Il n'y a rien de plus pratique qu'une bonne théorie. V.I. Lénine.

À l'aube du siècle dernier, Niels Bohr a prédit que le dernier métal de terre rare serait l'élément numéro 72, semblable au zirconium. EN 1923, D. Koster et D. de Hevesy ont découvert cet élément aux propriétés prédites par Bohr dans des zircons scandinaves. Les minerais de zirconium sont encore utilisés aujourd'hui comme source de hafnium. Le hafnium tire son nom de l'ancien nom romain de Copenhague, Hafnia... Au XXIe siècle, la production mondiale annuelle de hafnium dépasse les 70 tonnes, proportionnellement à la production de zirconium. Les plus grandes mines de hafnium se trouvent en Australie et en Afrique du Sud. Le prix du hafnium à 99 % de pureté est d'environ 780 dollars par kg.

Propriétés physiques

Le hafnium (symbole Hf) est un métal résistant à la chaleur, de couleur argentée. Son réseau cristallin présente une structure hexagonale et sa densité est supérieure à 13 g/cm³. Le point de fusion est de 2150 °C. La section transversale de capture des neutrons thermiques est d'environ 100 barns, soit cinq cents fois plus grande que celle du zirconium. Par conséquent, le zirconium utilisé pour l'énergie nucléaire doit être purifié de l'hafnium. L'isotope naturel ¹⁷⁴ Hf est α-actif, sa demi-vie est d'environ ^2x1015 ans.

Applications

Ingénierie de l'énergie nucléaire. La capacité de capturer les neutrons entraîne l'application du hafnium dans les barres de contrôle des crayons de combustible, les céramiques spéciales et le verre (oxyde, borure, oxocarbure, carbure, hafnate de lithium, hafnate de dysprosium). L'alliage Ta-W-Hf est le meilleur pour alimenter en combustible les moteurs nucléaires en phase gazeuse.

Optique. En raison de leur résistance à la chaleur et de leurs indices de réfraction très élevés, _HfO2 et _HfF4 sont utilisés dans les fibres optiques, les miroirs astronomiques et multicouches à rayons X, ainsi que dans les dispositifs de vision nocturne.

Radioélectronique. Le faible travail des électrons (3,53 eV) permet de produire à partir de cathodes en Hf de puissantes lampes radio et des canons à électrons, ainsi que des électrogénérateurs thermioniques efficaces.

Ingénierie électrique. Outre la résistance à la chaleur, le faible travail des électrons permet d'utiliser le Hf pour le soudage à l'argon, en particulier pour le soudage de l'acier à faible teneur en carbone dans une atmosphère de_CO2, où ces électrodes semblent presque 4 fois plus résistantes que celles en tungstène. Il convient également de noter l'effet économique important de l'application de l'alliage hafnium-tantale pour les électrodes d'oxycoupage et d'oxycoupage plasma. L'alliage contient 77 % de Hf, 20 % de Ta, 2 % de W, 0,5 % d'Ag, 0,1 % de Cs et 0,4 % de Cr. Sa durée de vie est neuf fois supérieure à celle de l'hafnium pur.

Alliages. L'ajout de 1% de Hf à l'aluminium durcit considérablement l'alliage, augmente la résistance à la traction, au cisaillement et à la torsion, améliore la résistance aux vibrations et aux chocs. Le hafnium renforce considérablement les alliages de cobalt, si nécessaires dans les industries de transformation modernes. Le carbure et le borure de hafnium (point de fusion 3250°C) sont utilisés dans la production d'alliages super-durs, dans la construction de chaudières à gaz nucléaires et dans la fabrication de tuyères de missiles, ainsi que dans les revêtements résistants à l'usure. L'alliage _HfB2+ Ni est un revêtement composite extrêmement résistant à l'usure. L'alliage de carbure de hafnium 20% et de carbure de tantale 80% est le matériau le plus résistant à la température connu (point de fusion 4216 °C).

Ingénierie mécanique. Les alliages de titane dopés au hafnium sont à la base des pièces des moteurs marins. L'ajout d'hafnium au nickel durcit l'alliage, augmente la résistance à la corrosion, facilite le soudage et scelle la soudure. L'ajout d'hafnium au tantale produit un film protecteur d'oxydes complexes à la surface qui augmente la résistance à l'oxydation aux chocs thermiques. Les alliages de ces deux métaux ont été utilisés pour créer des matériaux pour les moteurs à réaction - gouvernails à gaz, tuyères, etc .

Autres applications. Le hafnium est allié à des éléments de terres rares tels que le terbium et le samarium pour créer de puissants aimants permanents. Les diélectriques _{à base de HfO2} à haute constante diélectrique remplacent aujourd'hui avec succès l'oxyde de silicium dans les ordinateurs, ce qui permet d'augmenter la densité de remplissage des puces. Le siliciure de hafnium, un diélectrique, présente également une constante diélectrique importante. Les alliages de hafnium et de scandium sont connus en microélectronique comme base des films résistifs.

Composition en pourcentage

Limites de teneur en impuretés contrôlées, %, max.

Applications prometteuses

Le Hf-178m2 est un sous-produit de l'industrie nucléaire (barres de hafnium usagées dans les centrales nucléaires). Cet isotope (demi-vie de 31 ans) contient un excès d'énergie qui peut être libéré par irradiation du noyau. L'énergie contenue dans 1g. Hf-178m2 équivaut à 50 kg de TNT. Il peut être utilisé pour "pomper" les lasers compacts du champ de bataille et comme source de rayons gamma régulés, par exemple dans la défectoscopie, et comme source d'énergie capacitive pour le transport.

Approvisionnement

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