Verwarmde zirkoniumdraad als getter: gasabsorptie en industrieel gebruik

Gettergedrag van verwarmde zirkoniumdraad

Bij verhitting absorbeert zirkoniumdraad een grote hoeveelheid zuurstof, waterstof, stikstof en andere restgassen. Deze getterwerking wordt gebruikt in elektronenbuizen, waar zirkoniumpoeder dient als ontgassingsmiddel en zirkoniumdraad en zirkoniumplaat fungeren als getters voor poortbeugels, anodebeugels en andere interne steunen in eindbuizen en vacuümapparaten. Een dun zirkoniumgedeelte reageert met de laatste sporen gas die overblijven na het pompen, waardoor het vacuüm gedurende de hele levensduur van de buis behouden blijft.

Dezelfde affiniteit voor gas wordt gebruikt in pyrotechniek en ontstekingsapparaten, waar fijn zirkoniumpoeder in combinatie met een oxidatiemiddel een heldere, hoge -temperatuurflits produceert die wordt gebruikt in fotoflitslampen, vertragingscomposities en initiatoren. Omdat de reactie snel en energiek is, volgen de verwerking en verpakking van zirkoniumpoeder strikte stof-controle en inerte-atmosfeerpraktijken.

Zirkoniumtoevoegingen in staal en legeringen

Vanuit industrieel oogpunt levert slechts ongeveer een duizendste zirkonium toegevoegd aan staal een duidelijke toename in hardheid en sterkte op. Zirkonium is een sterke desoxidatiemiddel en een krachtige vanger voor stikstof, zwavel en koolstof, waardoor het de korrelstructuur verfijnt en insluitsels opruimt. Zirkonium-dragend pantserstaal, kanonstaal, roestvrij staal en hitte-hittebestendig staal zijn gevestigde materialen voor gepantserde voertuigen, tanks, artillerie en aanverwante verdedigingsuitrusting, en gecontroleerde zirkoniumtoevoegingen worden ook gebruikt om de taaiheid en de -dikte-eigenschappen van structurele platen te verbeteren.

In de non{0}}ferrometallurgie wordt zirkonium toegevoegd aan magnesium- en aluminiumlegeringen voor korrelverfijning en aan koperlegeringen voor sterkte bij temperatuur, en zirkoniumchemicaliën fungeren als verknopingsmiddelen- voor polymeren in coatings, papier en textielbehandeling.

Nucleaire-kwaliteit zirkonium en brandstofbekleding

Vanuit het standpunt van de nucleaire techniek heeft zirkonium uitstekende eigenschappen: een zeer lage thermische neutronenabsorptiedoorsnede, gecombineerd met goede corrosieweerstand en voldoende sterkte bij temperatuur. Het is daarom een ​​onmisbaar materiaal in de nucleaire industrie, en de meeste commerciële energiereactoren zijn ervan afhankelijk. Voor elke 1 miljoen kW kernproductiecapaciteit wordt jaarlijks grofweg 20 tot 25 ton zirkonium verbruikt, en een kernonderzeeër van ongeveer 30.000 pk gebruikt 20 tot 30 ton zirkonium en zirkoniumlegeringen als brandstofomhulsels en drukbuizen.

Zirkonium en producten van zirkoniumlegeringen voor nucleaire toepassingen worden besteld volgens speciale specificaties die ingots, staven, smeedstukken, platen, strippen, platen en buizen omvatten, en de tin-dragende legeringen die gewoonlijk Zr-2 en Zr-4 worden genoemd, zijn de klassieke bekledings- en drukbuismaterialen. Een strenge controle op het hafniumgehalte, omdat hafnium neutronen sterk absorbeert, is de bepalende vereiste voor nucleaire kwaliteit.

Fysieke eigenschappen die selectie stimuleren

Eigendom	Waarde	Praktische betekenis
Smeltpunt, zirkonium	Ongeveer 1855 graden	Behoudt kracht en vorm bij gebruik op hoge- temperaturen
Smeltpunt, titanium	Ongeveer 1668 graden	Lager dan zirkonium, relevant bij het vergelijken van de twee metalen
Smeltpunt, zirkoniumoxide	Ongeveer 2715 graden	Ondersteunt vuurvaste en keramische toepassingen
Corrosiebestendigheid	Zeer hoog	Op grote schaal gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, militaire en chemische dienst
Neutronenabsorptie	Zeer laag	Basis van splijtstofbekleding en gebruik van drukbuizen
Gasabsorptie bij verhitting	Zuurstof, waterstof, stikstof	Basis van getter- en ontgassingstoepassingen

Industrieel en consumentengebruik

Getters en ontgassers in elektronenbuizen, vacuümonderbrekers en afgedichte apparaten.

Fotoflitslampen, vertragingselementen en ontstekingssamenstellingen op basis van fijn zirkoniumpoeder.

Corrosie-bestendige containers, vaten en leidingen, vooral voor zout- en zwavelzuurservice.

Bekleding voor splijtstof, drukbuizen en interne reactoronderdelen gemaakt van zirkoniumlegeringen van nucleaire-kwaliteit.

Lucht- en ruimtevaart- en defensiecomponenten die een hoog smeltpunt combineren met een hoge hardheid en sterkte.

Zirkoniumchemicaliën die worden gebruikt als verknopingsmiddelen- voor polymeren en in formuleringen voor oppervlaktebehandeling.

De corrosie{0}}bestendige en hittebestendige- titaniumcomponenten die worden gebruikt bij bemande ruimtemissies zijn aanzienlijk minder corrosiebestendig dan zirkonium. Daarom worden zirkoniumsoorten gekozen waar de combinatie van temperatuur, corrosie en mechanische belasting het ernstigst is.

Veelgestelde vragen

Vraag: Welke gassen absorbeert verwarmde zirkoniumdraad?
Het absorbeert zuurstof, waterstof, stikstof en andere restgassen en werkt daarom als gasvanger in elektronenbuizen en afgesloten vacuümapparaten.

Vraag: Hoe wordt zirkonium gebruikt bij de staalproductie?
Kleine toevoegingen van ongeveer een duizendste fungeren als desoxidatiemiddel en vanger voor stikstof en zwavel, waardoor de korrelstructuur wordt verfijnd en de hardheid en sterkte van pantser-, kanon-, roestvrij en hittebestendig staal- wordt verhoogd.

Vraag: Waarom wordt zirkonium gebruikt in kernreactoren?
De zeer lage absorptie van thermische neutronen laat neutronen met weinig verlies passeren, terwijl de corrosieweerstand en sterkte bij temperatuur geschikt zijn voor brandstofbekleding en drukbuizen.

Vraag: Hoeveel zirkonium verbruikt kernenergie?
Ongeveer 20 tot 25 ton per jaar voor elke miljoen kW opwekkingscapaciteit, en 20 tot 30 ton voor een kernonderzeeër van ongeveer 30.000 pk.

Vraag: Hoe verhoudt zirkonium zich qua smeltpunt tot titanium?
Zirkonium smelt bij ongeveer 1855 graden, tegenover ongeveer 1668 graden voor titanium, en zirkoniumoxide smelt bij ongeveer 2715 graden, wat gebruik in de lucht- en ruimtevaart bij hoge temperaturen ondersteunt.

Vraag: Welke industrieën gebruiken zirkoniumdraad en -poeder?
Elektronica en vacuümbuizenproductie, verlichting en pyrotechniek, chemische verwerking met zoutzuur en zwavelzuur, kernenergie, en lucht- en ruimtevaart- en defensietechniek.