L'histoire du zirconium : de la découverte à la production
Il y a plusieurs siècles, les silicates naturels contenant du zirconium, appelés zircon (ZrSiO₄) ou hyacinthe, étaient largement répandus dans la nature. Avec leurs belles couleurs allant de l'orange au rouge, ils étaient considérés comme des pierres précieuses depuis l'Antiquité.
En 1789, le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth, en étudiant le zircon, a découvert qu'en le chauffant avec de l'hydroxyde de sodium, une nouvelle oxyde se formait. Il a nommé cette oxyde "zirconia" et a supposé qu'elle contenait un nouvel élément. Peu après, les chimistes français de Morueau et Vauquelin ont confirmé l'analyse de Klaproth. Cet élément a été nommé "Zirconium" (symbole Zr).
En 1824, le chimiste suédois Jöns Jacob Berzelius a été le premier à produire du zirconium métallique impur (93 % de pureté) sous forme de poudre noire, en réduisant le K₂ZrF₆ avec du potassium.
En 1914, deux chercheurs néerlandais, Lely et Hamburger, travaillant dans une usine de lampes à incandescence, ont obtenu du zirconium plus ductile (99 % de pureté) en chauffant du tétrachlorure de zirconium anhydre avec un excès de sodium à 500 °C.
En 1925, les chimistes néerlandais Anton Eduard van Arkel et Jan Hendrik de Boer ont produit du zirconium parfaitement pur en décomposant le tétraiodure de zirconium (ZrI₄).
Par la suite, le zirconium a été produit en grande quantité en chauffant du tétrachlorure de zirconium avec du magnésium.


Propriétés du zirconium : haute dureté, point de fusion élevé
Le zirconium est un métal gris argenté, semblable à l'acier, avec un éclat métallique. Il a un point de fusion très élevé (1852 °C), un point d'ébullition de 4377 °C et une densité de 6,49 g/cm³. Il est extrêmement dur et ductile, ce qui permet de le travailler facilement en plaques ou en fils.
La surface du zirconium forme facilement une couche d'oxyde, lui conférant une excellente résistance à la corrosion. Il est soluble dans l'acide fluorhydrique et l'eau régale. À haute température, il réagit avec les non-métaux et de nombreux métaux pour former des solutions solides. Il a des valences de +2, +3 et +4. Le zirconium absorbe facilement l'hydrogène, l'azote et l'oxygène. Son affinité pour l'oxygène est si forte qu'à 1000 °C, l'oxygène dissous dans le zirconium peut augmenter son volume de manière significative.
Le zirconium résiste mieux à la corrosion que le titane, se rapprochant du niobium et du tantale. Le zirconium et le hafnium sont deux métaux aux propriétés chimiques similaires, souvent trouvés ensemble, et contenant des substances radioactives.


Applications étendues du zirconium : des smartphones 5G aux véhicules blindés
Le zirconium est un métal rare important, doté d'un point de fusion ultra-élevé, d'une dureté exceptionnelle et d'une résistance à la corrosion remarquable, ce qui lui vaut une utilisation généralisée.
Le zirconium est utilisé comme getter et est un excellent matériau de stockage d'hydrogène. Comme le lithium et le titane, il absorbe fortement l'azote, l'hydrogène et l'oxygène. À des températures supérieures à 900 °C, il absorbe vigoureusement l'azote. À 200 °C, 100 grammes de zirconium peuvent absorber 817 litres d'hydrogène, soit plus de 800 000 fois la capacité du fer. Cette propriété est largement exploitée, par exemple dans l'industrie du vide électrique.
Le zirconium est utilisé pour la désoxydation et la désulfuration, et est surnommé la "vitamine de la métallurgie". Ajouter seulement 0,1 % de zirconium à l'acier augmente considérablement sa dureté et sa résistance. Mélangé au cuivre, il permet de produire des fils de cuivre dont la conductivité électrique reste intacte, tout en augmentant le point de fusion. En ajoutant de l'étain, du niobium et d'autres métaux au zirconium, on obtient des alliages résistants à la corrosion, utilisés pour fabriquer des pièces de précision.
Les aciers blindés, les aciers pour pièces forgées de canons, les aciers inoxydables et les aciers résistants à la chaleur contenant du zirconium sont des matériaux essentiels pour la fabrication de véhicules blindés, de chars, de canons et de plaques pare-balles.
Le zirconium et le titane appartiennent au même groupe et ont une biocompatibilité élevée, avec une solubilité mutuelle illimitée. L'alliage Zr-10Ti est utilisé comme matériau pour les implants dentaires. L'alliage Zr-40Ti améliore l'intégration osseuse et réduit l'effet de blindage des contraintes.
Le zirconium est également une matière première clé pour les composants électroniques des smartphones 5G, tels que les dos en céramique, les filtres et les modules de reconnaissance d'empreintes digitales, sous forme de poudre d'oxyde de zirconium. Enfin, le zirconium est indispensable à l'industrie nucléaire, jouant un rôle crucial dans la construction de centrales nucléaires, de sous-marins nucléaires, de vaisseaux spatiaux et de fusées.
Stanford Advanced Materials (SAM) dispose d'une expertise approfondie dans la fourniture de produits en zirconium de haute qualité.

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