranice zŕn a difúzneho objemu. Ak je difúzia v tuhom stave príliš pomalá, proces aglomerácie sa môže uskutočniť pod tlakom. Toto sa nazýva lisovanie za tepla alebo izostatické lisovanie za horúca („proces HIP“) zirkónu. Charakteristiky takejto zirkónovej keramiky závisia vo väčšej miere od chemického zloženia materiálu a výrobného procesu.

Rozlišuje sa plne stabilizovaný oxid zirkoničitý (FSZ) a čiastočne stabilizovaný oxid zirkoničitý (PSZ). Čiastočnú stabilizáciu je možné dosiahnuť pridaním 3-6% CaO, MgO alebo Y2O3. V závislosti od výrobných podmienok môže byť stabilizovaná kubická, tetragonálna alebo monoklinická modifikácia. Čiastočne stabilizovaný oxid zirkoničitý má vysokú teplotnú odolnosť a je preto vhodný aj na použitie pri vysokých teplotách v strojárstve.

Kubický oxid zirkoničitý je možné stabilizovať od absolútnej nuly ku krivke solidu pridaním 10-15% CaO a MgO (FSZ) aditíva a tento keramický materiál dokáže tepelne a mechanicky odolávať teplotám 2000 ˚C. Avšak vzhľadom na nízku tepelnú vodivosť a vysoký koeficient tepelnej rozťažnosti v porovnaní s čiastočne stabilizovaným oxidom zirkoničom je tepelná stabilita plne stabilizovaného oxidu zirkoničitého nižšia. Oxid zirkoničitý používaný v zubnom lekárstve má nasledovné zloženie: 95 % ZrO2 + 5 % Y2O3.

Populárne v kategórii: