由于鋯的外層電子排列為4s24p64d25s2，化合價(jià)為2、3、4價(jià)，常見的為4價(jià)，鋯的穩(wěn)定性比鈦弱而比鉿強(qiáng)，是一強(qiáng)還原劑和穩(wěn)定金屬，但穩(wěn)定性受其表面狀態(tài)和雜質(zhì)含量的影響。經(jīng)熔煉或碘化后制得的致密鋯非常穩(wěn)定；鎂還原獲得的海綿鋯，由于是多孔海綿狀則較活潑；特別是鋯粉，粒度越細(xì)，由表面積越大，活性越高，易與氣體、水發(fā)生反應(yīng)。
常溫下金屬鋯在空氣中極為穩(wěn)定，與空氣中的氧、氮完全不發(fā)生反應(yīng)，致密鋯則能長期保持其金屬光澤。加熱時(shí)鋯強(qiáng)烈地吸收氧氮而形成穩(wěn)定的化合物，并在表面生成氧化物保護(hù)層。這一原理常被用于鎂還原——蒸餾結(jié)束后作為海綿鋯的出爐安全措施之一而采用，但在較高溫度下，鋯的氧化膜會(huì)失去保護(hù)作用。當(dāng)溫度超過800℃時(shí)，則迅速生成ZrO2，在靜止?fàn)顟B(tài)下的空氣中，鋯的氧化速率為1.08×10-2kg/(m2?h)；950℃時(shí)為7.07×10-2kg/(m2?h)。鋯在高溫下除與氧氮形成穩(wěn)定的化合物外，還可與CO2、、H2O氣發(fā)生反應(yīng)。
在低壓下鋯與氧、水蒸氣等的反應(yīng)溫度見下表：
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
溫度/℃
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
H2 O2 N2 H2O(蒸汽) CO與CO2
------------------------------------------------------------------------------
300～400 700 1000 —— ——
------------------------------------------------------------------------------
760 835 在1527以前無反應(yīng) —— ——
------------------------------------------------------------------------------
起始反應(yīng)：180～230
550 ------------------ 600 —— 500
最佳條件：650～700
------------------------------------------------------------------------------
300 400 在400緩慢，在800迅速 300 800
------------------------------------------------------------------------------
金屬鋯的力學(xué)性能
A．一般性能
金屬鋯屬于高熔點(diǎn)金屬，但其力學(xué)性能則與熔點(diǎn)較低的金屬很相似，如彈性系數(shù)小，強(qiáng)度極限隨溫度升高而下降等。在20℃下鋯的主要力學(xué)性能見下表：
---------------------------------------------------------
基 本 特 性 數(shù) 值
---------------------------------------------------------
彈性系數(shù)/kg?m^-2 9.82×10^10
---------------------------------------------------------
硬度HB 64～67
---------------------------------------------------------
抗拉強(qiáng)度極限/Pa (2.3～2.5) ×10^8
---------------------------------------------------------
屈服極限/Pa 2.1×10^8
---------------------------------------------------------
楊氏模量/Pa 9.39×10^8
---------------------------------------------------------
泊松比 0.34
---------------------------------------------------------
剪切模量/Pa 3.48×10^10
---------------------------------------------------------
B．中子輻照下鋯的某些力學(xué)性能
變形較大的金屬鋯在輻照條件下，其屈服極限有所降低，伸長率則有所提高。冷變形鋯在積水通量為5×1019n/cm2下的數(shù)值見表1。而電弧爐精煉后的鋯，在600℃退火1h，再經(jīng)260℃輻照后，其屈服極限、強(qiáng)度極限均變化不大，見表2。
表1 冷變形鋯的一些力學(xué)性能
------------------------------------------------------------------------
T/K 屈服極限/ MPa 抗拉強(qiáng)度極限/MPa 伸長率/%
-----------------------------------------------------------
輻照前 輻照后 輻照前 輻照后 輻照前 輻照后
------------------------------------------------------------------------
20 748 742 867 867 35 42
------------------------------------------------------------------------
90 720 671 805 805 27 34
------------------------------------------------------------------------
160 643 630 706 742 19 29
------------------------------------------------------------------------
200 609 574 636 650 21 27
------------------------------------------------------------------------
表2 輻照后退火鋯力學(xué)性能
------------------------------------------------------------------------
快中子總通量 屈服極限 強(qiáng)度極限 斷面收縮率 在50mm長度上
/n?cm^-2 / MPa / MPa /% 的伸長率/%
------------------------------------------------------------------------
0 120 276 48 29
------------------------------------------------------------------------
8×10^19 154 284 50 29
------------------------------------------------------------------------
2.5×10^20 165 279 52 25
------------------------------------------------------------------------
