Меерсон Г.А., Гагаринский Ю.В. (ред.). Металлургия циркония

Подождите немного. Документ загружается.

мБтА^^уРгия

циР

кония

[|ерево0 с

аналцйскоео

|7о0

ре0акцшей=

д-ра

техн. наук проф. |.

А. }1еерсогга

и канд. хим.

наук 0. 8. |атаринского

1956-1957

гг. и3дательство

иностранной

литературь1

вь!пустило

серию

следующих

книг

по

вопросам

атомной

энергии'

к0торь|е

бьхли

под-

готовлень1

(омиссией

по атомной энергии

сшА

м1я делегаций

стран'

принимавших

участие

1!1е>кдународной

конференции

по мирному ис-

пользованию

атомной

энергии

(Ёенева,август

1955

г.) :

9дерньле

реакторь!

для

исследовательских

целей.

9дернь:е

реакторь|.

|. Физика ядернь1х

реакгоров.

!дерньте

реа}0орьп.

1|. ]ехника

ядернь1х

реакт0ров.

!дернь:е

реакторьт.

!|1.

|![атериаль1

для

ядернь|х

реактор0в.

)(имические

процессы

оборудование.

€водка

данных

об

изотопах за 8

лет.

от и3дАт

вльствА

Ре0акцшя

лцперапурь|

п0 в0пр0сал

пехн!1к!!

(роме

тог0' из книг

этой }ке

серии

АзАатель

ством иностранной

литературь|

вь|пущень|

спра

в0чники кЁидкометаллические

тепл0носители'

11,

\2).

Ёастоящее

и3дание

предназначается

д]1я

талщргов

и металловедов'

работающих

редких

металлов

и их

сплавов.

<3ащита ядернь[х

реакгоровл.

!{астоящая

мон0

графия

так)ке

входит

данную

серию.

||еревод

вып0лнен

бригадой

в составе

1'лазу

нова

(гл.

\,4,5,6),

3верева

|'.

)1.

(предисло

вие, гл. \,4,5,8,

прило)!(ение

3),

!,1ванова !ъ4'.!'1

(тл.2-\ \\, |2,

прило}1(ения

! п-2),

-(омиссаро

вой.[. Ё.

(гл.

4) и

Федорченко

в. А.

(гл.

10)

пол

редакцией

д-ра

техн.

наук проф. {\,1еер

сона

А. (гл. 6_ 10,

предисловие_и

црил0>кен14я

и канд.

хим.

наук

[агаринского

[8. Б.

(гл.

1-5

пРвдисловив

!-[ирконий, как

и многие

другие

редкие

эле-

менты'

был открь:т

задолго

до

начала

его широ-

кого промь|шленного

пфименения. в 1789

г.

(лапрот

вь|делил

двуокись циркония

из мине-

рала

циркон.

1824

г. Берцелиус получил

метал-

лический

цирконий,

загрязненный

рядом

при-

месей, и только

в 1925

г.

ван

Аркелю и

де

Буру

удалось

получить

цирконий

в пласгичном

(ков-

ком) состоян\4\4' тто

пощебовало максимальной

очистки металла от

примесей,

том числе

и от

)кадно

поглощаемых им

га3ов

кислорода, а3ота'

водорода.

€толь

ш:ительные

ра3рывы

датах

отщытия

циркония

его

выделения вметаллическом' состо-

ян|1у|'

а затем'и

получения ковкого металла

объясня

ются тем' нто

цйрконий

принад:е)кит

числу

наиболее химически

активнь|х

металлов и

образует

прочные с0единения с

подавляющим

большинством

других

элементов. 3то

обстоятель_

ство

затрудняло

вь|деление

циркония

и3 его

прир0днь|х и

искусственн0

п0лученнь|х

соедине-

ций,

так)ке

его очистку

0т

примесей,

нто3адер-

,калопр0мь||шленн0е применение

цирк0ния'

не-

смотря на

дов0льно

!широкую

распространенность

ег0

в природе.

|-{ирконий

занимает

21-е место по

распр0стра-

ненности

элементов

в земной

коре

;

его содер--

жание

в ней (0,о25оА) прев0сходит содер}кание

таких

широко применяемь1х в технике

металл0в,

как никель'

цинк'

медь' 0л0во'

свинец'

кобальт.

?рудности,

свя3аннь|е с вь|делением чистого

металлического

циркония,

особенно с

полуиение

пластичного

металла' послу}кили

приииной

того'

чт0

перв0начально

цирконий

применяли в про_

мы1шленности

форме

с0единений

и в

качестве

рафинирующих

и легирующих

добавок

спла-

вам.

,(о

п0следнего

времени значительную часть

мировой

добьтчи

цирк0ниевь|х

минералов исп0ль-

зовали

для

производства вь|сококачественнь|х

0г-

неупоров

на

основе

тугоплавкой

двуокиси

цир-

кония

или

соединений

(температура плавления

двуокиси циркония

27Ф-2ш'), а

так)ке

ш|я

про1д'водства

специ;[льнь|х сорт0в

фарфора,

эмали

и стекол'

содеРжащих

2гФ''

|1омимо

того' высокое ср0дство

циркония

кислоролу

и а3оц обусловливало

его

примене-

ние в

качестве

раскислите]1я

деа3отк}атора

стали.

|{ир(оний

применяется'таю|(е]

качестве

легирук)щого':,'элемента

и'и

ш.тфицирующей

до

бавки в пр0 изводстве

ряда

{пециальных

сталей

сплавов

цветных

металлов.

этих

отраслях

металлургии

цирконий

используется

качестве

незначитепьных

добавок,,вводимых,.в

сплавь1

большей частью

форме

со0тветствующих

ли-

гатур.

йеталлический

цирконий

первоначально

при-

меняли

в технике в

форме

поро1||ка.

|!ри этом

использовались

его способность

быстро

сг0рать

большим

выделением

тепла и света

(за

сиет вь:-

сокого

сродства

к кислороду),

а таюке

способ-

н0сть,этого

металла

поглощать

газы.

|[ервое

свойство используется

путем введения

п0рошка

циркония

в состав взрь|вчать1х'

зах(игательнь|х

осветительнь:х

смесей' а

второе

свойство

служит

основанием

для

применения

циркониевого

п0-

ро|шка

качестве

поглотителя

остатков

газ0в

(геттера)

ра3личнь|х

электровакуу}1нь1х

при-

борах.

€равнительно

недавно

разработаннь:й

метод

получения пластичн0го

циркония

открь1л

воз_

мо)кности

применения

различнь|х

изделий

и3

компактного

циркония

(прутков, листа'

ленть|'

проволоки

и т.

п.). йсследование

чист0г0

компа}<тного

цирк0ния

показало'

что он

обладает

рядом

3амечательнь:х

свойств.

Ёесмотря

на весь-

ма

вь|сокую химическую акгивность

поро1шко-

пРвдисловив

образном

сост0янии'

к0^{пактно:!1

беспористом

состоянии

цирконий

является

одн|{м

из наиб0лее

к0ррозионностойких

металлов

вследствие

защит_

ного

действия

тонкой'

но пл0тно!"{

и химически

стойкой

окисной

пленки.

||ри вьлсоких

темпера-

турах

к0мпактньтй

циркониг'т

обладает

свойства-

ми

]'еттера'

поэто.]!1у

его и1{огда

применяют

для

изгот0вл

ения н

екоторь:х

детале

г_т

эл ектроваку)гм-

нь:х

приборов.

Бьгсокие

антикоррозионные

свой-

ства

циркония

обеспечивают

возмо}кность

его

применения

ддя

и3готовления

ответственнь|х

де-

талей

химическом

машиностроении'

в произ_

водстве

медицинских

инструментов

т. п.

'3а

последние

годь[ наибольшее

внимание

при_

влекает

возмо)кность

применения

циркония

качестве

конщрукционного

материала

для

ядер_

нь!х

реакторов-

Фбъясняется

это

тем,

что

чистого

циркония

высокая

точка плавления

(1830.),

вьг

сокая

антикоррозионная

стойкость,

хорошая

обрабатываемоеть

ценнь|е

механические

свой_

ства

сочетаются

с малым

поперечным

сечением

поглощения

тепловых

нейтронов.

|1оследнее

свой_

ств0

выявля€гся

только

при

очистке

циркония

от

примеси

всегда

сопутствующего

ему

гафния.

||осле

установления

угоЁо

ва)кного

!ля

я\ер-

ной

энергетигс*'

съойства

циркония

ра3личных

странах

за послед}!ие

годы

проводят

много-

численные

исс.,1едован

!4я ло

разра

ботке

усовер

шенствовани!о,,тех|!Фйгии..

!к}влечения

циркония

к}

прщ0дного|снрья'|очистки

..'

.,.д""*нпй'

получения

|в

ни{.чистого

1диркония'

про|д}вод_

ства

изделий

пв

ц,р*оц!1я

сплавов

на

его

основе

по

изученило.свойств.циркония

и его

сплавов.

|1ёрвонанально

сч!.ггалось'

йо

наилрший

методом

получения

_чисгого

]циркония'

обеспечи_

вающим

его".наиболее

высокие

антикорро3ион-

ные

свойства

наибольшую

пласгичность'

явля-

ется

упомянутнй

выше

метод

термической

Ауцссо-

циации

лет}ч916

тетраиодида

циркония

(метод

ван

Аркеля

Ае

Бура).

Фднако

дальнейшем

бьтло

установлено'

что на

коррозионнь:е

свойства

чистейшего

циркония'

полученного

иодиднь1м

мет0дом'

сильно

влияет

наличие

ничто)кных

коли_

честв

некот0рых

примесей.

1ак, например,

стой_

к0сть

и0дидного

циркония

воде

Ёри

повы:лен_

нь!х

темперацрах

давлениях

(нто

имеет

важ_

н0е

значенпё

д]тя

применения

циркония

9АеР-

1!ь!х

реакторах)

заметно

ухудшаетс

т1р'4 повы_

|лении

с0держания

а30та

в пределах

0т

ть|сячнь|х

до

соть|х

долей

процента.

(роме

того,

нистьпй

(иодиднь:й)

цирконий

обладает

недостаточно

вы_

сокой

пр0чн0стью.

|1оэтому

в последнее

время

развиваются

мног0численнь1е

исслед0вания

по

изучению

влияния

ра3личнь[х

легирующих

до-

бавок

цирк0нию

на

к0ррози0ннь|е

физико-

механические

свойства

получаемь|х

при

этом

сплав0в

на

циркониевой основе

и на

их

обраба-

тьтваемость.

частн0сти'

один

и3 интереснь|х

ре3ультатов

этих

исследований

заключается

том' что

некот0рь|е

легирующие

присадки

(олово,

никель,

железо

др.)

ослабляют

вредное

влияние

примеси

азота на

коррозионную

стойкость

цир-

кония

воде'

удовлетворительный

этом

от-

ношении

материал

может

быть

полунен

на

0снове

использования

технического

циркония'

п0лучен-

ного

магниетермическим

восстановлением

тетра-

х]1орида

циркония.

||оследний

метод

общепринят

д],я

прои3вод-

ства

ковкого

циркония

промышленных

мас_

гптабах,

такой

(магниетермический>

цирконий

значительно

дешевле

(и0дидного)

и г0раздо

до-

ступнее

в больхших

количествах.

Большой

интерес

представляк}т

также

иссле-

дования

полщромышленные

опыты

по

электро_

химическому

получению

|{иР(Фгл!{9.

Ёаконец,

сле-.щ,ет

упо1}1януть

о выдающихся

свойствах

ряда

}1еталлоподобных

соединений

циркония

угле-

родом'

а3отом'

кре''{нием,

бором

(карбиды,

нит_

РиА!!,

силицидь|'

бориды),

которые

привлекают

вним:|ние

как материалы

весьма

высокими

тем_

перацрами

плавления'

-твердостью'

>каростой-

костью

и к0рРозионной

стойкостью.

8се

указанное

вь|ше

о6ъясняет

большой

ин-

терес'

который проявляют

цирк0нию

и его.со_

единениям

сплавам

широкие

круги

научнь|х

работников

"и

ин)кенеров

р'''"й''*

областей

техники.

€уществующие

масштабь:

производства

цир-

кония и

его с0единений,

а так)ке

их

относительно

вь|сокая

стоим0сть

0граничивают

п0ка

во3м0}к-

ности

их

широкого

использования.

Фднако

не-

прерывно

расширяющееся

и3учение

свойств

раз-

нообразньтх

вид0в

циркониевой

продукции

вы-

являет

все н0вые

во3м0жнь|е

области

эффективно-

го

их приме|{ения.

3начительные

сь|рьевьте

ресурсь!

циркон}!я,

непрерь|вно

проводимьпе

работьт

п0

вь!явле!'ию

пРЁдисловиЁ

новых

месторождений

!{ видов

цирк0ниевого

сь|рья' а так){(е

по

усовер[шенствованию

уде-

|шевлению

технологии производства

циркония

позв0ляют предполагать'

что в бллижайшем

булу-

щем цирконий,

его с0единения и

сплавы булут

находить

все более шир0кое и

весьма

ффетсив-

н0е

применение в

разнообразньтх

важнь:х

об-

ластях новой техники.

(нига

.}]астмена и

(ерза

представляет собой

монографию' охвать|вающую все главнейшие

ас_

п е

кты_пр о бл е'т{н

г}рон3водства

применения

л{иР-

кония' затронутые

в настоящем

предисловии.

Фднако',основное внимание

авторы

уделяют

во-

пр0сам'

про:вводства,

обработки, к}г!ению

свойстц

условиям

применения чистого

ковкого

циркоЁия

и сплавов на его основе.

3начительная

ча сть

у-гих!Р0пр0сов

рассшатрива

ется в свете зада_

ни про*яодства

тобработк[{

циркония

его спла-

вов,

ф$11!$

пцим9нения

в,'качестве

*онс_

тр

ущ9цддя

ядерцц{

р_еакгор0

в.

Фдц?цо'-шцр9кое

тщательное

описание .

сопофавленйе

разлинных

методов

полг!ения

:-;

обработки

циркония

и ег0

сплавов,

обсу>кдение

их

разнообразнь|х

физико-механических

и хими-

ческих

свойств

и методов

их испь!таний,

рассмот-

рение

диаграйм

состояния многочисленньлх

двой-

нь|х

систем

цирк0ния

различными

элементап{и'

обсу>кАение вопр0сов

физинеской

металлургии

металл0графии

циркон|1я

|4 ег0

сплавов

делают

содержание

книги

ценным

не

только

д]я

специа-

лист0в' связаннь!х

с применением

циркон'4я

ядерной энергетике'

но

ш|я

широкого

круга

ин)кенеров

науч8ых

работников'

интересую-

щихся

проблемой производства

применения

циркония

разлииных

областях]техники.

Больтшой по

объему и

квалифицированный

по

содержанию труд

)1астм9на.и

(ерза

найдет

зна-

чительное число

3аинтересованных

советских

читателей

не только

среди специалистов

по

цир_

конию'

так.как

книге'3атронуто много'ва)кных

интереёных' вопросов,'илтеюфх

о$ш!9

метйи_

ческое

и научное знач€ние

]

д''8

-де14ллургов

металловедов,

работающих

области'редких

ме-

таллов

и их сплавов.

[

. А.'*7еерсон

пРвдисловив

РвдАктоРов

Фдно и3 направлений

деятельности

метал_

лургов свя3ано е

к}учением

наименее

известнь!х

металл0в с

целью

расширения

их областей при-

менения. 3а последнее

десятилетие

наиболее

бьтстро

рас|ширились

области

применения

пере-

ходнь1х элементов |! гррпы

т!.ггана'

цирко-

н;мя

гафния.

14нтерес

3тим элементам о бъясня-

ется

главным

образом'их

вь|сокой

коррозионной

стойкостью.

слрае

титана

высокое

отношение

пр0чн0сти

весу со3дало весьма

вь!годные

усл0-

вия

его

применения

!]\я

специальнь|х

конструк-

ций.

случае

циркония

и гафния

их

ядернь|е

свойства

слу}кат

основанием

ш|я

использования

первого

качестве конструкционного материала

ш|я

реакторов

и второго

ш|я

целей

управления

реактором.

Аля

,всех

трех

металлов процессь|

(ролля

де

Бура сыграли

3начительную

роль

ра3в|4тип

производственнь|х

методов 14х полу_

чения.

3а

последние

пять лет е}кегодное

прои3вод-

ство пласти[{ного

циркония

возросло

с очень

маль1х

количеств

до

нескольких

с0т тонн.

?акое

бьлстрое

ра3витие

производства

циркония

мо)кно

приписать

энергичному

руководству

к0нтр-адми-

рала

Риковера

!д} Фтдела

разработки

реакторов

(омиссии

по

атомной

энергии'

являвшегося

так)ке

руководителем

Фтдела

ядерной

энергии в

управлении

кораблестроения и

ремонта

военно_

морского

флота.

Адмирал Риковер

бь:л

инициа_

тором

ре|шения

об использовании

циркония

качестве

конструкционного

материала

реактора

на

тепл0вых

нейтронах

для

энергосиловой

уста-

н0вки

подводной

лодки.3то

решение

сопрово)к-

дал0сь

бурньпм

ра3витием

производства

цирк0-

ния'

метод0в

его

обработки и испьттаний.

3тиусилия,

вероятно,

не имели

подобньлх при-

меров

ист0рии

металлургии и

достигли цели

на

пр0тяжении

всего

ли|шь нескольких

лет'

сначала

на

этапе

успетшной

работьп

со3данного

на

суше

пр0тотипа

атомной

энерг0силовой

установки

для

подводной

лодки

к}1арк-1>

затем в

недавних

успе1пнь!х

испь|таниях

американской

подводной

л0дки

кЁаутилусп

первой

подводной лодки,

прив0димой

движение

атомной

энергией.

?аким

образом,

цирконийл

стал

играть ва)кную

роль

ядерной

энергетике,

теперь

0т;

находится

так)ке

на

п0р0ге [шир0кого использования

при изгот0в-

лении

химического о борулов ан14я.,['ополнител

ь-

ная

ценностьэтой

программь|

состоит

ра3витии

о|д}водства

гафния;

всегда сопутствующего

ци

конию.

[афний впервь|е

на1шел

применение

в боль-

[шом

масштабе

качестве

материала

для

регули-

рования

работьп

реактор0в.

Ёесколько

лет

стало

ясно'

чт0

ш1я

со-

действия

далья9йшему

технологическому

прог-

рессу

необходимо

|аюке

изучение

многих

уни-

кальнь!х

неядернь|х своиств

преимуществ

цир-

кония

с0 ст0р0нь1

промышленнь|х

предприятий

промь|шленнь|х и

университетских

исследова-

тельских организаций.

Фднако

3начительная

часть сведений, кот0рые

могли

бь: слу>кить

таким

целям'

была

сосредоточена в закрь1ть|х

д0кумен-

тах'

отчетах

об исследованиях'

протоколах 3асе-

даний

ра3личнь|х

комиссий

т.

д.

находила

путь в открьггую литератуРу

лишь

с течением

времени. ||оэтому,

поб}>клая

написанйю этой

книги'

адмирал

Риковер

преслед0вал

двоя[9ю

цель:

оказать

помощь в

проведении

дальнеи|ших

фундаментальнь!х

исследований

по

металлургии

циркония

стимулировать

развитие

производства

циркония

в частной

промь|[шленности. Бьшо

ре-

1шено,

что

каждая

стадия технологии

!|иркония

булет изл0)кена

в этой

книге

теми специалистами'

которые являлись

отв етствен

ными за с

оответству-

ющий

участок

работ

по

цирконию

период их

органк}ации

(омиссией

по

атомной

энергии

американским

военн0-м0рским

флотом,

что

дол-

>кно

было

способствовать

наиболее

критическому

авторитетному

обсуждению

предмета.

Развитие

технол0гии

циркония

происходило

своеобразнь|м

путем.

||ервое основное

применение

циркония

качестве конструкционного

материа-

ла

для

ядерных

реакт0ров

потребовало

ра3ра-

ботки методов

в0сста!т0вления' очистки,

плавки

обработки больших к0личеств

металла'

исч14сля-

емь|х

тоннами' причеп1

первоначально требовался

металл

наиболее вьтсокой

чистоть1. ||озднейлшие

технол0гические

усовер|шенствования

позв0лили

использовать менее

чисть|е

и более

де1шевые

с0рта

металла'

развитие

прои3водства

переключилось

в большей степени на исполь30вание

последних.

1аким

образом,

пре}кде чем

началось

шир0к0е

пРвдисловив

РвдАктоРов

применение

менее

чисть|х

сортов'

представлялась

весьма благоприятная

в0змо)кн0сть

получения

сведений о свойствах

чистого

металла.

Б процессе

подготовкинастоящей

книги были

опубликованы

две

другие

книги п0

цирконию:

одна

и3

них

сборник

к{ирконий

цирконие-

вь|е сплавы))'

содер)|(ащий

статьи,

представ-

ленные на

симпозиуме'

созванном

&ериканским

обществом

по

изунению

металлов;

другая

книга

йиллера

|'.А.

<{ирконийп

опубликоЁ!на

Анг-

лии.

|{елью настоящей

книги

является

крити-

ческое

и широкое

обсу>кдение

всех направлений

техн0логии

циркония.

Ёасколько

это было

воз_

мо)кно'

ряд

3акрыть1х

даннь!х

по

цирконию

бььт:

фссекренен

14 включен

эту

кйигу. Были

принять[

мерь!

к тому'

особенно

главах

по

кор-

рози[4

и по

механическим

свойствам,

цгобы

не

исп0ль30вать

данньте

тех

работ,

к0т0рые

ка3ались

не

вполне

наде)кными'

вследствие.

3агря3нения

исследовав]шегося

материала

или неправильной

методики.

Б главах,

касающихся

процессов

про_

к}водства

циркони'|'

например

в главах

по по'у-

чению

металла

и е1о

обработке,

бььт:о

обращено

внимание

на

то; зпобъп

ис'пользовать

даннЁе,

про_

вереннь!е

на

практике.

9старев|1114е

14лц

менее

пригоднь|е

практические

методь!

рассматрива-

лись

лишь п0путн0.

€

другой

стороны'

чтобьл

удовлетворить

интересь|

научнь!х

работников,

бь:ли

вголючень:

наблюдения'

которьпе,

во3можно'

недостаточно

хор0шо

п0дтверждень!'

но

м0гут

привести

на'правильнь:й

путь

других

исследо-

вателей

;

д],я

этой

>ке

цели

во

многих

разделах

обсухсдень:

вопрось1'

требующие

дальнейш:их

исследований.

Редакторь:

считают

необходимым

выразить

благодарность

адмиралу Риковеру,

без.поддерж-

ки

которого п0явление

этой

книги

было

бьп не-

во3мо)кно'

авторам

глав

разделов

за

их труд;

д-ру

джонсону

(Беттис

плант)

за его помощь

при

составлении

плана_

книги и

последующее

руко-

водство;

ш[енам

Фтделения

морских

реа[соров

Фтд0ла

реакгоров

(омиссии

по

атощной

энер}ии

за

их пом0щь

в подг0т0вке

настоящей

кнйги;

сотрудник:!м

национальных

лабораторий

других

орган|4}аций,

работавших

по

3ад:1ниям

(омиссии

по

атомной

энергиц

которые выполнили

большое

нисло

работ

внесли

много

ценных

пред:ожений

пди

!тх

обсул<дении'

и, након€4,:'9:д'.',

}(рус

(Бетп.:с'цлаф,

проделавшим

большую

раб6|у

по

редакционному

пр0смотру

кйиги.

Б. }1асп,тцеЁ,

Ф.

|{ерз

мл.

циРконип

у\

[-лава

вго

пРимвнвнив

ядвРнь!х

РвАктоРАх

истоРичвский

оБ3оР

,{етве:щ

!!цллт:

.'.''.

йстория

:1иркония

яв,,|яется

интересным при_

мером

того'

как

тщательность

наг!ного

исс.,|ед(Р

в;1ния

в соче!зцри,,с,техцическим

прогрессо}"1:-в

явно.де связанных

межд!г

собою

областях

}1о)|(ет

о бусловить,бнстрое

ра3витие

про|вводства

мате.

риала, д9 того др9м'ени.не

находившего

приме-

нения..''...1'

-'::,1;,.,:;.:,.':'

.]:':: ::

Бершелиу9'первый

вьцепил

цирконий

в'ла_

Фраторнцх,'!(0]|}|{!0$13ах

ь.:1824,

,Фн

другие

исследователи,.

|а3учавшие

свойства

циркония'

не

обнару.жили

ничего

особенно

интересного

главным

образом

потоми

что''не

смогли

устано-

вить

влияние на

его

свойства

различных

при-

месей

и получитъ:

й€[?.|1.|1

,достаточно

высойой

степени

чистотн.

}!а

протя)кении

первых

ста лет

своей

истории

1иру9!4й

остаьался

лабораторной

редкостью.

Ао

!925

г.

в технологии

получейия

этого

металла

не

наблюдал0сь

существенного

пр0гресса'

кото-

рый

начался

лишь

после

разработки

ван

Аркелем

де

Буром

и0дидного

способа

рафинирования

циркония

других

металлов.

|1о

этому способу

тетраи0дид

циркония

разлагается

на

раск?.}|0Ё-

ной

нити,

даваА

пругок

металла

вь:сокой

степени

чистоть|.

1ак

на3ьтваемь:й

иодиднь:й

металл,

или

кристаллический

пруток'

0казался первым

образцом

п{еталлического

циркония'

кот'орыйл

поддавался

холодной

обработке

обладал

хорошей

пластичностью

при

комнатной темпе-

ратуре.

--_-[р'ц..с

де

Бура

требует

применения

вакуум-

ной*

аппарч1урй;

поскольку

кристалличеёйий

пруток

крайне

чувствителен

к'дет!ствию

во3-

{}ха.

||одача

элёктроэнергии

д0л}кна

регули-

Р::1]ься

для

поддер)!(ания

постоянной

тем-

::Ратурь1

кристаллического

прутка

во время

]'|о__

по

ста.

3ти

фал<торьт

увеличивают

труд-

ности'

встренающ1.'еся

при

со0ружении

уста-

новок промы[дленного

масштаб_4.-

1ем не

менее

иодидный процесс

6ыл примеЁ9!||*д}-.

пРои3в0дстве

цирк9ния.$

в течение

р8да',де*..Фужил

источ-

уиком

высококчаественного'.'.,]|Ф.

й,

дорогого

материала.

-,'

...'-'--. .

,:'

[]аиболее.

3начите.}1ьная

'нащЁ.

этог0 металла

рименялас

элепсгройнйх

лрййЁа'!

ш'я

по гл0_

]цения. остаточных

;.газоЁ{геттерирование)

д'|я

и3готовления

деталей,эле[$ронных

л:!мп.

(роме

тог9'

было,.обнаР1хсФо;,'$,

".корро3и-

онная стойкость

{{иР(они8:;:.:д[*}в9л1€т

|при-

менять

его

лля

|ц}готовления?-х!'рургических

инструментов' химической

аппаРа1}Ры, в

элек_

тротехнике'

ювелирном

деле

.и'.во8мо}(но,

для

и3готовления

предметов

домашнего

обихода при

условии

роста

производства

сни}кения

цен.

|1оротшковый

металл применялся

д!1я

свето-

вой сигналк}ации'

фейерверков,

прок}водства

детонаторов,

однако

общий выпуск

его

для

этих

целей даже

в 1948

г.

составлял

лишь

несколько

тысяч

кил0грамм0в.

Бттовь полученнь|е

сведения

ценных

свой_

ствах

циркония

побудили

|'орное

бюро

€[1|А

начать в

январе 1945

г.

опь|тные

работы

на своей

экспериментальной

базе в

Флбани

(тлт.

Фрегон).

3ти

работь:

проводились

цод

руководством

(ролля,

которьлй

как

ра3

перед войной

разрабо-

тал способ получения

пластичного

титана. Фн

бьтл

уверен'

что

аналогичный процесс по3волит

получить пла

стичнь|й

цирконий

без

дополнитель-

ньтх больгпих

затрат на

иодиднь|й процесс

рафи-

}{ирования

1943 г.

фирма

кФут

мине!а;_|л) п!о[ала 36 е

иодидн0го

циркония

по

цене

примерно

1390

долл.

за

| ке.

1945 г. прои3водство

и0дидного металла

этой

фирмой

увелииилось

д0

9,5 ке, а

цена

сни3и-

лась

до

694

долл.

за \

ке.

в 1948 г.

фирма

продала

ке иодидного

металла по

цене

от 300

до

520

долл.

за

1 ке. Б том

)ке

году

опытная

установка

[орного

бюро

вьтдала

976

ка

губяатого металла'

содержащего

99,5о/.

7т

(вместе

с Ё{).

||озже

-с4$/.

мвтАллуРгия

циРкония

[орное

бюро

построило

более

крупнь:й

опьлтньтй

3авод (на средства Бюро

судостроения,

/т1орской

департамент)

годовой

производительностью

около

6800

ка металла. |'убиатьлйметалл

приме-

нялся

осн0вном

д]1я

исследовательских

целей

и в качестве исх0дного

материала

для

процесса

де

Бура. |!о

мере

улуч1шения

технологии

пр0из-

в0дства

качество

полуиаемой

губки

постепенно

улуч1палось

и появилась

реальная

возмо)кность

дальнейтпем

0тказаться

от

рафинирова1{ия

ме-

талла

по

способу

де

Бура.

3та возмо>кность

бьтла

д0стигнута

1952 г.

\94т г. поло)*(ение

цирконием

0пись|ва-

лось

[1]

следующим

образом:

<|_[ирконий

обла-

дает

многими

свойствами'

которь|е п0зволяют

успе1шно

применять

его в

ра3личнь|х

областях.

3тот

блестящий,

не поддающийся

р)кавлению

металл

по

распр0страненн0сти

земной

коре

превосходит

медь и свинец.

Ёо

цирконий

оста-

нется

редким

металл0м

до

тех пФР,

пока

не

возникнет

необходим0сть

его

широйого

приме-

нения).

Фдной и3

таких

областей

применения

цирко_

ния

явилась

ядерная энергетика'

чт0

начало

сказь!ваться

на

размерах

пр0изводства

металла

1948

г. 14нтерес

цирконию

возник

фактииески

почти

одновременно

двух

сторо|{.

Бначале

8оенно-возду!||нь|е

силь|

за

интересовались )1(аро-

пр0чнь|ми

свойствами

циркония,

поскольку

Ёьг

с0кая

температу!эа

плав-г|ен14я

|1.хорошая

-стой-

костБ против

коррозии при

комнатной

темпера_

цре

'по3воляли

исполызовать

его

качестве

осн0вы

для

}кар0прочнь[х

сплавов.

|1о

инициа-

тиве'Боенно-воздушных

сил

бь:ли предпринять!

интенсивнь|е

исслед0вания

циркониевых

сплавов

в [орном

бюро

других

оргаг{изациях

надежде

разработать

)каропрочный

сплав.

(

со>калению'

ока3алось'

что прочность

циркониевых

сплавов

повь|шением

температуры

довольно

бьпстро

п0ни)кается'

до

сих

п0р не

удалось

раз-

работать

сплавь[

достаточной-

стойкос1ью

!Р91ив-

окисления

при

температурах

вь|ше

5ш'.

в настоящее

врейя

'интереё

цирконию

данной

области примен|ения

явн0

по[шел

на

убьлль.

8о

второй

областй

применения

циркония

сторонь! (омиссии

Ёо

Атомной

энергии

(кАэ)

продол)кает

возрастать.

3то

является

нагляд-

1у..

примером

влияния

одной

области

науки

на

другую

ва)кн0сти

накопления наде)кнь1х

данных.

^^_9:,:

событий,

которь|е

^'".'"'^,

счете

при-

вели

производству

циркония

крупнь|х

мас-

:1111*,

началась

!азуиения

(ауфма'ном

йасса-

чусетском

технол0.гическом

институте

(мти)

попёреннь:х

сечений-

_поглощения

нейтронов

ра3-

-ч|4чнь|х

элементов.

}(ауфман

ус0111нился

в пра-

вильн0сти

значения

Ф,25

барн|

для.

циркония,

которое не

с0впадало

другим

известнь}м

3на-

чением

в 2,5

барн.

Бсли

бьт

меньшее

3начение

оказалось

правильнь|м'

эт0

весьма

увелииило

бьп

возм0жн0сть

применения

циркония

ядернь|х

реакторах.

|1ров_ерка

п0ка3ала'

что'

со}ка-

лению'

цифра

Ф,25

бьтла

опечаткой.

Бигнер

1!---9криркскои

национальной

лабораторий

(онл)

3аинтерес0вался

этим

вопр0сом

и пору-

чил

своим

сотрудникам

провести

дальней:шие

и3мерения.

Результатьп

опытов,

проведеннь|х

||омерансом,

ока3ались

нрезвь:найно

интерес-

нь|ми,

как

будет

показано

ни)ке.

3 природе

цирконию

всегда

сопутствует

в не-

0ольших

количествах

гафний,

цмеющий

большое

сечение

п0глощения.

Разделение

у1

да)1(е

хими-

ческ0е

определение

этих

двух

металлов

всег-

да

с0пряжень|

с большими

трудностями'

и,

так

как^пРимесь

нфольт'|ого

кйичества

таф-

ния

(1-3о/)

как

будто

б(т

не

ока3ывала

влия-

ния

на

физинёские

свойства

циркония,

гафний

почти

всегда

присутствовал

небольших

п|оли_

чествах

техническом

цирконуттц.

11о

эта при-

месь

существенЁ6

Ёлияла

йа

величину

сечения

погл0щения.

|!оскольку

начальные

опыты

дал\4

(истин_

ноФ).3начение

сечения

поглощения

циркония

порядка

0,4-0;5

бартн;

сотрудн;ки

окрййсйо*

ла0орат0рии

решили

провести

н0вые

}п}мере-

н|1я

11а

ме3а.т1'9;.

!о

сущ99]в}.,_9Р9фдном'от

уРимеси

гафния|'.,пблун{!нцой

.Ёри

1содёйствии

Ё ационал

ьуого:

,,бюр9-..

стацдащ-6**'}ти-"

и3ме-

рен|Ая'

.проведенные

]цачал9 ,,1948:,г.':,

дали

3наче-:ие

ё€{€г![41'

поглощёния1:,]

нё.*

]йрёвь|шаю-

щее

0,4

барн.

Аальнейшие

эксйерйенты

по

улучшенно[

'методике

показали"ъщё:]иеЁЁшее

значение.

:'1":::

;_.:'

.-:':].'_.|:::

--_}-д.^ду

тем

благодар8

усил14ялг

(йуфмана

!у1.[А

и 9нтермайера

0нл

металлургй{

цирко-

ния

0ыстро

ра3вивалась. ,(ополЁйте1ьное

изу-

чение

-металлургине3ких

вопросоЁ'

б:йо

провед1-

но

14нституте

им.

Беттела,

принёй.оё0б6е

вни-

мание

уделял0сь

разработке

экон0мичных

мето-

дов

удаления

гафния.

то

же

время

бьлли на-

чаты

опь|ты

реактоРе

ш:я

определения

ффек-

тивн0сти

применения

циркония.

|1ервой

органи3ацией,

установйвйей

в0зм0}к-

ность

немедленного

исп0льзования

цирк0ния'

бьшо

Фтделение

энергетических

реакторов

при

онл.

Фхлаждаемьхй

водой

реатс6р,

на

кот0ром

проводились

испь|тания'

не

являлся

реакт0ром-

размн0жителем'

п0этому

допускалось

приме-

нение

нем

материала

с сечением

погл0щен'{я,

равнь|м

0,4

борн.

\ барн

равен

10_]2{

сл9.

Более

подробные

данные

сечениях

поглощения

других

ядерных свойствах

цир-

кония пр}|ведень1

разд.

з9дернь:е

реакторь|,}.

г_ц.

циРкони[2[

вго

пРимвнвнив

ядвРнь1х

РвАктоРАх

!з

|-{ирконий как

к0нструкционньлй

материал

обладает значительньт]!1 преимуществом

перед

алюминием

благодаря своей

более вьлсокой

кор-

розионной

стойкости.

|!рименение

циркония

качестве

конструкционн0го материала

позволило

повь|сить

температуру

0хла)кдающей

водьт,

увели-

чить теплообмен и

повысить

коффициент

полез-

ного

действия

реактора.

|1осле

дополнительнь|х

исследований,

прове-

деннь|х

1949 г.'

кот0рь|е

дали

благоприятные

результать|,

Фтделением энергетических

реакто-

ров

цирконий

был

вь:бран в

качестве

конструк-

ционного

материала

для

реактора

на

тепловых

нейтронах

д]|я

подводной

лодки

(8тк).

3то

реше-

ние

дал0

сильньпй

толч0к

развитию

производства

циркония.

||оявилась

необходимость

!а3!а:

ботке

ффективного

метода

отделения гафния

производстве больт:.гих количеств

цйркония

вы-

сокой чистоты'

свободного

от

гафния,

и в'!31}:

работч.-тёхнологии.

йготовлейя

и!депий'

:в

цирк0ния.

}('1950

л.'химцн6ской,г!}ппой

у.12 онл бй

разработан

достаточно

хорс5ший

способ

разделе_

нуця&г.дт. Ё{.

результате

совместнь|х

усплпй

этой-,группы,

1'орйого

бюро

других

учре)к-

денйй$ыло'получено

-2,7

полосового

]|{€-

]?.11.!1?.:,....'.".:'

'-.-4.,::

:..,::

....:.' .:....

Б то

же

время

бьшло предусмотрено

расшире_

ние

3авода

|орного

бюро

рля

производства

цйр_

к0ниевой

губки;

фдрмой

<Фрг

был зайюнен

к0нтра[сг

на

переработку

губнатого

металла

к0рр0зионностойкие

кристаллические

прутки.

||озже

Фтделением атомной

энергии.

фирмьт

<Бес_

тингаув))

(оАэв)

бь:л

построен

и пущен

зав0д по

произв0дству

и0дидного

циркония,

которь|й пос_

тавлял

большую часть

циркония

для

а:оивной

з0нь1

реактора

$1&.

8се

металлургические

лаборатор14|4'

связан-

нь|е

Фтделом

ядернь!х

реакторов

(А3,

развер-

нули

14сследования

циркония

|1 его

сплавов'

их

физииеских

и механических

свойств;

:1€)(ЁФ-

логии

и3готовления

и метод0в

испь!тания

к}_

делий

из

циркония,

а также

изучение

его

кор-

р03и0ннь|х

свойств

и метод0в анализа.

(

июню'

1953

г.

бьтли

проведень|

интенсивные

исслед0ва-

ния,

которь|е

привели

следующим

резуль-

татам:

€ечение

п0глощения

циркония

бьтло

най-

дено

рзвнь|м

0,18;!0,02

барн.

Бьхло

закончено

соору)кение

активн0й

зоньп

реакт0ра'

явив1шегося

пр0тотипом

реактора

для

подводной

лодки

($тк).

Реа:оор

достиг

крити-

ческого

состояния.

этом

реакторе

использовали

испь|таннь|й

на

коррозию

кристаллииеский

цир-

кон1печуй

пруток

фйрмьл

.Ф]'",

и ФА3Б.

о.-

|-{€на

кристаллического

прутка

цирк0ния

с-небольш_тим

содержанием

гафния

сни3илась

до

долл.

за

ке.

!-*;:!

;,ф,

[|роизводство

циркониевой

губки на

3ав0де

[орного

бюро

возросло

до

\|,3 тп в.месяц'

ка-

честв0

металла

улуч{1]илось

настольк0'

чт0

стало

практически

равнь|м

качеству иодидног0

цир_

кония.

!_{ена

1.1иркониевой губки с маль|м

с0дер-

жанием

гафния,производимой ['орньлм

бюро,

сни-

зилась

до

д0лл.

за

| ке. ||оставщик практи-

чески

3ак0нчил стр0ительство

своего

3ав0да

для

кАэ

производительн0стью по

крайней

мере

цирк0ния

г0д по

цене

менее 33

долл.

за

ке.

Бьлло

разработано

несколько

сплав0в'

превосх0дящих п0

пр0чности

чисть:й

цирк0-

ний

при такой

же' а

в некоторь|х

случаях и

более вьтсокой,

к0рр0зи0нной

стойкости

г0ря-

чей воде.

с?могФ.

реакгора

$?Р

с применением

одн0г0

из

циркониевь1х

сплавов

вместо

щисталлинеск0го

прутка

чистого

циркония.

|,1нтерес

цирконию

п0

мере

снижения

цен

продолжает

возрастать

и в

других

отраслях про-

мышленности. [лавной

прининой

угого

является

выдающаяся

коррозионная стойкость

цирк0ния

некоторых

его сплаЁов по

отно'1|ению

к жид_

костя|}1.

3начительньтй

промыш.тленный

интерес

цир_

ко

нию подгвер}кда

е1ся тем

успехом;

которьтй ийЁл

сборник.л0

цирконию

[2!.'

[1о общему

мнению'

цирконий

имеет

ва)кн0е промьгшленноё

значение.

3то открьтвает [шир0кие

в0змо}кности

для

иссле-

довательских

работ

п0

и3учению

способов

извле-1

чения металла'

разработке

сплавов на

его

основе

и техн0логии

изготов

ления

изделий.

||оскольку интерес

цирконию

вь[зь1вается

главнь1м

образом

возможн0стью

применения

этог0

металла в

ядернь|х

реакторах'

краткое

описание

реакт0р0в

помо)кет

ознак0миться

с необьгчнь:ми

свойствами

цирк0ния

п0слу)кит

введением

более

подробному

рассмотрению

его

техг|ологии

в последующих

главах.

(онструкционнь|е

материаль|

ядернь[х

реак-

торах

служат

для

предохранения

ядерного топ-

лива от

корро3ии' создания

поверхн0сти

тепло_

обмена или

опорнь|х

конструкций.

?акие мате-

риаль|

д0лжнь|

обладать надле}кащими

механи-

ческими свойствами

коррозионной стойкостью

против

действия

тепл0н0сителя

при

рабоией

тем-

пературе'

а так)ке не

должнь|

сильн0

погл0щать

нейтроньт.

|1оследнему

требованию

среди

обьлч-

нь|х

конструкционнь!х

металл0в

отвечают тольк0

алюминий

и магний. Бвиду того что

алюминий

во многих отношениях

более пригоден'

чем маг-

ний, его широко

применяют в

реакторах'

где

ра-

бочие

условия

обеспечивают

удовлетворительную

прод0л)кительность

слу>кбь:.

||ри

повь:шеннь|х