Getter
Zirkonium absorbiert wie Lithium und Titan stark Gase wie Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Bei Temperaturen über 900 Grad Celsius kann Zirkonium Stickstoff stark absorbieren, und bei 200 Grad Celsius können 100 Gramm Zirkoniummetall 817 Liter Wasserstoff absorbieren, was mehr als das 800-fache von Eisen ist. Diese Eigenschaft von Zirkonium wird häufig genutzt. In der Vakuumindustrie wird beispielsweise häufig Zirkoniumpulver verwendet, um die Oberfläche der Anode und anderer erhitzter Teile von Vakuumelementen und -instrumenten zu beschichten, das Restgas in der Vakuumröhre zu absorbieren und Hochvakuum-Elektronenröhren und andere Vakuuminstrumente herzustellen, um deren Qualität zu verbessern und ihre Lebensdauer zu verlängern.
Metallurgische Wirkung
Zirkonium kann auch als „Vitamin“ in der metallurgischen Industrie verwendet werden und spielt eine wichtige Rolle bei der Desoxidation, Stickstoffentfernung und Entschwefelung. Sobald dem Stahl ein Tausendstel Zirkonium zugesetzt wird, werden Härte und Festigkeit erstaunlich erhöht, und Panzerstahl, Edelstahl und hitzebeständiger Stahl mit Zirkonium sind wichtige Materialien für die Herstellung von Waffen zur Landesverteidigung wie Panzerfahrzeuge, Panzer, Artillerie und kugelsichere Platten. Zirkonium wird in Kupfer gemischt und in Kupferdrähte gepumpt. Die Leitfähigkeit wird nicht geschwächt, aber der Schmelzpunkt wird stark verbessert, was für Hochspannungsdrähte sehr gut geeignet ist. Zirkoniumhaltige Zink-Magnesium-Legierungen, die leicht und hitzebeständig sind, sind doppelt so stark wie gewöhnliche Magnesiumlegierungen und können bei der Herstellung von Triebwerkskomponenten verwendet werden.
Darüber hinaus zeichnet sich Zirkoniumpulver durch seinen niedrigen Zündpunkt und seine schnelle Verbrennungsrate aus, sodass es als Zündladung für Sprengkapseln verwendet werden kann, die sogar unter Wasser explodieren können. Zirkoniumpulver plus Oxidationsmittel. Dies ist wie Öl ins Feuer gießen, es brennt mit starkem Licht und blendet, und es ist ein gutes Material für die Herstellung von Leuchtspurgeschossen und Leuchtfackeln.
Zirkoniumlegierung
Zirkoniumlegierungen sind Nichteisenlegierungen, die aus Zirkonium als Matrix bestehen. Die wichtigsten Legierungselemente sind Zinn, Niob, Eisen usw. Zirkoniumlegierungen weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit, mäßige mechanische Eigenschaften, einen geringen Absorptionsquerschnitt für atomare thermische Neutronen und eine gute Kompatibilität mit Kernbrennstoffen auf und werden hauptsächlich als Kernstrukturmaterial für wassergekühlte Kernreaktoren in Hochtemperatur- und Hochdruckwasser und -dampf bei 300 bis 400 Grad verwendet. Darüber hinaus weist Zirkonium eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Säuren, Basen und Salzen auf und hat eine starke Affinität zu Sauerstoff, Stickstoff und anderen Gasen. Daher werden Zirkoniumlegierungen auch bei der Herstellung korrosionsbeständiger Teile und pharmazeutischer Maschinenteile verwendet und häufig als nicht-evapotranspirationale Entgasungsmittel in der Elektrovakuum- und Glühbirnenindustrie eingesetzt.
Es gibt zwei Arten von Zirkoniumlegierungen, die im industriellen Maßstab hergestellt werden: Zirkonium-Zinn und Zirkonium-Niob. Die Legierungsgrade der ersteren sind Zr-2 und Zr-4, und der typische Vertreter der letzteren ist Zr-2.5Nb. In Zirkonium-Zinn-Legierungen können die Legierungselemente Zinn, Eisen, Chrom und Nickel die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit des korrosionsbeständigen Films verbessern und die Korrosionsempfindlichkeit der Oberfläche verringern. Normalerweise wird die Zr-2-Legierung in Siedewasserreaktoren und die Zr-4-Legierung in Druckwasserreaktoren verwendet. Bei Zirkonium-Niob-Legierungen ist die Korrosionsbeständigkeit der Legierung am besten, wenn die Menge an Niob hinzugefügt wird, um die Lösungsgrenze der Kristallstruktur von Zirkonium bei der Betriebstemperatur zu erreichen. Zirkoniumlegierungen weisen eine homogene heterokristalline Umwandlung auf und die Kristallstruktur ist bei hohen Temperaturen kubisch-raumzentriert und bei niedrigen Temperaturen dicht gepackt hexagonal. Zirkoniumlegierungen weisen eine gute Plastizität auf und können durch plastische Verarbeitung zu Rohren, Platten, Stangen und Drähten verarbeitet werden. Zudem weisen sie eine gute Schweißbarkeit auf, was für Schweißverarbeitungen genutzt werden kann.
Zirkonium hat einen kleinen thermischen Neutroneneinfangquerschnitt und hervorragende nukleare Eigenschaften, was es zu einem unverzichtbaren Material für die Entwicklung der Atomenergieindustrie macht und als Strukturmaterial für Reaktorkerne verwendet werden kann. Zirkoniumpulver ist in der Luft entflammbar und kann als Zünder und rauchfreies Schießpulver verwendet werden. Zirkonium kann als Zusatzstoff zur Desoxidation und Entschwefelung von hochwertigem Stahl verwendet werden und ist auch Bestandteil von Panzerstahl, Kanonenstahl, Edelstahl und hitzebeständigem Stahl. Zirkonium ist ein wichtiges Legierungselement in Magnesiumlegierungen, das die Zugfestigkeit und die Verarbeitungseigenschaften von Magnesiumlegierungen verbessern kann. Zirkonium ist auch ein metamorphes Mittel für Aluminium-Magnesium-Legierungen, das Körner verfeinern kann. Zirkonoxid und Zirkon sind die wertvollsten Verbindungen in feuerfesten Materialien. Zirkonoxid ist das Hauptmaterial neuer Keramiken und kann nicht als Heizmaterial verwendet werden, um Hochtemperaturoxidation zu widerstehen. Zirkonoxid kann als Zusatzstoff für säurebeständigen Emaille und Glas verwendet werden, was die Elastizität, chemische Stabilität und Hitzebeständigkeit von Glas deutlich verbessern kann. Zirkon weist eine starke Lichtreflexion und eine gute thermische Stabilität auf und kann als Sonnenschutz in Keramik und Glas verwendet werden. Zirkonium kann beim Erhitzen große Mengen Sauerstoff, Wasserstoff, Ammoniak und andere Gase absorbieren und ist ein ideales Gettermittel, beispielsweise Zirkoniumpulver als Entgasungsmittel in Elektronenröhren und Zirkoniumdraht-Zirkoniumplatten als Gate-Stützen, Anoden-Stützen usw.
Eisenpulver wird mit Zirkoniumnitrat vermischt, um ein Glitzerpulver herzustellen. Zirkoniummetall wird fast ausschließlich als Ummantelung für Uranbrennelemente in Kernreaktoren verwendet. Es wird auch zur Herstellung von Blitzlichtern sowie als Korrosionsschutz in Behältern und Rohren verwendet, insbesondere bei Salzsäure und Schwefelsäure. Zirkoniumchemikalien können als Vernetzer für Polymere verwendet werden.
Militärische Nutzung
Aus Sicht der Militärindustrie können Härte und Festigkeit erheblich verbessert werden, wenn dem Stahl ein Tausendstel Zirkonium zugesetzt wird. Zirkoniumhaltiger Panzerstahl, Kanonenschmiedestahl, rostfreier Stahl und hitzebeständiger Stahl sind wichtige Materialien für die Herstellung von Waffen wie Panzerfahrzeugen, Panzern, Kanonen und kugelsicheren Platten.
Aus Sicht der Atomenergie und Kernenergie ist Zirkonium ein herausragendes Material für die Entwicklung der Atomenergieindustrie. Chinas große Kernkraftwerke verwenden im Allgemeinen Zirkonium. Wenn Kernenergie zur Stromerzeugung genutzt wird, werden pro Million Kilowatt Stromerzeugungskapazität jährlich 20 bis 25 Tonnen Zirkoniummetall verbraucht. Ein Atom-U-Boot mit 30.000 PS verwendet Zirkoniumlegierungen als Kernbrennstoffmantel und Druckrohr, und die Verbrauchsmenge kann 20 bis 30 Tonnen erreichen.
Zirkonium ist ein seltenes Metall mit erstaunlicher Korrosionsbeständigkeit, extrem hohem Schmelzpunkt, ultrahoher Härte und Festigkeit und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Militärindustrie, bei Kernreaktionen und in der Atomenergie eingesetzt. Die Korrosionsbeständigkeit und hohe Beständigkeit der beim „Shen VI“ verwendeten Titanprodukte sind weitaus weniger korrosionsbeständig als die von Zirkonium, dessen Schmelzpunkt bei etwa 1600 Grad liegt, während der Schmelzpunkt von Zirkonium mehr als 1800 Grad beträgt und der Schmelzpunkt von Zirkoniumdioxid sogar mehr als 2700 Grad beträgt. Daher ist Zirkonium als Luft- und Raumfahrtmaterial in allen Aspekten der Leistung von Titan weit überlegen.