Slitiny zirkonia jsou tuhé roztoky zirkonia nebo jiných kovů, společné podskupiny mající obchodní značku Zircaloy. Zirkonium má velmi nízký absorpční průřez tepelných neutronů, vysokou tvrdost, tažnost a odolnost proti korozi.
proč nás vybrat
Pokročilé vybavení
Vybaveni tavením, kováním, lisováním, řezáním, obráběním a CNC, zajišťujeme procesy pro finální produkty.
Bohaté zkušenosti
S více než 20 lety zkušeností dosahujeme společně s našimi klienty prosperity.
Kontrola kvality
Od VIM po produkty kontrolujeme naši kvalitu z rud.
Řešení na jednom místě
Více než 3,{1}} tuny na skladě a našim klientům dodáváme rychle.
Výhody slitin zirkonia
Vysoký bod tání:Slitina zirkonia má vysoký bod tání, který lze použít pro zpracování a aplikaci v prostředí s vysokou teplotou.
Odolnost proti korozi:Slitiny zirkonia mají vynikající odolnost proti korozi a lze je používat po dlouhou dobu v drsných prostředích, jako jsou silné kyseliny, silné zásady, vysoká teplota a vysoký tlak, takže jsou široce používány v oblastech chemického průmyslu, námořního a jaderného průmyslu.
Dobrá biokompatibilita:Zirkoniová slitina nezpůsobí odmítnutí, když přijde do kontaktu s biologickými tkáněmi, a může být použita při výrobě zdravotnických prostředků a umělých kloubů a dalších lékařských materiálů s dobrou biokompatibilitou.
Dobré mechanické vlastnosti:Zirkoniová slitina má vynikající mechanické vlastnosti, včetně vysoké pevnosti, vysoké tvrdosti, vysoké houževnatosti a vysoké odolnosti proti opotřebení atd., které lze použít k výrobě vysoce kvalitních mechanických dílů a nástrojů.
Nízký průřez absorpce tepelných neutronů:Slitina zirkonia má velmi nízký průřez absorpce tepelných neutronů, kterou lze použít jako konstrukční materiály jádra jaderných reaktorů, jako je plášť paliva, tlakové trubky, stenty a trubice s clonou.
K čemu se používá slitina zirkonia? Nukleární a další
Atomové číslo zirkonia je 40 se symbolem prvku Zr. Zirkonový prvek má vzhled stříbřitého kovu a hustota je 6,52 g/cm3. Zr má velmi malý neutronový adsorpční průřez a relativně vysoký bod tání (1855 stupňů nebo 3371 stupňů F), díky čemuž je zirkonium skvělým materiálem pro jaderné energetické tyče. V 90. letech 20. století bylo asi 90 % zirkonia vyrobeného každý rok spotřebováno jaderným průmyslem. Nicméně, jak se stále více lidí seznamuje se Zr a jeho sloučeninou, bylo nalezeno více aplikací.
Oxid zirkoničitý neboli oxid zirkoničitý je velmi důležitou sloučeninou zirkonia. ZrO2 může být surovinou pro technickou keramiku, která má velkou tvrdost a odolnost proti opotřebení. Zirkony mohou být i ve formě průhledného krystalu a jsou extrémně tvrdé, jako diamanty. Zirkonové prvky lze tedy nalézt i v Židech, jako jsou zirkonové prsteny a zirkonové korunky atd.
Kovové zirkonium a slitiny zirkonia mají výhody ve specializovaných chemických prostředích – především v kyselině octové a chlorovodíkové. Odolnost zirkonia proti korozi pochází z pevně přilnutého oxidu, který se tvoří téměř okamžitě. V důsledku toho se zirkonium používá k výrobě součástí elektrod, přírubových šroubů, trubek a tyčí pro speciální aplikace. Zirkonové produkty mají také široké uplatnění v lékařských zařízeních, jako jsou zirkonové implantáty.
Bylo také zjištěno, že materiály na bázi zirkonia mají některé speciální vlastnosti. Zirkonium se používá k výrobě vysokoteplotních supravodivých materiálů a jako surovina se často používají krystaly Zr. Slitiny zirkonia jsou také považovány za slibné materiály pro komerční amorfní kov, nazývaný také kovové sklo. Ve srovnání s běžnými kovovými materiály nemá amorfní kov hranice zrn, což vede k lepší odolnosti proti opotřebení a tvrdosti. Amorfní kovy navíc nemají korozi na hranicích zrn a mohly by být tepelně tvarovány. Pro vytvoření amorfního stavu je třeba roztavené slitiny rychle zchladit. Obvykle musí být rychlost miliony K/s, nedávno vyvinuté slitiny na bázi Zr by to mohly být asi 1K/s.
Předpokládá se, že poptávka po zirkonu v nadcházejících letech poroste kvůli celosvětové poptávce po jaderných elektrárnách. Pouze několik velkých společností však vlastní technologii potřebnou k výrobě materiálů zirkonia na jaderné úrovni a obrovské investice brání vstupu nových hráčů. Přestože jaderný průmysl stále spotřebovává velkou část každoročně vyrobeného zirkonia, v posledních desetiletích se rychle rozvíjí aplikace v jiných oblastech, jako je keramika.
Čistý zirkonium je lesklý, šedobílý, silný přechodový kov, který v menší míře připomíná hafnium a titan. Zirkonium se používá hlavně jako žáruvzdorný materiál a opacifikátor, i když malá množství se používají jako legovací činidlo pro jeho silnou odolnost proti korozi. Zirkonium a jeho slitiny jsou široce používány jako plášť paliv pro jaderné reaktory. Zirkonium legované niobem nebo cínem má vynikající korozní vlastnosti.
Vysoká korozní odolnost slitin zirkonia vyplývá z přirozené tvorby hustého stabilního oxidu na povrchu kovu. Tento film je samoléčivý. Roste pomalu při teplotách až do přibližně 550 stupňů (1020 stupňů F) a zůstává pevně přilnavý. Žádanou vlastností těchto slitin je také nízký průřez zachycující neutrony. Nevýhodou zirkonia jsou nízké pevnostní vlastnosti a malá tepelná odolnost, kterou lze eliminovat např. legováním niobem.
Zirkonium – slitiny niobu. Slitiny zirkonia s niobem se používají jako povlaky palivových článků reaktorů VVER a RBMK. Tyto slitiny jsou základním materiálem montážního kanálu reaktoru RBMK. Slitina Zr + 1% Nb typu N-1 E-110 se používá pro povlaky palivových článků a slitina Zr + 2,5% Nb typu E{{5 }} se používá pro trubky montážních kanálů.
Zirkonium – slitiny cínu. Slitiny zirkonia, ve kterých je cín základním legujícím prvkem, poskytují zlepšení jejich mechanických vlastností a mají v USA širokou distribuci. Společnou podskupinou je ochranná známka Zircaloy. V případě slitin zirkonium-cín je odolnost vůči korozi ve vodě a páře snížena, což vede k potřebě dodatečného legování.
Plášťový materiál pro nové designy paliva 17×17 je také založen na slitinách zirkonium-niob (např. optimalizovaný materiál ZIRLO), u kterých bylo prokázáno, že mají zlepšenou odolnost proti korozi ve srovnání s předchozími palivovými krycími materiály. Optimalizovaná hladina cínu poskytuje sníženou rychlost koroze při zachování výhod mechanické pevnosti a odolnosti vůči urychlené korozi z abnormálních chemických podmínek.
Náklady na zirkonium
Z hlediska nákladů jsou tyto slitiny často materiály volby pro výměníky tepla a potrubní systémy pro chemický a jaderný průmysl. Zirkonium je vedlejším produktem těžby a zpracování titanových minerálů a těžby cínu. Od roku 2003 do roku 2007, zatímco ceny minerálního zirkonu neustále rostly z 360 USD na 840 USD za tunu, cena surového zirkonového kovu klesla z 39 900 USD na 22 700 USD za tunu. Kovový zirkon je mnohem dražší než zirkon, protože redukční procesy jsou nákladné. Všechny náklady se výrazně liší s určitou čistotou.
Výroba zirkonia
Výroba kovového zirkonia vyžaduje speciální techniky kvůli zvláštním chemickým vlastnostem zirkonia. Většina kovu Zr se vyrábí ze zirkonu (ZrSiO4) redukcí chloridu zirkoničitého kovovým hořčíkem v procesu Kroll. Klíčovým rysem procesu Kroll je redukce chloridu zirkoničitého na kovové zirkonium hořčíkem. Komerční nejaderné zirkonium obvykle obsahuje 1–5 % hafnia, jehož průřez absorpce neutronů je 600x větší než zirkonium. Pro aplikace v reaktoru musí být hafnium téměř úplně odstraněno (sníženo na < 0,02 % slitiny).
Zirkoniové slitiny v jaderném průmyslu
Plášť paliva má obvykle vnitřní poloměr rZr,2=0,408 cm a vnější poloměr rZr,1=0,465 cm.
Palivový plášť je vnější vrstva palivových tyčí, stojící mezi chladivem reaktoru a jaderným palivem (tj. palivové pelety). Je vyroben z korozivzdorného materiálu s nízkým absorpčním průřezem pro tepelné neutrony (~ 0,18 × 10–24 cm2), obvykle ze slitiny zirkonia. Plášť paliva má obvykle vnitřní poloměr rZr,2=0,408 cm a vnější poloměr rZr,1=0,465 cm. V porovnání s palivovou peletou nedochází v palivovém plášti téměř k žádnému vývinu tepla (plášť je mírně zahříván sáláním). Veškeré teplo generované v palivu musí být přenášeno vedením přes plášť; proto je vnitřní povrch teplejší než vnější povrch.
Typickým složením slitin zirkonia jaderné kvality je více než 95 procent zirkonia a méně než 2 % cínu, niobu, železa, chrómu, niklu a dalších kovů, které se přidávají pro zlepšení mechanických vlastností a odolnosti proti korozi. Dosud je nejběžněji používanou slitinou v PWR Zircaloy 4. V současné době je však nahrazována novými slitinami na bázi zirkonia a niobu, které vykazují lepší odolnost proti korozi. Maximální teplota, při které lze slitiny zirkonia používat ve vodou chlazených reaktorech, závisí na jejich odolnosti proti korozi. Nejběžnější slitiny zirkonia, Zircaloy{6}} a Zircaloy-4, obsahují silné stabilizátory cín a kyslík, plus stabilizátory železo, chrom a nikl.
Slitiny typu Zircalloy, ve kterých je cín základním legujícím prvkem zlepšujícím jejich mechanické vlastnosti, mají celosvětově širokou distribuci. V tomto případě však dochází ke snížení korozní odolnosti ve vodě a páře, což má za následek potřebu dodatečného legování. Zlepšení způsobené přísadou niobu pravděpodobně zahrnuje jiný mechanismus. Vysoká korozní odolnost kovů legovaných niobem ve vodě a páře při teplotách 400–550 stupňů je způsobena jejich schopností pasivace s tvorbou ochranných filmů.
Oxidace slitin zirkonia
Oxidace slitin zirkonia je jedním z nejvíce studovaných procesů v jaderném průmyslu. Oxidační reakcí zirkonia s vodou se uvolňuje plynný vodík, který částečně difunduje do slitiny a tvoří hydridy zirkonia. Hydridy jsou méně husté a jsou mechanicky slabší než slitina; jejich tvorba má za následek tvorbu puchýřů a praskání pláště – jev známý jako vodíkové křehnutí. Zatímco mnoho z těchto zpráv je napsáno k řešení reakce paliva a páry se slitinami zirkonia v případě jaderné havárie, stále existuje značný počet zpráv, které se zabývají oxidací slitin zirkonia při mírných teplotách kolem 800 K a nižších. .
Budoucí potenciál a vývoj slitiny zirkonia
Vzhledem k tomu, že průmyslová odvětví zirkonia a zirkoniových slitin posouvají hranice, slitina zirkonia se ukazuje jako klíčový hráč při utváření budoucnosti průmyslových aplikací. Slitiny zirkonia se svou výjimečnou odolností proti korozi a vysokoteplotní stabilitou dláždí cestu průlomovým inovacím v různých odvětvích.
Pokračující výzkumné a vývojové úsilí v technologii slitiny zirkonia podporuje pokrok v letectví, jaderné energetice a chemickém průmyslu. Inženýři zkoumají nové způsoby, jak zvýšit pevnost a odolnost slitin zirkonia, čímž se otevírají dveře pro ještě rozmanitější aplikace.
Kromě mechanických vlastností je biokompatibilita slitiny zirkonia atraktivní volbou pro lékařské implantáty a zařízení. Potenciál dalšího růstu v této oblasti je slibný, protože výzkumníci se hlouběji ponoří do optimalizace slitin zirkonia pro biomedicínské účely.
S neustálým zlepšováním a objevy na obzoru vypadá budoucnost zirkoniové slitiny jasně, protože pokračuje v revoluci v průmyslových procesech a pohání inovace vpřed.
Použití výrobků ze slitiny zirkonia v průmyslových aplikacích nabízí řadu výhod, které z nich činí vysoce žádaný materiál pro různá průmyslová odvětví. Díky své výjimečné odolnosti proti korozi, pevnosti při vysokých teplotách a biokompatibilitě jsou slitiny zirkonia připraveny hrát stále významnější roli při utváření budoucnosti průmyslové výroby a technologie.
Vzhledem k pokračujícímu pokroku ve vývoji a aplikaci produktů ze slitiny zirkonia můžeme očekávat ještě větší inovace a pokrok v odvětvích od letectví a zdravotnictví až po výrobu jaderné energie. Všestrannost a spolehlivost slitin zirkonia z nich činí cenný přínos při posouvání hranic toho, co je možné v rámci průmyslových procesů.
Využitím jedinečných vlastností slitin zirkonia mohou výrobci zvýšit výkon, zlepšit účinnost, snížit náklady na údržbu a nakonec dosáhnout úspěchu ve svých příslušných oborech. Když se díváme do budoucnosti, je jasné, že výrobky ze slitiny zirkonia budou i nadále celosvětově v čele špičkových průmyslových aplikací.
Slitiny zirkonia splňují požadavky na materiály ve fúzi
Materiály a konstrukce fúzního reaktoru
Jaderná fúze byla v posledních letech intenzivně zkoumána kvůli její schopnosti vytvářet čistou energii bez šíření radioaktivních vedlejších produktů. Při fúzi se dva prvky spojí, aby se uvolnila energie. V současnosti je nejlepším kandidátem na fúzi reakce deuterium-tritium. Deuterium a tritium jsou dva izotopy vodíku, které při fúzi vytvářejí helium, volné neutrony a energii. V současné době jsou návrhy fúzních reaktorů hodnoceny jako DEMO, STEP a ITER.
Ve fúzním reaktoru se problémy s účinností neutronů liší od štěpných reakcí. Tritium musí být neustále doplňováno, aby byla zachována dlouhodobá účinnost fúzní reakce. Toho je dosaženo šlechtěním tritia prostřednictvím nepružného rozptylu neutronů. Vzhledem k tomu, že reakce probíhají při zvýšených teplotách a podléhají tepelnému tečení, jsou vyžadovány materiály, které mohou dobře fungovat při zvýšených teplotách při zachování nízkého průřezu tepelných neutronů.
Výběr materiálů s vynikajícími strukturálními a tepelnými vlastnostmi je nezbytný pro bezpečný a optimální návrh součástí fúzního reaktoru. Klíčovým prvkem konstrukce fúzního reaktoru je množivý plášť, který chrání nástroje reaktoru před radiací. Chovatelské přikrývky se skládají ze sady modulů, které pokrývají vnitřek nádoby fúzního reaktoru a musí odolávat extrémním teplotám a intenzivním tokům neutronů. Navíc zajišťuje maximální účinnost reaktoru.
Mezi materiály, které byly prozkoumány jako kandidáti pro návrh šlechtitelských přikrývek, patří slitiny a kompozity na bázi vanadu, železa, křemíku a chrómu. Nedávné studie ukázaly, že zirkonium (Zr) je výhodným kandidátem, pokud je použito jako konstrukční materiál v první stěně množivé vrstvy v DEMO reaktoru.
Výhody zirkonia
Zirkonium se již přibližně šest desetiletí používá jako materiál v aplikacích štěpných reaktorů. Dnes se mnoho slitin zirkonia používá jako palivové pláště a sestavy v lehkovodních štěpných reaktorech. Mezi běžné slitiny patří Zr-2.5, ZIRLOTM a Zircaloy-2 a –4. Úspěch těchto slitin byl z velké části způsoben malým průřezem jejich absorpce tepelných neutronů ve srovnání s jinými konstrukčními materiály.
Výhodou malého absorpčního průřezu tepelných neutronů je, že umožňuje vyšší dostupnost neutronů, což udržuje kritičnost štěpné reakce. Jiné materiály potřebují další obohacení, což může být finančně nákladné. Avšak vzhledem k tomu, že při zvýšených teplotách dochází k fúzním reakcím a během provozu dochází k přirozenému tepelnému tečení, současné slitiny zirkonia jsou nedostatečné.
Zkoumání současných slitin zirkonia a řešení problémů
Ve studii publikované v Journal of Nuclear Materials autoři zkoumali několik v současnosti komerčně dostupných slitin zirkonia, včetně binárních slitin, jako jsou slitiny Zr-V a Zr-Si, a také slitiny vyšších řádů, jako je Zr-Nb-Ti a Zr-Mo-Sn. Dospělo se k závěru, že s dalším výzkumem by slitiny vyššího řádu mohly vykazovat výhodné tepelné a strukturální vlastnosti (jako je pevnost a tažnost) při zachování nízkého průřezu tepelných neutronů.
V současné době však existují neúplné údaje o vlastnostech těchto slitin za zvýšených teplot, ke kterým dochází během provozu. Ve fúzním reaktoru mohly teploty snadno dosáhnout až 500-700 oC. Očekává se, že jakýkoli konstrukční materiál složený ze slitin zirkonia bude vykazovat vynikající tepelné a mechanické vlastnosti při použití v kapalných kovech nebo héliem chlazených živných pokrývkách.
Zkoumáním aktuálně dostupných slitin zirkonia autoři dospěli k závěru, že použití Zr-4 jako konstrukčního materiálu šlechtitelské pokrývky by výrazně zlepšilo poměr rozmnožování tritia. I když je to výrazně lepší než ostatní kandidáti, jako je V-4Cr-4Ti, stále existují problémy s pevností, odolností proti tepelnému tečení a únavovými vlastnostmi při zvýšených teplotách. Kromě toho mohou nečistoty způsobit problémy se zkřehnutím, což usnadňuje potřebu bariérových povlaků.
Naše továrna
Baoji West Titanium Materials Co., Ltd (West-Ti), která se nachází v Baoji v provincii Shaanxi, známé jako čínské Titanium Valley, byla založena v roce 2019 se základním kapitálem 60 milionů juanů. Společnost byla sloučena s Baoji Hongyuan Titanium Industry Co., Ltd. a Baoji Overflow Industrial Co., Ltd, obě společnosti mají více než 20 let zkušeností v odvětví titanu. V roce 2019 společně založená společnost Baoji West Titanium Materials Co., Ltd pokrývá zpracování a prodej vzácných kovů, jako jsou titanové cívky, desky, tyče, dráty a titanové výkovky.
FAQ
Jako jeden z nejprofesionálnějších výrobců a dodavatelů slitin zirkonia v Číně se vyznačujeme kvalitními produkty a konkurenceschopnou cenou. Můžete si zde zdarma koupit slitinu zirkonia na prodej a získat nabídku z naší továrny. Kontaktujte nás pro přizpůsobené služby.
