為何氧化鋯(ZrO2)常內含氧化鉿(HfO2)?

為何氧化鋯(ZrO2)常內含氧化鉿(HfO2)?

自然界的鋯(Zr)與鉿(Hf)是共生的元素, 它們有著相似的化學性質。而鋯含量往往比鉿高出許多,使得鉿的發現比鋯晚了一百多年(鋯在1789年被發現,鉿在1923年被發現) 。

鋯礦以及工業級的氧化鋯中,氧化鋯的純度表示常是內含氧化鉿的。舉例來說,3Y釔安定氧化鋯,是指含有3莫耳百分比的氧化鋯,就是相當於有95重量百分比的氧化鋯,但是說精確一些,應該是95重量百分比的氧化鋯加上氧化鉿。

以下簡單介紹鋯(Zr)與鉿(Hf)的特性:

鋯元素是在第五週期,原子序40,原子半徑1.59Å,四價的鋯離子半徑是0.79Å。而鉿元素是在第六週期,原子序72,原子半徑1.56Å,四價的鉿離子半徑是0.78Å。無論是元素或是離子 ,鋯與鉿半徑十分相近,原子序的差異使得鋯的密度低於鉿許多(鋯的密度6.51g/cm3 ,鉿的密度13.35g/cm3)。大致來說,氧化鉿的物理特性比氧化鋯來的穩定許多(氧化鋯受力、熱時,容易產生相變與體積變化)。

也由於兩者原子序的差異,使得氧化鋯與氧化鉿在光學特性上有極大的差異。氧化鋯的折射率為2.04 ,氧化鉿則是1.95。

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