ステンレス鋼のポジティブな特徴
優れた理論ほど実用的なものはない。
20世紀初頭、ニールス・ボーアは、最後の希土類金属がジルコニウムに似た元素番号72になると予言しました。1923年にD.コスターとD.デ・ヘヴェシは、ボーアが予言した特性を持つこの元素をスカンジナビアのジルコンで発見しました。そして、今日、ハフニウムの主な供給源はジルコニウム鉱石です。ハフニウムはコペンハーゲンのラテン名「ハフニア」に由来し名付けられました。21世紀では、ハフニウムの年間世界生産量は70トン以上に達し、ジルコニウムの生産量に比例しています。最も多くのハフニウムを生産しているのはオーストラリアと南アフリカです。純度99%のハフニウムの価格は約780ドル/キログラムです。
物理的特性
ハフニウム（記号 Hf）は、高耐熱性の銀色がかったスチールカラーの金属です。結晶構造は六方晶構造で、密度は13 g/cm³を超えます。融点は2150°Cです。熱中性子捕獲断面積は約100バーンで、ジルコニウムの約500倍です。このため、原子力産業で使用されるジルコニウムはハフニウムを除去する必要があります。天然同位体174 Hfはα崩壊性で、半減期は約2x1015年です。
| 原子番号 | 原子量（モル質量）g/mol | 酸化数 | 密度 [g/cm3] | 融点 t°C | 沸点 t°C | 融解エンタルピー kJ/kg |
|---|---|---|---|---|---|---|
| № 72 | 178.5 | 4 | 13.31 | 2150°C | 5400°C | 25.1 |
用途
原子力エネルギー。中性子捕獲能力があるため、ハフニウムは燃料棒の制御棒、特殊セラミックス、ガラス（酸化物、ボリド、酸化炭化物、炭化物、リチウムハフニウム酸塩、ジスプロシウムハフニウム酸塩）に使用されます。合金Ta-W-Hfは、ガス相原子推進エンジンの燃料供給に最適です。
光学。優れた耐熱性と非常に高い屈折率を持つHfO2とHfF4は、ファイバーオプティクス、天文学用の鏡、多層X線ミラー、夜間視界装置に使用されます。
ラジオエレクトロニクス。電子の作業出力が低い（3.53 eV）ため、Hfは大型真空管や電子ビーム、効率的な熱電子発電機のカソードとして使用されます。
電気工学。耐熱性と併せて、電子の作業出力が低いため、Hfはアルゴン溶接の電極製造に使用されます。特に、低炭素鋼をCO2雰囲気で溶接する際には、タングステン電極と比べて約4倍の耐久性があります。また、酸素-燃焼および大気圧プラズマカッティングの電極におけるハフニウム・タンタル合金の使用による大きな経済的効果も注目されています。この合金はHf 77%、Ta 20%、W 2%、Ag 0.5%、Cs 0.1%、Cr 0.4%で構成され、純粋なハフニウムと比較して9倍の耐久性があります。
合金。アルミニウムに1%のHfを添加すると、強度が向上し、引張、せん断、ねじりに対する強度が増し、振動や衝撃に対する耐性が改善されます。ハフニウムはプロセス産業に必要なコバルト合金を強化します。ハフニウムの炭化物とボリド（t° 融点 3250°C）は超硬合金、ガス相原子ボイラーとロケットノズルの製造、および耐磨耗な被覆剤として使用されます。合金HfB2+ Niは極めて耐摩耗性のある合成被覆として重要です。また、ハフニウム20%とタンタル炭化物80%の合金は、既知の材料の中で最も耐熱性が高いとされています（t° 融点 4216 °C）。
機械工学。ハフニウムをドープされたチタン合金は、船舶エンジン部品の基礎になります。ニッケルにハフニウムを添加すると、合金の強度が増し、腐食耐性が向上し、溶接が容易になり、溶接部の密度が高まります。タンタルにハフニウムを添加すると、表面に複雑な酸化被膜が形成され、熱変化（熱衝撃）に対する耐性が向上します。これら2つの金属の合金に基づいて、航空機エンジンのガスポインタやノズルなどの材料が開発されました。
その他の用途。ハフニウムは、強力な永久磁石の製造に際してテルビウムやサマリウムなどの希土類元素をドープします。高い誘電率を持つHfO2ベースの誘電体は、シリコン酸化物に代わってコンピューターのチップ密度を大幅に向上させるのに成功しています。ハフニウムシリサイドもまた、優れた誘電特性を持ちます。ハフニウムとスカンジウムの合金は、抵抗膜の基材としてマイクロエレクトロニクス分野で知られています。
化学成分
管理対象となる不純物の含有基準、%以下
| 銘柄 | 酸素 | 窒素 | 炭素 | シリコン | 鉄 | ジルコニウム |
|---|---|---|---|---|---|---|
| GFI-1 | 0.03 | 0.015 | 0.03 | 0.02 | 0.05 | 1.0 |
将来の応用分野
Hf-178m2は原子力エネルギーの副産物であり（原子炉の使用済みハフニウム制御棒からのもの）、この同位体（半減期31年）は過剰なエネルギーを含んでおり、核を照射することによって放出できます。Hf-178m2 1グラムに含まれるエネルギーは50 kgのトリニトロトルエンに相当します。これにより、コンパクトな戦闘レーザーの「ポンプ」としての利用や、欠陥検査における規制可能なガンマ線源、および輸送用エネルギー源として使用可能です。
供給
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