Нільс Бор на початку ХХ століття зміг розрахувати, що останнім рідкісноземельним металом має бути хімічний. елемент під 72-м номером, аналог цирконію. Д. де Хевеші та Д. Костер у 1923 році змогли виявити новий елемент із властивостями, передбаченими Бором у гренландських та норвезьких цирконах. Його назвали від латинського застарілого назви міста Копенгаген — Hafnia… Світовий видобуток гафнію становить 70 т на рік, що пропорційно до обсягу видобутку цирконію. Найбагатшими покладами гафнію володіють ПАР та Австралія. Вартість 99% чистоти гафнію складає близько 780 доларів за 1 кг.

Фізичні властивості

Гафній (Hf) є важким тугоплавким сріблясто-білим металом. Має щільно упаковану гексагональну структуру кристалічної решітки з питомою вагою 13,31 г/см³. Валентність +4, +3, +1, температура кипіння = 4603 °C, t° плавлення = 2233 °C. Перетин захоплення теплових нейтронів — близько 100 барн, що на три порядки більше, ніж цирконію — 0,2 барн, у зв'язку з чим цирконій, який використовується в ядерних реакторах, не повинен містити гафній. Природний ізотоп ¹⁷⁴ Hf має слабку α-активність з періодом напіврозпаду 2x10 ¹⁵ років.

Використання

У ядерній енергетиці. Здатність захоплення нейтронів обумовлює його використання у вигляді спецкераміки, скла, регулювальних стрижнів ТВЕЛів (борід, оксид, оксокарбід, гафнат літію, карбід, гафнат диспрозія). Сплав W-Hf-Ta є найкращим для подачі палива у атомних газофазних двигунах.

В оптиці. Завдяки своїй жаростійкості та високому ступеню заломлення HfF ₄ та HfO ₂ застосовують у виготовленні багатошарових та астрономічних рентгенівських дзеркал, ниток для волоконної оптики, приладів нічного бачення.

У радіоелектроніці. Низька робота виходу електронів дозволяє проводити з гафнію катоди потужних електронних гармат, радіоламп та термоемісійні ефективні електрогенератори дозволяє малий вихід роботи електронів (3,53 еВ).

У електротехніці. Разом із жаростійкістю низька робота виходу електрона дає можливість застосовувати Hf у виготовленні електродів, призначених для зварювання в аргоні, особливо для зварювання в атмосфері CO ₂ низьковуглецевої сталі, де електроди такого типу виявилися практично вчетверо більш стійкі, ніж вольфрамові. Необхідно також відзначити високий економічний ефект використання сплаву Ta-Hf для електродів повітряно-плазмового та киснево-полум'яного різання металів. Сплав містить: 77% Hf, 20% Ta, 2% W, 0,5% Ag, 0,1% Cs, 0,4% Cr – і в порівнянні з чистим гафнієм має дев'ятиразовий ресурс роботи.

Сплави

Додавання 1% Hf до алюмінію дає надміцний сплав розміром зерен 40-50 нм. Він має високу межу міцності при зсуві, крученні, розтягуванні, а також покращену вібростійкість. Легування за допомогою Hf помітно зміцнює різні кобальтові сплави, потрібні в нафтопереробній галузі та промисловій хімії. Борід і карбід гафнію з температурою плавлення 3250 °C використовуються як надзвичайно зносостійке покриття, а також у складі надтвердих сплавів.

Одним із найтугоплавкіших матеріалів є HfC з температурою плавлення 3890 °C. Цей сплав незамінний у конструкціях атомних газофазних котлів, а також у виробництві ракетних сопел. Сплав нікелю HfB ₂ застосовується як виключно зносостійке композитне покриття. Сплав 80% ТаС та 20% HfC вважається найбільш жаростійким сплавом з t° плавлення 4216 °C.

У машинобудуванні. Сплави титану, леговані гафнієм, використовують у виготовленні деталей для суднових двигунів. Легування нікелю гафнієм підвищує корозійну стійкість та міцність, а також зміцнює зварний шов та покращує зварюваність. Додавання Hf до танталу різко збільшує стійкість на повітрі до окислення за рахунок утворення захисної плівки складних оксидів на поверхні дуже стійкою до теплових ударів. Завдяки цьому були створені незамінні на сьогоднішній день сплави для ракетної галузі (газові сопла, керма, що містять до 20% Hf).

Інші сфери застосування

Сплави з рідкісноземельними елементами, такими як тербій, самарій - застосовують для постійних надпотужних магнітів. Діелектрики з підвищеною діелектричною проникністю на основі HfO ₂ приходять у мікроелектроніці на зміну хрестоматійному оксиду кремнію, дозволяючи досягти значно більшої інформаційної густини. Як діелектрик з високою діелектричною проникністю відомий також силіцид гафнію. Сплави зі скандією застосовують у мікроелектроніці з метою отримання резистивних плівок виняткових властивостей.

Перспективні сфери використання

Hf-178m2 є побічним продуктом ядерної енергетики (в АЕС - поглинальні відпрацьовані гафнієві стрижні). Цей ізотоп з періодом напіврозпаду 31 р. містить у собі надлишок енергії, вивільнити яку можна за допомогою опромінення ядра. Енергія, яка укладена в одному грамі Hf-178m2 аналогічна 50 кг тротилу, що робить можливим застосування його з метою «накачування» бойових компактних лазерів і як регульоване джерело гамма-променів, наприклад, дефектоскопії або у вигляді ємного джерела енергії для транспорту .

Купити за вигідною ціною

На складі ТОВ «Авек Глобал» - найширший асортимент рідкісних та тугоплавких металів за оптимальними цінами. Наші фахівці готові відповісти на будь-які питання та допомогти при виборі необхідних матеріалів, на першу вимогу нададуть всю необхідну інформацію про продукцію, вартість та терміни доставки. Ціни залежать від обсягу постачання та додаткових умов. За оптових замовлень надаються знижки. Купуючи продукцію компанії "Авек Глобал", Ви знайдете гідного партнера.