Циркониевый порошок: характеристики, фракции и области применения
Циркониевый порошок дисперсный материал на основе металлического циркония (Zr) с содержанием основного элемента от 99,0% до 99,9%. Получают методами гидридно-кальциевого восстановления или магнийтермического восстановления тетрахлорида циркония. Форма частиц неправильная, осколочная или сферическая (в зависимости от технологии распыления). Насыпная плотность варьируется от 2,5 до 3,5 г/см. Порошок пирофорен самовоспламеняется на воздухе при дисперсности менее 50 мкм, поэтому поставляется в герметичной упаковке под аргоном или в вакууме.
Основные параметры и марки
Ключевые характеристики циркониевого порошка регламентируются ТУ 48-4-234-84 и международными стандартами ASTM B349/B349M. Химический состав контролируется по примесям: гафний (Hf) не более 0,01%, железо (Fe) до 0,05%, кремний (Si) до 0,02%, алюминий (Al) до 0,005%. Размер частиц задаётся ситовым анализом и лазерной дифракцией.
| Марка | Содержание Zr, % | Фракция, мкм | Насыпная плотность, г/см | Применение |
|---|---|---|---|---|
| ПЦ-1 | 99,5 | от 40 до 100 | 3,0 | Пиротехнические составы |
| ПЦ-2 | 99,0 | от 100 до 315 | 2,8 | Металлургия, лигатуры |
| ПЦ-3 | 99,8 | от 1 до 10 | 2,5 | Плазменное напыление |
Технологические особенности
Циркониевый порошок обладает высокой химической активностью. При контакте с водой выделяет водород, что требует строгого контроля влажности в производственных помещениях. Температура плавления частиц 1855C, температура кипения 4409C. Удельная теплота сгорания составляет от 1800 до 1950 Втч/кг. Порошок устойчив к коррозии в щелочных средах и расплавах солей, но растворяется в плавиковой и концентрированной серной кислотах.
Области применения
- Металлургия раскисление и легирование сталей и сплавов (нержавеющие, жаропрочные марки). Вводят в шихту в виде порошка или брикетов.
- Пиротехника основа для составов белого пламени, трассирующих пуль, воспламенителей. Обеспечивает высокую температуру горения (до 4000C).
- Плазменное напыление формирование износостойких и коррозионностойких покрытий на лопатках турбин, клапанах, шнеках экструдеров.
- Порошковая металлургия производство фильтров, пористых электродов, катодов для электрохимических процессов.
- Химическая промышленность катализаторы в реакциях гидрирования и дегидрирования, компонент геттеров для вакуумных систем.
- Атомная энергетика шихта для выплавки циркониевых сплавов (Э110, Э125), используемых в оболочках твэлов.
Условия хранения и транспортировки
Циркониевый порошок хранят в герметично закрытых стальных барабанах (тип I или II по ГОСТ 5044-79) в сухих складских помещениях с температурой от 20 до +50 C. Допускается транспортировка всеми видами крытого транспорта. Запрещается совместное хранение с окислителями, кислотами и органическими растворителями. Срок хранения 12 месяцев с даты изготовления.
Вопросы и ответы
Какой размер частиц циркониевого порошка считается пирофорным?
Порошок с фракцией менее 50 мкм способен к самовоспламенению на воздухе. Для безопасной работы используют фракции от 100 до 315 мкм или работают в инертной атмосфере.
Чем отличается циркониевый порошок от диоксида циркония?
Циркониевый порошок металлический Zr, активный восстановитель, горючий. Диоксид циркония (ZrO) керамический материал, химически инертный, используется в огнеупорах и стоматологии.
Какие примеси критичны для циркониевого порошка в атомной отрасли?
Гафний (Hf) основной поглотитель тепловых нейтронов. Для ядерных применений содержание Hf не должно превышать 0,01%. Также контролируют содержание бора, кадмия и редкоземельных элементов.
Как определить качество циркониевого порошка?
Проводят ситовой анализ (фракционный состав), химический анализ на содержание Zr и примесей (ICP-MS, AAS), измеряют насыпную плотность и удельную поверхность (BET). Для пиротехнических составов дополнительно тестируют скорость горения.