Zirconium alloys
ઝિર્કોનિયમ એલોય એ ઝિર્કોનિયમ અથવા અન્ય ધાતુઓનું નક્કર દ્રાવણ છે, જે ટ્રેડમાર્ક ઝિર્કાલોય ધરાવતું એક સામાન્ય પેટાજૂથ છે. ઝિર્કોનિયમમાં થર્મલ ન્યુટ્રોનનું ખૂબ ઓછું શોષણ ક્રોસ-સેક્શન, ઉચ્ચ કઠિનતા, નમ્યતા અને કાટ પ્રતિકાર હોય છે. ઝિર્કોનિયમ મિશ્રધાતુઓનો એક મુખ્ય ઉપયોગ પરમાણુ તકનીકમાં છે, જેમ કે પરમાણુ રિએક્ટર, ખાસ કરીને જળ રિએક્ટરમાં બળતણના સળિયાઓને ઢાંકવા. ન્યુક્લિયર-ગ્રેડ ઝિર્કોનિયમ એલોય્સની લાક્ષણિક રચના 95 ટકા વજનથી વધુ ઝિર્કોનિયમ અને 2 ટકા કરતા ઓછી ટીન, નિયોબિયમ, આયર્ન, ક્રોમિયમ, નિકલ અને અન્ય ધાતુઓ છે, જે યાંત્રિક ગુણધર્મો અને કાટ પ્રતિકારમાં સુધારો કરવા માટે ઉમેરવામાં આવે છે. રિએક્ટર ઝિર્કોનિયમ એલોયનું પાણી ઠંડક ઓક્સિડેશન-સંબંધિત નોડ્યુલર કાટ સામે તેમના પ્રતિકારની જરૂરિયાતને વધારે છે. વધુમાં, પાણી સાથે ઝિર્કોનિયમની ઓક્સિડેટીવ પ્રતિક્રિયા હાઇડ્રોજન ગેસ છોડે છે, જે અંશતઃ મિશ્રધાતુમાં ફેલાય છે અને ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ્સ બનાવે છે. હાઇડ્રાઇડ્સ ઓછા ગાઢ હોય છે અને મિશ્ર ધાતુ કરતાં યાંત્રિક રીતે નબળા હોય છે; તેમની રચનાના પરિણામે આવરણમાં ફોલ્લા પડે છે અને તિરાડ પડે છે-આ ઘટના હાઇડ્રોજન ભંગાણ તરીકે ઓળખાય છે. ઉત્પાદન અને ગુણધર્મો વાણિજ્યિક બિન-પરમાણુ ગ્રેડ ઝિર્કોનિયમમાં સામાન્ય રીતે 1-5% હેફનિયમ હોય છે, જેનું ન્યુટ્રોન શોષણ ક્રોસ-સેક્શન ઝિર્કોનિયમ કરતાં 600 ગણું વધારે હોય છે. તેથી રિએક્ટર એપ્લિકેશન્સ માટે હાફનીયમને લગભગ સંપૂર્ણપણે દૂર કરવું આવશ્યક છે (એલોયના <0.02% સુધી ઘટાડવું). ન્યુક્લિયર-ગ્રેડ ઝિર્કોનિયમ એલોયમાં 95 ટકાથી વધુ ઝેડઆર હોય છે, અને તેથી તેમના મોટાભાગના ગુણધર્મો શુદ્ધ ઝિર્કોનિયમ જેવા જ હોય છે. થર્મલ ન્યુટ્રોન માટે શોષણ ક્રોસ સેક્શન ઝિર્કોનિયમ માટે 0.18 બાર્ન છે, જે આયર્ન (2.4 બાર્ન) અને નિકલ (4.5 બાર્ન) જેવી સામાન્ય ધાતુઓ કરતાં ઘણું ઓછું છે. સામાન્ય રિએક્ટર-ગ્રેડ એલોયની રચના અને મુખ્ય ઉપયોગોનો સારાંશ નીચે આપવામાં આવ્યો છે. આ મિશ્રધાતુઓમાં 0.3 ટકાથી ઓછું આયર્ન અને ક્રોમિયમ અને 0.1-0.14% ઓક્સિજન હોય છે. * ઝિર્લો એટલે ઝિર્કોનિયમ લો ઓક્સિડેશન. માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર 1100 કેલ્વિનથી નીચેના તાપમાને, ઝિર્કોનિયમ એલોય ષટ્કોણ સ્ફટિક પરિવાર (એચસીપી) સાથે સંબંધિત છે. તેની સૂક્ષ્મ રચના, રાસાયણિક હુમલા દ્વારા જાહેર થાય છે, જે વિડમેનસ્ટેટન પેટર્નની લાક્ષણિક સોય જેવા અનાજ દર્શાવે છે. તબક્કા સંક્રમણ તાપમાન (α-Zr થી β-Zr) ની નીચે એનેલિંગ કર્યા પછી અનાજને 3 થી 5 માઇક્રોન સુધીના કદ સાથે સરખાવવામાં આવે છે. એડમિરલ એચ. જી. દ્વારા ઝિર્કોનિયમની પસંદગી કર્યા પછી વિકાસ ઝિર્કાલોય 1 વિકસાવવામાં આવ્યો હતો. 1940ના દાયકાના અંતમાં હાઈ ફ્લક્સ ઝોન રિએક્ટર ઘટકો માટે માળખાકીય સામગ્રી તરીકે રિકોવર અને પ્રોટોટાઇપ સબમરીન રિએક્ટરમાં ફ્યુઅલ પેલેટ ટ્યુબ બંડલ્સ માટે ક્લેડીંગ. આ પસંદગી તાકાત, નીચા ન્યુટ્રોન ક્રોસ સેક્શન અને કાટ પ્રતિકારના સંયોજનને કારણે હતી. અગાઉ સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા ક્રુસિબલમાં ઝિરકાલોય-1ને ઓગાળીને ઝિરકાલોય-2 અજાણતાં વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. ઝીરકાલોય-4, ઝીર્લો અને એમ5 (1 ટકા નિયોબિયમ સાથે) સહિત નવા મિશ્રધાતુઓ ની-મુક્ત છે. ઝિર્કોનિયમ મિશ્રધાતુ ઝિર્કોનિયમ મિશ્રધાતુઓનું ઓક્સિડેશન ઓક્સિજન સાથે સહેલાઈથી પ્રતિક્રિયા આપે છે, જે નેનોમીટર-પાતળા નિષ્ક્રિયતા સ્તર બનાવે છે. મિશ્રધાતુઓનો કાટ પ્રતિકાર નોંધપાત્ર રીતે ઘટી શકે છે જ્યારે કેટલીક અશુદ્ધિઓ (દા. ત. 40 પીપીએમથી વધુ કાર્બન અથવા 300 પીપીએમથી વધુ નાઇટ્રોજન) હાજર હોય છે. કાળા તેજસ્વી ઝિર્કોનિયમ ઓક્સાઇડના ગાઢ નિષ્ક્રિય સ્તરના ઇરાદાપૂર્વકના વિકાસ દ્વારા ઝિર્કોનિયમ એલોય્સનો કાટ પ્રતિકાર વધારવામાં આવે છે. નાઇટ્રાઇડ કોટિંગ્સનો પણ ઉપયોગ કરી શકાય છે. જ્યારે ઝિર્કોનિયમ અને ઝિર્કોનિયમ એલોયનો ઓક્સિડેશન દર સમાન છે કે કેમ તે અંગે કોઈ સર્વસંમતિ નથી, ત્યારે ઝિર્કાલોય 2 અને 4 આ સંદર્ભમાં ખૂબ સમાન રીતે વર્તે છે. ઓક્સિડેશન હવામાં અથવા પાણીમાં સમાન દરે થાય છે અને આજુબાજુની સ્થિતિમાં અથવા ઉચ્ચ શૂન્યાવકાશમાં આગળ વધે છે. ઝિર્કોનિયમ ડાયોક્સાઇડનું પેટા-માઇક્રોમીટર પાતળું સ્તર સપાટી પર ઝડપથી રચાય છે અને જથ્થામાં ઓક્સિજનના વધુ પ્રસારને અને પછીના ઓક્સિડેશનને અટકાવે છે. તાપમાન અને દબાણ પર ઓક્સિડેશન દર આરની નિર્ભરતાને આર = 13.9·પી1/6·એક્સપી (− 1.47/kBT) તરીકે વ્યક્ત કરી શકાય છે ઓક્સિડેશન દર આર અહીં ગ્રામ/(સેમી2·સેકન્ડ) માં વ્યક્ત થાય છે; પી એ વાતાવરણમાં દબાણ છે, જે પરિબળ છે P1/6 = 1 આસપાસના દબાણ પર; સક્રિયકરણ ઊર્જા 1.47 eV છે; kB એ બોલ્ટ્ઝમેન અચળાંક (8.617 eV/K) છે અને T એ કેલ્વિનમાં સંપૂર્ણ તાપમાન છે. આમ ઓક્સિડેશન દર R એ 10−20 ગ્રામ પ્રતિ 1 m2 ક્ષેત્રફળ પ્રતિ સેકન્ડ 0°C પર, 6 ગ્રામ m−2s−1 300°C પર, 5.4 મિલીગ્રામ m−2s−1 700°C પર અને 300 મિલીગ્રામ m−2s−1 1000°C પર છે. જ્યારે ઓક્સિડેશનનો કોઈ સ્પષ્ટ થ્રેશોલ્ડ નથી, તે સેંકડો ડિગ્રી સેલ્સિયસના તાપમાને મેક્રોસ્કોપિક સ્કેલ પર નોંધપાત્ર બને છે. વરાળ દ્વારા ઝિર્કોનિયમનું ઓક્સિડેશન ધાતુના ઝિર્કોનિયમનો એક ગેરલાભ એ છે કે પરમાણુ રિએક્ટરમાં શીતકના નુકસાનના કિસ્સામાં અકસ્માત થાય છે. ઝિર્કોનિયમ આવરણ ઉપરની પાણીની વરાળ સાથે ઝડપથી પ્રતિક્રિયા આપે છે. પાણી દ્વારા ઝિર્કોનિયમના ઓક્સિડેશન સાથે હાઇડ્રોજન ગેસ છોડવામાં આવે છે. આ ઓક્સિડેશન ઊંચા તાપમાને ઝડપી થાય છે, દા. ત. જો ઇંધણ એસેમ્બલીઓ હવે સંપૂર્ણપણે પ્રવાહી પાણીથી ઢંકાયેલી ન હોય અને અપૂરતી રીતે ઠંડુ હોય તો રિએક્ટર કોરની અંદર. ધાતુના ઝિર્કોનિયમને પછી પાણીના પ્રોટોન દ્વારા ઓક્સિડાઇઝ કરીને નીચેની રીડોક્સ પ્રતિક્રિયા અનુસાર હાઇડ્રોજન ગેસ બનાવવામાં આવે છેઃ D2O ડ્યુટેરિયમ ઓક્સાઇડની હાજરીમાં Zr + 2 H2O → ZrO2 + 2 H2 ઝિર્કોનિયમ ક્લેડિંગનો ઉપયોગ વારંવાર આગામી પેઢીના દબાણયુક્ત ભારે જળ રિએક્ટરમાં મધ્યસ્થી અને શીતક તરીકે થાય છે જેનો ઉપયોગ CANDU દ્વારા રચાયેલ પરમાણુ રિએક્ટર ડ્યુટેરિયમ ઓક્સાઇડ વરાળના સંપર્કમાં સમાન ઓક્સિડેશનને નીચે પ્રમાણે વ્યક્ત કરશેઃ Zr + 2 D2O → ZrO2 + 2 D2 આ ઉષ્માક્ષેપી પ્રતિક્રિયા, જોકે માત્ર ઉચ્ચ તાપમાન પર થાય છે, તે આલ્કલી ધાતુઓ (જેમ કે સોડિયમ અથવા પોટેશિયમ) જેવી જ છે. તે પાણી દ્વારા આયર્નના એનારોબિક ઓક્સિડેશન સાથે પણ નજીકથી સામ્યતા ધરાવે છે (એન્ટોઇન લેવોઇઝિયર દ્વારા તેમના પ્રયોગો માટે હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવા માટે ઊંચા તાપમાને ઉપયોગમાં લેવાતી પ્રતિક્રિયા). આ પ્રતિક્રિયા 1979 માં થ્રી માઇલ આઇલેન્ડ ન્યુક્લિયર જનરેટિંગ સ્ટેશનના રિએક્ટર બિલ્ડિંગની અંદર પ્રથમ વખત જોવા મળેલા નાના હાઇડ્રોજન વિસ્ફોટ અકસ્માત માટે જવાબદાર હતી જેણે કન્ટેઇન્મેન્ટ બિલ્ડિંગને નુકસાન પહોંચાડ્યું ન હતું. આ જ પ્રતિક્રિયા ફુકુશિમા દાઇચી ન્યુક્લિયર પાવર પ્લાન્ટ (જાપાન) ના ઉકળતા પાણીના રિએક્ટર 1,2 અને 3 માં થઈ હતી, જ્યારે 11 માર્ચ, 2011 ના આપત્તિ દરમિયાન સંબંધિત ભૂકંપ અને સુનામીની ઘટનાઓને કારણે રિએક્ટર કૂલિંગમાં વિક્ષેપ પડ્યો હતો, જે ફુકુશિમા દાઇચી પરમાણુ આપત્તિ તરફ દોરી ગયો હતો. હાઇડ્રોજન ગેસ રિએક્ટર જાળવણી હોલમાં ફેંકવામાં આવ્યો હતો અને પરિણામે હવાના ઓક્સિજન સાથે હાઇડ્રોજનનું વિસ્ફોટક મિશ્રણ ફાટ્યું હતું. વિસ્ફોટોએ બાહ્ય ઇમારતો અને ઓછામાં ઓછી એક કન્ટેઇન્મેન્ટ બિલ્ડિંગને ગંભીર નુકસાન પહોંચાડ્યું હતું. આ પ્રતિક્રિયા ચેર્નોબિલ અકસ્માત દરમિયાન પણ થઈ હતી, જ્યારે રિએક્ટરમાંથી વરાળ બહાર નીકળવા લાગી હતી. ઘણી વોટર કૂલ્ડ રિએક્ટર કન્ટેઇન્મેન્ટ ઇમારતોમાં વિસ્ફોટક મર્યાદા સુધી પહોંચે તે પહેલાં ઓરડાના તાપમાને હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનને ઝડપથી પાણીમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે ઉત્પ્રેરક આધારિત નિષ્ક્રિય ઓટોકેટાલિટિક રિકોમ્બિનર એકમો સ્થાપિત કરવામાં આવે છે. હાઇડ્રાઇડ્સ અને હાઇડ્રોજન ભંગાણની રચના ઉપરોક્ત ઓક્સિડેશન દૃશ્યમાં, મુક્ત થયેલ હાઇડ્રોજનનું 5-20% ઝિર્કોનિયમ એલોય ક્લેડીંગમાં ફેલાય છે જે ઝિર્કોનિયમ હાઇડ્રાઇડ્સ બનાવે છે. હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન પ્રક્રિયા પણ યાંત્રિક રીતે સળિયાઓના આવરણને નબળું પાડે છે કારણ કે હાઇડ્રાઇડ્સમાં ઝિર્કોનિયમ અથવા તેના મિશ્રધાતુઓ કરતાં ઓછી નમ્યતા અને ઘનતા હોય છે, અને આમ હાઇડ્રોજનના સંચય પર ફોલ્લાઓ અને તિરાડો રચાય છે. આ પ્રક્રિયાને હાઇડ્રોજન વિઘટન તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. એવું નોંધવામાં આવ્યું છે કે હાઇડ્રાઇડ્સની અંદર હાઇડ્રોજનની સાંદ્રતા પણ અવક્ષેપોના ન્યુક્લિએશન સ્થળ પર આધારિત છે. ક્ષતિગ્રસ્ત પરમાણુ રિએક્ટરમાં લોસ-ઓફ-કૂલન્ટ અકસ્માત (એલ. ઓ. સી. એ.) ના કિસ્સામાં, હાઇડ્રોજન ભંગાણ ઊંચા તાપમાનની વરાળના સંપર્કમાં આવતા ઇંધણના સળિયાઓના ઝિર્કોનિયમ એલોય ક્લેડિંગના અધઃપતનને વેગ આપે છે. વિરૂપતા ઝિર્કોનિયમ મિશ્રધાતુઓનો ઉપયોગ અણુ ઉદ્યોગમાં ઝિર્કોનિયમની ઊંચી તાકાત અને ન્યુટ્રોનના ઓછા શોષણ ક્રોસ-સેક્શનને કારણે બળતણની સળિયાના આવરણ તરીકે થાય છે. તે રચના દરમિયાન અને રિએક્ટર અકસ્માતના કિસ્સામાં ઉચ્ચ તાણ દર લોડિંગ પરિસ્થિતિઓને આધિન હોઈ શકે છે. આ સંદર્ભમાં, તાણ દર-આધારિત યાંત્રિક ગુણધર્મો, સ્ફટિકીય રચના અને સ્લિપ અને વિરૂપતા ટ્વિનિંગ જેવી વિરૂપતા સ્થિતિઓ વચ્ચેનો સંબંધ. સ્લિપ ઝિર્કોનિયમ ઓરડાના તાપમાને ષટ્કોણ બંધ-પેક્ડ સ્ફટિક માળખું (એચ. સી. પી.) ધરાવે છે, જ્યાં પ્રિઝમેટિક સ્લિપમાં સૌથી ઓછો નિર્ણાયક ઉકેલિત શીયર સ્ટ્રેસ હોય છે. સ્લિપ એકમ કોષની અક્ષની ઓર્થોગોનલ હોય છે અને તેથી, θc′ સાથે વિકૃતિને સમાવી શકતી નથી. પાંચ સ્વતંત્ર સ્લિપ સ્થિતિઓ બનાવવા માટે અને પોલિક્રિસ્ટલમાં મનસ્વી વિરૂપતાને મંજૂરી આપવા માટે, ગૌણ વિરૂપતા પ્રણાલીઓ જેમ કે પિરામિડલ પ્લેન સાથે ટ્વિનિંગ અને પ્રથમ ક્રમ અથવા બીજા ક્રમના પિરામિડલ પ્લેન પર સી + એ સ્લિપ ઝેડઆર પોલિક્રિસ્ટલ વિરૂપતામાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. તેથી, રચના અને તાણ દરના કાર્ય તરીકે વિરૂપતા સ્લિપ અને ટ્વિનિંગ સ્થિતિઓની સંબંધિત પ્રવૃત્તિ વિરૂપતા વર્તનને સમજવામાં મહત્વપૂર્ણ છે. પ્રક્રિયા દરમિયાન અનિસોટ્રોપિક વિકૃતિ અંતિમ ઝેડઆર ભાગની રચનાને અસર કરે છે; પ્રક્રિયામાં રચના નિયંત્રણ અને સેવામાં સંભવિત નિષ્ફળતા સ્થિતિઓની આગાહી કરવા માટે વિકૃતિ ટ્વિનિંગ અને સ્લિપના સંબંધિત વર્ચસ્વને સમજવું મહત્વપૂર્ણ છે. Zr માં જાણીતી વિરૂપતા પ્રણાલીઓ આકૃતિ 1 માં દર્શાવવામાં આવી છે. પાતળા ઝેડઆર મિશ્રધાતુઓમાં સૌથી ઓછા નિર્ણાયક ઉકેલાયેલા શીયર સ્ટ્રેસ (સી. આર. એસ. એસ.) સાથે પસંદગીની ઓરડાના તાપમાનની સ્લિપ સિસ્ટમ એ પ્રિઝમેટિક સ્લિપ છે. પ્રિઝમેટિક સ્લિપનું સી. આર. એસ. એસ. ઇન્ટર્સ્ટિશલ સામગ્રી સાથે વધે છે, ખાસ કરીને ઓક્સિજન, કાર્બન અને નાઇટ્રોજન, અને વધતા તાપમાન સાથે ઘટે છે. ઉચ્ચ શુદ્ધતા ધરાવતી એક સ્ફટિક Zrમાં 10−4s−1ના નીચા તાણ દર પર વિકૃત થયેલી બેઝલ સ્લિપ માત્ર 550°Cથી ઉપરના તાપમાને જોવા મળી હતી. ઓરડાના તાપમાને, બેઝલ સ્લિપ નાની માત્રામાં સેકન્ડરી સ્લિપ સિસ્ટમ તરીકે પ્રિઝમેટિક સ્લિપ તરીકે જોવા મળે છે, અને ઉચ્ચ તાણ દર લોડિંગ દરમિયાન તેને પ્રોત્સાહન આપવામાં આવે છે. ઝેડઆર, બેઝલ સ્લિપના ઓરડાના તાપમાનમાં વિરૂપતાનો અભ્યાસ કેટલીકવાર અવગણવામાં આવે છે અને ઓરડાના તાપમાને મેક્રોસ્કોપિક સ્ટ્રેસ-સ્ટ્રેન પ્રતિસાદને અસર કરતું નથી તેવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. જો કે, વાણિજ્યિક શુદ્ધતા ઝેડઆરમાં સિંગલ ક્રિસ્ટલ ઓરડાના તાપમાનના માઇક્રોકેન્ટિલીવર પરીક્ષણો દર્શાવે છે કે બેઝલ સ્લિપમાં પ્રિઝમેટિક સ્લિપ કરતાં માત્ર 1.3 ગણો વધારે સી. આર. એસ. એસ. હોય છે, જે અનુકૂળ તાણની સ્થિતિને ધ્યાનમાં રાખીને પોલિક્રિસ્ટલ વિરૂપતામાં નોંધપાત્ર સક્રિયકરણ સૂચવે છે. 1 લી ક્રમની સી + એ પિરામિડલ સ્લિપ એ પ્રિઝમેટિક સ્લિપ કરતા 3.5 ગણી વધારે સી. આર. એસ. એસ. ધરાવે છે. બીજા ક્રમના પિરામિડલ પ્લેન પરની સ્લિપ ભાગ્યે જ Zr એલોયમાં જોવા મળે છે, પરંતુ સામાન્ય રીતે પ્રથમ ક્રમની પિરામિડલ સ્લિપ જોવા મળે છે. જેનસન અને બેકોફેને સી અક્ષ લોડિંગ દરમિયાન વિમાનો પર સી + એ ડિસ્લોકેશન સાથે સ્થાનિક શીયર બેન્ડ્સનું નિરીક્ષણ કર્યું હતું, જે ઓરડાના તાપમાને ડક્ટાઇલ ફ્રેક્ચર તરફ દોરી ગયું હતું, પરંતુ આ સ્લિપ પ્લેન નથી કારણ કે સી + એ વેક્ટર વિમાનોમાં આવતા નથી. વિરૂપતા ટ્વિનિંગ વિરૂપતા ટ્વિનિંગ સ્ફટિકીય સામગ્રીમાં સંકલિત શીયર પરિવર્તન ઉત્પન્ન કરે છે. જોડિયા પ્રકારોને સંકોચન (C1, C2) અથવા વિસ્તરણ (T1, T2) જોડિયા તરીકે વર્ગીકૃત કરી શકાય છે, જે ષટ્કોણ બંધ-ભરેલા (HCP) એકમ કોષના <c> અક્ષને સંકુચિત કરવા અથવા વિસ્તૃત કરવા માટે તાણને સમાવી લે છે. ટ્વિનિંગને સ્ફટિકીય રીતે તેના ટ્વીન પ્લેન K1, ટ્વીન અને પેરેન્ટ મટિરિયલમાં મિરર પ્લેન અને η1 દ્વારા વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, જે ટ્વિનિંગ શીયર દિશા છે. ઝેડઆરમાં વિકૃતિ જોડિયા સામાન્ય રીતે લેન્ટિક્યુલર આકારના હોય છે, જે η1 દિશામાં લંબાય છે અને K1 સમતલ સાથે સામાન્ય રીતે જાડું થાય છે. ટ્વીન પ્લેન, શીયર દિશા અને શીયર પ્લેન ઓર્થોગોનલ સમૂહના બેઝિસ વેક્ટર બનાવે છે. પિતૃ અને જોડિયા વચ્ચેનો અક્ષ-કોણની ખોટી દિશા સંબંધ એ શીયર પ્લેનની સામાન્ય દિશા P વિશેના કોણનું પરિભ્રમણ છે. વધુ સામાન્ય રીતે, ટ્વિનિંગને અક્ષની આસપાસ 180° પરિભ્રમણ (η1 અથવા K1 સામાન્ય દિશા), અથવા સમતલમાં દર્પણ પ્રતિબિંબ (K1 અથવા η1 સામાન્ય સમતલ) તરીકે વર્ણવી શકાય છે. ઝિર્કોનિયમમાં મુખ્ય જોડિયા પ્રકાર K1 = {101 n2} η1 = <101 n1> (T1) જોડિયા છે, અને આ {101 n2} <101 n1> જોડિયા માટે, ચાર પરિવર્તન વચ્ચે કોઈ તફાવત નથી, કારણ કે તે સમકક્ષ છે. એચ. સી. પી. સ્ફટિક માળખામાં સમપ્રમાણતાને કારણે, દરેક પ્રકાર માટે છ સ્ફટિકશાસ્ત્રીય સમકક્ષ જોડિયા પ્રકારો અસ્તિત્વમાં છે. અનાજમાં એક જ પ્રકારના જુદા જુદા જોડિયા પ્રકારોને તેમના અક્ષ-કોણની પિતૃ તરફની દિશાહિનતા દ્વારા અલગ કરી શકાતા નથી, જે જોડિયા પ્રકારનાં તમામ પ્રકારો માટે સમાન છે. તેમ છતાં, તેમને લોડિંગ એક્સિસના સંદર્ભમાં તેમના સંપૂર્ણ દિશાઓનો ઉપયોગ કરીને અલગ કરી શકાય છે, અને કેટલાક કિસ્સાઓમાં (વિભાજન સમતલના આધારે), ટ્વીન બાઉન્ડ્રી ટ્રેસ. કોઈપણ નમૂનામાં રચાતો પ્રાથમિક જોડિયા પ્રકાર તાણની સ્થિતિ અને દર, તાપમાન અને સ્ફટિક દિશા પર આધાર રાખે છે. મેક્રોસ્કોપિક નમૂનાઓમાં, આ સામાન્ય રીતે સ્ફટિકીય રચના, અનાજના કદ અને સ્પર્ધાત્મક વિરૂપતા સ્થિતિઓ (એટલે કે, અવ્યવસ્થા સ્લિપ) દ્વારા મજબૂત રીતે પ્રભાવિત થાય છે, જે લોડિંગ અક્ષ અને દિશા સાથે જોડાય છે. T1 ટ્વીન પ્રકાર ઓરડાના તાપમાને અને અર્ધ-સ્થિર તાણ દર પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે. પ્રવાહી નાઇટ્રોજન તાપમાન પર હાજર જોડિયા પ્રકારો છે {112 n2} Â112 n3 Â (C1 ટ્વિનિંગ) અને {101 n2} Â 101 n1Â (T1 ટ્વિનિંગ). અન્ય પ્રકારના ગૌણ જોડિયા પ્રાથમિક જોડિયાની અંદર રચના કરી શકે છે કારણ કે સ્ફટિક લોડિંગ અક્ષના સંદર્ભમાં પુનઃનિર્ધારિત છે. C2 કોમ્પ્રેસિવ ટ્વીન સિસ્ટમ (C2 કોમ્પ્રેસિવ ટ્વીન સિસ્ટમ) ફક્ત ઊંચા તાપમાને જ સક્રિય હોય છે, અને 550°C પર વિરૂપતા દરમિયાન બેઝલ સ્લિપની પસંદગીમાં સક્રિય થાય છે. વિરૂપતા સ્થિતિઓ પર લોડિંગ શરતોની અસર કેશનર અને ગ્રે અવલોકન કરે છે કે 0.001 s−1 અને 3500 s−1 ની શ્રેણીમાં વધતા તાણ દર સાથે ઉપજ તાણમાં વધારો થાય છે, અને જ્યારે બેઝલ પ્લેન કરતાં મુખ્યત્વે પ્રિઝમેટિક પ્લેન સાથે ટેક્સચર ઘટકો સાથે એકસરખી રીતે સંકુચિત થાય છે ત્યારે ઉપજ તણાવમાં તાણ દર સંવેદનશીલતા વધારે હોય છે. તેઓ નિષ્કર્ષ કાઢે છે કે પ્રવાહ તણાવની દર સંવેદનશીલતા સ્લિપ-પ્રભુત્વ ધરાવતી વિકૃતિ દરમિયાન ઓછી સમપ્રમાણતા ધરાવતી ધાતુઓમાં અવ્યવસ્થા ગતિને અટકાવતા પિયર્સ દળો સાથે સુસંગત છે. આ ઓરડાના તાપમાનની વિકૃતિના પ્રારંભિક તબક્કામાં માન્ય છે, જે સામાન્ય રીતે Zr માં સ્લિપ-ડોમિનેટેડ હોય છે. મુખ્યત્વે પ્રિઝમેટિક પ્લેન સાથે ટેક્સચર ઘટકો સાથે સંકુચિત નમૂનાઓ મુખ્યત્વે બેઝલ પ્લેન સાથે ટેક્સચર ઘટકો કરતાં ઓછા તાણ પર ઉપજ આપે છે, જે <a> પ્રિઝમેટિક સ્લિપની તુલનામાં <c + a> પિરામિડલ સ્લિપ માટે ઉચ્ચ નિર્ણાયક ઉકેલાયેલા શીયર સ્ટ્રેસ સાથે સુસંગત છે. ઓરડાના તાપમાનમાં વિકૃત ઝિર્કોનિયમના ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી અભ્યાસમાં, મેકકેબ એટ અલ. પ્રિઝમેટિક ટેક્સચરવાળા નમૂનાઓમાં માત્ર <a> ડિસ્લોકેશન જોવા મળ્યું હતું, જે પ્રિઝમેટિક પ્લેન પર હોવાનું માનવામાં આવતું હતું. ઓરડાના તાપમાને મૂળભૂત રચના ધરાવતા નમૂનાઓમાં <a> (પ્રિઝમેટિક) અને <112 n 3 n> <c + a> ({101 n 1} પિરામિડલ) સ્લિપ બંને જોવા મળ્યા હતા, પરંતુ પ્રવાહી નાઇટ્રોજન તાપમાન પર એક જ નમૂનામાં માત્ર <a> અવ્યવસ્થા જોવા મળી હતી. અર્ધ-સ્થિર તાણ દર પર, મેકકેબ એટ અલ. લોડિંગ એક્સિસ સાથે પ્રિઝમેટિક ટેક્સચર ઘટક સાથે પ્લેટની દિશામાં સંકુચિત નમૂનાઓમાં માત્ર T1 ટ્વિનિંગ જોવા મળ્યું હતું. તેઓએ મૂળભૂત રચના સાથે 25 ટકા તાણ સુધી સંકુચિત નમૂનાઓમાં T1 જોડિયાનું નિરીક્ષણ કર્યું ન હતું. કેશનર અને ગ્રે અવલોકન કરે છે કે ઉચ્ચ તાણ દર (3000s−1) પર વિરૂપતા અર્ધ-સ્થિર તાણ દર કરતાં વધુ જોડિયા પેદા કરે છે, પરંતુ સક્રિય થયેલા જોડિયા પ્રકારોને ઓળખવામાં આવ્યા ન હતા. કેપોલુંગો એટ અલ. નમૂનાની અંદર અનાજ અભિગમના કાર્ય તરીકે ટ્વિનિંગનો અભ્યાસ કર્યો. તેઓએ મેક્રોસ્કોપિક લાગુ તણાવ દિશાનો ઉપયોગ કરીને વૈશ્વિક શ્મિડ પરિબળની ગણતરી કરી. તેમને સ્થાનિક આંતરગ્રાન્યુલર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને ધ્યાનમાં લીધા વિના કોઈપણ અનાજ પર ઉકેલાયેલ શીયર સ્ટ્રેસ જોવા મળ્યો, જે સ્ટ્રેસની સ્થિતિમાં ફેરફાર કરી શકે છે. તેમને જાણવા મળ્યું કે મોટાભાગના જોડિયા બાળકો વૈશ્વિક શ્મિડ પરિબળ અનુસાર જોડિયા બાળકો માટે અનુકૂળ હોય તેવા અનાજમાં જોવા મળે છે, તેમ છતાં લગભગ 30 ટકા અનાજ કે જે જોડિયા બાળકો માટે પ્રતિકૂળ હોય તેવા હતા તેમાં હજુ પણ જોડિયા બાળકો હોય છે. તેવી જ રીતે, હાજર જોડિયા હંમેશા સૌથી વધુ વૈશ્વિક શ્મિડ ફેક્ટર વેરિઅન્ટના ન હતા, જેમાં સૌથી વધુ શ્મિડ ફેક્ટર વેરિઅન્ટ પર માત્ર 60 ટકા ટ્વિનિંગ હતું. આને અનાજ અથવા અનાજની સીમાઓમાં સ્થાનિક તાણની સ્થિતિ પર મજબૂત નિર્ભરતાને આભારી હોઈ શકે છે, જેને પ્રાયોગિક રીતે માપવું મુશ્કેલ છે, ખાસ કરીને ઉચ્ચ તાણ દર પર. Knezevic et al. સ્લિપ અને ટ્વિનિંગ સિસ્ટમના દર અને તાપમાન સંવેદનશીલતાનો અભ્યાસ કરવા માટે સ્વ-સુસંગત વિસ્કોપ્લાસ્ટિક મોડેલમાં ઉચ્ચ-શુદ્ધતા પોલિક્રિસ્ટલાઇન ઝેડઆરની પ્રાયોગિક માહિતી ફીટ કરવામાં આવી છે. તેમને જાણવા મળ્યું કે 10−3 અને 103 s−1 વચ્ચેના તાણ દર માટે ઓરડાના તાપમાને T1 ટ્વિનિંગ એ પ્રબળ સ્લિપ સિસ્ટમ હતી. બેઝલ સ્લિપ 400 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી નીચે વિરૂપતામાં ફાળો આપતું નથી. ટ્વિનિંગ દર અસંવેદનશીલ હોવાનું જણાયું હતું, અને સ્લિપની દર સંવેદનશીલતા તાણ દરના કાર્ય તરીકે ટ્વિનિંગ વર્તણૂકમાં ફેરફારોને સમજાવી શકે છે. T1 ટ્વિનિંગ અર્ધ-સ્થિર અને ઉચ્ચ દરના લોડિંગ બંને દરમિયાન થાય છે. T2 ટ્વિનિંગ માત્ર ઊંચા દરના લોડિંગ પર થાય છે. T1 અને T2 ટ્વિનિંગના સમાન વિસ્તારના અપૂર્ણાંકો ઉચ્ચ તાણ દર પર સક્રિય થાય છે, પરંતુ T2 ટ્વિનિંગ તેના ઉચ્ચ ટ્વિનિંગ શીયરને કારણે વધુ પ્લાસ્ટિકની વિકૃતિ ધરાવે છે. T1 ટ્વિન્સ ટ્વિનિંગ પ્લેન સાથે લંબાવવાની પસંદગીમાં અસંગત સીમા નિશાનો સાથે જાડું થવાનું વલણ ધરાવે છે, અને કેટલાક કિસ્સાઓમાં, લગભગ સમગ્ર પિતૃ અનાજનો વપરાશ કરે છે. T1 જોડિયાના ઘણા પ્રકારો એક જ દાણામાં ન્યુક્લિએટ કરી શકે છે, અને જોડિયા ટીપ્સને અનાજના આંતરિક ભાગમાં પિન કરવામાં આવે છે. બીજી બાજુ, T2 જોડિયા પ્રાધાન્યમાં જાડા થવાને બદલે લાંબા થાય છે, અને સીમાથી સીમા સુધી વિસ્તરેલી સમાન પ્રકારની સમાંતર હરોળમાં ન્યુક્લિએટ થવાનું વલણ ધરાવે છે. 97.0% ના વ્યાવસાયિક રીતે શુદ્ધ ઝિર્કોનિયમ (CP-Zr) માટે, બેસલ, Âa પિરામિડલ અને Âc + a પિરામિડલ સ્લિપ સિસ્ટમ્સ અર્ધ-સ્થિર અને ઉચ્ચ તાણ દર લોડિંગ બંને પર સામાન્ય દિશા (ND) સાથે ઓરડાના તાપમાનના સંકોચન પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે, જે ઉચ્ચ શુદ્ધતા પોલિક્રિસ્ટલાઇન અને સિંગલ ક્રિસ્ટલ Zr માં જોવા મળતું નથી. અક્ષની ત્રાંસી દિશા (TD) વિરૂપતામાં, પ્રિઝમેટિક અને પિરામિડલ સ્લિપ પ્રણાલીઓ પ્રબળ છે. પિરામિડલ અને બેઝલ સ્લિપ પ્રણાલીઓ હાલમાં સાહિત્યમાં નોંધાયેલા કરતાં વધુ પ્રચલિત છે, જોકે આનું કારણ હોઈ શકે છે કે પરંપરાગત વિશ્લેષણ માર્ગો સરળતાથી પિરામિડલ સ્લિપને ઓળખતા નથી. બેઝલ સ્લિપ પ્રણાલીઓને પ્રોત્સાહન આપવામાં આવે છે, અને અર્ધ-સ્થિર તાણ દર (ક્યુએસ) લોડિંગની તુલનામાં પ્રિઝમેટિક સ્લિપને ઊંચા તાણ દર (એચઆર) પર દબાવવામાં આવે છે. આ લોડિંગ એક્સિસ ટેક્સચર (એન. ડી./ટી. ડી.) થી સ્વતંત્ર છે. એપ્લિકેશન્સ ઝિર્કોનિયમ એલોય કાટ પ્રતિરોધક અને બાયોકોમ્પેટિબલ છે, અને તેથી બોડી ઇમ્પ્લાન્ટ માટે ઉપયોગ કરી શકાય છે. એક ચોક્કસ એપ્લિકેશનમાં, Zr-2.5Nb એલોય ઘૂંટણ અથવા હિપ ઇમ્પ્લાન્ટમાં રચાય છે અને પછી પોલિઇથિલિન ઘટક સામે બેરિંગમાં ઉપયોગ કરવા માટે સખત સિરામિક સપાટીનું ઉત્પાદન કરવા માટે ઓક્સિડાઇઝ થાય છે. આ ઓક્સિડાઇઝ્ડ ઝિર્કોનિયમ એલોય સામગ્રી સિરામિકના ફાયદાકારક સપાટીના ગુણધર્મો (ઘર્ષણમાં ઘટાડો અને ઘર્ષણ પ્રતિકારમાં વધારો) પ્રદાન કરે છે, જ્યારે અંતર્ગત ધાતુના ફાયદાકારક જથ્થાબંધ ગુણધર્મો (ઉત્પાદનક્ષમતા, અસ્થિભંગની મજબૂતાઈ અને નમ્યતા) જાળવી રાખે છે, જે આ તબીબી પ્રત્યારોપણ કાર્યક્રમો માટે સારો ઉકેલ પ્રદાન કરે છે. શીત યુદ્ધના અંત પછી પરમાણુ વિસૈન્યીકરણને કારણે રશિયામાં ઝિર્કોનિયમની માંગમાં ઘટાડાના પરિણામે ચિત્રમાં દર્શાવેલ વોડકા શોટ ગ્લાસ જેવી ઘરગથ્થુ ઝિર્કોનિયમ વસ્તુઓનું વિદેશી ઉત્પાદન થયું. સંદર્ભો પણ જુઓ "પરમાણુ ઉદ્યોગમાં ઝિર્કોનિયમ" નામના સમર્પિત સંમેલન માટે ગૂગલ પુસ્તકોના શોધ પરિણામો ફુકુશિમા પરમાણુ ઉર્જા પ્લાન્ટનું નિર્માણ ગૂગલ પુસ્તકોના શોધ પરિણામો સ્ટિથ, તાઈ. વિજ્ઞાન, સબમરીન અને સિક્રેટ્સઃ ધ ઈનક્રેડિબલ અર્લી યર્સ ઓફ ધ અલ્બેની રિસર્ચ સેન્ટર. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ, ઓવલ રૂમ પ્રેસ ISBN 9781735136646. ઝિર્કોનિયમ એલોય પરમાણુ સામગ્રી