Zirkoniumin ominaispaino, ominaisuudet, käyttö ja arvotaulukko

Zirkonium on alkuaineiden jaksollisen järjestelmän viidennen jakson neljännen ryhmän sivuryhmän alkuaine. Alkuaineena zirkonium on kiiltävän harmaa metalli, jossa on hopeinen sävy. Sille ovat ominaisia erinomainen korroosionkestävyys ja suuri sitkeys.

Materiaalilla on kaksi muotoa: tiiviisti pakkautuneen heksagonaalisen kiderakenteen zirkonium eli alfazirkonium ja tilakeskisen kuutiollisen kiderakenteen zirkonium. Muoto muuttuu toiseksi 863 °C:n lämpötilassa.

Zirkoniumin ominaispainotaulukko

Materiaalin paino riippuu zirkoniumin ominaispainosta. Koska materiaali on monimutkainen, sen ominaispainoa ei voi laskea kenttäolosuhteissa. Menettely tehdään erityisissä kemian laboratorioissa. Keskimääräinen ominaispaino kuitenkin tunnetaan, ja se on 6,506 g/cm³.

Zirkoniumin painon ja ominaispainon laskemisen helpottamiseksi alla olevassa taulukossa esitetään nämä arvot sekä muunnokset eri mittayksiköihin.

Zirkoniumin ominaisuudet

Zirkoniumin tiheys on 6,506 g/cm³, sillä on hyvä lämpökapasiteetti 25-100 °C:n lämpötiloissa sekä hyvä sähköinen vastus. Zirkoniumin sulamislämpötila on 1855 °C ja kiehumislämpötila 4409 °C.

Puhtaana tämä materiaali on sitkeää ja soveltuu helposti erilaisiin käsittelyihin, kuten valssaukseen, meistoon ja taontaan sekä muihin kuuma- ja kylmätyöstömenetelmiin. Kun happipitoisuus ylittää 0,2 prosenttia, materiaalia ei voi muokata kylmäpuristamalla. Hauras rakenne voi syntyä koostumuksen typen, hiilen, hapen ja vedyn vaikutuksesta.

Kompakti zirkonium hapettuu hitaasti 200-400 °C:n lämpötiloissa ja peittyy samalla zirkoniumdioksidikalvolla. Yli 800 °C:ssa se reagoi voimakkaasti ilman hapen kanssa.

Kompakti zirkonium kestää vettä, vesihöyryä ja monia happamia ympäristöjä suojaavan zirkoniumdioksidikalvon ansiosta. Kestävyys riippuu kuitenkin pitoisuudesta, lämpötilasta ja epäpuhtauksista. Erityisen vaarallisia ovat fluorideja ja fluorivetyhappoa sisältävät ympäristöt, jotka tuhoavat suojakalvon. Kemiallisesti vaativissa oloissa on käytettävä kyseisen seoksen ja ympäristön tietoja.

Zirkonium kuuluu paramagneettisiin metalleihin.

Zirkoniumin käyttö

Zirkoniumia ja sen seoksia käytetään laajalti eri aloilla. Tärkeimpiä käyttökohteita ovat:

• Käyttö ydinenergiateollisuudessa polttoainenippujen ja -sauvojen sekä muiden ydinreaktorien rakenteiden valmistukseen.
• Käyttö metallurgiassa seostusmateriaalina, sillä zirkonium poistaa tehokkaasti typpeä ja happea. Sen avulla valmistetaan myös kuumankestäviä ja lujia seoksia, joiden sähkönjohtavuus heikkenee vain vähän.
• Zirkoniumjauheiden ja hienojen lastujen käyttö pyroteknisissä seoksissa, merkinantovälineissä ja erityisissä kemiallisissa valonlähteissä. Kompakti metalli ja hienojakoinen jauhe käyttäytyvät eri tavoin: jauhe voi syttyä helposti, joten se edellyttää tiukkoja turvatoimia.
• Käyttö sähkötekniikan, tyhjiötekniikan ja tieteellisten laitteiden erikoisseoksissa ja yhdisteissä, joissa tarvitaan korroosionkestävyyttä, materiaalin puhtautta ja ominaisuuksien vakautta.
• Käyttö lääketieteessä erilaisten proteesien ja kirurgisten instrumenttien valmistukseen, koska zirkonium kestää biologisten ympäristöjen vaikutuksia erinomaisesti, jopa titaania paremmin.