Tsirkooniumi tihedus, omadused ja kasutusalad

Tsirkoonium on perioodilisustabeli viienda perioodi neljanda rühma element. Lihtainena on see hõbedase varjundiga läikiv hall metall. Seda iseloomustavad suurepärane korrosioonikindlus ja hea plastsus.

Materjal esineb kahes vormis: heksagonaalse tihepakitud kristallvõrega alfa-tsirkooniumina ning ruumkesendatud kuubilise võrega tsirkooniumina. Ühest vormist teise läheb see temperatuuril 863 °C.

Tsirkooniumi tiheduse tabel

Materjali mass oleneb tsirkooniumi tihedusest. Kuna tegu on keeruka materjaliga, pole selle tihedust välitingimustes võimalik määrata. Seda tehakse spetsiaalsetes keemialaborites. Keskmine tihedus on aga teada: 6,506 g/cm³.

Tsirkooniumi massi ja tiheduse arvutamise lihtsustamiseks on allpool esitatud nende väärtuste tabel.

Tsirkooniumi omadused

Tsirkooniumi tihedus on 6,506 g/cm³, soojusmahtuvus temperatuuril 25–100 °C hea ning elektritakistus suur. Tsirkooniumi sulamistemperatuur on 1855 °C ja keemistemperatuur 4409 °C.

Puhtal kujul on materjal plastne ning seda saab hõlpsalt valtsida, stantsida, sepistada ja muul viisil kuum- või külmtöödelda. Üle 0,2 protsendi hapnikusisalduse korral ei saa materjali külmsurvetöödelda. Hapra struktuuri võivad põhjustada lämmastik, süsinik, hapnik ja vesinik.

Kompaktne tsirkoonium oksüdeerub temperatuurivahemikus 200–400 °C aeglaselt ning kattub tsirkooniumdioksiidi kilega. Üle 800 °C reageerib see aktiivselt õhuhapnikuga.

Kompaktne tsirkoonium on kaitsva tsirkooniumdioksiidikile tõttu vees, veeaurus ja paljudes happelistes keskkondades püsiv. Vastupidavus oleneb siiski kontsentratsioonist, temperatuurist ja lisanditest: eriti ohtlikud on fluoriide ning vesinikfluoriidhapet sisaldavad keskkonnad, mis kaitsekile lõhuvad. Keemiliselt vastutusrikastes tingimustes tuleb kasutada konkreetse sulami ja keskkonna andmeid.

Tsirkoonium kuulub paramagnetiliste metallide hulka.

Tsirkooniumi kasutamine

Tsirkooniumi ja selle sulameid kasutatakse paljudes valdkondades. Peamised kasutusalad on:

• tuumaenergeetikas kütusekoostude ja -elementide ning muude tuumareaktori konstruktsioonide valmistamine;
• metallurgias vahe- ehk eelsulamina, sest see on suurepärane lämmastiku- ja hapnikusidujana. Tsirkooniumiga valmistatakse ka suure kuumuskindluse ja tugevusega sulameid, mille elektrijuhtivus väheneb vähe;
• tsirkooniumipulbri ja peenlaastude kasutamine pürotehnilistes segudes, signaalivahendites ja erilistes keemilistes valgusallikates. Kompaktne metall ja peen pulber käituvad erinevalt: pulber võib kergesti süttida ning nõuab rangeid ohutusmeetmeid;
• elektrotehnika, vaakumtehnika ja teadusseadmete erisulamites ning -ühendites, kus on tähtsad korrosioonikindlus, materjali puhtus ja stabiilsed omadused;
• meditsiinis mitmesuguste proteeside ja kirurgiainstrumentide valmistamine tänu suurepärasele vastupidavusele bioloogilistes keskkondades, mis on isegi titaanist parem.