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锆的化学性质和力学性能
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锆的化学性质和力学性能

作者:admin 来源: 日期:2014-6-21 23:31:35 人气: 标签:

由于锆的外层电子排列为4s24p64d25s2,化合价为234价,常见的为4价,锆的稳定性比钛弱而比铪强,是一强还原剂和稳定金属,但稳定性受其表面状态和杂质含量的影响。经熔炼或碘化后制得的致密锆非常稳定;镁还原获得的海绵锆,由于是多孔海绵状则较活泼;特别是锆粉,粒度越细,由表面积越大,活性越高,易与气体、水发生反应。

    
常温下金属锆在空气中极为稳定,与空气中的氧、氮完全不发生反应,致密锆则能长期保持其金属光泽。加热时锆强烈地吸收氧氮而形成稳定的化合物,并在表面生成氧化物保护层。这一原理常被用于镁还原——蒸馏结束后作为海绵锆的出炉安全措施之一而采用,但在较高温度下,锆的氧化膜会失去保护作用。当温度超过800时,则迅速生成ZrO2,在静止状态下的空气中,锆的氧化速率为1.08×10-2kg/(m2•h)950时为7.07×10-2kg/(m2•h)。锆在高温下除与氧氮形成稳定的化合物外,还可与CO2、、H2O气发生反应。


    在低压下锆与氧、水蒸气等的反应温度见下表:

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
                                    
温度/
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
H2        O2                  N2                     H2O(
蒸汽)        COCO2
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300
400   700                 1000                  ——             ——
------------------------------------------------------------------------------
760       835                 
1527以前无反应      ——             ——
------------------------------------------------------------------------------ 
          
起始反应:180230
550       ------------------  600                    ——            500
          
最佳条件:650700
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300       400                 
400缓慢,在800迅速   300             800
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金属锆的力学性能 
  
A
.一般性能

    
金属锆属于高熔点金属,但其力学性能则与熔点较低的金属很相似,如弹性系数小,强度极限随温度升高而下降等。在20下锆的主要力学性能见下表:

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弹性系数/kg•m^-2    9.82×10^10
--------------------------------------------------------- 
    
硬度HB              6467
--------------------------------------------------------- 
    
抗拉强度极限/Pa     (2.32.5) ×10^8
--------------------------------------------------------- 
    
屈服极限/Pa         2.1×10^8
--------------------------------------------------------- 
    
杨氏模量/Pa         9.39×10^8
--------------------------------------------------------- 
    
泊松比              0.34
--------------------------------------------------------- 
    
剪切模量/Pa         3.48×10^10
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B
.中子辐照下锆的某些力学性能

    
变形较大的金属锆在辐照条件下,其屈服极限有所降低,伸长率则有所提高。冷变形锆在积水通量为5×1019n/cm2下的数值见表1。而电弧炉精炼后的锆,在600退火1h,再经260辐照后,其屈服极限、强度极限均变化不大,见表2

    
1  冷变形锆的一些力学性能
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    T/K      
屈服极限/ MPa       抗拉强度极限/MPa    伸长率/%
             -----------------------------------------------------------
             
辐照前    辐照后    辐照前    辐照后    辐照前    辐照后
------------------------------------------------------------------------
    20       748       742       867       867       35        42
------------------------------------------------------------------------
    90       720       671       805       805       27        34
------------------------------------------------------------------------
    160      643       630       706       742       19        29
------------------------------------------------------------------------
    200      609       574       636       650       21        27
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2  辐照后退火锆力学性能
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快中子总通量    屈服极限    强度极限    断面收缩率    50mm长度上
      /n•cm^-2       / MPa       / MPa       /%            
的伸长率/%
------------------------------------------------------------------------
    0               120         276         48            29
------------------------------------------------------------------------
    8×10^19        154         284         50            29
------------------------------------------------------------------------
    2.5×10^20      165         279         52            25
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