锆(Zr)通常被列为稀有金属。锆、铪和钛属于化学元素周期表中的IVB族。地壳中锆的含量为0.025%，超过了镍、锌、铜、锡、铅、钴。

但由于锆的提炼加工难度大，产量不多。有工业价值的锆矿物有两种:斜长石是一种不纯的氧化物，化学式为ZrO2，主要产于巴西等地；锆英石是正硅酸盐，化学式为ZrSiO4，分布在河砂、海砂和砾石中。

1789年分析锆石时发现了锆，1824年在实验室里做了一个金属结。但直到1925年才通过碘化制备出少量塑性金属锆，称为“碘化锆”或“晶条锆”。1946年，镁热还原法(Kroll法)成功制备海绵锆，开始了锆的工业应用。因此，锆的工业应用历史不到60年。锆棒、锆板、锆管、锆箔、钛锆基等各种锆加工材料已逐步应用于核工业、国防、军工、医疗等行业。近年来，金属锆在超硬材料行业的应用也发展迅速。

一、锆的基本性能和特点

锆、锆及其合金具有突出的核性能、优异的耐腐蚀性能和机械性能。目前，它们几乎都作为核反应堆的结构材料用于原子能工业。

锆和铪是银白色金属，粉末是黑色的。当温度升高时，发生同态转变，由低温时的致密六方结构(α相)转变为高温时的体心立方结构(β相)。锆在862℃发生同素异形转变。

锆是一种耐磨性很强的金属。其耐蚀性优于钛和特殊钢，接近钽。在酸、碱等介质中表现出与钛一样良好的耐腐蚀性。但高于500℃，耐磨性就会丧失。

锆及其合金具有良好的加工性和焊接性，易于加工成型。但锆合金的强度一般会随着温度的升高而降低。所以锆合金只适用于中温范围。

锆，特别是其粉末，具有很强的吸气能力，是一种理想的吸气材料。

二、锆在超硬材料工业中的应用

在酸碱介质中，锆和钛一样，表现出良好的耐磨性，以及良好的加工性能和焊接性能。锆粉有很强的吸气能力。

在超硬材料行业，金刚石和立方碳化硼复合片被制成锆杯、锥形锆杯、梯形锆杯、球形锆杯、方形锆杯等。通过使用0.076~0.13mm不同规格的锆箔，如图1 ~图4所示。根据用户的不同要求，可以制作各种异形锆杯，可以起到很强的吸气剂作用。

通常金属粉末放在锆杯里，吸气效果更强。

锆可以吸收40%(原子)的氧气或20%(原子)的氮气，相当于1克锆可以吸收82立方厘米的氧气或31立方厘米的氮气。

锆及其合金具有突出的核性能、优异的耐腐蚀性能和机械性能。目前几乎全部用于核工业，作为核反应堆的结构材料。

在超硬材料工业中，用各种形状的锆金属锆基体制造金刚石和立方氮化硼复合片是必不可少的。锆杯用锆园和钛园密封，是比较好的吸气剂产品。

锆具有高强度、高熔点、耐腐蚀等特点。其超硬复合片主要用于航空航天空发动机轴磨削、石油钻井和地质钻头，以及制造各种难磨削的器件和工具。

三。锆及其合金与气体的反应

在室温下，由于表面形成了保护性的氧化膜，锆不与空气体中的几种气体发生反应，其表面可以无限期地保持光泽。锆在200℃时与氧反应，在300℃左右与氢反应，在400℃时与氮反应。在800℃时，反应迅速。在500℃左右，与CO和CO2的反应产物可以完全或部分溶解在锆中，极大地改变了锆的力学性能。

(1)锆与氧的反应

许多因素表明，锆应该在高温下具有良好的抗氧化性。这些因素是:高熔点(1852℃)，氧化锆熔点较高，在2675℃左右；氧化物的挥发性低，高温下氧化物能在锆中熔化，即氧化膜中的氧不断进入锆中；氧化锆的晶体结构在高温下会发生变化。所以锆的抗氧化性比预期的要低很多。

(2)锆与氮的反应

在500℃ ~ 825℃的温度范围内，高纯锆与高纯氮反应时，氮中的微量氧对反应极其敏感，反应速率随氨化膜厚度的增加而降低。在锆与氮的反应中，氮通过表面的氨化膜扩散，氮在锆中的溶解度增加，在表面形成化合物ZrN。反应速度取决于氮扩散到金属中的速度。

在860℃ ~ 1045℃的温度范围内，表面形成了易于识别的金色氮化物相。

(3)锆与空气体的反应

在锆空气体中，氧气和氮气都参与反应。锆长期暴露在空气体中会产生双垢。1050℃下，单斜氧化锆；皮肤白皙或明亮；内层是具有斜晶和四方晶的ZrO2。立方ZrN和气泡是黑色的。1050℃以上内层较厚。

此外，锆可以吸收大量的氢，保持金属外观不变。而且氧和氨吸收在锆固体中，可以保持表面持续吸收直至饱和。

以涂锆钼阳极和钢杯吸收的气体为例，见下表。

宝鸡李三有色金属有限责任公司根据锆优异的机械物理性能，以锆为添加剂，研制出专用钛锆合金，用于制造加工金刚石和立方氮化硼磨具，并获得国家发明专利。产品如图5所示。宝鸡李三公司生产的锆特种合金基体具有强度高、耐腐蚀、比重轻、无磁性、静动平衡稳定等特点。，可以胜任任何难磨材料零件的加工。

四。摘要

锆由于其优异的性能，不仅成功地应用于军事工业、核电工程、化学工业、电气电子工业，而且在超硬材料工业中的应用也将呈上升趋势。