Гафний

Гафний

Гафний— это химический элемент, взявший название от лат. «Копенгаген» или «koben-havn», или «торговая пристань». Чаще всего гафний можно встретить заодно с цирконием. Как и последний, внешне схож со сталью. Блестяще серо-серебристый гафний открыли в 1923 году. Элемент очень пластичный, хорошо поддается обработке деформированием, в частности, волочением, отличается одновременно несколькими направлениями скольжения.

Физические и химические качества

Гафний — это элемент, входящий в 4-ую группу, 6-ого периода табл. Менделеева. Его совокупностью отличных свойств является:

• t при плавлении, °C – 2233;
• t при кипении, °C – 4850;
• скалярная физическая величина по плотности, г/см3 – 13,3;
• атомный номер (Z) – 72;
• относительная атомная масса (A) – 178,480;
• электроотрицательность (χ) – 1,3;
• значение энергии электромагнитного излучения – 18981 А0;
• формула расположения электронной конфигурации – 4f145d26s2;
• три стойких атомных разновидности или изотопы, если t °C = 20 – 177Hf, 178Hf, 180Hf;
• шесть степеней окисления – от -2, 0, +1, +2, +3, +4;
• четыре группы валентности.

На поверхности металла образуется высокопрочная поверхностно оксидная пленка. Она придает гафнию особую плотность, обеспечивая защитным потенциалом против действия коррозии, кислот (кроме плавиковой HF), щёлочей. Однако гафний активно вступает в реакции с серой, бором, кислородом, углеродом, азотом, а также кремнием.

Качества гафния в чистом состоянии: термические, механические. Имеют следующие характеристики:

• предел прочности, выше которого происходит разрушение, МПа – 485;
• предел текучести, при котором растет деформация, МПа – 125;
• коэффициент поперечного деформирования (Пуассона) – 0,265;
• физическая величина модуля сдвиговой деформации, ГПа – от 54 до 58;
• безразмерная величина коэффициента относительной деформации к изначальной длине при растяжении, % – 25;
• физическая величина коэффициента при тепловом расширении при t °C 20-1000С, мкм/м °C – 5,90;
• скорость переноса теплоты, Вт/мК – 22.

Получают гафний, как правило, за счет восстановления его тетрахлорида. Процесс осуществляется при непосредственном присутствии элементов первой и второй групп – натрия либо магния. С точки зрения экономии более целесообразно получать металл не чистым, а в виде хлорида. Тогда продукция доступна и порошком с содержанием смесей механического типа, как гафниевый диоксид плюс сам металлический гафний.

Сплавы

Кроме как в чистом виде, металл также может поставляться в устойчивых соединениях с иными веществами:

• карбид HfC – бинарный неорганического происхождения гафний, который, находясь при t °C в 3890, характеризуется самой высокой t °C плавления среди других сложных соединений;
• нитрид HfN – металл с высокотемпературными значениями, его t °C плавления равна 3305;
• фторид – HfF4, хлорид – HfCl4, а также оксид – HfO2.
• Гафний легируется с титаном, ниобием, железом, при этом создает с металлами суперсплавы. Например, с никелем или ниобием. 

Области применения

Гафний используют для получения продукции в следующих сферах промышленности:

• ядерная – для стержней управления ядерными реакторами и компонентов реактивных двигателей, газово-турбинных установок; гафнием часто заменяют вольфрам;
• аэрокосмическая – для расширяющих, ускоряющих газы сопл по пропеллерному типу ракетных двигателей и сверхвысокой температурной огнеупорного класса керамики;
• производственная – для электроизоляторов под установку в микрочипы, катализаторов, электронных ламп, сплавов с эффектом постоянной памяти.

Эти металлиды и с высоким температурным показателем при плавлении, и с исключительной устойчивостью микроструктур против негативного действия извне.