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鋯的化學性質和力學性能

時間:2012-3-22 21:12:22 來源:https://www.mm0535.com 作者:弘凌泵閥 閱讀次數:2508

由于鋯的外層電子排列為 4s24p64d25s2 ,化合價為 2 、 3 、 4 價,常見的為 4 價,鋯的穩定性比鈦弱而比鉿強,是一強還原劑和穩定金屬,但穩定性受其表面狀態和雜質含量的影響。經熔煉或碘化后制得的致密鋯格外穩定;鎂原獲得的海綿鋯,因为是多孔海綿狀則活潑;特別是鋯粉,粒度,由外观積越大,活性高,易與氣體、水發生反應。

常溫下金屬鋯在空氣中穩定,與空氣中的氧、氮全部不發生反應,致密鋯則能保持其金屬光澤。加熱時鋯強烈的吸收氧氮而造成穩定的化合物,并在外表天生氧化物保護層。這一原理被用于鎂原 —— 蒸餾結束后作為海綿鋯的出爐安全措施之一而选取,但在較高溫度下,鋯的氧化膜會失落保護作用。當溫度超過 800 時,則迅速生成 ZrO2 ,在靜止狀態下的空氣中,鋯的氧化速度為 1.08×10-2kg/(m2•h) ; 950 時為 7.07×10-2kg/(m2•h) 。鋯在高溫下除與氧氮酿成穩定的化合物外,還可與 CO2 、、 H2O 氣發生反應。

在低壓下鋯與氧、水蒸氣等的反應溫度見下表:

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溫度 /
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H2        O2                  N2                     H2O(
蒸汽 )        CO CO2
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300
400   700                 1000                  ——             ——
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760       835
1527 以前無反應       ——             ——
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起始反應: 180 230
550       ------------------  600                    ——            500
最佳條件: 650 700
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300       400
400 緩慢,在 800 迅速    300             800
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金屬鋯的力學性能

A
.一般性能

金屬鋯屬于高熔點金屬,但其力學性能與熔點較低的金屬很相似,如彈性系數小,強度極限隨溫度升高而下落等。在 20 下鋯的主要力學性能見下表:

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彈性系數 /kg•m^-2    9.82×10^10
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硬度 HB              64 67
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抗拉強度極限 /Pa     (2.3 2.5) ×10^8
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屈服極限 /Pa         2.1×10^8
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楊氏模量 /Pa         9.39×10^8
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泊松比               0.34
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剪切模量 /Pa         3.48×10^10
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B
.中子輻照下鋯的某些力學性能

變形較大的金屬鋯在輻照條件下,其屈服極限有所降低,伸長率有所提高。冷變形鋯在積水通量為 5×1019n/cm2 下的數值見表 1 。而電弧爐精煉后的鋯,在 600 退火 1h ,再經 260 輻照后,其屈服極限、強度極限均變化不大,見表 2 。

1 冷變形鋯的一些力學性能
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T/K
屈服極限 / MPa 抗拉強度極限 /MPa 伸長率 /%
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輻照前 輻照后 輻照前 輻照后 輻照前 輻照后
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20       748       742       867       867       35        42
------------------------------------------------------------------------
90       720       671       805       805       27        34
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160      643       630       706       742       19        29
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200      609       574       636       650       21        27
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2 輻照后退火鋯力學性能
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快中子總通量 屈服極限 強度極限 斷面收縮率 50mm 長度上
      /n•cm^-2       / MPa       / MPa       /%
的伸長率 /%
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0               120         276         48            29
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8×10^19        154         284         50            29
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2.5×10^20      165         279         52            25
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