第4講鋯鉿及其合金稀有金屬王國中的姊妹花第4講鋯鉿及其合金稀有金屬王國中的姊妹花鋯的屬性概述原子時(shí)代的第一金屬鋯于1789年發(fā)現(xiàn),1824年制得金屬鋯，1944年開始大規(guī)模生產(chǎn)；銀白色金屬，粉末均呈黑色,在862℃發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變，由低溫時(shí)的密排六方結(jié)構(gòu)(ɑ相)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷貢r(shí)的體心立方結(jié)構(gòu)(β相)，熔點(diǎn)1852℃。在酸、堿等介質(zhì)中，表現(xiàn)出良好的耐蝕性；較好的加工性能和焊接性能和良好的機(jī)械性能；強(qiáng)度隨著溫度的增高而下降，在500℃以上就會(huì)喪失其優(yōu)良的耐蝕性能；鋯具有優(yōu)異的核性能，它的熱中子吸收截面只有0.18×10-28m2，僅次于鈹(0.009×10-28m2)和鎂(0.06×10-28m2)；鋯礦：鋯英石(鋯石ZrSiO4)和斜鋯石(天然ZrO2)；粉末有很強(qiáng)的吸氣能力，鋯可以吸收40％（原子分?jǐn)?shù))的氧或20%(原子分?jǐn)?shù))的氮。鋯和鉿在礦石中共生，用一般方法很難分開。鋯的屬性概述原子時(shí)代的第一金屬鋯于1789年發(fā)現(xiàn),1824鋯及鋯合金的應(yīng)用在核反應(yīng)堆中的應(yīng)用鋯合金反應(yīng)堆堆型用途Zr-2沸水堆（BWR）燃料包殼管及其他結(jié)構(gòu)材料Zr-4壓水堆（PWR），坎杜堆（PHWR），低溫供熱堆燃料包殼管、控制棒導(dǎo)向管、測量管、定位隔架、端塞、元件盒等Zr-1Nb俄式壓水堆（VVER-400、VVER-1000）和沸水堆（RBMK）燃料包殼管及其他結(jié)構(gòu)材料Zr-2.5NbZr-2.5Nb-0.5CuPHWRRBMK壓力管、工藝管、元件盒、隔環(huán)在化工中的應(yīng)用Zr702、Zr704、Zr705和Zr706；熱交換器、洗提塔、反應(yīng)器、泵和腐蝕介質(zhì)管道等；對(duì)鋯材表面進(jìn)行氧化預(yù)膜、噴涂或電鍍其他金屬，是提高鋯的耐蝕性的有效方法。鋯及鋯合金的應(yīng)用在核反應(yīng)堆中的應(yīng)用鋯合金反應(yīng)堆堆型用途Zr在其他工業(yè)中的應(yīng)用作貯氫材料；在電氣、電子工業(yè)中用作吸氣劑、柵極和電容器；武器中可作炸藥、爆燃劑、引信和熱電池發(fā)射材料等；利用鋯的高熔點(diǎn)和高發(fā)射能力，鋯還被用作等離子切割電極；冶金工業(yè)中，鋯作為合金添加劑，可以改善合金性能；鋯及肌肉、骨骼和腦組織相容性好，可用來制作外科手術(shù)用的各種醫(yī)療器械和其他生物醫(yī)用材料；鋯及鋯合金還被用來制做各種首飾以及高檔裝飾品。ZrO2陶瓷用作狄索爾內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)零件；ZrO2陶瓷硬度高、耐腐蝕性好、無磁、不導(dǎo)電，在現(xiàn)代刀具、磨具、醫(yī)療器械、人造關(guān)節(jié)、骨胳方面都取得廣泛應(yīng)用；在軍事上ZrO2被用來制作防彈盔甲，在加工工業(yè)中，ZrO2已用來制作陶瓷軋輥等。鋯合金的應(yīng)用在其他工業(yè)中的應(yīng)用作貯氫材料；ZrO2陶瓷用作狄索爾內(nèi)燃鋯鉿分離技術(shù)熔鹽精餾法生產(chǎn)原子能級(jí)海綿鋯工藝熔劑萃取分離工藝制取原子能級(jí)海綿鋯鋯鉿分離技術(shù)熔鹽精餾法生產(chǎn)原子能級(jí)海綿鋯工藝熔劑萃取分離工鋯的合金化原理鋯的氧化膜成長理論是，氧離子沿著膜中陰離子空位擴(kuò)散，穿過氧化膜到達(dá)金屬表面，而電子從金屬表面向外運(yùn)動(dòng)，使氧化膜在金屬和氧化膜界面處生長。二者平衡速度或氧離子與氧化膜中空位的置換速度是腐蝕速度的控制因素。因此，任何外來的間隙陽離子都會(huì)減少陰離子空位數(shù)目，降低氧離子的擴(kuò)散。但是，低于四價(jià)鋯的置換陽離子和高于二價(jià)氧的陰離子都會(huì)使陰離子空位數(shù)增多，加速腐蝕。加入同族或第VB、VIB、VIII族元素作為合金元素，當(dāng)它們進(jìn)入氧化膜時(shí)，將增加氧化膜內(nèi)的電子濃度，減少膜中陰離子空位，從而能抑制氧離子的擴(kuò)散，降低腐蝕速度。鋯中氮的較嚴(yán)重有害作用原因是N3-能置換氧化物晶格中的氧離子，產(chǎn)生附加的空位，因此增加了鋯的腐蝕速度，但是加入錫后，因N3-及氧離子空位力圖停留在Sn3+離子附近，三者組合后可動(dòng)性差，故使空位遷移率降低，所以錫能抵消氮的有害作用，降低鋯的腐蝕速度。鋯的合金化原理鋯的氧化膜成長理論是，氧離子沿著膜中陰離子空1）合金元素的熱中子吸收截面應(yīng)當(dāng)小，這才能保持鋯的熱中子吸收截面低的優(yōu)點(diǎn)；2）合金元素應(yīng)該保證該合金制作的堆芯結(jié)構(gòu)件在反應(yīng)堆整個(gè)運(yùn)行壽期內(nèi)的耐蝕性能；3）合金元素應(yīng)該保證該合金制作的燃料元件和管道等結(jié)構(gòu)件，在反應(yīng)堆運(yùn)行的各種可能的工況（包括功率突變和事故情況）下力學(xué)性能穩(wěn)定可靠。4）合金元素不應(yīng)形成具有強(qiáng)

放射性的長壽命的放射性核素如60Co，因?yàn)檫@將提高反應(yīng)堆卸料、乏燃料元件存放和運(yùn)輸?shù)某杀?。鋯合金化?duì)合金成分的要求1）合金元素的熱中子吸收截面應(yīng)當(dāng)小，這才能保持鋯的熱中子吸收Zr-O系平衡相圖Zr-H系平衡相圖鋯合金二元系平衡相圖Zr-O系平衡相圖Zr-H系平衡相圖鋯合金二元系平衡相圖合金元素在鋯中的作用合金元素對(duì)鋯的二元合金在20

C和500C時(shí)機(jī)械性能的影響合金元素在鋯中的作用合金元素對(duì)鋯的二元合金在20C和50含錫量對(duì)鋯合金耐腐蝕性能的影響（海綿鋯含0.006%N，電弧熔煉）1－60℃，86天；2－315℃，162天；3－315℃，44天。以Zr-1.8%Sn為基含有Fe、Cr或Ni的三元合金的耐蝕性能含錫量對(duì)鋯合金耐腐蝕性能的影響（海綿鋯含0.006%N，電弧合金元素對(duì)鋯吸氫量（在水和蒸汽中試驗(yàn)3000h所釋放的總氫量）的影響合金元素對(duì)鋯吸氫量（在水和蒸汽中試驗(yàn)3000h所釋放的總氫量氮、碳能提高鋯的熔點(diǎn)和相變溫度。氮在低溫下有強(qiáng)化作用，當(dāng)?shù)窟_(dá)到0.14%時(shí)，可使鋯的室溫沖擊韌性降低。氮在鋯中對(duì)鋯的耐蝕性能造成災(zāi)難性的損害，通過加入適量的錫能抵消氮的危害。氫可溶于鋯中，當(dāng)氫含量超過溶解度時(shí)，就會(huì)析出氫化物，發(fā)生“氫脆”，使塑性、沖擊韌性降低。鋯中的氫可在高溫下逸出，因此，真空退火可將鋯中的氫除去。碳在鋯中的溶解度極小，因而固溶的碳對(duì)鋯的機(jī)械性能影響微弱。超過溶解度的碳，會(huì)在鑄錠中形成網(wǎng)狀脆性碳化物，能導(dǎo)致鑄錠在加工開始階段的嚴(yán)重開裂。硅在室溫和高溫（650

C）下都有強(qiáng)化作用，但對(duì)沖擊韌性有降低作用。雜質(zhì)元素在鋯中的作用氮、碳能提高鋯的熔點(diǎn)和相變溫度。氮在低溫下有強(qiáng)化作用，當(dāng)?shù)喓辖鹑蹮挸设T錠之后的熱機(jī)械處理：在β相區(qū)加熱鍛造;β相區(qū)均勻化處理及隨后的水淬；在α相上部溫區(qū)或α＋β相區(qū)鍛造、熱軋和擠壓；一系列冷軋、中間真空退火及成品退火。熱處理及其顯微組織強(qiáng)烈地影響鋯合金的組織和性能鋯合金熔煉成鑄錠之后的熱機(jī)械處理：熱處理及其顯微組織強(qiáng)烈地(1)β淬火

在β相區(qū)的均勻化使得所有的第二相粒子完全溶解。在1000~1050℃保溫30分鐘后晶粒尺寸可達(dá)到幾個(gè)毫米，由于大的合金鑄錠冷卻速度較慢，水淬時(shí)β晶粒是通過貝氏體相變轉(zhuǎn)變成α針狀組織。β共析元素因相變被排斥到相變前沿，并且在這些α針界上析出。這一β淬火組織是進(jìn)一步加工的基準(zhǔn)狀態(tài)。冷加工工序和中間再結(jié)晶退火可以進(jìn)一步控制沉淀相的尺寸分布。Zr-2合金在1010℃（β相區(qū)）以上鍛造，并立即淬火，再經(jīng)α處理和一系列加工再結(jié)晶處理，可使第二相粒子呈點(diǎn)狀彌散分布，蒸汽中腐蝕增重減少15~20%，吸氫量降低40%，機(jī)械性能也得到改善。這種工藝在Zr-2和Zr-4合金的加工中廣泛應(yīng)用。Zr-2、Zr-4合金淬火的臨界冷卻速度約為50℃/秒。Zr-4合金的性能對(duì)β淬火比Zr-2合金更敏感，而β處理能產(chǎn)生這些效應(yīng)主要是含鐵的緣故。

(1)β淬火在β相區(qū)的均勻化使得所有的第二相粒子完全溶解。(2)退火在板材和管材經(jīng)冷加工之后，為了恢復(fù)塑性，必須經(jīng)過退火處理。退火溫度一般選在530~700℃范圍，可獲得再結(jié)晶組織，其顯微組織是等軸的α晶粒和位于α晶界上及彌散于晶內(nèi)的沉淀相。鋯合金的再結(jié)晶溫度與冷加工變形量和退火時(shí)間有關(guān)，加工量越大或退火時(shí)間越長，再結(jié)晶溫度就越低。

Zr-1Nb合金的退火溫度為580℃，退火組織為接近完全再結(jié)晶的α-Zr，細(xì)小彌散的β-Nb沉淀在α-Zr晶粒邊界和基體內(nèi)。這種不含β-Zr的組織有高的抗腐蝕性能。(2)退火在板材和管材經(jīng)冷加工之后，為了恢復(fù)塑性，必須經(jīng)過(3)淬火時(shí)效Zr-2.5Nb合金是典型的通過淬火時(shí)效而強(qiáng)化的合金。Zr-2.5Nb合金的固溶處理溫度通常是880℃，低于α+β→β的轉(zhuǎn)變溫度約40℃，保溫時(shí)間一般為0.5小時(shí)。Zr-2.5Nb的時(shí)效溫度通常是500℃，合金的硬度在起始的3～6小時(shí)內(nèi)增加，然后保持在最大值265±7kg/mm2（維氏硬度），時(shí)效時(shí)間達(dá)72小時(shí)仍然保持同一硬度值。如在較低的300℃和400℃時(shí)效，則將緩慢地達(dá)到峰值硬度。時(shí)效后的硬度提高是由于富鈮的β相析出。

淬火溫度,℃晶粒尺寸,μm80048506890169001309502501000750Zr-2.5Nb合金的晶粒度與淬火溫度的關(guān)系

(3)淬火時(shí)效Zr-2.5Nb合金是典型的通過淬火時(shí)效而強(qiáng)化冷卻速度力學(xué)性能，20℃轉(zhuǎn)變生成的產(chǎn)物的形態(tài)及尺寸σ0.2,MPaσb,MPaδ,%硬度，HV＞200℃/S（冰水）7208654.0262孿晶α′結(jié)構(gòu)，針狀晶粒寬0.5～1.5μm,長3～10μm～200℃/S（水）7388763.5268同上～400℃/S6828065.4249孿晶α’結(jié)構(gòu)及非孿晶α小片，寬0.2～0.6μm，長2～5μm。～300℃/S6798406.3245非孿晶大的薄片寬0.5～2.0μm,長3～10μm。～25℃/S空氣48656310225相同類型的α小片，寬0.25μm，長5～10μm。Zr-2.5Nb合金的力學(xué)性能和組織與β相淬火速度的關(guān)系冷卻速度力學(xué)性能，20℃轉(zhuǎn)變生成的產(chǎn)物的形態(tài)及尺寸σ0.2,熱處理制度試驗(yàn)溫度,℃σ0.2,MPaσb,MPaδ,%Ψ,%880℃淬火+500℃/24h2078087013633005305801475960～1000℃淬火+500℃時(shí)效3004805801370自800℃緩冷2041053027533002103102767自700℃速冷+20%冷加工2063073015513004104801555不同熱處理的Zr-2.5Nb合金的力學(xué)性能熱處理制度試驗(yàn)溫度,℃σ0.2,MPaσb,MPaδ,%Ψ,(4)工業(yè)鋯合金中的第二相類型在鋯合金熱處理過程中，內(nèi)部組織發(fā)生改變的一個(gè)重要方面是第二相的析出和長大，而且這種析出和長大直接影響著材料的性能表現(xiàn)。(4)工業(yè)鋯合金中的第二相類型在鋯合金熱處理過程中，內(nèi)部組分析方法熱處理第二相晶體點(diǎn)陣成分EM

退火5-9%Fe,0-2%Cr4-9%Ni,1-5%Sn,ZrTEM(TF)EDAX600

C-4hbct,a=0.65nm,c=0.55nmZr,Ni,FeTEM(TF)800

C-2hhexZrCr2點(diǎn)陣,a=0.501nm,c=0.822nmfccZrCr2點(diǎn)陣,a=0.719nmTEMSTEM(TF及R)700

C-2hhexZrCr2點(diǎn)陣,a=0.51nm,c=0.83nmZrCr1.1Fe0.9四方Zr2Ni,a=0.659nm,c=0.53nmZr2Ni0.4Fe0.6TEM(R)EDAX

急冷+750C-7hhexZrCr1.3Fe0.7SEM-TEMEDAX580

C-2.5hhexZrCr2點(diǎn)陣,a=0.508nm,c=0.828nmZrCr1Fe1(Sn,Ni)化合物

急冷fccZrCr2點(diǎn)陣,a=0.721nmZrCr1Fe1正交,a=0.745,b=0.582,c=0.516ZrSnhex,a=0.846nm,c=0.578nmZr5Sn3Sn金屬Zr-2合金中基于合金元素的第二相分析方法熱處理第二相晶體點(diǎn)陣成分EM退火5-9%Fe,0方法熱處理沉淀晶體點(diǎn)陣成分TEM(TF)EDAX800

C-3hhexZrCr2點(diǎn)陣a=0.5076nm,c=0.8279nmZrCr0.6Fe1.4TEM(TF)

急冷+700C-6h多晶形結(jié)構(gòu)hexZrCr2結(jié)構(gòu)fccZrCr2結(jié)構(gòu)EM-SEM800

C23天ZrCr0.7Fe1.3830

C59天ZrCr0.8Fe1.2SEM-EDAX(R及TF)多種結(jié)構(gòu)(FeZr)-(FeCrSnZr)(FeSnZr)-(FeCrZr)TEM(TF)從

慢冷Zr(Cr,Fe)2,hexZr3Fe從850

C急冷+退火Zr(Cr,Fe)2,fccTEMEDAX700

C-6hhexZrCr0.7Fe1.3SEM-EDAXTEM(TF及R)600

C-2hhexZrCr0.6Fe1.4四方Sn金屬

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急冷fccZrCr2相四方Sn金屬Zr-4合金中基于合金元素的第二相方法熱處理沉淀晶體點(diǎn)陣成分TEM(TF)800C-3hhe鋯合金(1)鋯-錫合金Zr-2合金,錫1.5%,0.12%鐵,0.10%鉻,0.05%鎳和0.1~0.14%氧,是沸水堆大量應(yīng)用的合金，由于Zr-2合金中的鎳有加速吸氫的作用，后來就將鎳從合金中去掉，變成無鎳Zr-2合金。Zr-2合金和Zr-4合金的主要成份相似，只是Zr-4合金中不含鎳，提高了鐵含量。都具有優(yōu)良的機(jī)械性能和抗腐蝕性，但在360℃高溫高壓水中，Zr-4合金的吸氫量卻明顯減少，因此，Zr-4合金被廣泛的用作壓水堆和加壓重水堆的元件包殼,以及沸水堆的元件盒及堆芯結(jié)構(gòu)材料。鋯合金(1)鋯-錫合金Zr-2合金,錫1.5%,0.12(2)鋯-鈮合金鈮是對(duì)鋯合金腐蝕和機(jī)械性能同時(shí)有好作用的合金元素。鈮的優(yōu)點(diǎn)是熱中子吸收截面小，能消除氮、碳、鋁、鈦等雜質(zhì)對(duì)合金耐蝕性能的有害作用，減少鋯合金的吸氫量，鈮也是鋯合金的有效強(qiáng)化元素。Zr-1Nb合金是俄羅斯用作壓水堆燃料包殼材料,強(qiáng)度和塑性與Zr-2合金差不多，而耐蝕性能稍次于Zr-2合金，但吸氫比Zr-2合金小;Zr-2.5Nb合金是前蘇聯(lián)研制的鋯合金，它主要被用作反應(yīng)堆壓力管材料，VVER反應(yīng)堆元件盒殼體的板材及堆芯其它結(jié)構(gòu)材料,具備良好的耐蝕性能，優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性、力學(xué)性能、強(qiáng)度和抗蠕變性能，可通過淬火時(shí)效強(qiáng)化和冷加工強(qiáng)化，使用壽期長達(dá)30年之久。(2)鋯-鈮合金鈮是對(duì)鋯合金腐蝕和機(jī)械性能同時(shí)有好作用的合(3)新型高性能鋯合金目前工程上應(yīng)用的和發(fā)展的新型鋯合金仍然是Zr-Sn系、Zr-Nb系和Zr-Sn-Nb系合金。合金名義成分/%（質(zhì)量）備注SnNbFeCrNiOZirLo1.01.00.1---西屋公司E6351.21.00.4---俄羅斯M5-1.0---0.12法瑪通ELS0.8和PCA0.8-0.3-\0.2-西門子NDA1.00.10.270.16日本MDA0.80.50.20.1日本NZ21.00.30.30.1中國NZ81.01.00.3中國幾種新鋯合金成份（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）(3)新型高性能鋯合金目前工程上應(yīng)用的和發(fā)展的新型鋯合金仍不同鋯合金在高溫水中的腐蝕行為（360℃）不同鋯合金在含鋰水溶液中的腐蝕行為（360℃）a)Zirlo合金不同鋯合金在高溫水中的腐蝕行為（360℃）不同鋯合金在含鋰不同包殼燃料棒表面氧化層厚度沿棒長的變化曲線不同包殼燃料棒表面氧化層厚度沿棒長的變化曲線不同包殼燃料棒表面氧化層厚度沿棒長的變化曲線不同包殼燃料棒b)E635合金成分是Zr-1.0Nb-1.2Sn-0.4Fe，與Zirlo合金相似，但鐵含量較高，是為了強(qiáng)化和形成穩(wěn)定的Zr(NbFe)2沉淀相。E635合金在含Li的水中和400℃蒸汽中的抗腐蝕性能優(yōu)于Zr-1Nb合金和Zirlo合金，在500℃蒸汽中更優(yōu)越。E635合金在240~380℃的輻照增長不大，抗碘應(yīng)力腐蝕性能也較好。

c)M5合金M5屬于Zr-Nb系合金，是法國開發(fā)的鋯合金，它用作設(shè)計(jì)燃耗為55~60GWd/tU的AFA3G燃料組件的燃料包殼管。M5合金的成份為：Zr-0.8~1.2%Nb-0.09~0.149%O，并且限制S的含量?？刹捎玫蜏丶庸?。M5合金堆內(nèi)腐蝕、輻照增長和蠕變都小于改進(jìn)型Zr-4合金。M5合金在高燃耗下的水側(cè)腐蝕和吸氫率是改進(jìn)型Zr-4合金的1/4，軸向蠕變和燃料棒增長為改進(jìn)型Zr-4合金的1/2。另外，抗PCI性能好，對(duì)347℃含硼含鋰水溶液的抗腐蝕性能也好?？梢奙5合金可作為高燃耗下的燃料包殼材料。b)E635合金成分是Zr-1.0Nb-1.2Sn-0.d)NDA合金由日本核燃料工業(yè)公司和三菱公司聯(lián)合開發(fā)的抗腐蝕新鋯合金。它的成份為：Zr-1.0%Sn-0.28%Fe-0.16%Cr-0.01%Ni-0.10%Nb。加入少量Nb(0.10%)是為了強(qiáng)化，以彌補(bǔ)降低Sn含量引起的強(qiáng)度下降，同時(shí)還能減少吸氫。錫含量低，改善腐蝕性能的效果也很明顯e)NZ2和NZ8合金西北有色金屬研究院綜合了Zr-Nb和Zr-Sn系合金的優(yōu)點(diǎn)研制的新型高性能鋯合金。NZ2合金的成分為Zr-0.9~1.1%Sn-0.2~0.4%Nb-0.2~0.4%Fe-0.07~0.13%Cr-0.08~0.16O，NZ8合金成分為Zr-0.9~1.1%Sn-0.9~1.1%Nb-0.3~0.5%Fe。合金的力學(xué)性能優(yōu)于Zr-4合金,在高溫水和蒸汽中的耐蝕性能，特別是在含鋰離子高溫水中的耐蝕性能得到明顯改善，在500℃過熱蒸汽中該合金長期腐蝕沒有出現(xiàn)癤狀腐蝕現(xiàn)象。d)NDA合金由日本核燃料工業(yè)公司和三菱公司聯(lián)合開發(fā)的抗鉿的屬性概述自然界中沒有單獨(dú)的鉿礦物存在，鉿總是與鋯共生。鉿礦物中共生的鉿含量，一般僅有鋯的1％～2％，個(gè)別礦物鉿含量可達(dá)5％以上。鉿與鋯一樣的制備工藝復(fù)雜且量更少。鉿的熔點(diǎn)2222℃(±30℃)。金屬鉿具有優(yōu)良的加工性能，可鍛壓、拉絲。最重要的是鉿的核性能，熱中子吸收界面高達(dá)115b(鋯0.18b)，且在超熱中子吸收范圍內(nèi)有良好的共振吸收，發(fā)生裂變反應(yīng)后的每一代產(chǎn)物仍是鉿。在核反應(yīng)堆中使用沒有輻射(銀-銦-鎘有r射線輻射)，使用安全。鉿在空氣中有優(yōu)良的耐蝕性能，和氣體的反應(yīng)與鋯相似，與氧、氮的反應(yīng)速率低于鋯。在高溫、高壓水和蒸汽中的耐蝕性也優(yōu)于鋯及鋯合金，在硝酸、鹽酸中耐蝕性能良好，是良好的高溫金屬耐蝕材料。然鉿的價(jià)格較高。鉿的屬性概述自然界中沒有單獨(dú)的鉿礦物存在，鉿總是與鋯共生。鉿鉿在核電工業(yè)中的應(yīng)用由于金屬鉿具有優(yōu)良的核性能、焊接性能和加工性能，使其綜合經(jīng)濟(jì)性價(jià)比銀-銦-鎘好，因此常用作核反應(yīng)的控制棒，特別用于水冷高功率長壽命堆。在保護(hù)氣氛下熔煉鉿錠，經(jīng)鍛造、噴砂、酸浸、冷軋，加工成帶狀板材，再精整、弧焊后制成合金控制棒。20世紀(jì)50年代，美國第一艘核動(dòng)力潛艇的反應(yīng)堆首次用鉿作為控制棒；20世紀(jì)80年代美國平均每年用于核反應(yīng)堆鉿達(dá)26噸，主要用于海軍和宇航。鉿在核電工業(yè)中的應(yīng)用由于金屬鉿具有優(yōu)良的核性能、焊接性能和加鉿在非核工業(yè)中的應(yīng)用主要以金屬添加劑出現(xiàn)：含鉿10％的鈮合金可用作登月火箭噴嘴；含鉿2％的鉭-鎢合金，具有高蠕變強(qiáng)度，可作為宇宙飛船的防護(hù)層材料；金屬鉿粉可用作火箭推進(jìn)器材料；含鉭、鉬的鉿基合金可用于抗1650℃高溫下的飛行器材料；鈮-鉿-鎢合金可用于火箭；含鉭88％含鉿2％-4％的鎢合金在1093℃時(shí)，具有高強(qiáng)度和抗氧化能力，易加工成形；鉭88％-鉿4％-鎢8％合金常溫下極限強(qiáng)度高達(dá)1030MPa，屈服強(qiáng)度980MPa，伸長率15％；待開發(fā)的高能量武器－“鉿彈”，1顆5英寸小型鉿彈，相當(dāng)于2000噸TNT，爆炸力相當(dāng)于1945年投放到廣島上的原子彈的1/7。鉿在非核工業(yè)中的應(yīng)用主要以金屬添加劑出現(xiàn)：鉿化合物在先進(jìn)陶瓷中的應(yīng)用(1)氧化鉿HfO2濺射薄膜由于具有高介電常數(shù)、高介電強(qiáng)度、低介電損耗、低漏電流及良好的電容-電壓特性、良好的穩(wěn)定性以及能與基體硅的牢固結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最有前途的新型絕緣介質(zhì)膜之一氧化鉿從紫外到紅外區(qū)間（0.22~12μm）具有高的光學(xué)透過率，因此在光學(xué)膜領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景;HfO2粉末制備工藝：初始溶液濃度為0.5mol/L，在沉淀過程中添加表面活性劑并使pH值保持在9左右，水洗后的濕凝膠用無水乙醇處理，700℃下煅燒2h，得到無團(tuán)聚、平均粒徑為25nm、呈正交晶型的HfO2納米粉體。鉿化合物在先進(jìn)陶瓷中的應(yīng)用(1)氧化鉿HfO2濺射薄膜由于具(2)硼化鉿HfB2熔點(diǎn)高達(dá)3380℃，SiC作為添加劑加入到HfB2陶瓷中以增加其抗氧化性能。由于碳化硅的存在，經(jīng)過高溫氧化后，氧化的產(chǎn)物為HfO2和硼硅玻璃，硼硅玻璃形成致密的涂層覆蓋了樣品表面，阻止了氧化反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行；HfB2-SiC復(fù)合陶瓷可用于下一代再入大氣層飛行器的頭錐和機(jī)翼前沿，工作在大于2000℃的中性或氧化環(huán)境下；制備工藝：將NaBH4和HfCl4放入裝有石英管的高壓釜中，充氬氣后加熱到600℃保溫12h，然后冷卻到室溫。反應(yīng)產(chǎn)物用蒸餾水和乙醇清洗若干次，以去除雜質(zhì)。最終產(chǎn)物在真空中60℃干燥4h，可以制得25nm的HfB2納米粉體。(2)硼化鉿HfB2熔點(diǎn)高達(dá)3380℃，SiC作為添加劑(3)碳化鉿HfC具有非常高的熔點(diǎn)(3890℃),理論上，采用HfC材料制備的部件可以用來熔融錸-鎢合金這樣的難熔合金。因此，HfC可以作為高溫結(jié)構(gòu)材料在航天領(lǐng)域有所應(yīng)用。(3)碳化鉿HfC具有非常高的熔點(diǎn)(3890℃),理論上(4)鉿化合物光學(xué)陶瓷鉿中添加Y2O3，Lu2O3與HfO2可以形成立方相的固溶體，這類固溶體具有高密度、高的有效原子系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，這些特性使得它們對(duì)X射線具有很強(qiáng)的吸收系數(shù)，獲得的Y2O3-2HfO2和Lu2O3-2HfO2熔