由于鋯的外層電子排列為4s24p64d25s2，化合價為2、3、4價，常見的為4價，鋯的穩(wěn)定性比鈦弱而比鉿強，是一強還原劑和穩(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，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。加熱時鋯強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，鋯的氧化膜會失去保護作用。當溫度超過800℃時，則迅速生成ZrO2，在靜止狀態(tài)下的空氣中，鋯的氧化速率為1.08×10-2kg/(m2?h)；950℃時為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：
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溫度/℃
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H2 O2 N2 H2O(蒸汽) CO與CO2
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300～400 700 1000 —— ——
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760 835 在1527以前無反應(yīng) —— ——
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起始反應(yīng)：180～230
550 ------------------ 600 —— 500
最佳條件：650～700
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300 400 在400緩慢，在800迅速 300 800
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金屬鋯的力學(xué)性能
A．一般性能
金屬鋯屬于高熔點金屬，但其力學(xué)性能則與熔點較低的金屬很相似，如彈性系數(shù)小，強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：
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基 本 特 性 數(shù) 值
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彈性系數(shù)/kg?m^-2 9.82×10^10
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硬度HB 64～67
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抗拉強度極限/Pa (2.3～2.5) ×10^8
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屈服極限/Pa 2.1×10^8
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楊氏模量/Pa 9.39×10^8
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泊松比 0.34
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剪切模量/Pa 3.48×10^10
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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
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T/K 屈服極限/ MPa 抗拉強度極限/MPa 伸長率/%
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輻照前 輻照后 輻照前 輻照后 輻照前 輻照后
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20 748 742 867 867 35 42
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90 720 671 805 805 27 34
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160 643 630 706 742 19 29
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200 609 574 636 650 21 27
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表2 輻照后退火鋯力學(xué)性能
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快中子總通量 屈服極限 強度極限 斷面收縮率 在50mm長度上
/n?cm^-2 / MPa / MPa /% 的伸長率/%
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0 120 276 48 29
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8×10^19 154 284 50 29
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2.5×10^20 165 279 52 25
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