Hafnium – Propriétés – Prix – Applications – Production

À propos d’Hafnium

Le hafnium est un métal de transition tétravalent gris argenté brillant, le hafnium ressemble chimiquement au zirconium et se trouve dans de nombreux minéraux de zirconium. La grande section efficace de capture des neutrons du hafnium en fait un bon matériau pour l’absorption des neutrons dans les barres de commande des centrales nucléaires, mais nécessite en même temps qu’il soit retiré des alliages de zirconium transparents aux neutrons et résistants à la corrosion utilisés dans les réacteurs nucléaires.

Sommaire

Élément	Hafnium
Numéro atomique	72
Catégorie d’élément	Métal de transition
Phase à STP	Solide
Densité	13,31 g/cm3
Résistance à la traction ultime	480 MPa
Limite d’élasticité	125 MPa
Module de Young	78 GPa
Échelle de Mohs	5.5
Dureté Brinell	1700 MPa
Dureté Vickers	1700 MPa
Point de fusion	2227°C
Point d’ébullition	4600°C
Conductivité thermique	23W/mK
Coefficient de dilatation thermique	5,9 µm/mK
Chaleur spécifique	0,14 J/g·K
Température de fusion	24,06 kJ / mol
Chaleur de vaporisation	575 kJ/mole
Résistivité électrique [nanoohmmètre]	331
Susceptibilité magnétique	+ 75e-6 cm3/mol

Applications de l’Hafnium

L’hafnium a de bonnes propriétés d’absorption des neutrons et est donc utilisé dans les barres de contrôle des réacteurs nucléaires, mais nécessite en même temps qu’il soit retiré des alliages de zirconium transparents aux neutrons et résistants à la corrosion utilisés dans les réacteurs nucléaires. Alors que le nitrure d’hafnium est le plus réfractaire de tous les nitrures métalliques, le carbure d’hafnium est le plus réfractaire de tous les matériaux binaires. Avec un point de fusion d’environ 3900°C, c’est l’un des composés binaires les plus réfractaires connus. L’hafnium a été allié avec succès à plusieurs métaux, dont le fer, le titane et le niobium.

 

 

Production et prix du Hafnium

Les prix des matières premières changent quotidiennement. Ils dépendent principalement de l’offre, de la demande et des prix de l’énergie. En 2019, les prix du Hafnium pur se situaient autour de 1200 $/kg.

Les gisements de minerai de sables minéraux lourds des minerais de titane, l’ilménite et le rutile, produisent la majeure partie du zirconium extrait, et donc également la majeure partie de l’hafnium. Le zirconium est un bon métal de gaine de crayon de combustible nucléaire, avec les propriétés souhaitables d’une section efficace de capture de neutrons très faible et une bonne stabilité chimique à des températures élevées. Cependant, en raison des propriétés d’absorption des neutrons de l’hafnium, les impuretés d’hafnium dans le zirconium le rendraient beaucoup moins utile pour les applications des réacteurs nucléaires. Ainsi, une séparation presque complète du zirconium et de l’hafnium est nécessaire pour leur utilisation dans l’énergie nucléaire. La production de zirconium sans hafnium est la principale source d’hafnium.

Source : www.luciteria.com

Propriétés mécaniques de l’Hafnium

Force de Hafnium

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence.

Voir aussi: Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime du Hafnium

La résistance à la traction ultime du Hafnium est de 480 MPa.

Limite d’élasticité de l’Hafnium

La limite d’élasticité de l’hafnium  est de 125 MPa.

Module de Young du Hafnium

Le module de Young du Hafnium est de 125 MPa.

Dureté du Hafnium

En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et  aux rayures. Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur  est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

La dureté Brinell du Hafnium est d’environ 1700 MPa.

La méthode d’essai de dureté Vickers a été développée par Robert L. Smith et George E. Sandland chez Vickers Ltd comme alternative à la méthode Brinell pour mesurer la dureté des matériaux. La méthode d’essai de dureté Vickers peut également être utilisée comme méthode d’essai de microdureté, qui est principalement utilisée pour les petites pièces, les sections minces ou les travaux en profondeur.

La dureté Vickers du Hafnium est d’environ 1700 MPa.

La dureté à la rayure est la mesure de la résistance d’un échantillon à la déformation plastique permanente due au frottement d’un objet pointu. L’échelle la plus courante pour ce test qualitatif est l’échelle de Mohs, qui est utilisée en minéralogie. L’échelle de Mohs de dureté minérale est basée sur la capacité d’un échantillon naturel de minéral à rayer visiblement un autre minéral.

L’hafnium a une dureté d’environ 5,5.

Voir aussi: Dureté des matériaux

Hafnium – Structure cristalline

Une structure cristalline possible de Hafnium  est une structure  hexagonale compacte.

Dans les métaux et dans de nombreux autres solides, les atomes sont disposés en réseaux réguliers appelés cristaux. Un réseau cristallin est un motif répétitif de points mathématiques qui s’étend dans tout l’espace. Les forces de la liaison chimique provoquent cette répétition. C’est ce motif répété qui contrôle les propriétés telles que la résistance, la ductilité, la densité, la conductivité (propriété de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité, etc.) et la forme. Il existe 14 types généraux de ces modèles connus sous le nom de réseaux de Bravais.

Voir aussi: Structure cristalline des matériaux

Structure cristalline de l’Hafnium

Propriétés thermiques de l’Hafnium

Hafnium – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion du Hafnium est de 2227°C.

Le point d’ébullition du Hafnium est de 4600°C.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard.

Hafnium – Conductivité thermique

La conductivité thermique du Hafnium est de 23 W/(m·K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la  conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

Coefficient de dilatation thermique du Hafnium

Le coefficient de dilatation thermique linéaire du Hafnium est  de 5,9 µm/(m·K)

La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température.

Hafnium – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation

La chaleur spécifique de l’hafnium est de 0,14 J/g K.

La capacité calorifique est une propriété extensive de la matière, c’est-à-dire qu’elle est proportionnelle à la taille du système. La capacité thermique C a l’unité d’énergie par degré ou d’énergie par kelvin. Lors de l’expression du même phénomène en tant que propriété intensive, la capacité thermique est divisée par la quantité de substance, de masse ou de volume, ainsi la quantité est indépendante de la taille ou de l’étendue de l’échantillon.

La chaleur latente de fusion de l’hafnium est de 24,06 kJ/mol.

La chaleur latente de vaporisation du hafnium est de 575 kJ/mol.

La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces attractives intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire pour dilater le gaz (le pΔV travail). Lorsque la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

Hafnium – Résistivité électrique – Susceptibilité magnétique

La propriété électrique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ électrique appliqué. L’une des principales caractéristiques des matériaux est leur capacité (ou leur incapacité) à conduire le courant électrique. En effet, les matériaux sont classés selon cette propriété, c’est-à-dire qu’ils sont divisés en conducteurs, semi-conducteurs et non-conducteurs.

Voir aussi: Propriétés électriques

La propriété magnétique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ magnétique appliqué. Les propriétés magnétiques macroscopiques d’un matériau sont une conséquence des interactions entre un  champ magnétique extérieur et les moments dipolaires magnétiques des atomes qui le constituent. Différents  matériaux réagissent différemment  à l’application du champ magnétique .

Voir aussi: Propriétés magnétiques

Résistivité électrique de Hafnium

La résistivité électrique du Hafnium est de 331 nΩ⋅m.

La conductivité électrique  et son inverse, la résistivité électrique, est une propriété fondamentale d’un matériau qui quantifie la façon dont l’Hafnium conduit le flux de courant électrique. La conductivité électrique ou conductance spécifique est l’inverse de la résistivité électrique.

Susceptibilité magnétique de l’Hafnium

La susceptibilité magnétique de l’Hafnium est de +75e-6 cm^3/mol.

En électromagnétisme, la susceptibilité magnétique est la mesure de l’aimantation d’une substance. La susceptibilité magnétique est un facteur de proportionnalité sans dimension qui indique le degré d’aimantation du Hafnium en réponse à un champ magnétique appliqué.