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Hafnium

Hafnium

Hafnium (Hf symbole) - sévère réfractaire métal argenté, 72-ème élément de la classification périodique.

Les propriétés physiques de l'hafnium

Dans la section de hafnium neutrons thermiques croix de capture d'environ 100 granges, 3 ordres de grandeur plus élevé que celui de zirconium - 0,2 granges. Par conséquent, pour les éléments combustibles pour réacteurs de zirconium, le hafnium ne peut pas contenir. L'isotope naturel de l'hafnium, 174Hf, a une faible activité α-(demi-vie de 2 × 1015 ans).

L'utilisation de l'hafnium

Les principaux domaines - la production de l'optique spéciaux et des alliages pour l'industrie aérospatiale, l'énergie nucléaire.

Aptitude à la capture de neutrons détermine l'utilisation de l'hafnium dans l'énergie nucléaire pour les barres de contrôle, spetskeramiki et le verre (oxyde, borure, de carbure, oksokarbid, hafnates lithium hafnates dysprosium).

Une caractéristique remarquable de diborure de hafnium - gazage très faible (hydrogène, hélium) dans le "burn" forêt.

L'oxyde d'hafnium en raison de sa résistance à la chaleur (t ° ². 2780 ° C) et l'indice de réfraction très élevé sont utilisés en optique. Sur le hafnium et le fluorure de hafnium spetsmarki produire du verre pour fibres optiques, ainsi que pour optiques de haute qualité, tels que dispositifs de vision nocturne. Carbure et borure d'hafnium (t ° ². 3250 ° C) est utilisé comme un revêtement extrêmement résistant à l'usure et dans les superalliages. Carbure de hafnium -. L'un des matériaux les plus réfractaires ((t ° ² 3890 ° C) est utilisé comme un élément de structure des moteurs en phase gazeuse nucléaires, et dans la production de buses de fusée.

Hafnium sous la forme d'une céramique finement poreux - un collecteur efficace des électrons par évaporation à sa surface dans une phase vapeur sous vide Cs-133, tandis que la fonction de travail électronique est réduit à 0,1-0,12 eV, qui formaient la base pour la conception de moteurs ioniques de haute puissance et l'efficacité des groupes électrogènes thermioniques .

Parce hafnium est fonction de travail relativement basse (3,53 eV), il est fait de tubes cathodiques à haute puissance et de canons à électrons. En plus de résistance à la chaleur, cette qualité peut être utilisé dans la production d'électrode pour le soudage d'hafnium dans l'argon, en particulier pour le soudage d'acier doux dans une atmosphère de CO 2, où les électrodes de l'hafnium sont presque 4 fois plus résistant que le tungstène. Comme une cathode efficace avec peu de baryum fonction de travail hafnates utilisation.

Sur la base de diborure de hafnium et de nickel breveté et utilisé exclusivement résistant à l'usure finition composite.

Alliages Ta-W-Hf sont les meilleurs pour le carburant dans les moteurs de la phase gazeuse atomiques.

Les alliages de titane dopées avec le hafnium, sont utilisés dans la fabrication de pièces de moteurs marins. Le dopage de nickel hafnium augmente la force et la résistance à la corrosion, et améliore également la soudabilité et durcit la soudure.

L'addition d'hafnium tantale augmente fortement la résistance à l'oxydation à l'air due à la formation d'un film dense sur la surface d'oxydes complexes, en plus, ce film est très résistant aux cycles thermiques (choc thermique). En raison de cette créé le métal essentiel pour la technologie des missiles (gouvernails de gaz, buses, contenant jusqu'à hafnium 20% On note aussi une grande incidence économique d'électrodes en alliage d'hafnium-tantale pour la flamme d'oxygène et d'air-coupage plasma des métaux Le Hf alliage -.. 77% Ta - 20%, W - 2%, Ag - 0,5%, Cs - 0,1%, Cr - part de 0,4% sur les neuf fois par rapport au hafnium pur.

Le dopage des alliages de hafnium, le cobalt renforce de manière significative qui sont importants dans la construction de turbines, de la nourriture, industries chimique et pétrolière.

Hafnium est utilisé dans des alliages à base de terres rares éléments (par exemple le terbium et le samarium) pour poids lourds aimants. Diélectriques à base d'oxyde d'hafnium avec une constante diélectrique élevée sont remplacés par de l'oxyde de silicium, un manuel en microélectronique, vous permettant de réaliser une densité beaucoup plus élevée des éléments dans les puces. Depuis 2007, le dioxyde de hafnium est utilisé dans 45 nm Penryn des processeurs Intel. Tout comme un isolant avec une constante diélectrique élevée de siliciure de hafnium est connue. Alliages de hafnium et le scandium sont utilisés en microélectronique pour les propriétés particulières de la couche résistive.

Carbure de hafnium 20% et 80% de carbure de tantale est le plus résistant à la chaleur en alliage (t pl ° .. 4216 ° C). Mais il ya un développement que le dopage de alliage de titane carbure de t ° de fusion peut encore augmenter de 180 degrés.

L'addition de 1% de hafnium à l'aluminium donne superalliage avec une granulométrie de 40-50 nm métallique. Il a obtenu un allongement significatif et augmente avec résistance à la traction de cisaillement et de torsion, ainsi que la résistance aux vibrations améliorée.

Hafnium est important dans la production de haute qualité X-ray miroirs multicouches.

Domaines d'application prometteurs

Base de hafnium métastable-178m2 (demi-vie de 31 ans) contient un excès d'énergie qui peut libérer l'irradiation aux rayons X du noyau. Cet effet est à la base pour la conception des armes nucléaires ne crée pas de contamination radioactive. L'énergie contenue dans 1 g. hafnium 178m2, soit l'équivalent de 50 kg de TNT. Isomère métastable de hafnium peut être utilisée pour "pomper" lasers de combat compacts (en remplacement de quelques-uns des atomes dans l'oxyde d'hafnium 178m2Hf peut être utilisé comme un élément hafnium du cristal laser, mélanger la source d'alimentation et de l'émetteur).

L'isotope hafnium 178m2 peut être utilisé en tant que variable de rayons gamma, tel que l'inspection et en tant que source d'énergie de grande capacité pour le transport.

Hafnium-178m2 est un sous-produit (déchets), l'énergie nucléaire (déchets tiges d'absorption hafnium dans les centrales nucléaires). Fonctionnement du dit "Hafnium cycle" et en élargissant l'utilisation du secteur de hafnium va croître avec l'augmentation de son utilisation dans les réacteurs nucléaires. Avec l'accumulation des isomères dans les pays où l'industrie nucléaire développée se produira et la formation de "l'énergie du hafnium."

Le développement de la soi-disant «Bombe Hafnium" sur la base de l'isomère 178m2Hf 1998 à 2004 a été engagé en agence DARPA. Cependant, même la puissante irradiation aux rayons X du noyau n'a pas produit l'effet de la décomposition induite. En 2005, l'étude s'est, comme les technologies existantes ne sont pas encore en mesure de libérer de l'énergie en excès de la base de hafnium-178m2.

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