تطبيقات التنوع لمعدن الهافنيوم
يُستخدم معظم الهافنيوم المنتج في صناعة قضبان التحكم للمفاعلات النووية.[28]
|
درجة |
وصف |
التطبيقات الأولية |
|
الصف R1 |
Hf+Zr>99.98% زر<3% |
تستخدم في المقام الأول للتطبيقات النووية. إن نقائه العالي وخصائصه المحددة تجعله مثاليًا لقضبان التحكم والمفاعلات النووية. |
|
الصف R3 |
Hf+Zr>99.5% زر<3% |
يستخدم كمادة مضافة في السبائك الفائقة، ويستخدم في قطع البلازما. |
ارفع مستوى مشروعاتك باستخدام سلك الهافنيوم المتميز: أحجام دقيقة تتراوح من 0.8 مم إلى 6 مم للحصول على أداء فائق.
|
استمارة |
سلك الهافنيوم |
|
نقاء |
Hf+Zr > 99.98%، Zr < 3% أو حسب الطلب |
|
نطاق القطر |
{{0}}.031" إلى 0.236 " (0.8 مم إلى 6.0 مم) |
|
الأشكال |
مستقيم، في لفائف، أو على مكبات |
|
الدرجات |
R1, R3 |
المعايير:
|
اسم المنتج |
سلك الهافنيوم |
|
درجة |
جي آر 1، جي آر 3 |
|
المعايير |
أستم B737 |
|
مقاس |
{{0}}.020" إلى 0.236 " ({{0}}.5 مم إلى 6.0 مم) مزيد من التفاصيل في الأوصاف ↓↓↓ |
|
نقاء |
Hf+Zr>99.95%،زر<3% |
|
لون |
رمادي فضي |
|
كثافة |
13.31g/m³ |
الهافنيوم له تطبيقات تقنية محدودة بسبب عدة عوامل. أولاً، إنه يشبه إلى حد كبير الزركونيوم، وهو عنصر أكثر وفرة يمكن استخدامه في معظم الحالات. ثانيًا، لم يكن الهافنيوم النقي متاحًا على نطاق واسع حتى أواخر الخمسينيات من القرن الماضي عندما أصبح منتجًا ثانويًا لحاجة الصناعة النووية إلى الزركونيوم الخالي من الهافنيوم.
التطبيقات:
المفاعلات النووية
يمكن لنواة العديد من نظائر الهافنيوم أن تمتص نيوترونات متعددة. وهذا يجعل الهافنيوم مادة جيدة لقضبان التحكم في المفاعلات النووية. المقطع العرضي لالتقاط النيوترونات (التقاط الرنين المتكامل Io ≈ 2000 حظيرة)[59] هو حوالي 600 مرة من الزركونيوم (العناصر الأخرى التي تعتبر ماصة جيدة للنيوترونات لقضبان التحكم هي الكادميوم والبورون). تسمح الخصائص الميكانيكية الممتازة وخصائص مقاومة التآكل الاستثنائية باستخدامه في البيئة القاسية لمفاعلات الماء المضغوط.[28] يستخدم مفاعل الأبحاث الألماني FRM II الهافنيوم كمادة ممتصة للنيوترونات.[60] ومن الشائع أيضًا في المفاعلات العسكرية، وخاصة في مفاعلات الغواصات البحرية الأمريكية، إبطاء معدلات المفاعلات المرتفعة جدًا. نادرًا ما يتم العثور عليه في المفاعلات المدنية، ويعتبر النواة الأولى لمحطة شيبينغبورت للطاقة الذرية (تحويل مفاعل بحري) استثناءً ملحوظًا.[63]
سبائك
فوهة الصاروخ المحتوية على الهافنيوم لوحدة أبولو القمرية في الزاوية اليمنى السفلية
يستخدم الهافنيوم في سبائك الحديد والتيتانيوم والنيوبيوم والتنتالوم والمعادن الأخرى. سبيكة تستخدم في فوهات دفع الصواريخ السائلة، على سبيل المثال، المحرك الرئيسي لوحدات أبولو القمرية، هي C103 والتي تتكون من 89% نيوبيوم، 10% هافنيوم، و1% تيتانيوم.
تعمل الإضافات الصغيرة من الهافنيوم على زيادة التصاق قشور الأكسيد الواقية على السبائك القائمة على النيكل. وبالتالي فإنه يحسن مقاومة التآكل، خاصة في ظل ظروف درجة الحرارة الدورية التي تميل إلى كسر قشور الأكسيد، عن طريق تحفيز الضغوط الحرارية بين المادة السائبة وطبقة الأكسيد.
المعالجات الدقيقة
تُستخدم المركبات القائمة على الهافنيوم في بوابات الترانزستورات كعوازل في جيل 45 نانومتر (وما دون) من الدوائر المتكاملة من إنتل، آي بي إم، وغيرها. المركبات القائمة على أكسيد الهافنيوم هي عبارة عن عوازل عملية ذات عزل كهربائي عالي، مما يسمح بتقليل تيار تسرب البوابة مما يحسن الأداء في مثل هذه المقاييس.
الجيوكيمياء النظائرية
In most geologic materials, zircon is the dominant host of hafnium (>10,000 جزء في المليون) وغالبًا ما يكون محور دراسات الهافنيوم في الجيولوجيا.[77] يتم استبدال الهافنيوم بسهولة في شبكة كريستال الزركون، وبالتالي فهو مقاوم جدًا لحركة الهافنيوم والتلوث. يحتوي الزركون أيضًا على نسبة Lu/Hf منخفضة للغاية، مما يجعل أي تصحيح لللوتيتيوم الأولي في حده الأدنى. على الرغم من أنه يمكن استخدام نظام Lu/Hf لحساب "العمر النموذجي"، أي الوقت الذي تم فيه استخلاصه من خزان نظائري معين مثل الوشاح المستنفد، إلا أن هذه "العصور" لا تحمل نفس الأهمية الجيولوجية كما تفعل غيرها تقنيات الجيولوجيا التاريخية لأن النتائج غالبا ما تسفر عن مخاليط نظائرية وبالتالي توفر متوسط عمر المادة التي اشتقت منها.
العقيق هو معدن آخر يحتوي على كميات كبيرة من الهافنيوم ليكون بمثابة مقياس جغرافي. نسب Lu/Hf العالية والمتغيرة الموجودة في العقيق تجعله مفيدًا في تأريخ الأحداث المتحولة.
استخدامات أخرى
نظرًا لمقاومته للحرارة وارتباطه بالأكسجين والنيتروجين، يعد الهافنيوم مزيلًا جيدًا للأكسجين والنيتروجين في المصابيح المملوءة بالغاز والمصابيح المتوهجة. يستخدم الهافنيوم أيضًا كقطب كهربائي في قطع البلازما بسبب قدرته على تسليط الإلكترونات في الهواء.
كان محتوى الطاقة العالي البالغ 178 مترًا مربعًا هو مصدر قلق لبرنامج ممول من DARPA في الولايات المتحدة. خلص هذا البرنامج في النهاية إلى أن استخدام أيزومر الهافنيوم النووي المذكور أعلاه والذي تبلغ سعته 178 مترًا مربعًا لبناء أسلحة عالية الإنتاجية باستخدام آليات إطلاق الأشعة السينية - وهو تطبيق لانبعاث جاما المستحث - لم يكن ممكنًا بسبب تكلفته. انظر جدل الهافنيوم.
يمكن تحضير مركبات ميتالوسين الهافنيوم من رابع كلوريد الهافنيوم ومختلف أنواع المركب الحلقي من نوع سيكلوبنتادايين. ولعل أبسط ميتالوسين الهافنيوم هو ثنائي كلوريد الهافنوسين. تعد ميتالوسينات الهافنيوم جزءًا من مجموعة كبيرة من محفزات ميتالوسين فلز انتقالي من المجموعة 4 [80] التي تستخدم في جميع أنحاء العالم في إنتاج راتنجات البولي أوليفين مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين.
يمكن استخدام محفز بيريديل-أميدو الهافنيوم في البلمرة الانتقائية المتحكم بها للبروبيلين والتي يمكن بعد ذلك دمجها مع البولي إيثيلين لصنع بلاستيك معاد تدويره أكثر صلابة.
تتم دراسة ثنائي سيلينيد الهافنيوم في الإلكترونيات السبينية بفضل موجة كثافة الشحنة والموصلية الفائقة.
