ハフニウム金属の多様な用途
生産されるハフニウムの大部分は原子炉の制御棒の製造に使用される [28]。
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学年 |
説明 |
主な用途 |
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グレードR1 |
Hf+Zr>99.98%、Zr<3% |
主に原子力用途に使用されます。その高純度および特殊な特性により、制御棒や原子炉に最適です。 |
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グレードR3 |
Hf+Zr>99.5%、Zr<3% |
超合金の添加剤として使用され、プラズマ切断に使用されます。 |
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形状 |
ハフニウム線 |
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純度 |
Hf+Zr > 99.98%、Zr < 3% またはカスタマイズ |
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直径範囲 |
{{0}}.031インチ～0.236インチ（0.8mm～6.0mm） |
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形状 |
ストレート、コイル、またはスプール |
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グレード |
R1, R3 |
規格:
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製品名 |
ハフニウム線 |
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学年 |
GR1、GR3 |
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規格 |
ASTM B737 |
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サイズ |
{{0}.020" ～ 0.236" ({{0}}.5mm～6.0mm) 詳しい説明はこちら ↓↓↓ |
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純度 |
Hf+Zr>99.95%、Zr<3% |
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色 |
シルバーグレー |
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密度 |
13.31g/m³ |
ハフニウムの技術的用途は、いくつかの要因により限られています。まず、これはジルコニウムに非常に似ており、ほとんどの場合に使用できるより豊富な元素です。第二に、純粋なハフニウムは、原子力産業がハフニウムを含まないジルコニウムを必要とした際の副産物となる 1950 年代後半まで広く入手可能ではありませんでした。
アプリケーション:
原子炉
いくつかのハフニウム同位体の原子核はそれぞれ複数の中性子を吸収できます。このため、ハフニウムは原子炉の制御棒に適した材料となります。その中性子捕捉断面積（捕捉共鳴積分 Io ≈ 2000 バーン）[59]はジルコニウムの約 600 倍です（制御棒にとって優れた中性子吸収体となる他の元素はカドミウムとホウ素です）。優れた機械的特性と優れた耐食性により、加圧水型原子炉の過酷な環境での使用が可能になります。[28]ドイツの研究炉FRM IIは中性子吸収材としてハフニウムを使用している[60]。軍用原子炉、特に米国海軍の潜水艦原子炉では、原子炉の速度が高すぎると速度が低下することもよくあります [61] [62]。これは民間の原子炉で見つかることはほとんどなく、シッピングポート原子力発電所の最初の炉心（海軍の原子炉を改造したもの）は注目に値する例外である[63]。
合金
右下隅にあるアポロ月着陸船のハフニウム含有ロケットノズル
ハフニウムは、鉄、チタン、ニオブ、タンタル、その他の金属との合金に使用されます。液体ロケットのスラスター ノズル、たとえばアポロ月着陸船のメイン エンジンに使用される合金は C103 で、89% のニオブ、10% のハフニウム、1% のチタンで構成されています [64]。
ハフニウムを少量添加すると、ニッケル基合金への保護酸化スケールの付着力が増加します。これにより、バルク材料と酸化物層の間に熱応力を誘発することにより、特に酸化スケールを破壊する傾向にある周期的な温度条件下での耐食性が向上します。[65][66][67]。
マイクロプロセッサ
ハフニウムベースの化合物は、Intel、IBM、その他の 45 nm (およびそれ以下) 世代の集積回路において、トランジスタのゲートに絶縁体として使用されています。[68][69]。酸化ハフニウムベースの化合物は実用的な High-k 誘電体であり、ゲートリーク電流の低減を可能にし、そのような規模での性能を向上させます。[70][71][72]
同位体地球化学
In most geologic materials, zircon is the dominant host of hafnium (>10、000 ppm）であり、地質学におけるハフニウム研究の焦点となることがよくあります。[77]ハフニウムはジルコン結晶格子に容易に置換されるため、ハフニウムの移動性や汚染に対して非常に耐性があります。また、ジルコンは Lu/Hf 比が非常に低いため、初期ルテチウムの補正は最小限に抑えられます。 Lu/Hf システムは、「モデル年齢」、つまり、枯渇したマントルなどの特定の同位体貯留層から得られた時期を計算するために使用できますが、これらの「年齢」は、他の「年齢」と同じ地質学的重要性を持ちません。地質年代学的手法の結果として、多くの場合、同位体混合物が得られ、その結果、それが由来する物質の平均年齢が得られます。
ガーネットも、地球クロノメーターとして機能するかなりの量のハフニウムを含む鉱物です。ガーネットに含まれる Lu/Hf 比は高く、変動しやすいため、変成現象の年代測定に役立ちます。
その他の用途
ハフニウムは、その耐熱性と酸素および窒素との親和性により、ガス入りランプおよび白熱灯内の酸素および窒素の優れたスカベンジャーです。ハフニウムは電子を空気中に放出する能力があるため、プラズマ切断の電極としても使用されます。[79]
178m2Hf という高いエネルギー含有量は、DARPA が資金提供する米国のプログラムの懸念事項でした。この計画は最終的に、上記のハフニウムの 178m2Hf 核異性体を使用して、X 線誘発機構 (誘導ガンマ線放出の応用) を備えた高出力兵器を製造することは費用の関係で実現不可能であると結論付けました。ハフニウム論争を参照。
ハフニウムメタロセン化合物は、四塩化ハフニウムとさまざまなシクロペンタジエン型配位子種から調製できます。おそらく最も単純なハフニウムメタロセンは二塩化ハフノセンです。ハフニウムメタロセンは、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂の製造に世界中で使用されている、第 4 族遷移金属メタロセン触媒の大規模なコレクション [80] の一部です。
ピリジルアミドハフニウム触媒は、プロピレンの制御されたイソ選択的重合に使用でき、その後、ポリエチレンと組み合わせて、より丈夫な再生プラスチックを製造できます。
二セレン化ハフニウムは、その電荷密度波と超伝導性を利用してスピントロニクスで研究されています。
