บ้าน › แฟชั่นและความงาม › เซอร์โคเนียม - ประวัติและที่มาของชื่อ ประวัติการค้นพบ คุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และทางกลบางประการของเซอร์โคเนียม การใช้เซอร์โคเนียม

เซอร์โคเนียม - ประวัติและที่มาของชื่อ ประวัติการค้นพบ คุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และทางกลบางประการของเซอร์โคเนียม การใช้เซอร์โคเนียม

ประวัติการค้นพบเซอร์โคเนียม

ในปี 1789 Martin Heinrich Klaproth สมาชิกของ Berlin Academy of Sciences ได้ตีพิมพ์ผลการวิเคราะห์อัญมณีล้ำค่าที่นำมาจากชายฝั่งศรีลังกา ในระหว่างการวิเคราะห์นี้ สารถูกแยกออก ซึ่ง Klaproth เรียกว่า zircon earth ที่มาของชื่อนี้อธิบายได้หลายวิธี บางคนพบที่มาในภาษาอาหรับคำว่า "zarkun" ซึ่งแปลว่าแร่ บางคนเชื่อว่าคำว่า "zirconium" มาจากคำภาษาเปอร์เซียสองคำคือ "ราชา" - ทอง และ "ปืน" - สี (เนื่องจากสีทองของอัญมณีล้ำค่า หลากหลายของเพทาย - ผักตบชวา ).

สารที่ Klaproth แยกได้ไม่ใช่องค์ประกอบใหม่ แต่เป็นออกไซด์ขององค์ประกอบใหม่ ซึ่งต่อมา D.I. เซลล์ที่สี่สิบของ Mendeleev ด้วยการใช้สัญลักษณ์ที่ทันสมัย สูตรของสารที่ Klaproth ได้รับนั้นเขียนดังนี้: ZrO2 เซอร์โคเนียมบริสุทธิ์ได้มาหลังจาก 35 ปีเท่านั้น แต่จะเพิ่มเติมในภายหลัง

ค้นหาเซอร์โคเนียมในธรรมชาติ

โลหะเซอร์โคเนียม สารประกอบเซอร์โคเนียมมีการกระจายอย่างกว้างขวางในเปลือกโลก จากแหล่งต่างๆ ปริมาณโลหะในเปลือกโลกอยู่ที่ 170 ถึง 250 กรัมต่อตัน เซอร์โคเนียมเป็นธาตุหิน โดยธรรมชาติแล้ว สารประกอบของมันถูกรู้จักเฉพาะกับออกซิเจนในรูปของออกไซด์และซิลิเกต แม้ว่าเซอร์โคเนียมจะเป็นธาตุรอง แต่ก็มีแร่ธาตุประมาณ 40 ชนิดที่เซอร์โคเนียมมีอยู่ในรูปของออกไซด์หรือเกลือ ในธรรมชาติ zircon (ZrSiO4) (67.1% ZrO2), baddeleyite (ZrO2) และแร่ธาตุที่ซับซ้อนต่างๆ (eudialyte (Na, Ca) 5 (Zr, Fe, Mn) ฯลฯ ) มีการกระจายเป็นหลัก ในแหล่งสะสมบนบกทั้งหมด เซอร์โคเนียมจะมาพร้อมกับ Hf ซึ่งเข้าสู่แร่ธาตุเซอร์คอนเนื่องจากการแทนที่ไอโซมอร์ฟิคของอะตอม Zr

เพทายเป็นแร่เซอร์โคเนียมที่พบมากที่สุด มันเกิดขึ้นในหินทุกประเภท แต่ส่วนใหญ่ในหินแกรนิตและไซไนต์ ในเทศมณฑลฮินเดอร์สัน (นอร์ทแคโรไลนา) พบเพทายคริสตัลยาวหลายเซนติเมตรในเพกมาไทต์ และพบผลึกที่มีน้ำหนักเป็นกิโลกรัมในมาดากัสการ์ เซอร์โคเนียม mendeleev อะตอม

Baddeleyite ถูกค้นพบโดย Yussac ในปี 1892 ในบราซิล เงินฝากหลักตั้งอยู่ในภูมิภาค Pocos de Caldas (บราซิล) พบก้อน baddeleyite ที่มีน้ำหนักประมาณ 30 ตันที่นั่นและในลำธารน้ำและตามหน้าผาพบ baddeleyite ในรูปแบบของก้อนกรวดลุ่มน้ำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 7.5 มม. หรือที่เรียกว่า favas (จากโปรตุเกส fava - bean) Favas มักจะมีเซอร์โคเนียมากกว่า 90% แม้ว่าเซอร์โคเนียมจะเป็นธาตุรอง แต่ก็มีแร่ธาตุประมาณ 40 ชนิดที่เซอร์โคเนียมมีอยู่ในรูปของออกไซด์หรือเกลือ แร่ธาตุอุตสาหกรรมหลัก: เพทาย ZrSiO4, 4% HfO2), baddeleyite ZrO2 (สูงถึง 73.9% Zr, 4 - 6% HfO2)

ส่งงานที่ดีของคุณในฐานความรู้เป็นเรื่องง่าย ใช้แบบฟอร์มด้านล่าง

นักศึกษา นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ที่ใช้ฐานความรู้ในการศึกษาและการทำงานจะขอบคุณอย่างยิ่ง

เซอร์โคเนียม

ในปี 1789 Martin Heinrich Klaproth สมาชิกของ Berlin Academy of Sciences ได้ตีพิมพ์ผลการวิเคราะห์อัญมณีล้ำค่าที่นำมาจากชายฝั่งศรีลังกา ในระหว่างการวิเคราะห์นี้ สารถูกแยกออก ซึ่ง Klaproth เรียกว่า zircon earth ที่มาของชื่อนี้อธิบายได้หลายวิธี บางคนพบที่มาในภาษาอาหรับคำว่า "ซาร์คุน" ซึ่งหมายถึงแร่ คนอื่นเชื่อว่าคำว่า "เซอร์โคเนียม" มาจากคำภาษาเปอร์เซียสองคำคือ "ราชา" - ทอง และ "ปืน" - สี (เนื่องจากสีทองของอัญมณีล้ำค่า หลากหลายของเพทาย - ผักตบชวา ).

วิธีการได้มาและได้มาของเซอร์โคเนียม

35 ปีหลังจากการทดลองของ Klaproth นักเคมีชื่อดังชาวสวีเดน Jens Jakob Berzelius ได้รับเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะ Berzelius ลดโพแทสเซียม fluorozirconate ด้วยโลหะโซเดียม:

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

และได้รับโลหะสีเทาเงิน

เซอร์โคเนียมที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยานี้เปราะเนื่องจากมีสิ่งเจือปนที่มีนัยสำคัญ โลหะไม่ได้ให้ยืมตัวเองในการประมวลผลและไม่พบการใช้งานจริง แต่สามารถสันนิษฐานได้ว่าเซอร์โคเนียมบริสุทธิ์เช่นเดียวกับโลหะอื่นๆ จะเป็นพลาสติกค่อนข้างมาก

ใน XIX และต้นศตวรรษที่ XX นักวิทยาศาสตร์หลายคนพยายามที่จะได้รับเซอร์โคเนียมบริสุทธิ์ แต่ความพยายามทั้งหมดจบลงด้วยความล้มเหลวมาเป็นเวลานาน วิธีการทดสอบอลูมิโนเทอร์มิกที่ทดสอบไม่ได้ผล การทดลองซึ่งผู้เขียนพยายามหาเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะจากสารละลายของเกลือไม่ได้นำไปสู่เป้าหมาย ส่วนหลังอธิบายโดยหลักจากความสัมพันธ์ทางเคมีสูงของเซอร์โคเนียมกับออกซิเจน

เพื่อให้ได้โลหะใด ๆ โดยอิเล็กโทรไลซิสจากสารละลายของเกลือ โลหะนี้จะต้องสร้างไอออนโมโนโทมิก แต่เซอร์โคเนียมไม่ก่อให้เกิดไอออนดังกล่าว ตัวอย่างเช่น เซอร์โคเนียมซัลเฟต Zr(SO 4) 2 มีอยู่เฉพาะในกรดซัลฟิวริกเข้มข้นเท่านั้น และเมื่อเจือจาง ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสและการก่อตัวที่ซับซ้อนจะเริ่มต้นขึ้น ในที่สุดปรากฎว่า:

Zr(SO 4) 2 + H 2 O > (ZrO)SO 4 + H 2 SO 4

ในสารละลายที่เป็นน้ำ เซอร์โคเนียมคลอไรด์ยังถูกไฮโดรไลซ์ด้วย:

ZrCl 4 + H 2 O > ZrOCl 2 + 2HCl.

นักวิจัยบางคนเชื่อว่าพวกเขาสามารถได้รับเซอร์โคเนียมโดยอิเล็กโทรไลซิสของสารละลาย แต่พวกเขาเข้าใจผิดโดยการปรากฏตัวของผลิตภัณฑ์ที่วางอยู่บนอิเล็กโทรด ในบางกรณี สิ่งเหล่านี้เป็นโลหะจริงๆ แต่ไม่ใช่เซอร์โคเนียม แต่เป็นนิกเกิลหรือทองแดง สิ่งเจือปนที่มีอยู่ในวัตถุดิบเซอร์โคเนียม ในส่วนอื่น ๆ จะใช้เซอร์โคเนียมไฮดรอกไซด์ซึ่งดูเหมือนโลหะ

เฉพาะในช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษของเรา (100 ปีหลังจากที่ Berzelius ได้รับตัวอย่างเซอร์โคเนียมชุดแรก!) เป็นวิธีอุตสาหกรรมวิธีแรกในการรับโลหะนี้ที่พัฒนาขึ้น

นี่เป็นวิธีการ "สร้าง" ที่พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ van Arkel และ de Boer สาระสำคัญของมันอยู่ในความจริงที่ว่าสารประกอบระเหย (ในกรณีนี้คือ zirconium tetraiodide ZrI 4) ผ่านการสลายตัวทางความร้อนในสุญญากาศและโลหะบริสุทธิ์จะถูกสะสมบนไส้หลอดทังสเตนร้อน

ด้วยวิธีนี้จึงได้โลหะเซอร์โคเนียมซึ่งสามารถนำไปแปรรูปได้ - หลอม, รีด, รีด - ง่ายเหมือนทองแดง

ต่อมา นักโลหะวิทยาพบว่าคุณสมบัติเชิงพลาสติกของเซอร์โคเนียมขึ้นอยู่กับปริมาณออกซิเจนเป็นหลัก หากออกซิเจนมากกว่า 0.7% แทรกซึมเข้าไปในเซอร์โคเนียมหลอมเหลว โลหะจะเปราะเนื่องจากการก่อตัวของสารละลายออกซิเจนที่เป็นของแข็งในเซอร์โคเนียม ซึ่งมีคุณสมบัติแตกต่างจากโลหะบริสุทธิ์อย่างมาก

วิธีการสร้างได้รับความนิยมในตอนแรก แต่เซอร์โคเนียมที่มีราคาสูงที่ได้จากวิธีนี้จำกัดขอบเขตอย่างมาก และคุณสมบัติของเซอร์โคเนียมก็น่าสนใจ (เพิ่มเติมเกี่ยวกับพวกเขาด้านล่าง) จำเป็นต้องพัฒนาวิธีการใหม่ที่ถูกกว่าเพื่อให้ได้เซอร์โคเนียม วิธีที่ได้รับการปรับปรุงของ Croll กลายเป็นวิธีการดังกล่าว

วิธี Croll ทำให้สามารถรับเซอร์โคเนียมได้ในราคาครึ่งหนึ่งของวิธีการต่อขยาย แผนการผลิตนี้เกี่ยวข้องกับสองขั้นตอนหลัก: เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ถูกคลอรีน และเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์ที่เป็นผลลัพธ์จะลดลงโดยแมกนีเซียมโลหะภายใต้ชั้นของโลหะหลอมเหลว ผลิตภัณฑ์สุดท้าย - ฟองน้ำเซอร์โคเนียมละลายเป็นแท่งและส่งไปยังผู้บริโภคในรูปแบบนี้

เซอร์โคเนียมไดออกไซด์

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาวิธีเพื่อให้ได้โลหะเซอร์โคเนียม ผู้ปฏิบัติงานได้เริ่มใช้สารประกอบบางชนิดแล้ว ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเซอร์โคเนีย คุณสมบัติของเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับวิธีการได้มา ZrO 2 เกิดขึ้นระหว่างการเผาเกลือเซอร์โคเนียมที่ไม่เสถียรทางความร้อนบางชนิด ไม่ละลายในน้ำ ไดออกไซด์ที่เผาอย่างอ่อนจะละลายได้ดีในกรด แต่เมื่อเผาอย่างรุนแรง จะไม่ละลายในกรดแร่ ยกเว้นไฮโดรฟลูออริก

คุณสมบัติที่น่าสนใจอีกประการหนึ่ง: เซอร์โคเนียที่มีความร้อนสูงปล่อยแสงออกมาอย่างเข้มข้นจนสามารถนำมาใช้ในเทคโนโลยีแสงสว่างได้ คุณสมบัตินี้ถูกใช้โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ Walter Hermann Nernst หลอดไส้ในหลอด Nernst ทำจาก ZrO 2 หลอดไส้เซอร์โคเนียมไดออกไซด์บางครั้งทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดแสงในการทดลองในห้องปฏิบัติการ

ในอุตสาหกรรม การผลิตซิลิเกตและโลหะวิทยาเป็นประเทศแรกที่ใช้เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ ย้อนกลับไปในตอนต้นของศตวรรษของเรา มีการสร้างวัสดุทนไฟเพทายซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าปกติถึงสามเท่า วัสดุทนไฟที่มีการเติม ZrO 2 ช่วยให้สามารถหลอมเหล็กได้มากถึง 1200 โดยไม่ต้องซ่อมเตา มันเป็นจำนวนมาก.

อิฐเพทายได้แทนที่ไฟร์เคลย์ (วัสดุทนไฟที่ใช้กันอย่างแพร่หลายจากดินเหนียวหรือดินขาว) ในการถลุงอะลูมิเนียมโลหะ และนี่คือเหตุผล Chamotte ผสมกับอลูมิเนียมและเกิดตะกรันสะสมบนพื้นผิว ซึ่งต้องทำความสะอาดออกเป็นระยะ และอิฐเพทายจะไม่เปียกด้วยอลูมิเนียมหลอมเหลว ซึ่งช่วยให้เตาเผาที่เคลือบด้วยเซอร์คอนทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาสิบเดือน

เซอร์โคเนียจำนวนมากใช้ในการผลิตเซรามิก พอร์ซเลน และแก้ว

รายชื่ออุตสาหกรรมที่ต้องการเซอร์โคเนียสามารถดำเนินต่อไปได้ แต่มาดูกันว่าโลหะเซอร์โคเนียมมีประโยชน์อย่างไรซึ่งไม่สามารถหาได้เป็นเวลานาน

เซอร์โคเนียมและโลหะวิทยา

ผู้บริโภคคนแรกของเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะคือโลหะผสมเหล็ก เซอร์โคเนียมได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นสารขจัดออกซิไดซ์ที่ดี มีประสิทธิภาพเหนือกว่าแมงกานีสและไททาเนียม ในเวลาเดียวกัน เซอร์โคเนียมลดปริมาณก๊าซและกำมะถันในเหล็ก ซึ่งทำให้มีความเหนียวน้อยลง

เหล็กกล้าที่ผสมด้วยเซอร์โคเนียมจะไม่สูญเสียความเหนียวที่ต้องการในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง แต่ทนต่อแรงกระแทกได้ดี ดังนั้นเซอร์โคเนียมจึงถูกเติมลงในเหล็กที่ใช้สำหรับการผลิตแผ่นเกราะ สิ่งนี้อาจคำนึงถึงความจริงที่ว่าการเติมเซอร์โคเนียมมีผลดีต่อความแข็งแรงของเหล็ก หากตัวอย่างเหล็กที่ไม่เจือกับเซอร์โคเนียมยุบตัวภายใต้น้ำหนักประมาณ 900 กก. แสดงว่าเหล็กที่มีสูตรเดียวกัน แต่ด้วยการเพิ่มเซอร์โคเนียมเพียง 0.1% เท่านั้น สามารถรับน้ำหนักได้ 1600 กก.

โลหะวิทยาที่ไม่ใช่เหล็กยังใช้เซอร์โคเนียมเป็นจำนวนมาก ที่นี่การกระทำของมันมีความหลากหลายมาก การเพิ่มเซอร์โคเนียมเล็กน้อยเพิ่มความต้านทานความร้อนของโลหะผสมอลูมิเนียม และโลหะผสมแมกนีเซียมหลายองค์ประกอบที่เติมเซอร์โคเนียมจะทนต่อการกัดกร่อนมากขึ้น เซอร์โคเนียมเพิ่มความต้านทานของไททาเนียมต่อการกระทำของกรด ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมไทเทเนียมที่มี 14% Zr ในกรดไฮโดรคลอริก 5% ที่ 100°C นั้นมากกว่าไทเทเนียมบริสุทธิ์เชิงพาณิชย์ถึง 70 เท่า (!) มิฉะนั้นเซอร์โคเนียมจะส่งผลต่อโมลิบดีนัม การเติมเซอร์โคเนียม 5% จะเพิ่มความแข็งเป็นสองเท่าของโลหะทนไฟแต่ค่อนข้างอ่อน

มีการใช้โลหะเซอร์โคเนียมในด้านอื่น ๆ ความต้านทานการกัดกร่อนสูงและความสามารถในการหลอมละลายสัมพัทธ์ทำให้สามารถใช้งานได้ในหลายอุตสาหกรรม สปินเนอร์สำหรับการผลิตเส้นใยประดิษฐ์, ชิ้นส่วนอุปกรณ์ร้อน, ห้องปฏิบัติการและอุปกรณ์ทางการแพทย์, ตัวเร่งปฏิกิริยา - นี่ไม่ใช่รายการผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่ทำจากเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะ

อย่างไรก็ตาม โลหะวิทยาและการสร้างเครื่องจักรไม่ใช่ผู้บริโภคหลักของโลหะนี้ ต้องใช้เซอร์โคเนียมจำนวนมากสำหรับพลังงานนิวเคลียร์

ปัญหาของเซอร์โคเนียม "เกรดเครื่องปฏิกรณ์"

เซอร์โคเนียมไม่ได้เข้าสู่เทคโนโลยีนิวเคลียร์ในทันที เพื่อให้เป็นประโยชน์ในอุตสาหกรรมนี้ โลหะต้องมีคุณสมบัติบางอย่าง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากอ้างว่าเป็นวัสดุโครงสร้างในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์) คุณสมบัติหลักของคุณสมบัติเหล่านี้คือส่วนตัดขวางของการจับนิวตรอนความร้อนขนาดเล็ก โดยหลักการ คุณลักษณะนี้สามารถกำหนดเป็นความสามารถของวัสดุในการดักจับ ดูดซับนิวตรอน และด้วยเหตุนี้จึงป้องกันการแพร่กระจายของปฏิกิริยาลูกโซ่

ภาพตัดขวางของการจับนิวตรอนถูกวัดในโรงนา ยิ่งค่านี้มากเท่าใด วัสดุก็จะดูดซับนิวตรอนได้มากขึ้น และป้องกันการพัฒนาของปฏิกิริยาลูกโซ่ได้มากเท่านั้น โดยธรรมชาติแล้ว วัสดุที่มีหน้าตัดขวางขั้นต่ำจะถูกเลือกสำหรับโซนปฏิกิริยาของเครื่องปฏิกรณ์

สำหรับเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะบริสุทธิ์ ค่านี้คือ 0.18 barn โลหะราคาถูกจำนวนมากจับส่วนตัดขวางของลำดับเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ดีบุก มียุ้งฉาง 0.65 อะลูมิเนียม มียุ้งฉาง 0.22 และแมกนีเซียมมียุ้งฉางเพียง 0.06 แต่ทั้งดีบุก แมกนีเซียม และอะลูมิเนียมนั้นหลอมละลายได้และไม่ทนความร้อน เซอร์โคเนียมละลายที่อุณหภูมิ 1860°C เท่านั้น

ดูเหมือนว่าข้อ จำกัด เพียงอย่างเดียวคือราคาค่อนข้างสูงขององค์ประกอบหมายเลข 40 (แม้ว่าเงินจะไม่ได้รับการยกเว้นในอุตสาหกรรมนี้) แต่มีภาวะแทรกซ้อนอื่นเกิดขึ้น

ในเปลือกโลก เซอร์โคเนียมจะมาพร้อมกับฮาฟเนียมเสมอ ตัวอย่างเช่น ในแร่เซอร์โคเนียม เนื้อหามักจะอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 2.0% อะนาล็อกทางเคมีของเซอร์โคเนียม (ในตารางธาตุ ฮาฟเนียมตั้งอยู่ใต้เซอร์โคเนียมโดยตรง) จับนิวตรอนความร้อน 500 เท่าอย่างเข้มข้นกว่าเซอร์โคเนียม แม้แต่สิ่งเจือปนเล็กน้อยของแฮฟเนียมก็ส่งผลกระทบอย่างมากต่อการเกิดปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น สารเจือปนของแฮฟเนียม 1.5% จะเพิ่มการดักจับเซอร์โคเนียมได้ 20 เท่า

เทคนิคนี้ประสบปัญหาในการแยกเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียมโดยสิ้นเชิง หากคุณสมบัติแต่ละอย่างของโลหะทั้งสองมีความน่าสนใจมาก การมีอยู่ของโลหะทั้งสองชนิดรวมกันจะทำให้วัสดุไม่เหมาะกับเทคโนโลยีนิวเคลียร์โดยสิ้นเชิง

ปัญหาในการแยกแฮฟเนียมและเซอร์โคเนียมเป็นเรื่องยากมาก - คุณสมบัติทางเคมีของพวกมันเกือบจะเหมือนกันเนื่องจากความคล้ายคลึงกันอย่างมากในโครงสร้างของอะตอม สำหรับการแยกสาร ใช้การทำให้บริสุทธิ์หลายขั้นตอนที่ซับซ้อน: การแลกเปลี่ยนไอออน การตกตะกอนหลายครั้ง การสกัด

การดำเนินการทั้งหมดเหล่านี้ทำให้ต้นทุนของเซอร์โคเนียมเพิ่มขึ้นอย่างมาก และมีราคาแพงอยู่แล้ว: โลหะดัด (99.7% Zr) มีราคาแพงกว่าแบบเข้มข้นหลายเท่า ปัญหาการแยกตัวของเซอร์โคเนียมและแฮฟเนียมอย่างประหยัดยังคงต้องแก้ไข

และเซอร์โคเนียมก็กลายเป็นโลหะ "อะตอม"

โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งนี้พิสูจน์ได้จากข้อเท็จจริงดังกล่าว เรือดำน้ำนิวเคลียร์ลำแรกของอเมริกา นอติลุส ติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์เซอร์โคเนียม ต่อมาปรากฏว่าการผลิตเปลือกเซลล์เชื้อเพลิงจากเซอร์โคเนียมมีกำไรมากกว่า แทนที่จะเป็นชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ของแกนเครื่องปฏิกรณ์

อย่างไรก็ตาม การผลิตโลหะนี้เพิ่มขึ้นทุกปี และอัตราการเติบโตนี้สูงผิดปกติ พอเพียงที่จะบอกว่าในทศวรรษ 1949 ถึง 2502 การผลิตเซอร์โคเนียมทั่วโลกเพิ่มขึ้น 100 เท่า! ตามข้อมูลของอเมริกาในปี 1975 การผลิตเซอร์โคเนียมทั่วโลกมีจำนวนประมาณ 3000 ตัน

เซอร์โคเนียม อากาศ และน้ำ

ในบทที่แล้วแทบไม่มีการพูดถึงคุณสมบัติทางเคมีของธาตุ #40 เหตุผลหลักคือความไม่เต็มใจที่จะทำซ้ำหลายบทความและเอกสารเกี่ยวกับองค์ประกอบโลหะ เซอร์โคเนียมเป็นโลหะทั่วไปมากที่สุด ซึ่งเป็นตัวแทนของกลุ่ม (และกลุ่มย่อย) และระยะเวลาของมัน มันมีลักษณะเฉพาะด้วยกิจกรรมทางเคมีที่ค่อนข้างสูงซึ่งมีอยู่ แต่ในรูปแบบแฝง

เหตุผลของความลับนี้และความสัมพันธ์ของเซอร์โคเนียมกับส่วนประกอบน้ำและอากาศควรได้รับการกล่าวถึงในรายละเอียดเพิ่มเติม

เซอร์โคเนียมโลหะขนาดกะทัดรัดดูคล้ายกับเหล็กมาก มันไม่ได้แสดงกิจกรรมทางเคมีในทางใดทางหนึ่งและภายใต้สภาวะปกติจะทำงานเฉื่อยอย่างมากเมื่อเทียบกับก๊าซในชั้นบรรยากาศ การเฉื่อยทางเคมีของเซอร์โคเนียมที่เห็นได้ชัดนั้นอธิบายได้ค่อนข้างปกติ: มีฟิล์มออกไซด์ที่มองไม่เห็นอยู่บนพื้นผิวเสมอซึ่งช่วยปกป้องโลหะจากการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม ในการทำให้เซอร์โคเนียมออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ จะต้องเพิ่มอุณหภูมิเป็น 700 องศาเซลเซียส จากนั้นฟิล์มออกไซด์จะถูกทำลายบางส่วนและละลายบางส่วนในโลหะเท่านั้น

ดังนั้น 700 องศาเซลเซียสจึงเป็นขีดจำกัดของอุณหภูมิที่เกินกว่าที่ความทนทานต่อสารเคมีของเซอร์โคเนียมจะสิ้นสุดลง น่าเสียดายที่ตัวเลขนี้มองโลกในแง่ดีเกินไป ที่อุณหภูมิ 300 องศาเซลเซียส เซอร์โคเนียมเริ่มมีปฏิกิริยากับออกซิเจนและส่วนประกอบในบรรยากาศอื่นๆ มากขึ้น: ไอน้ำ (เกิดไดออกไซด์และไฮไดรด์) คาร์บอนไดออกไซด์ (ก่อตัวเป็นคาร์ไบด์และไดออกไซด์) และไนโตรเจน (ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาคือเซอร์โคเนียมไนไตรด์) แต่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 300 องศาเซลเซียส ฟิล์มออกไซด์จะเป็นเกราะป้องกันที่เชื่อถือได้ซึ่งรับประกันความทนทานต่อสารเคมีของเซอร์โคเนียมในระดับสูง

ต่างจากเซอร์โคเนียมที่เป็นโลหะแบบกะทัดรัดตรงที่ผงและขี้เลื่อยของมันทำงานในอากาศ สารเหล่านี้คือสารไพโรฟอริกที่จุดติดไฟได้เองตามธรรมชาติในอากาศแม้ที่อุณหภูมิห้อง นี้ปล่อยความร้อนมาก ฝุ่นเซอร์โคเนียมผสมกับอากาศสามารถระเบิดได้

ความสัมพันธ์ของเซอร์โคเนียมกับน้ำเป็นเรื่องที่น่าสนใจ สัญญาณที่ชัดเจนของปฏิกิริยาของโลหะกับน้ำไม่สามารถมองเห็นได้เป็นเวลานาน แต่บนพื้นผิวของเซอร์โคเนียมที่เปียกด้วยน้ำ มีกระบวนการที่ไม่ปกติสำหรับโลหะเกิดขึ้น ดังที่ทราบกันดีว่าโลหะหลายชนิดภายใต้การกระทำของน้ำได้รับการกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าซึ่งประกอบด้วยการเปลี่ยนไอออนบวกเป็นน้ำ เซอร์โคเนียมยังถูกออกซิไดซ์ภายใต้การกระทำของน้ำและเคลือบด้วยฟิล์มป้องกันซึ่งไม่ละลายในน้ำและป้องกันการเกิดออกซิเดชันของโลหะเพิ่มเติม

วิธีที่ง่ายที่สุดในการเปลี่ยนไอออนของเซอร์โคเนียมให้เป็นน้ำคือการละลายเกลือบางส่วน พฤติกรรมทางเคมีของเตตระวาเลนต์เซอร์โคเนียมไอออนในสารละลายในน้ำนั้นซับซ้อนมาก ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางเคมีและกระบวนการหลายอย่างที่เกิดขึ้นในสารละลายที่เป็นน้ำ

การมีอยู่ของ Zr +4 ion "ในรูปแบบบริสุทธิ์" ไม่น่าเป็นไปได้ เป็นเวลานานที่เชื่อกันว่าเซอร์โคเนียมมีอยู่ในสารละลายในรูปของไอออนเซอร์โคนิล ZrO +2 . การศึกษาในภายหลังได้แสดงให้เห็นว่าในความเป็นจริง นอกเหนือจากไอออนเซอร์โคนิล สารละลายประกอบด้วยไอออนเซอร์โคเนียมเชิงซ้อน - ไฮเดรตและไฮโดรไลซ์จำนวนมากที่แตกต่างกันจำนวนมาก สูตรย่อทั่วไปคือ (4 p - m)+ .

พฤติกรรมที่ซับซ้อนของเซอร์โคเนียมในสารละลายดังกล่าวอธิบายได้จากกิจกรรมทางเคมีที่สูงขององค์ประกอบนี้ เซอร์โคเนียมที่เตรียมการ (ทำให้บริสุทธิ์จาก ZrO 2) เกิดปฏิกิริยาหลายอย่าง ทำให้เกิดสารประกอบที่ง่ายและซับซ้อน "ความลับ" ของกิจกรรมทางเคมีที่เพิ่มขึ้นของเซอร์โคเนียมอยู่ในโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอน อะตอมของเซอร์โคเนียมถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่พวกมันมักจะเกาะติดไอออนกับตัวเองให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ หากมีไอออนดังกล่าวในสารละลายไม่เพียงพอไอออนของเซอร์โคเนียมจะรวมกันและเกิดพอลิเมอไรเซชัน ในกรณีนี้กิจกรรมทางเคมีของเซอร์โคเนียมจะหายไป การเกิดปฏิกิริยาของไอออนเซอร์โคเนียมโพลีเมอร์นั้นต่ำกว่าของไอออนที่ไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์อย่างมาก ในระหว่างการทำโพลิเมอไรเซชัน กิจกรรมของสารละลายโดยรวมก็ลดลงเช่นกัน

โดยทั่วไปแล้วนี่คือ "บัตรโทรศัพท์" ของโลหะที่สำคัญชนิดหนึ่งในยุคของเรา - องค์ประกอบหมายเลข 40 เซอร์โคเนียม

“เพชรที่ไม่สมบูรณ์”

ในยุคกลางเครื่องประดับที่ทำจากเพชรที่ไม่สมบูรณ์นั้นเป็นที่รู้จักกันดี ความไม่สมบูรณ์ของพวกเขาประกอบด้วยความแข็งน้อยกว่าเพชรทั่วไปและการเล่นสีที่แย่ลงหลังจากการตัด พวกเขายังมีชื่ออื่น - Matara (ตามสถานที่ผลิต - Matare ภูมิภาคของเกาะ Ceylon) นักอัญมณีในยุคกลางไม่ทราบว่าแร่ล้ำค่าที่พวกเขาใช้คือเพทายผลึกเดี่ยว ซึ่งเป็นแร่หลักของเซอร์โคเนียม เพทายมีหลายสี ตั้งแต่ไม่มีสีไปจนถึงสีแดงเลือดนก นักอัญมณีเรียกผักตบชวาเพทายสีแดง ผักตบชวาเป็นที่รู้จักกันมานานมาก ตามประเพณีในพระคัมภีร์ มหาปุโรหิตโบราณสวมอัญมณี 12 เม็ดบนหน้าอก ในหมู่พวกเขาคือผักตบชวา

หายากไหม

เซอร์โคเนียมมีการกระจายอย่างกว้างขวางในธรรมชาติในรูปของสารประกอบทางเคมีต่างๆ เนื้อหาในเปลือกโลกค่อนข้างสูง - 0.025% ในแง่ของความชุกมันอยู่ในอันดับที่สิบสองของโลหะ อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ เซอร์โคเนียมได้รับความนิยมน้อยกว่าโลหะหายากหลายชนิด นี่เป็นเพราะการกระจายตัวของเซอร์โคเนียมที่รุนแรงในเปลือกโลกและไม่มีการสะสมของสารประกอบตามธรรมชาติจำนวนมาก

สารประกอบเซอร์โคเนียมธรรมชาติ

เป็นที่รู้จักมากกว่าสี่สิบ เซอร์โคเนียมมีอยู่ในรูปของออกไซด์หรือเกลือ เซอร์โคเนียมไดออกไซด์, baddeleyite ZrO 2 และเซอร์โคเนียมซิลิเกต, เพทาย ZrSiO 4 มีความสำคัญทางอุตสาหกรรมมากที่สุด แหล่งแร่เพทายและ baddeleyite ที่ทรงพลังที่สุดที่สำรวจพบในสหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย และบราซิล อินเดีย, แอฟริกาตะวันตก.

สหภาพโซเวียตมีแหล่งสำรองวัตถุดิบเพทายที่สำคัญตั้งอยู่ในภูมิภาคต่างๆ ของยูเครน เทือกเขาอูราล และไซบีเรีย

PbZrO 3 - เพียโซอิเล็กทริก

จำเป็นต้องใช้ Piezocrystals สำหรับอุปกรณ์วิศวกรรมวิทยุหลายประเภท: ตัวปรับความถี่คงที่ เครื่องกำเนิดการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก และอื่นๆ บางครั้งพวกเขาต้องทำงานในสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ผลึกตะกั่วเซอร์โคเนตแทบไม่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของเพียโซอิเล็กทริกที่อุณหภูมิสูงถึง 300 องศาเซลเซียส

เซอร์โคเนียมกับสมอง

เซอร์โคเนียมมีความต้านทานการกัดกร่อนสูงทำให้สามารถใช้ในศัลยกรรมประสาทได้ โลหะผสมเซอร์โคเนียมใช้ทำที่หนีบห้ามเลือด เครื่องมือผ่าตัด และบางครั้งก็เป็นเกลียวสำหรับการเย็บระหว่างการทำงานของสมอง

เอกสารที่คล้ายกัน

ลักษณะทั่วไปขององค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม IV ของตารางธาตุ การมีอยู่ของธาตุในธรรมชาติและสารประกอบที่ไม่ใช่โลหะอื่นๆ รับเจอร์เมเนียม ดีบุก และตะกั่ว คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของโลหะในกลุ่มย่อยไททาเนียม ขอบเขตของเซอร์โคเนียม

การนำเสนอ, เพิ่ม 04/23/2014

ญาติของเซอร์โคเนียม ตั้งชื่อตามชื่อละตินโบราณสำหรับโคเปนเฮเกน (Hafnia) เซอร์โคเนียมและแฮฟเนียมเป็นฝาแฝดเคมี แฮฟเนียมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ การใช้แฮฟเนียมในอุตสาหกรรมวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยุ

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 04/22/2007

ประวัติการค้นพบยูเรเนียม สมบัติทางกายภาพและเคมี ขอบเขตของโซเดียมยูเรเนต สารประกอบยูเรเนียม ยูเรเนียม-235 คาร์ไบด์ในโลหะผสมที่มีไนโอเบียมคาร์ไบด์และเซอร์โคเนียมคาร์ไบด์ ไอโซโทปของยูเรเนียมเป็นพันธุ์ของอะตอม (และนิวเคลียส) ขององค์ประกอบทางเคมี

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 12/19/2010

วัสดุนาโน วัสดุที่ใช้เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ขนาดนาโน หลักเทคโนโลยีเพื่อให้ได้องค์ประกอบนาโนเซรามิก รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของผงขนาดนาโนที่ได้จากการสังเคราะห์ด้วยความร้อนใต้พิภพ ระยะเวลาของการได้รับไอโซเทอร์มอล

บทคัดย่อ เพิ่ม 02/04/2009

สมการสถานะสำหรับก๊าซในอุดมคติ สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมและธาตุ วาเลนซ์อิเล็กตรอนสำหรับเซอร์โคเนียม การเปลี่ยนแปลงตามลำดับในความสามารถในการออกซิไดซ์ของฮาโลเจนอิสระและความสามารถในการลดของเฮไลด์ไอออนจากฟลูออรีนเป็นไอโอดีน

งานคอนโทรลเพิ่ม 02/02/2011

ประวัติและที่มาของชื่อทองแดงการมีอยู่ตามธรรมชาติ คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของธาตุ สารประกอบหลัก การนำไปใช้ในอุตสาหกรรม คุณสมบัติทางชีวภาพ การหาเงินในธรรมชาติและคุณสมบัติของมัน ข้อมูลทองคำ.

ภาคเรียนที่เพิ่ม 06/08/2011

ลักษณะองค์ประกอบ รับแมกนีเซียม. คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของแมกนีเซียม สารประกอบแมกนีเซียม สารประกอบอนินทรีย์ สารประกอบออร์แกโนแมกนีเซียม สารประกอบแมกนีเซียมธรรมชาติ การหาปริมาณแมกนีเซียมในดิน ในน้ำ ความสำคัญทางชีวภาพของแมกนีเซียม

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 04/05/2004

โลหะแบเรียมและการเกิดขึ้นในธรรมชาติ ได้รับแบเรียมโลหะ อิเล็กโทรไลซิสของแบเรียมคลอไรด์ การสลายตัวทางความร้อนของไฮไดรด์ คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพ แอปพลิเคชัน. การเชื่อมต่อ (คุณสมบัติทั่วไป) สารประกอบอนินทรีย์

ประวัติและคุณสมบัติของดีบุก ที่มาของชื่อไทเทเนียม การดัดแปลงแบบ allotropic คุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพ ลักษณะสำคัญที่ทำให้สามารถใช้โลหะชนิดนี้ได้ การใช้ไททาเนียมและโลหะผสมในอุตสาหกรรม

บทคัดย่อ เพิ่มเมื่อ 05/27/2014

ประวัติความเป็นมาของการกำเนิดของนิกเกิล ระดับความชุกของธาตุในธรรมชาติ ปริมาณธาตุในแร่ การรับคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของโลหะ ประเภทของโลหะผสมนิกเกิล การใช้สารประกอบและนิกเกิลบริสุทธิ์ในเทคโนโลยีสมัยใหม่

ผู้หญิงทุกคนชอบใส่เครื่องประดับที่ประดับด้วยหินที่ทำให้เธอดูมีเสน่ห์ - กับเครื่องประดับเหล่านี้ ผู้หญิงจะได้รับคุณสมบัติใหม่ๆ เครื่องประดับดังกล่าวมีมูลค่า 100-500,000 และบางครั้งมีรูเบิลหลายล้านรูเบิลดังนั้นจึงไม่ใช่ทุกคนที่สามารถซื้อได้ ด้วยเหตุผลนี้ สารทดแทนหินสังเคราะห์ซึ่งหนึ่งในนั้นคือเซอร์โคเนียมได้กลายเป็นที่แพร่หลาย ด้วยเครื่องประดับจะดูหรูหรา แต่เมื่อเทียบกับของแท้แล้ว ต้นทุนของผลิตภัณฑ์จะลดลงอย่างมาก

ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับเซอร์โคเนียม

องค์ประกอบนี้เป็นของกลุ่มย่อยด้านข้างของกลุ่มที่ 4 ของช่วงที่ 5 ของระบบธาตุของ D. I. Mendeleev - เลขอะตอม 40 เซอร์โคเนียมในรูปแบบปกติเป็นโลหะมันวาวที่มีสีเทาเงิน เหนียว และทนต่อการกัดกร่อน สารประกอบของสารนี้มีการกระจายอย่างกว้างขวางในเปลือกโลก ในธรรมชาติ สารประกอบเซอร์โคเนียมเป็นที่รู้จักเฉพาะกับออกซิเจนในรูปของซิลิเกตและออกไซด์

แม้ว่าเซอร์โคเนียมจะเป็นธาตุติดตาม แต่นักขุดมากถึง 40 คนทราบว่าสารนี้มีอยู่ในรูปของเกลือและออกไซด์ นี่เป็นอัญมณีสากล แต่ความคิดเห็นนี้ผิดพลาด แม้ว่าในลักษณะที่ปรากฏจะคล้ายกับเพชร ข้อเท็จจริงบางประการเกี่ยวกับสารนี้:

เซอร์โคเนียมผลิตขึ้นในห้องปฏิบัติการเท่านั้น และใช้แร่เพทายเป็นส่วนประกอบหลัก
แม้ว่าเซอร์โคเนียมจะเป็นหินโปร่งใส แต่ได้เฉดสีที่หลากหลายเนื่องจากการใช้สิ่งเจือปนเพิ่มเติม
มันถูกใช้ในเครื่องประดับแทนแร่ธาตุและเครื่องประดับเนื่องจากราคาของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะลดลงอย่างมาก

หลายคนสับสนและเชื่อว่าคิวบิกเซอร์โคเนีย เซอร์โคเนียม เซอร์โคเนียมเป็นสารเดียวกัน อันที่จริงแล้ว พวกมันต่างกันทั้งหมด แต่มีองค์ประกอบที่คล้ายคลึงกัน:

เซอร์โคเนียมเป็นโลหะที่มีลักษณะคล้ายเหล็ก
คิวบิกเซอร์โคเนียเป็นคริสตัลเทียมเงา ตามลักษณะภายนอกจะคล้ายกับเพชร สำหรับการผลิตนั้นใช้เซอร์โคเนียมออกไซด์ - กระบวนการนี้ดำเนินการภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิมากกว่า 2.5 พันองศา
เพทาย (เพทาย) เป็นหินที่มีลักษณะคล้ายทองคำ มีต้นกำเนิดจากธรรมชาติ ดูแพง

ประวัติของหินเซอร์โคเนียม

ในแง่ของความน่าดึงดูดใจ หินก้อนนี้ไม่ได้ด้อยกว่าแอนะล็อกอันล้ำค่ามากมาย ใช้มาตั้งแต่สมัยโบราณ ในช่วงการปกครองของเปอร์เซียโบราณ หินทุกประเภทเกือบเสื่อมราคา ยกเว้นหินใสและอัญมณีที่มีลักษณะเป็นประกายเหมือนเพชร ในประเทศแถบเอเชีย หินดังกล่าวกลายเป็นเครื่องรางสำหรับชาวท้องถิ่นและพ่อค้าชาวรัสเซียที่มาเยี่ยมเยียน ซึ่งนำผลิตภัณฑ์เซอร์โคเนียม (โดยเฉพาะลูกปัด) ไปที่บ้านเพื่อเติมเต็มสินสอดทองหมั้นของลูกสาว

ในยุโรป เนื้อหานี้ไม่มีความสำคัญมากนักจนกระทั่งศตวรรษที่ 19 มีเพียงนักต้มตุ๋นและนักต้มตุ๋นในสมัยนั้นเท่านั้นที่จำหน่ายผลิตภัณฑ์เซอร์โคเนียมแบบเหลี่ยมเพชรพลอยใสภายใต้หน้ากากของเพชรให้กับสตรีชั้นสูงที่ไม่เข้าใจเครื่องประดับ นอกจากนี้ยังสับสนกับไพลิน ทัวร์มาลีน และบุษราคัมสำหรับจานสีที่อุดมสมบูรณ์ และหินไร้สีก็เริ่มถูกเรียกว่า "เพชรซีลอน" เลย - พวกมันมีราคาต่ำกว่าและถูกจัดอยู่ในประเภทที่สอง

ในเขตอุตสาหกรรมหินประเภทนี้เริ่มใช้เฉพาะในช่วงทศวรรษที่ 30 ของศตวรรษที่ผ่านมา - การใช้อย่างแพร่หลายถูก จำกัด ด้วยต้นทุนที่สูง ทุกวันนี้ เพทายและสารประกอบและโลหะผสมต่างๆ ถูกใช้ในการก่อสร้าง โลหะวิทยา การแพทย์ และแม้กระทั่งพลังงานนิวเคลียร์ กระดูกและฟันปลอมเครื่องมือผ่าตัดทำมาจากแร่นี้

ในศตวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียตที่พยายามปลูกเพชรเทียมสามารถปลูกเซอร์โคเนียมเทียมได้ ซึ่งเรียกว่า "เพทาย" หรือ "ไฟอันไนต์" หลังจากการค้นพบนี้ราคาของหินลดลงอย่างมากเพราะ การสังเคราะห์จะสร้างความเสียหายร้ายแรงต่ออัญมณีใดๆ เสมอ เซอร์โคเนียมไม่ได้ด้อยกว่าอัญมณีจำนวนมากในลักษณะของมัน แต่เป็นเวลาหลายทศวรรษที่มันได้ครอบครองโพรงในหมวดราคากลาง

ชนิดของหิน

เพทายถือว่าเป็นหนึ่งในแร่ธาตุที่มีค่าที่เก่าแก่ที่สุดของโลกเพราะ นักวิทยาศาสตร์พบว่าอายุของธาตุนี้ถึง 3-4 พันล้านปี ปัจจุบันเซอร์โคเนียมหลายประเภทมีความโดดเด่น เกณฑ์หลักสำหรับการแบ่งดังกล่าวคือความหลากหลายของสีของหิน มีพันธุ์ดังต่อไปนี้:

สตาร์ลิต หินใสที่ได้จากการยิง - มีโทนสีน้ำเงินหรือสีน้ำเงิน
มาลาคอน แตกต่างกันในสีน้ำตาลเข้มประกอบด้วยรังสีเล็กน้อย
ผักตบชวา. แร่ใสซึ่งมีลักษณะเป็นสีน้ำตาล สีส้ม สีแดง
เพชรมาธารา. โปร่งใส ไม่มีสี ขุดได้จากส่วนลึกของเกาะมาทารา จึงเป็นที่มาของชื่อพันธุ์นี้
ศัพท์แสง แร่ที่มีลักษณะเป็นฟาง สีเหลืองหรือสีทองเล็กน้อย

นอกจากนี้เซอร์โคเนียมยังนำเสนอในรูปของโลหะหรือผง - ขอบเขตของการใช้งานมักจะแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นอันแรกใช้สำหรับทำเครื่องประดับและอันที่สอง - ในด้านการแพทย์และอุตสาหกรรม เพิ่มเติมเกี่ยวกับพันธุ์เหล่านี้:

โลหะแข็ง มีโทนสีเทาเงินสดใสมีความเป็นพลาสติกสูง
ผง. ลักษณะเด่นคือการมีเม็ดขนาดเล็ก มีโทนสีน้ำเงินเข้ม

เมื่อถูกความร้อน เซอร์โคเนียมสามารถเปลี่ยนสีได้ โดยที่ช่างอัญมณีสามารถให้เฉดสีที่หลากหลายแก่ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป แร่ธาตุนี้คือ:

สีขาว (โปร่งใสที่พบบ่อยที่สุด);
สีฟ้า
สีฟ้า
สีดำ (หายากมาก);
มะกอก;
เขียว;
สีชมพู;
สีแดง;
สีเหลือง (มีพื้นหลังกัมมันตภาพรังสีเด่นชัดที่สุด);
สีน้ำตาล (รังสีอ่อน);
ส้ม;
สีม่วง.

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของเซอร์โคเนียม

โครงสร้างของแร่มักมีสิ่งเจือปนของธาตุอื่น ๆ เช่น เหล็ก ทองแดง แคลเซียม ไททาเนียม สังกะสี ฯลฯ บ่อยครั้ง เพทายถูกแปลงเป็นผลึกเสี้ยมหรือปริซึม แร่มักประกอบด้วยยูเรเนียม ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ตัวอย่างที่มีพื้นหลังการแผ่รังสีสูงมาเจอ ในแง่ของความแข็งนั้นด้อยกว่าคู่แข่งในกลุ่ม - ไม่ทนต่อแรงกระแทกการฉีกขาด ด้วยการจัดเก็บที่ไม่ระมัดระวัง ชิปจะหลุดออกจากหิน ซึ่งจะทำให้รูปลักษณ์ที่สวยงามดั้งเดิมเสียไป คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี:

ด้วยความร้อนที่รุนแรงจะเปลี่ยนสีเพื่อให้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายมีสีน้ำตาลเข้ม, สีฟ้าครามสดใสและเฉดสีอื่น ๆ เมื่อเวลาผ่านไป เฉดสีที่ได้จากการสัมผัสความร้อนจะค่อยๆ จางลงและหายไปอย่างสมบูรณ์
ไม่รับงานเย็นภายใต้ความกดดัน
เริ่มออกซิไดซ์ทันทีที่อุณหภูมิ 200-400 ℃
ทนต่อสารเคมีได้ดี ไม่ละลายในกรด ด่าง ไม่เป็นสนิม เมื่อมันเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ มันจะไม่โต้ตอบกับอวัยวะและเนื้อเยื่อ
จากฝุ่นแร่ก่อตัวขึ้นซึ่งกลายเป็นภัยคุกคามต่อชีวิตมนุษย์ เนื่องจากติดไฟได้ง่ายแม้จากการมีปฏิสัมพันธ์กับอากาศ
ละลายที่ 1825 ℃ และเดือดที่ 3500 ℃ ขึ้นไป
ภายใต้สภาวะการจัดเก็บปกติ เมื่ออุณหภูมิประมาณ 20 ℃ ความหนาแน่นของวัสดุคือ 6.45g/cm3

วิธีการรับเซอร์โคเนียม

ห้องปฏิบัติการเฉพาะทางสามารถหาหินที่มีความแวววาวเป็นโลหะและเฉดสีต่างๆ ได้ มันขึ้นอยู่กับเพทายซึ่งมีเงินฝากหลักอยู่ในออสเตรเลีย, บราซิล, เวียดนาม, ไทย, ศรีลังกาและประเทศอื่น ๆ ของโลก หินสังเคราะห์ได้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งดังต่อไปนี้:

ผสมกับโซดาหรือโซดา กระบวนการนี้ดำเนินการที่อุณหภูมิ 500 ถึง 600 ℃
คลอรีนกับถ่านหิน ดำเนินการที่ตัวบ่งชี้อุณหภูมิ 900-1000 ℃
ฟิวชั่นกับโพแทสเซียม ดำเนินการที่อุณหภูมิ 900 ℃
การเผาด้วยปูนขาวหรือแคลเซียมคาร์บอเนต ดำเนินการที่ 1100-1200 ℃

คุณสมบัติการรักษาของเซอร์โคเนียม

บริษัทสร้อยข้อมือเริ่มเพิ่มอนุภาคขององค์ประกอบเซอร์โคเนียมลงในผลิตภัณฑ์ของตน เพื่อให้ผลิตภัณฑ์มีคุณสมบัติเป็นยาเพื่อเพิ่มยอดขาย กำไลน่าจะลดความดันโลหิต เชื่อกันว่าหินสามารถให้ความแข็งแรงและกระปรี้กระเปร่าได้ตลอดทั้งวันและช่วยให้นอนหลับสบายในเวลากลางคืน ไม่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของกรดเมื่อสัมผัสกับกรด ดังนั้นจึงมักใช้ในการผลิตเครื่องมือและอุปกรณ์ทางการแพทย์ ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับคุณสมบัติทางยา:

เร่งการสมานแผล
ป้องกันการก่อตัวของหนอง;
น้ำยาฆ่าเชื้อที่ดี
มีคุณสมบัติต้านจุลชีพเนื่องจากการแทรกซึมของการติดเชื้อต่างๆเข้าสู่ร่างกาย
ป้องกันการซึมผ่านของรังสี
ช่วยบรรเทาอาการภูมิแพ้

หินหลายชนิดตามที่ผู้เชี่ยวชาญจากสาขาการบำบัดด้วยหินมีผลในเชิงบวกต่อการทำงานของต่อมไทรอยด์และระบบต่อมไร้ท่อ ในเวลาเดียวกัน สีที่ต่างกันถูกกำหนดคุณสมบัติที่แตกต่างกัน:

สีดำ. ช่วยในการเอาชนะผลกระทบของอุณหภูมิ, หวัด
สีเหลืองและสีแดง เพิ่มความอยากอาหาร การผลิตเม็ดเลือดขาว
สีน้ำตาล. สามารถกำจัดท่อสะสม
สีฟ้าและสีน้ำเงิน ช่วยขจัดน้ำหนักส่วนเกินปรับปรุงการทำงานของระบบทางเดินอาหารทำให้อุจจาระและความอยากอาหารเป็นปกติ คุณสมบัติเดียวกันนี้มาจากแร่ธาตุที่โปร่งใส

เซอร์โคเนียมใช้ที่ไหน?

พื้นที่หลักของการใช้แร่คือเครื่องประดับ ผลิตภัณฑ์ที่ประดับประดาด้วยรูปลักษณ์ที่สวยงามและน่าดึงดูดใจเพราะในด้านความงามนั้นไม่ได้ด้อยไปกว่าเพชร ต่างหูและสร้อยคอที่มีคิวบิกเซอร์โคเนียเป็นที่ต้องการอย่างมาก นอกจากนี้หินก้อนนี้มักใช้เป็นหุ่นจำลองบนเคาน์เตอร์เครื่องประดับ แอปพลิเคชันอื่นๆ:

บนพื้นฐานขององค์ประกอบที่มีชื่อนั้นจะทำโลหะผสมหลายชนิด ใช้ในอุตสาหกรรมบางประเภท เช่น ในการผลิตวัสดุโครงสร้าง เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ชิ้นส่วนเครื่องบิน และชิ้นส่วนอื่นๆ
เซอร์โคเนียมพบได้ในแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดและมักใช้เพื่อออกซิไดซ์โลหะผสม
ผงของสารนี้ใช้ในการผลิตดอกไม้ไฟ
เป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบของการเคลือบวัสดุทนไฟสำหรับอุปกรณ์ขนาดใหญ่และซับซ้อน การใช้เซอร์โคเนียมในกรณีนี้แสดงให้เห็นถึงการลงทุนเนื่องจากสารนี้กำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นในด้านอุตสาหกรรม - ในธุรกิจเครื่องประดับจะถูกแทนที่ด้วยเซอร์โคเนียลูกบาศก์
แอพพลิเคชั่นอื่นคือออปติกซึ่งจำเป็นในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและที่อุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่น นี่คือการจากไปของยานอวกาศไปยังวัตถุอื่นๆ ที่อุณหภูมิกระโดดสูงกว่า 100 องศาในดวงอาทิตย์ และในระหว่างที่กระจกจะไม่ทนต่อเป็นเวลานาน

เซอร์โคเนียมในเครื่องประดับ

คุณลักษณะที่สำคัญสำหรับนักอัญมณีของเซอร์โคเนียมคือความแข็งที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเพชร - 7.5 หน่วยในระดับ Moss เมื่อตัดแร่ การสอดเข้าไปในผลิตภัณฑ์จะทำอย่างระมัดระวังเพราะ การจัดการที่ไม่ระมัดระวังจะทำให้เกิดรอยบิ่นและรอยขีดข่วนบนพื้นผิว ด้วยเหตุนี้ ผลิตภัณฑ์ที่มีหินนี้จึงต้องใช้ความระมัดระวังเมื่อสวมใส่ การเจียระไนที่เหมาะสมทำให้แร่นี้ไม่เลวร้ายไปกว่าเพชรราคาแพง

กลุ่มหินเซอร์โคเนียมพบได้ในเครื่องประดับสมัยใหม่เกือบทั้งหมด อัญมณีเหล่านี้มักถูกใส่กรอบเป็นวงแหวนและแหวน พวกเขาเปล่งประกายในมงกุฎ, ต่างหู, เดิมพัน, ตระการตาในงานแต่งงาน มักใช้ประดับจี้ จี้ ส่วนแบ่งของสิงโตในเครื่องประดับทองคำกับอัญมณีเซอร์โคเนียมนั้นผลิตในศรีลังกาซึ่งอยู่ไม่ไกลจากสถานที่ที่มีแร่ธาตุเข้มข้นที่สุดแห่งใดแห่งหนึ่ง เมื่อซื้อผลิตภัณฑ์ที่มีเซอร์โคเนียมสิ่งสำคัญคือต้องแยกแยะหินแท้ที่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

การหักเหของแสงหลายแง่มุม
การปรากฏตัวของความฉลาดคล้ายกับโลหะหรือเพชร
เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิด (ควรใช้แว่นขยาย) จะเห็นจุดด่างในอัญมณี
คิวบิกเซอร์โคเนียซึ่งมีราคาถูกกว่าจะหนักกว่าเซอร์โคเนียที่มีขนาดเท่ากัน

คุณสมบัติมหัศจรรย์ของเซอร์โคเนียม

พระเครื่อง จี้ ยันต์ และของประดับตกแต่งอื่นๆ ที่ทำจากหินเซอร์โคเนียม เป็นที่แพร่หลาย ได้รับการพิจารณามานานแล้วว่ามีความสามารถที่จะนำความมั่งคั่งและความสำเร็จมาสู่เจ้าของ ในสมัยโบราณ แร่เป็นสมบัติของปราชญ์ เชื่อกันว่าจะนำความรู้เกี่ยวกับอนาคต ของประทานแห่งการหยั่งรู้ และความสามารถในการเจาะความคิดและโลกภายในของผู้อื่น สวมใส่เป็นพระเครื่อง เพทายทำหน้าที่ป้องกันคนโกหกและคนที่ไร้เมตตา พัฒนาการสังเกตและความทรงจำ

แร่เซอร์โคเนียมมีคุณสมบัติมหัศจรรย์มากมาย ในอินเดียโบราณเชื่อกันว่าสามารถควบคุมดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ได้ หินก้อนนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ ของการผลิตเชิงอุตสาหกรรม นอกจากนี้ ยังเป็นเครื่องรางที่เหมาะสำหรับนักธุรกิจ ผู้มีความรู้ นักเดินทาง มันยังสามารถใช้เป็นเครื่องรางสำหรับคู่รัก เสริมสร้างความเชื่อมโยงทางจิตวิญญาณและอารมณ์ระหว่างผู้คน เครื่องรางจากผักตบชวาจะช่วยให้นักเดินทางและทหารรักษาสุขภาพและชีวิตของพวกเขา

เซอร์โคเนียมในโหราศาสตร์

จี้ เครื่องประดับ ยันต์ อัญมณีเซอร์โคเนียม ทุกชนิด เหมาะกับราศีต่างๆ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับราศีเมษ, มังกร, กุมภ์ แต่สำหรับราศีพฤษภ, ตุลย์, ธนู, มะเร็ง, มันไม่เหมาะ, เพิ่มเติม:

โดยเฉพาะหินที่มีความเงาแบบเมทัลลิกเหมาะกับชาวราศีกุมภ์ จะช่วยพัฒนาสัญชาตญาณ รสนิยมด้านสุนทรียะ และความสามารถในการวิเคราะห์ ชาวราศีกุมภ์สามารถสวมใส่เครื่องประดับที่ทำจากแร่ประเภทต่างๆ แต่อัญมณีสีเหลือง สีทอง หรือสีน้ำเงินเหมาะอย่างยิ่ง
แร่เซอร์โคเนียมราศีเมษจะช่วยเปิดเผยคุณสมบัติมหัศจรรย์ของพวกเขา จะช่วยให้เจริญสติ ระมัดระวัง ผู้ที่มีสัญลักษณ์ราศีเมษควรสวมแหวนที่ทำจากอัญมณีสีทองหรือสีแดง
ราศีมังกรดีกว่าที่จะชอบหินสีน้ำเงิน แหวนที่มีแร่นี้สวมใส่ได้ดีที่สุดในมือซ้าย - ดังนั้นการเชื่อมต่อที่มหัศจรรย์กับผู้ที่มีสัญลักษณ์ราศีมังกรจะสูงสุด
อัญมณีเซอร์โคเนียไม่แนะนำสำหรับชาวราศีธนู ราศีพฤษภ และราศีตุลย์ เพียงเพราะราศีเหล่านี้มักเห็นแก่ตัว ไม่เหมาะสำหรับราศีมีนที่เป็นมะเร็งซึ่งมักมีสมาธิกับตัวเอง

วีดีโอ

ประวัติการค้นพบเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ซึ่งใช้ในยุคปัจจุบันมีความเกี่ยวข้องกับแร่ เมื่อสองศตวรรษก่อน เซอร์โคเนียถูกแยกออกจากแร่เพทาย ตำนานโบราณมากมายเกี่ยวข้องกับแร่นี้ กว่าสามพันปีมาแล้ว บนเกาะซีลอน แร่นี้ถูกใช้เป็นเพชรที่ไม่สมบูรณ์ และใช้ทำเครื่องประดับของผู้หญิงและผู้ชาย หินแวววาวถูกเรียกว่า "เพชรมาทารา" เนื่องจากแหล่งที่มาของเงินฝากของพวกเขาเป็นหนึ่งในภูมิภาคของศรีลังกา - มาทารา จากเพชรแท้ เพชร "มาตาร์" มีความแข็งน้อยกว่าและมีสีที่แย่ลงหลังจากเจียระไน

เพชร Matara ที่มีจานสีทั้งหมด (ตั้งแต่สีเหลืองไม่มีสีและสีเหลืองทองไปจนถึงสีชมพูและสีแดงเลือด) ไม่มีอะไรมากไปกว่าแร่เพทาย ในเวลานั้นเพชรสีแดงเลือดเรียกว่าผักตบชวา (หลังจากผักตบชวาฮีโร่ผู้ยิ่งใหญ่ที่เสียชีวิตในกีฬาซึ่งเลือดของพระเจ้าอพอลโลกลายเป็นอัญมณี) ในสมัยโบราณ มหาปุโรหิตจะสวมดอกผักตบชวาไว้ที่อก โดยเชื่อว่าสีแดงจะปกป้องพวกเขาจากวิญญาณชั่วร้าย โรคภัยไข้เจ็บ และช่วยให้พวกเขาทนต่อความยากลำบากและความยากลำบาก นักท่องเที่ยวใช้หินสีแดงเป็นเครื่องรางเพื่อช่วยดับกระหายและป้องกันพิษ แพทย์ในยุคกลางกำหนดให้ผักตบชวาเป็นยารักษาอาการทรมานและภาวะซึมเศร้า รวมถึงการให้ความรู้แก่จิตใจ รักษาพวกเขาด้วยโรคทางประสาท อาการประสาทหลอน ความผิดปกติของการนอนหลับ และถึงกับพยายาม "ปลุกให้ฟื้นจากความตาย" ด้วยผักตบชวา ในอินเดีย พวกเขาพยายามทำให้มังกรเป็นปรปักษ์ด้วยหินก้อนนี้ (ชื่อแร่ของอินเดียคือ "ราคุรัตกา")

ในทางวิทยาศาสตร์ มีหลายเวอร์ชันเกี่ยวกับผู้ที่ตั้งชื่อสมัยใหม่ให้กับ "เพชรที่ไม่สมบูรณ์" แหล่งอ้างอิงบางแหล่ง เพชรซีลอนกึ่งมีค่าเป็นหนี้ชื่อปัจจุบันของนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ บรัคเนอร์ ซึ่งตั้งชื่อมันในปี พ.ศ. 2321 ด้วยคำภาษาอาหรับ "ซาร์คุน" ซึ่งแปลว่า "แร่" ตามที่คนอื่น ๆ ผู้ค้นพบเพทายถือเป็นนักเคมีเวอร์เนอร์ (พ.ศ. 2326) ผู้ให้แร่ชื่อ "ซาร์กุน" จากคำภาษาเปอร์เซีย "ราชา" - ทองและ "ปืน" - สี แหล่งที่สามอ้างว่าเพทายถูกดัดแปลงจาก "ศัพท์แสง" ทั่วไป - "ผู้หลอกลวง" นั่นคือ "ไม่ใช่เพชรแท้" อย่างเป็นทางการในงานทางวิทยาศาสตร์แร่เพทายเริ่มถูกกล่าวถึงในทศวรรษที่แปดสิบของศตวรรษที่สิบแปด ในปี ค.ศ. 1789 Martin Heinrich Klaproth นักเคมีชาวเยอรมันและสมาชิกของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งเบอร์ลิน ได้ตีพิมพ์ผลการวิเคราะห์อัญมณีล้ำค่าที่นำมาจากชายฝั่งศรีลังกา ในระหว่างการวิเคราะห์นี้ สารถูกแยกออก ซึ่ง Klaproth เรียกว่า zircon earth (terra circonia) ดังนั้น Martin Heinrich Klaproth จึงเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่แยกสารออกจากแร่เพทาย เซอร์โคเนีย(ZrO2).

นักวิทยาศาสตร์หลายคนพยายามที่จะได้รับเซอร์โคเนียมโลหะ: Tromsdorf (การลดเซอร์โคเนียมออกไซด์โดยวิธีทางเคมี), Devi (วิธีอิเล็กโทรไลต์เพื่อให้ได้โลหะเซอร์โคเนียม) เป็นต้น และในปี พ.ศ. 2367 นักเคมีชาวสวีเดน Jens Jakob Berzelius โดยการลดโพแทสเซียมฟลูออโรซีโคเนตด้วยโซเดียมโลหะได้โลหะเงินสีเทา

K 2 + 4Na → Zr + 2KF + 2NaF

นักวิทยาศาสตร์เรียกว่าโลหะที่ได้รับระหว่างปฏิกิริยารีดักชัน เซอร์โคเนียม. แต่ "Berzelius zirconium" กลับกลายเป็นว่าเปราะบางมาก เนื่องจากมีสิ่งสกปรกอยู่เป็นจำนวนมาก ไม่มีความมันวาวของโลหะและไม่สามารถกลึงได้ โลหะต้องการการทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมจากสิ่งสกปรก

ในปี ค.ศ. 1914 นักวิจัยชาวเยอรมัน Lili และ Hamburger ได้แยกเซอร์โคเนียมที่ค่อนข้างบริสุทธิ์ออกจากสิ่งเจือปนโดยการลดเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์ที่ระเหยเป็นสองเท่าด้วยโซเดียมในหม้อนึ่งความดันแบบพิเศษ หนึ่งร้อยปีหลังจากการทดลองของ Berzelius ในปี 1925 ได้มีการพัฒนาวิธีอุตสาหกรรมวิธีแรกในการรับเซอร์โคเนียม: วิธีการ "สร้าง" สาระสำคัญของวิธีการมีดังนี้: สารประกอบระเหย (เซอร์โคเนียม เตตระไอโอไดด์) อยู่ภายใต้การสลายตัวทางความร้อนในสุญญากาศและเป็นผลให้โลหะบริสุทธิ์ถูกสะสมบนไส้หลอดทังสเตนร้อน ผู้ก่อตั้งวิธีนี้คือนักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ A.E. Van Arkel และ D.N. เดอ โบเออร์ ขอบคุณการค้นพบของพวกเขา โลกวิทยาศาสตร์ได้รับเซอร์โคเนียมโลหะพลาสติก ซึ่งสามารถกลึง - ปลอม รีด รีด ตัวอย่างเซอร์โคเนียมสามารถรีดเป็นแผ่นบาง ลวด ฟอยล์ และอื่นๆ ในทำนองเดียวกันได้

แต่วิธีการ "สะสม" นั้นแพงเกินไป นักเคมีชาวเยอรมัน V. Kroll ปรับปรุงและลดต้นทุนของกระบวนการรับเซอร์โคเนียม ต่อมาชื่อของเขากลายเป็นชื่อของวิธีนี้ (วิธีของ Krol) เซอร์โคเนียมที่ใช้เทคโนโลยีนี้ได้มาจากต้นทุนเพียงครึ่งเดียวเมื่อเทียบกับวิธีการสร้าง โครงการสำหรับการผลิตเซอร์โคเนียมโลหะโดยวิธี V. Kroll รวมสองขั้นตอนหลัก: คลอรีนของเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ลงในเซอร์โคเนียมเตตระคลอไรด์และการลดผลลัพธ์ของผลิตภัณฑ์ด้วยแมกนีเซียมโลหะภายใต้ชั้นของโลหะหลอมเหลวลงในฟองน้ำโลหะ จากนั้นนำฟองน้ำเซอร์โคเนียมที่ได้จากกระบวนการรีดักชันมาหลอมเป็นแท่ง วิธีการของ Kroll ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง

เซอร์โคเนียม (Zr) - นี่คือองค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม IV ของระบบธาตุ Mendeleev เลขอะตอมของมันคือ 40; มวลอะตอม 91.224 เซอร์โคเนียมบริสุทธิ์มีอยู่สองรูปแบบ: รูปแบบผลึกเป็นโลหะสีขาวอมเทาที่อ่อนนุ่ม อ่อนได้; รูปแบบอสัณฐาน - ผงสีน้ำเงิน - ดำ ความหนาแน่น 6.49 g/cm3, จุดหลอมเหลว 1852°C (3362ºF), จุดเดือด 4377°C (7911ºF) ปริมาณเซอร์โคเนียมเฉลี่ยในเปลือกโลกอยู่ที่ 1.7 10 -2% โดยน้ำหนัก ในหินแกรนิต หินทราย และดินเหนียว มากกว่าหินพื้นฐาน 2 10 -2% เล็กน้อย 1.3 10 -2% เล็กน้อย ความเข้มข้นสูงสุดของเซอร์โคเนียมอยู่ในหินอัลคาไลน์ 5·10 -2% เซอร์โคเนียมไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติในสถานะบริสุทธิ์ แต่สามารถพบได้ร่วมกับซิลิเกตออกไซด์ - แร่ เพทาย(ZrSiO4) หรือเป็นเซอร์โคเนียอิสระ - แร่ baddeleyite(ZrO2) .

แร่เพทาย (ZrSiO4) เป็นเซอร์โคเนียมซิลิเกต ประกอบด้วยธาตุเหล็ก ทองแดง แคลเซียม สังกะสี ไททาเนียม แฮฟเนียม ยูเรเนียม และทอเรียม ผลึกแท่งปริซึม ธัญพืช มวลรวม ความแข็ง 7.5; ความหนาแน่น 4.0-4.7 กรัม/ซม. 3 . เกิดขึ้นในหินแกรนิต ไซไนต์ อัลคาไลน์เพกมาไทต์ เพทายประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่นด้วยสีและความโปร่งใส:

ผักตบชวา - โปร่งใส, แดง, ส้มแดง, น้ำตาลแดง, ม่วง

ศัพท์แสง - โปร่งใส สีเหลืองน้ำผึ้ง ควัน ไม่มีสี

Starlit - โปร่งใส, น้ำเงิน (ได้จากการเผา)

จากการวิเคราะห์ที่ดำเนินการ ปรากฏว่าเพทายประกอบด้วยเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ประมาณ 68% (ZrO 2) และเฮฟเนียมประมาณ 3% (Hf) ซึ่งแยกได้ยาก

องค์ประกอบเฉลี่ยของเพทาย (% โดยมวล):

ZrO 2 (66-68%), Hf (1-3%), SiO 2 (32-33%), Al 2 O 3 (0.2-0.8%), Fe 2 O 3 (0.03- 0.08%), TiO 2 (0.08-0.1%), U 3 O 8 (0.02-0.03%), P 2 O 5 (0.1%),
REE ออกไซด์ (0.5-0.6%)

ZrO 2 ) เกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นแร่แบดเดเลย์ไลต์ ผลึก monoclinic ไม่มีสี (ความหนาแน่น - 5.8 g / cm 3) หรือผลึก tetragonal ไม่มีสี (ความหนาแน่น - 6.1 g / cm 3) เซอร์โคเนียมไดออกไซด์บริสุทธิ์เป็นวัสดุทนไฟและมีเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง t pl =2680 o C t kip =4300 o C มีการนำความร้อนต่ำ Diamagnetic ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ ทนต่อสารเคมีต่างๆ

แร่ธาตุเซอร์คอนและแบดเดอไลต์ไม่สามารถใช้ในการแพทย์ในสถานะปฐมภูมิได้เนื่องจากสิ่งเจือปนของโลหะต่างๆ ที่มีอยู่ ซึ่งทำให้สีเหล่านี้ใช้ไม่ได้ และสิ่งเจือปนของนิวไคลด์กัมมันตภาพรังสี เช่น ยูเรเนียมและทอเรียม ซึ่งทำให้พวกมันมีกัมมันตภาพรังสี เพื่อให้ได้ผงเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ที่ปราศจากสิ่งเจือปน จำเป็นต้องมีกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ที่ซับซ้อนและใช้เวลานาน หลังจากการทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งเจือปน วัสดุนี้สามารถใช้เป็นวัสดุชีวภาพเซรามิกได้

ฐานทรัพยากรแร่ การผลิต.จากข้อมูลของ USGS (US Geological Survey) ปริมาณสำรองเซอร์โคเนียมที่พิสูจน์แล้วของโลกอยู่ที่ 38 ล้านตัน (ในแง่ของ ZrO 2) เซอร์โคเนียมสำรองในต่างประเทศมากกว่า 95% คิดเป็นวัสดุจัดวางเซอร์โคเนียมในทะเลชายฝั่งที่ทันสมัยและฝังไว้ เนื้อหาปกติของเพทายในตัววางที่พัฒนาแล้วคือ 7-8 ถึง 15-20 กก./ม. 3 จากข้อมูลของ USGS เงินสำรองส่วนใหญ่อยู่ในออสเตรเลีย แอฟริกาใต้ สหรัฐอเมริกา อินเดีย และบราซิล

รัสเซียอยู่ในอันดับที่สี่ของโลกในแง่ของวัตถุดิบสำรอง ปริมาณสำรองมากกว่า 50% เกี่ยวข้องกับหินแกรนิตอัลคาไลน์ 14% - ด้วย camaphorites baddeleyitic, 35% - กับ placers zircon-rutile-ilmenite ที่ฝังอยู่ ดังนั้นฐานทรัพยากรแร่ของเซอร์โคเนียมในรัสเซียจึงมีโครงสร้างและคุณภาพแตกต่างจากต่างประเทศ ในรัสเซียตัวจัดวางเซอร์โคเนียมชายฝั่งทะเลที่ทันสมัยนั้นขาดหายไปอย่างสมบูรณ์ในขณะที่เซอร์โคเนียมสำรองเกือบทั้งหมดเกี่ยวข้องกับพวกมันในต่างประเทศ ตัวยึดฝังนั้นแตกต่างจากของสมัยใหม่ในการขุดที่ซับซ้อนและสภาพทางธรณีวิทยาของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นและด้วยเหตุนี้จึงมีความสามารถในการทำกำไรต่ำ เงินฝากเซอร์โคเนียมในหินแกรนิตอัลคาไลน์ในต่างประเทศคิดเป็น 2% ของเงินสำรองและไม่ถือว่าเป็นแหล่งที่มีแนวโน้มของเซอร์โคเนียมในขณะที่รัสเซียมากกว่า 50% ของเงินสำรองที่เกี่ยวข้องกับประเภทนี้ (เงินฝาก Ulug-Tanzekskoye และ Katuginskoye) . การพัฒนาฐานทรัพยากรแร่ของเซอร์โคเนียมในรัสเซียนั้นต่ำมาก - ปัจจุบันมีการพัฒนาแหล่งแร่ Kovdor เพียงหนึ่งเดียวของ baddeleyite (ภูมิภาค Murmansk) ปัจจุบัน Baddeleyite เข้มข้นผลิตในรัสเซียเท่านั้น ในขณะเดียวกัน เพทายเข้มข้นเป็นวัตถุดิบที่หายากมากและนำเข้ามาทั้งหมด ในประเทศรัสเซีย .

ผู้เชี่ยวชาญของ USGS ประเมินการผลิตเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ทั่วโลกที่ 40-50,000 ตันต่อปี เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ผลิตโดยบริษัทหลายแห่งในสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น ฝรั่งเศส และอิตาลี กำลังการผลิตเซอร์โคเนียมไดออกไซด์กำลังขยายตัวอย่างมากในญี่ปุ่น ออสเตรเลีย แอฟริกาใต้ นอร์เวย์ จีน และประเทศอื่นๆ ผู้ผลิตเซอร์โคเนียรายใหญ่ที่สุดคือสหรัฐอเมริกา

ผู้ส่งออกหลักของเพทายเข้มข้นคือออสเตรเลียและแอฟริกาใต้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การส่งออกแบบเข้มข้นของออสเตรเลียลดลง ในขณะที่แอฟริกาใต้มีการจัดส่งเพิ่มขึ้น ผู้นำเข้าหลักของเพทายเข้มข้นคือประเทศในยุโรปตะวันตก (อิตาลี, สเปน, เยอรมนี, ฝรั่งเศส, เนเธอร์แลนด์และบริเตนใหญ่) เช่นเดียวกับจีนและญี่ปุ่น

การส่งออกหัวเชื้อ baddeleyite จากรัสเซียค่อยๆ เพิ่มขึ้นตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1990 โดยส่วนใหญ่ส่งไปยังนอร์เวย์ ตั้งแต่ปี 2002 เป็นต้นมา baddeleyite ได้ถูกส่งออกไปยังประเทศต่างๆ ในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้และยุโรปตะวันตก

เพทายเข้มข้นนำเข้ารัสเซียจากยูเครน หายากมากจากออสเตรเลีย ความต้องการบางส่วนได้รับการตอบสนองค่าใช้จ่ายของเงินสำรองของรัฐ ปริมาณเสบียงของเพทายเข้มข้นในปี 2543 มีจำนวน 9.3 พันตันและในปี 2544 เพิ่มขึ้น 11% - มากถึง 14,000 ตัน

ในขณะนี้ ราคาสำหรับเซอร์โคเนียที่มีความบริสุทธิ์สูงและเสถียรซึ่งได้จากวิธีการทางเคมีคือ:

Zr ไดออกไซด์ที่เสถียร (CaO) - $ 18.1 ต่อ 1 กก.

Zr ไดออกไซด์ที่เสถียร (MgO) - $ 19.4 ต่อ 1 กก.

Zr ไดออกไซด์ที่เสถียร (3% Y 2 O 3) - $ 18.8 ต่อ 1 กก.

Zr ไดออกไซด์ที่เสถียร (8% Y 2 O 3) - $ 20.1 ต่อ 1 กก.

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญการบริโภค เซอร์โคเนียกำลังเติบโตอย่างแข็งขัน ปริมาณการใช้ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ส่วนใหญ่อยู่ที่การผลิตวัสดุทนไฟและเม็ดสีเซรามิก ตั้งแต่ปี 2000 มีการบริโภคเซอร์โคเนียเพิ่มขึ้นอย่างมากสำหรับเซรามิกชั้นดีในการผลิตสายเคเบิลใยแก้วนำแสงและผลิตภัณฑ์ไฮเทคอื่นๆ ที่ใช้ในเครือข่ายการสื่อสาร รวมถึงสำหรับอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ในอุตสาหกรรมยานยนต์ทั่วโลก ความต้องการเซอร์โคเนียในการผลิตตัวกรองเร่งปฏิกิริยาสำหรับก๊าซไอเสียรถยนต์คาดว่าจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากการบังคับใช้กฎหมายด้านสิ่งแวดล้อมในเอเชีย อเมริกาใต้ และแอฟริกาที่เข้มงวดยิ่งขึ้น รถยนต์ดีเซลในทุกภูมิภาค

ได้รับเซอร์โคเนียมไดออกไซด์โดยการกำจัดซิลิกาออกจากเพทายเข้มข้นโดยใช้กระบวนการแยกตัวด้วยความร้อนและสารเคมีต่างๆ ในเวลาเดียวกันเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ที่หลอมรวม (monoclinic และเสถียร) นั้นมีความโดดเด่นซึ่งได้จากกระบวนการทางความร้อน (การหลอมในเตาไฟฟ้าของเพทายเข้มข้น) เพื่อให้ได้เซอร์โคเนียมไดออกไซด์นอกเหนือจากเซอร์คอนแล้วยังใช้สารเข้มข้น baddeleyite (98-99% ZrO2) และ caldasite (70-80% ZrO2) ปัจจุบัน เซอร์โคเนียมไดออกไซด์น้อยกว่า 20% ผลิตจาก baddeleyite ในขณะที่อยู่ในต้นยุค 90 - มากกว่า 60% เซอร์โคเนียที่มีความบริสุทธิ์สูงผลิตขึ้นในเชิงเคมี และเกรดเดี่ยวและเกรดที่มีความเสถียรด้วยแบบเต็ม (FSZ - เซอร์โคเนียที่เสถียรเต็มที่) หรือการทำให้เสถียรบางส่วน (PSZ - เซอร์โคเนียบางส่วนที่เสถียร) ก็ถูกแยกออกเช่นกัน

เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ (ZrO 2) มีอยู่ในรูปแบบของผลึกสามเฟส: โมโนคลินิก (M), tetragonal (T) และลูกบาศก์ (C) ในระหว่างการให้ความร้อน เซอร์โคเนียจะผ่านกระบวนการเปลี่ยนเฟส

เฟส monoclinic มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ที่อุณหภูมิห้องและสูงถึง1170ºС ที่อุณหภูมิสูงกว่านี้ การเปลี่ยนแปลงของเซอร์โคเนียมไดออกไซด์เป็นเฟสเตตระกอนที่มีความหนาแน่นมากขึ้น เฟสเตตระโกนัลมีความเสถียรที่อุณหภูมิตั้งแต่1170ºСถึง 2370ºС ที่อุณหภูมิสูงกว่า 2370ºС เซอร์โคเนียมไดออกไซด์จะผ่านเข้าสู่เฟสลูกบาศก์ เมื่อให้ความร้อน การเปลี่ยนจาก monoclinic (M) เป็น tetragonal (T) จะมีปริมาตรลดลง 5% เมื่อเย็นตัวลงการเปลี่ยนจาก tetragonal (T) ไปเป็น monoclinic phase (M) จะเกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่100ºСถึง1070ºСและเพิ่มขึ้น 3-4%

เซอร์โคเนียเสถียร

การเติมออกไซด์ที่ทำให้เสถียรลงในเซอร์โคเนียบริสุทธิ์ เช่น แคลเซียม (CaO) แมกนีเซียม (MgO) ซีเรียม (CeO 2 ) และอิตเทรียม (Y 2 O 3 ) สามารถยับยั้งการเปลี่ยนเฟสของวัสดุได้ เซอร์โคเนียมีความโดดเด่นขึ้นอยู่กับปริมาณของสารทำให้เสถียร: เสถียรเต็มที่ (FSZ - เซอร์โคเนียเสถียรเต็มที่), เสถียรบางส่วน (PSZ - เซอร์โคเนียบางส่วน)

เซอร์โคเนียที่เสถียรเต็มที่ (FSZ) ได้มาจากการเพิ่มมากกว่า 16% mol CaO (7.9% wt), 16% mol MgO (5.86% wt), 8% mol Y 2 O 3 (13.75% wt ) มีรูปทรงลูกบาศก์ (C) เนื่องจากความแข็งแรงที่เพิ่มขึ้นและความต้านทานความร้อนช็อกสูง วัสดุนี้จึงถูกนำมาใช้ในการผลิตวัสดุทนไฟและเซรามิกทางเทคนิคอย่างประสบความสำเร็จ

เซอร์โคเนียที่เสถียรบางส่วน (PSZ) ได้มาจากการเพิ่มสารที่ทำให้เสถียรน้อยกว่าเมื่อได้รับเซอร์โคเนียที่เสถียรเต็มที่ (FSZ) คุณสมบัติทางกลที่มีประโยชน์ที่สุดสามารถรับได้เมื่อเซอร์โคเนียอยู่ในสถานะหลายเฟส สารทำให้คงตัวทำให้สามารถรับวัสดุแบบหลายเฟสได้ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งลูกบาศก์ (C) เป็นเฟสหลัก และโมโนคลินิก (M) และ tetragonal (T) เป็นเฟสทุติยภูมิ

เซอร์โคเนียที่เสถียรบางส่วน (PSZ) หลายประเภทได้รับการทดสอบแล้วว่าสามารถใช้เป็นวัสดุชีวภาพเซรามิกได้ เซรามิกที่มีเซอร์โคเนียทำให้เสถียรบางส่วนด้วยแมกนีเซียมออกไซด์ (Mg-PSZ) เป็นเซรามิกทางเทคนิคประเภทหนึ่งที่ใช้กันมากที่สุด เซรามิก Mg-PSZ ถือเป็นวัสดุสำหรับใช้ในทางการแพทย์ ความพรุนที่ตกค้างในวัสดุ ขนาดอนุภาคค่อนข้างใหญ่ (30-40 µm) ความยากในการรับ Mg-PSZ โดยปราศจากสิ่งเจือปน ทั้งหมดนี้ลดความสนใจในการใช้เซรามิกนี้เพื่อวัตถุประสงค์ทางชีวการแพทย์ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ากลไกการชุบแข็งเพื่อการเปลี่ยนรูปนั้นมีความเด่นชัดน้อยกว่าในเซรามิกส์ที่อิงจากเซอร์โคเนียที่ทำให้เสถียรบางส่วนด้วยแมกนีเซียม (Mg-PSZ) มากกว่าในเซรามิกที่มีเซอร์โคเนียที่เสถียรบางส่วนด้วยอิตเทรียม (Y-TZP)

เซรามิกที่ผลิตจากเซอร์โคเนียที่มีความเสถียรของซีเรียมออกไซด์ (CeO 2 ) มักถูกมองว่าเป็นวัสดุชีวภาพเซรามิก แม้ว่าจะมีความเหนียวในการแตกหักสูง (สูงถึง 20 MPa√m) และความทนทาน

ไดออกไซด์เซอร์โคเนียม, บางส่วนเสถียรอิตเทรียม(Y-TZP- Yttrium-Tetragonal Zirconia Polycrystal)

ในที่ที่มีออกไซด์ที่ทำให้เสถียรจำนวนเล็กน้อย เป็นไปได้ที่จะได้รับเซรามิกจากเซอร์โคเนียที่เสถียรบางส่วน (PSZ) ที่อุณหภูมิห้องโดยมีเพียงเฟสเตตระโกนัล - โพลีคริสตัลเซอร์โคเนียเตตระกอน (TZP - โพลีคริสตัลเตตระกอนอลเซอร์โคเนีย) การเพิ่มอิตเทรียมประมาณ 2-3% (Y 2 O 3) เป็นสารทำให้เสถียรกับเซอร์โคเนียทำให้ได้วัสดุเซรามิกที่ประกอบด้วยอนุภาคเตตระโกนัลที่แพร่กระจายได้ขนาดเล็ก 100% - Y- TZP(อิตเทรียม- tetragonalเซอร์โคเนียคริสตัล) .

การเพิ่มอิตเทรียมมากกว่า 8% (Y 2 O 3 ) ลงในเซอร์โคเนียทำให้สามารถรับเซอร์โคเนียที่เสถียรเต็มที่ (FSZ) ได้โดยใช้เฟสเดียว แต่มีความต้านทานการแตกหักน้อยกว่าเซรามิกที่มีความเสถียรบางส่วน (PSZ)

คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลย-เซรามิค TZP

เซรามิกที่มีเซอร์โคเนียเสถียรบางส่วน (Y-TZP) ของอิตเทรียแสดงคุณสมบัติทางกลและทางกายภาพที่ยอดเยี่ยม ความต้านทานแรงดัดงอและความเหนียวแตกหักนั้นเหนือกว่าวัสดุเซรามิกทั้งหมดที่ผ่านการทดสอบมาแล้ว ลักษณะสำคัญของเซรามิก Y-TZP เมื่อเปรียบเทียบกับเซรามิกที่มีอะลูมิเนียมเป็นส่วนประกอบหลัก (อลูมินา) แสดงไว้ในตาราง หนึ่ง

ตารางที่ 1

คุณสมบัติที่สำคัญของเซรามิก Y-TZP

คุณสมบัติ		Y- TZP
องค์ประกอบทางเคมี		ZrO 2 + 3% โมล Y 2 O 3
ความหนาแน่น g/cm³
ความพรุน%
กำลังดัด MPa
กำลังรับแรงอัด MPa
โมดูลัสของ Young, GPa
ความต้านทานการแตก K 1С MPa m -1
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน K -1
การนำความร้อน Wm K -1
ความแข็ง HV 0.1

เซรามิกส์จากเซอร์โคเนียมีความสามารถพิเศษในการเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลภายใต้ภาระ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากกลไกการแข็งตัวของการเปลี่ยนแปลง

Y- TZPเซรามิกส์

อนุภาคเซอร์โคเนียแบบเตตระกอนที่กระจายตัวสูงภายในเมทริกซ์ลูกบาศก์ หากมีขนาดเล็กเพียงพอ สามารถรักษาให้อยู่ในสภาพที่แพร่กระจายได้ซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นเฟสเดียวได้ แรงอัดของเมทริกซ์แบบแข็งบนอนุภาคเซอร์โคเนียมไดออกไซด์แบบเตตระกอนจะต้านทานการเปลี่ยนแปลงของพวกมันเป็นเฟสโมโนคลินิกที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า อนุภาคเซอร์โคเนียแบบ Tetragonal สามารถเปลี่ยนเป็นเฟสเดียวได้เมื่อแรงกดที่เมทริกซ์วางไว้บนพวกมันจะถูกลบออกโดยรอยแตกในวัสดุ

ที่ส่วนหน้าของรอยแตก การแปลง T → M เกิดขึ้นโดยปริมาตรเพิ่มขึ้น 3-5% ซึ่งเริ่มต้นลักษณะของความเค้นอัด ซึ่งตรงข้ามกับความเค้นแรงดึงซึ่งส่งเสริมการขยายพันธุ์ของรอยแตก กระบวนการนี้ทำให้เกิดกลไกที่แข็งแรงซึ่งยับยั้งการแพร่กระจายของรอยแตกและเสริมความแข็งแรงของเซรามิก - กลไกการแข็งตัวของการเปลี่ยนแปลงพลังงานของความผิดปกติจะกระจายไปใน การแปลง T→M ซึ่งคล้ายกับการแปลงมาร์เทนซิติกในเหล็กชุบแข็ง ส่งผลให้การแตกร้าวลดลงและเพิ่มความแข็งแรงของเซรามิก

"ความแก่"Y- TZPเซรามิกส์

วัสดุเซรามิกต่างจากโลหะตรงที่มีความทนทานสูงต่อการกัดกร่อนของไฟฟ้าเคมี อย่างไรก็ตาม ในบางกรณีอาจมีการกัดกร่อนของสารเคมี (ความสามารถในการละลายทางเคมี) การกัดกร่อนของสารเคมีอาจส่งผลร้ายแรงต่อความแข็งแรงของวัสดุเซรามิก การทำลายเซรามิกส์นั้นสัมพันธ์กับรอยแตกซึ่งมีขนาดเพิ่มขึ้นมากจนวัสดุหยุดต้านทานผลกระทบของโหลดที่ใช้กับมัน การทำลายเซรามิกส์เกิดขึ้นในรูปแบบของการแตกของวัสดุอย่างกะทันหัน เช่น การแตกของแก้วไวน์คริสตัลหรือกระจกหน้ารถในทันที ปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างเซรามิกส์กับสิ่งแวดล้อม (น้ำ ไอน้ำ) ในบริเวณปลายรอยแตกจะเร่งการเติบโตของรอยแตก กระบวนการนี้เกิดขึ้นจากการกระทำของน้ำหรือไอน้ำบนพันธะ Si-O-Si เพื่อสร้างสารประกอบไฮดรอกไซด์ที่ปลายรอยแตกของแก้วซิลิกา ส่งผลให้เกิดความล้มเหลวของวัสดุเซรามิกภายใต้แรงที่ใช้

ความเสถียรของเซรามิกที่มีเซอร์โคเนียเป็นส่วนประกอบหลักภายใต้การสัมผัสกับความชื้นและความเครียดเป็นเวลานานนั้นเป็นที่สนใจเป็นพิเศษ เซรามิกปลอดแก้วซิลิกาที่มีเซอร์โคเนียทำให้เสถียรบางส่วนด้วยอิตเทรียมไม่ไวต่อการกัดกร่อนของสารเคมี แต่การเสื่อมสภาพที่อุณหภูมิต่ำ (LTD-Low Temperature Degradation) ของเซรามิกหรือที่เรียกว่า "การเสื่อมสภาพ" ของวัสดุได้อธิบายไว้ในเอกสาร กระบวนการนี้เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติของระยะ tetragonal เป็น monoclinic (T→M) ซึ่งส่งผลให้ความแข็งแรงเชิงกลของเซรามิก Y-TZP ลดลง

ได้รับการศึกษารายละเอียดการเสื่อมสภาพที่อุณหภูมิต่ำ ("การเสื่อมสภาพ") ของเซรามิกที่มีเซอร์โคเนีย พบว่าการทำลายเกิดขึ้นเมื่อสัมผัสกับน้ำหรือไอน้ำในระหว่างการฆ่าเชื้อและมีค่าสูงสุดที่อุณหภูมิ250ºС

กระบวนการ "อายุ" ของเซรามิก Y-TZP ได้รับการสรุปโดยละเอียดโดย Swab J. (1991):

ช่วงอุณหภูมิที่สำคัญที่สุดสำหรับ "อายุ" อยู่ระหว่าง 200-300ºC;

ผลกระทบของ "อายุ" ปรากฏในรูปแบบของการลดลงของความแข็งแรงความหนาแน่นความต้านทานการแตกร้าวของวัสดุและการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของเฟส monoclinic ในวัสดุ
การลดลงของความแข็งแรงเชิงกลของวัสดุเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลง T → M ซึ่งมาพร้อมกับการก่อตัวของรอยแตกขนาดเล็กและมาโครในวัสดุ
การเปลี่ยนแปลง T→M เริ่มต้นที่พื้นผิวและเข้าสู่ร่างกายของวัสดุ
การลดขนาดอนุภาคและ/หรือการเพิ่มความเข้มข้นของสารทำให้คงตัวจะทำให้อัตราการเปลี่ยนรูป T→M ช้าลง
การแปลง T→M จะเพิ่มขึ้นในน้ำหรือไอน้ำ

การทำลายที่อุณหภูมิต่ำ ("การเสื่อมสภาพ") ของเซรามิกส์จากเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ส่งผลให้เกิดการทำลายพื้นผิวของวัสดุ กล่าวคือ:

การสร้างพื้นผิวที่ขรุขระซึ่งนำไปสู่การสึกหรอของวัสดุที่เพิ่มขึ้น
การเกิดรอยแตกที่ทำให้อายุการใช้งานของวัสดุลดลง

อัตราการทำลายที่อุณหภูมิต่ำ ("การเสื่อมสภาพ") ของเซรามิก Y-TZP ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น องค์ประกอบทางเคมีและเฟสของวัสดุ ขนาดอนุภาคของวัสดุ ความเข้มข้นของสารทำให้คงตัว ระยะเวลา ของการสัมผัสกับสภาพแวดล้อม "อายุ" และภาระของวัสดุ การผลิตและการแปรรูปวัสดุ

ในผลงานของ Akimov G.Ya et al. (2005) วิเคราะห์การพึ่งพาความแข็งแรงของเซรามิกโดยอิงจากเซอร์โคเนียที่เสถียรบางส่วน (Y-TZP) ตามระดับของความเป็นเตตระโกนาลิตีของเฟส tetragonal (T-phase) จากผลการศึกษา พบว่าความแข็งแรงของเซรามิกจากเซอร์โคเนียที่เสถียรบางส่วนที่ความหนาแน่นค่อนข้างสูง (≈98-99% ของทฤษฎี) ขึ้นอยู่กับการมีอยู่ (ไม่มี) ของการดัดแปลง T-phase ด้วย tetragonality ระดับสูงในโครงสร้าง ยิ่งค่าดีกรีของความเป็น tetragonality มากเท่าใด ความแข็งแรงของเซรามิกก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

มีการแนะนำว่าปริมาณของเฟสโมโนคลินิก (M-phase) ควรน้อยกว่า 10% สำหรับแต่ละพื้นผิวของวัสดุที่สัมผัสกับสื่อ "อายุ" (น้ำ ไอน้ำ)

การลดขนาดอนุภาคและ/หรือการเพิ่มความเข้มข้นของสารทำให้คงตัวสามารถลดอัตราการเปลี่ยนรูป T→M ที่เกิดขึ้นเองในเซรามิก Y-TZP ขนาดอนุภาคต้องน้อยกว่า 0.8 µm ความเข้มข้นของอิตเทรียมออกไซด์ที่ทำให้เสถียร (Y 2 O 3) ควรเป็น 3% โมล

กระบวนการผลิตเซรามิก Y-TZP ยังส่งผลต่อคุณภาพและความเสถียรของวัสดุอีกด้วย การใช้ผงเซอร์โคเนียบริสุทธิ์สูงมีส่วนทำให้เซรามิก Y-TZP มีความเสถียรทางความร้อนใต้พิภพ การใช้วิธีการกดไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP - การกดไอโซสแตติกแบบร้อน) ช่วยให้เกิดความเสถียรของไฮโดรเทอร์มอล และลดอัตราการเปลี่ยนรูป T→M ที่เกิดขึ้นเองของวัสดุ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มอายุการใช้งานของวัสดุ

วิธีการประมวลผลต่างๆ ของเซรามิก Y-TZP เช่น การกัด การพ่นทราย การขัดเงา การอบชุบด้วยความร้อน ส่งผลต่อโครงสร้างจุลภาคของวัสดุและความทนทานต่อ "การเสื่อมสภาพ" ของวัสดุ

ผักตบชวาจากซีลอนซึ่งมีเซอร์โคเนียมเป็นส่วนประกอบ เป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณว่าเป็นอัญมณี เนื่องจากมีสีเหลืองน้ำตาลอ่อนถึงสีเขียวขุ่นและมีความแวววาวเป็นพิเศษ ในปี ค.ศ. 1789 Martin Heinrich Klaproth สมาชิกของ Berlin Academy of Sciences ได้ผสมผงเพทายกับด่างโซดาไฟในเบ้าหลอมเงินและละลายโลหะผสมในกรดซัลฟิวริก ด้วยกรดซิลิซิกและธาตุเหล็กที่แยกได้จากสารละลาย เขาจึงได้ผลึกเกลือ และออกไซด์ (ดิน) ซึ่งเขาเรียกว่าเซอร์โคเนียม (เซอร์โคเนอร์) เซอร์โคเนียมบริสุทธิ์ถูกแยกออกจากกันในปี พ.ศ. 2457 เท่านั้น ชื่อ "เพทาย" และ "เซอร์โคเนียม" (ชื่อ "เพทายเอิร์ธ") มาจากภาษาอาหรับ zarqun - ชาด คำภาษาเปอร์เซีย zargun หมายถึง "ทองคำ" สูตรสมัยใหม่ของสารที่ได้จาก Klaproth มีลักษณะดังนี้: ZrO2 เพทายส่วนใหญ่ขุดจากทราย (ผลิตภัณฑ์ที่ผุกร่อนของหินอัคนี) แหล่งแร่เพทายที่ขุดได้มากที่สุดตั้งอยู่ภายในจังหวัดของเพลเซอร์ (ในทราย) ตามแนวชายฝั่งตะวันออกและตะวันตกของออสเตรเลีย ชายฝั่งตะวันออกและตะวันตกของแอฟริกาใต้ ชายฝั่งมหาสมุทรแอตแลนติกของสหรัฐอเมริกาและบราซิล

เซอร์โคเนียมเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยรองของกลุ่มที่สี่ของช่วงที่ห้าของระบบธาตุเคมีของ D.I. Mendeleev โดยมีเลขอะตอม 40

เซอร์โคเนียม เซอร์โคเนียม Zr (40) มีอยู่ในการดัดแปลงผลึกสองแบบ: a-form ที่มีตาข่ายปิดล้อมหกเหลี่ยม (a = 3.228; c = 5.120) และ b-form ที่มีตาข่ายตรงกลางลูกบาศก์ (a = 3.61) การเปลี่ยนแปลง a -> b เกิดขึ้นที่ 862 °C เซอร์โคเนียมบริสุทธิ์เป็นพลาสติก คล้อยตามการทำงานที่เย็นและร้อนได้ง่าย (การรีด การปลอม การปั๊ม) การมีอยู่ของออกซิเจน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน และคาร์บอนจำนวนเล็กน้อย (หรือสารประกอบของธาตุเหล่านี้กับเซอร์โคเนียม) ที่ละลายในโลหะทำให้เกิดความเปราะบางของเซอร์โคเนียม โมดูลัสความยืดหยุ่น (20 °C) 97 Gn/m2 (9700 kgf/mm2); ความต้านทานแรงดึงสูงสุด 253 MN/m2 (25.3 kgf/mm2); ความแข็งบริเนล 640–670 MN/m2 (64–67 kgf/mm2); ความแข็งได้รับอิทธิพลอย่างมากจากปริมาณออกซิเจน: ที่ความเข้มข้นมากกว่า 0.2% เซอร์โคเนียมจะไม่ปล่อยให้การทำงานเย็นลงด้วยแรงดัน

คุณสมบัติทางกลของเซอร์โคเนียมเพิ่มขึ้นอย่างมากจากการชุบแข็งงาน การเพิ่มขึ้นนี้จะหายไปเมื่อนำไปหลอมที่อุณหภูมิ 100–400 องศาเซลเซียส

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น คุณสมบัติทางกลของเซอร์โคเนียมจะเปลี่ยนไปอย่างมาก: เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก 20 ถึง 500 องศาเซลเซียส ความต้านทานแรงดึงจะลดลง 5 เท่า และการยืดตัวสัมพัทธ์จะเพิ่มขึ้น 3 เท่า

สภาพแวดล้อมภายนอกมีผลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกลของเซอร์โคเนียมที่อุณหภูมิสูง อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านที่ P คือ 862 C เซอร์โคเนียมมีลักษณะเฉพาะที่มีความเหนียวสูงและทนต่อการกัดกร่อนสูงมาก

ในสถานะอิสระ เซอร์โคเนียมเป็นโลหะมันวาวที่มีความหนาแน่น 6-45 ก./ซม.3 หลอมละลายที่อุณหภูมิ 1855 องศาเซลเซียส เซอร์โคเนียมที่ปราศจากสิ่งเจือปนมีความเหนียวมากและคล้อยตามการทำงานที่เย็นและร้อนได้ง่าย

ในอุตสาหกรรม การผลิตซิลิเกตและโลหะวิทยาเป็นประเทศแรกที่ใช้เซอร์โคเนียมไดออกไซด์ ย้อนกลับไปในตอนต้นของศตวรรษของเรา มีการสร้างวัสดุทนไฟเพทายซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าปกติถึงสามเท่า เซอร์โคเนียจำนวนมากใช้ในการผลิตเซรามิก พอร์ซเลน และแก้ว

2. การใช้เซอร์โคเนียมในทางทันตกรรม

วัตถุดิบหลักในการผลิตเซอร์โคเนียมไดออกไซด์คือแร่เพทาย (ZrSiO4) เพทายออกไซด์ได้มาจากการบำบัดทางเคมีโดยใช้สารเติมแต่ง ผงรีเอเจนต์ที่ได้จะถูกผสมกับสารเติมแต่ง ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างสารเติมแต่งการเผาผนึก ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติการเผาผนึกและคุณสมบัติของเซรามิกสำเร็จรูป และวัสดุเสริมซึ่งส่งผลต่อการขึ้นรูปโดยเฉพาะ

สำหรับการใช้งานทางทันตกรรม เซอร์โคเนียมออกไซด์ถูกผสมด้วยอิตเทรียมเพื่อทำให้เฟสเตตระกอนมีเสถียรภาพ ที่อุณหภูมิต่างกัน เซอร์โคเนียมออกไซด์จะมีอยู่ในเฟสผลึกต่างๆ สิ่งที่น่าสนใจที่สุดสำหรับทันตกรรมเชิงปฏิบัติคือ ประการแรก ระยะต่างๆ เช่น ระยะ tetragonal และ monoclinal เฟส tetragonal มีปริมาตรน้อยกว่า monoclinal 4% ทั้งสองเฟสมีอยู่ในเฟรมเวิร์กของเซอร์โคเนียมออกไซด์ และวัสดุมีแนวโน้มที่จะเป็นเฟสโมโนคลินัลเป็นหลักที่อุณหภูมิห้อง หากรอยแตกร้าวเกิดขึ้นในโครงสร้าง อนุภาคเตตระโกนัลที่มีความเสถียรของอิตเทรียมจะกลายเป็นโมโนคลินัล ส่งผลให้ปริมาตรเพิ่มขึ้น เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงเฟสดังกล่าว ความเค้นอัดจึงเกิดขึ้นในเซรามิก ซึ่งนำไปสู่การหยุดการแตกร้าวในอุดมคติ กระบวนการนี้เรียกว่าการเพิ่มประสิทธิภาพการเปลี่ยนแปลงหรือ "ผลกระทบของถุงลมนิรภัย" ของเซอร์โคเนียมออกไซด์ หลังจากรักษาเสถียรภาพของผงเพทายด้วยอิตเทรียมแล้ว การกดจะเกิดขึ้น มีการกดประเภทต่อไปนี้:

ตามอุณหภูมิ:

1) เย็น (ที่อุณหภูมิห้อง)

2) การกดร้อน (ความร้อนสูงถึง 700 C - 900 C ในบรรยากาศอาร์กอน)

บนแกนบีบอัด:

1) แกนเดี่ยว (กดจากด้านบนเท่านั้นและเลื่อนลง)

2) สองเพลา (กดเคลื่อนเข้าหากัน)

3) isostatic (กดเคลื่อนจากทุกด้านมาตรงกลาง)

ประเภทของการกดจะเป็นตัวกำหนดโครงสร้างของบล็อกกด (จำนวนและขนาดของไมโครช่องว่างในบล็อก) และด้วยเหตุนี้ความสม่ำเสมอและปริมาตรของการหดตัวระหว่างการเผาผนึก และด้วยเหตุนี้คุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ประเภทการกดที่ยอมรับได้มากที่สุดคือการกดร้อนแบบไอโซสแตติก (IHP) กระบวนการนี้มีความซับซ้อนทางเทคโนโลยีและมีราคาแพงที่สุด แต่ช่วยให้คุณได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดในตอนท้าย

ช่องว่างเซอร์โคเนีย (บล็อกเซอร์โคเนียม) ทำด้วยเทคนิคต่างๆ ในขณะที่สารเติมแต่งจับกลุ่มยังคงอยู่ในเซอร์คอนออกไซด์ วัสดุเสริม ซึ่งนอกเหนือจากน้ำส่วนใหญ่เป็นสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย จะถูกลบออกจากการหล่อเซอร์คอนออกไซด์ก่อนกระบวนการเผาผนึกโดยไม่ทิ้งสารตกค้าง แม้ว่าวัสดุนี้จะต้องผ่านกระบวนการเผาก่อน แต่วัสดุยังคงสามารถกลึงด้วยทังสเตนคาร์ไบด์ วัตถุถูกตัดด้วยมีดคัตเตอร์จากบล็อกเพทาย นุ่มเหมือนชอล์ก ใหญ่กว่าขนาดของวัตถุประมาณ 25% จากนั้นจึงทำการจับตัวเป็นก้อนสุดท้ายที่อุณหภูมิ 1500 ˚C และทำให้มีความสม่ำเสมอในขั้นสุดท้าย ในระหว่างกระบวนการนี้ วัตถุจะหดตัว 20% เฉพาะในกระบวนการของการรวมตัวกันขั้นสุดท้ายเท่านั้นที่โครงสร้างได้รับลักษณะที่แท้จริงของพวกมัน ความหนาแน่นของอนุภาคผงเซอร์คอนออกไซด์เกิดขึ้นโดยการลดพื้นที่ผิวจำเพาะ

ได้มาจากกระบวนการแพร่ที่ขึ้นกับความร้อนโดยมีการเปลี่ยนแปลงในส่วนของพื้นผิว ขอบเกรน และปริมาตรการแพร่กระจาย หากการแพร่ของโซลิดสเตตช้าเกินไป กระบวนการรวมตัวสามารถดำเนินการได้ภายใต้แรงกดดัน สิ่งนี้เรียกว่าการกดร้อนหรือการกดไอโซสแตติกร้อน (“กระบวนการ HIP”) ของเพทาย ลักษณะของเซรามิกเซอร์คอนดังกล่าวขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุและกระบวนการผลิตในระดับที่มากขึ้น

ความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างเซอร์โคเนียที่เสถียรเต็มที่ (FSZ) และเซอร์โคเนียที่เสถียรบางส่วน (PSZ) การรักษาเสถียรภาพบางส่วนสามารถทำได้ด้วยการเติม CaO, MgO หรือ Y2O3 3-6% ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการผลิต การปรับเปลี่ยนคิวบิก เตตระกอน หรือโมโนคลินิกสามารถทำให้เสถียรได้ เซอร์โคเนียที่เสถียรบางส่วนมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและเหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงในงานวิศวกรรมเครื่องกล

คิวบิกเซอร์โคเนียสามารถทำให้เสถียรจากศูนย์สัมบูรณ์ไปจนถึงเส้นโค้งโซลิดัสได้โดยการเพิ่มสารเติมแต่ง CaO และ MgO (FSZ) 10-15% และวัสดุเซรามิกนี้สามารถทนต่ออุณหภูมิ 2000 ˚C ได้ทั้งทางความร้อนและทางกลไก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากค่าการนำความร้อนต่ำและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูงเมื่อเทียบกับเซอร์โคเนียที่เสถียรบางส่วน ความเสถียรทางความร้อนของเซอร์โคเนียที่เสถียรเต็มที่จึงต่ำกว่า เซอร์โคเนียที่ใช้ในงานทันตกรรมมีองค์ประกอบดังต่อไปนี้: 95% ZrO2 + 5% Y2O3

เป็นที่นิยมในหมวดหมู่: