Als Fachmann wissen Sie vielleicht, dass Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) in modernen technischen Werkstoffen eine unverzichtbare Rolle spielt. Sind Sie neugierig auf YSZ? Dieser Artikel vermittelt Ihnen ein umfassendes Verständnis dieses Materials und hilft Ihnen, eine fundiertere Wahl für Ihre Materialanwendung zu treffen!
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- Was ist Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ)
- Eigenschaften der YSZ-Kristallstruktur
- YSZ-Eigenschaften
- YSZ-Auswahlhilfe
- Anwendung von YSZ
Was ist Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ)
YSZ wird durch Zugabe eines bestimmten Anteils Yttriumoxid zu Zirkoniumoxid hergestellt. Seine chemische Zusammensetzung besteht hauptsächlich aus zwei Hauptkomponenten: Zirkoniumoxid (ZrO₂) als Matrix und Yttriumoxid (Y₂O₃) als Stabilisator. Je nach Anwendungsbedarf liegt der zugesetzte Yttriumoxidgehalt üblicherweise zwischen 3 und 8 mol1TP₃T.
Im Ingenieurwesen ist YSZ unter vielen Namen bekannt, darunter:
Yttriumstabilisiertes Zirkonoxid
Y2O3 Stabilisiertes ZrO2
Yttriumstabilisiertes Zirkoniumoxid
Zirkoniumoxid Yttrium stabilisiert
Egal welcher Name verwendet wird, sie beziehen sich alle auf das Material YSZ.
Eigenschaften der YSZ-Kristallstruktur
Wenn Sie die Leistungsfähigkeit von YSZ eingehend untersuchen möchten, ist es hilfreich, zunächst die Kristallstruktur zu verstehen. Reines Zirkoniumoxid besitzt eine einzigartige Phasenübergangseigenschaft. Bei Raumtemperatur weist es eine monokline Phasenstruktur auf. Bei allmählich steigender Temperatur durchlaufen zwei Phasenübergänge das Material. Dieses Phasenübergangsverhalten kann Ihre Anwendung beeinträchtigen.
Bei Raumtemperatur -1170 °C weist Zirkoniumoxid eine monokline Phase auf (monoklin).
1170–2370 °C, Zirkonoxid weist eine tetragonale Phase auf (Tetragonal)
Bei ＞2370℃ weist Zirkonoxid eine kubische Phase auf (kubisch)
Zu diesem Zeitpunkt kann die Zugabe von Yttriumoxid den Mechanismus stabilisieren. Das Prinzip ist: Wenn Sie Y2O3 in das Zirkoniumdioxidgitter einführen, ersetzen Y3+-Ionen einige Zr4+-Ionen, und gleichzeitig werden Sauerstoffleerstellen erzeugt, um das Ladungsgleichgewicht aufrechtzuerhalten.
Durch die Zugabe von Yttriumoxid erreichen Sie zwei wichtige Ziele:
1. Stabile Erhaltung der Hochtemperaturphasenstruktur bei Raumtemperatur
2. Verhindern Sie effektiv die Entstehung schädlicher Phasenwechselspannungen
YSZ-Eigenschaften
YSZ verfügt über viele hervorragende Eigenschaften. Ob hohe Festigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit oder chemische Beständigkeit – YSZ erfüllt Ihre Anforderungen. Bei der Auswahl der passenden YSZ-Spezifikation empfehlen wir Ihnen, diese Leistungsparameter sorgfältig auf Ihre spezifische Anwendung abzuwägen.
Mechanische Eigenschaften
YSZ hat hervorragende mechanische Eigenschaften. Seine wichtigsten mechanischen Eigenschaften sind wie folgt:
Dichte:Die Dichte von YSZ beträgt 6,02 g/cm³. Die relativ moderate Dichte gewährleistet die Festigkeit des Materials, ohne Ihre Ausrüstung übermäßig zu belasten.
Härte:YSZ hat eine Mohshärte von 8,5, ist sehr verschleißfest und sehr langlebig.
Biegefestigkeit:YSZ hat eine Biegefestigkeit von bis zu 976 MPa (142.000 psi), sodass Sie es in extrem rauen mechanischen Umgebungen verwenden können.
Bruchzähigkeit:Die Bruchzähigkeit von YSZ ist deutlich höher, was hauptsächlich auf seinen einzigartigen Phasenumwandlungs-Härtungsmechanismus zurückzuführen ist.
Thermische Eigenschaften
YSZ ist ein ideales Material für Hochtemperaturanwendungen. Seine thermischen Eigenschaften sind wie folgt:
- Schmelzpunkt: Über 2700 °C, was bedeutet, dass YSZ in Umgebungen mit extrem hohen Temperaturen verwendet werden kann.
- Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur beträgt 2,0–2,3 W/m·K, was es zu einem hervorragenden Wärmedämmstoff macht.
- Wärmeausdehnungskoeffizient: 10,7–11,2 × 10-6/℃ (RT-900℃)
- Wärmeschockbeständigkeit: YSZ verfügt über eine sehr hohe Wärmeschockbeständigkeit und kann einigen schnellen Temperaturänderungen standhalten.
- Schmelzpunkt: Über 2700 °C, ideal für extreme Umgebungen
- Wärmeleitfähigkeit: 2,0-2,3 W/m·K (Raumtemperatur), Diese niedrige Wärmeleitfähigkeit macht es zu einem hervorragenden Wärmeisolator
- Wärmeausdehnungskoeffizient: 10,7–11,2 × 10^-6/°C (RT-900°C). Dieser moderate Wärmeausdehnungskoeffizient trägt zur Reduzierung der thermischen Spannung bei
- Thermoschockbeständigkeit: Hervorragende Thermoschockbeständigkeit ermöglicht es, schnellen Temperaturänderungen standzuhalten
Chemische Eigenschaften
Die chemischen Eigenschaften von YSZ in der Industrie spiegeln sich vor allem in seiner hervorragenden Stabilität wider. Es ist korrosions- und oxidationsbeständig, korrodiert nicht leicht durch starke Säuren und Laugen und kann in oxidativen Umgebungen mit hohen Temperaturen stabil gehalten werden. Darüber hinaus ist es biokompatibel und eignet sich daher ideal für medizinische Implantate.
Diese Leistungsmerkmale machen YSZ zur idealen Wahl für Ihre anspruchsvollen Anwendungen. Ob hohe Festigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit oder chemische Inertheit – YSZ erfüllt Ihre Anforderungen. Bei der Auswahl der passenden YSZ-Spezifikation sollten Sie diese Leistungsparameter sorgfältig mit Ihren spezifischen Anwendungsanforderungen abwägen.
YSZ-Auswahlhilfe
Wenn Sie sich für YSZ entscheiden, müssen Sie die Eigenschaften der verschiedenen Typen und geeignete Anwendungsszenarien verstehen. Je nach Gehalt an Yttriumoxid (Y2O3) ist der YSZ-Markt hauptsächlich in drei Serien unterteilt.
3mol% YSZ
3mol% YSZ ist das beliebteste teilstabilisierte Zirkonoxidprodukt auf dem Markt. Es ist die erste Wahl für einige Hochleistungs-Strukturanwendungen. Teilstabilisiertes Zirkonoxid weist bei Raumtemperatur hauptsächlich eine tetragonale Phasenstruktur auf. Seine wichtigsten mechanischen Eigenschaften sind:
- Biegeeigenschaften–1200 MPa
- Bruchzähigkeit–10 MPa·m1/2
- Verschleißfest und schlagfest
- Wenn Ihre Anwendung hohen Belastungen und häufigen mechanischen Stößen standhalten muss, ist 3mol% YSZ die ideale Wahl.
5mol% YSZ
5mol% YSZ bietet eine ausgewogenere Leistung und Verarbeitbarkeit. Es verfügt über ausgezeichnete rheologische Eigenschaften, hervorragende Formeigenschaften und eine gute Sinteraktivität.
Wenn Ihr Produkt präzise Verarbeitungsdetails und komplexe Verarbeitungsformen erfordert, kann die hervorragende Verarbeitungsleistung von 5mol% YSZ Ihnen besser dabei helfen, Ihre Designziele zu erreichen.
5mol% YSZ eignet sich sehr gut für die folgenden Prozesse:
- Bandgießverfahren
- Spritzguss
- Präzisionsfertigung von Strukturteilen
8mol% YSZ
8mol% YSZ stabilisiert Zirkonoxid vollständig und ist ein ideales Material für ionenleitende Anwendungen. Es weist bei Raumtemperatur eine reine kubische Phasenstruktur auf. Vollständig stabilisiertes Zirkonoxid zeichnet sich durch eine ausgezeichnete Sauerstoffionenleitfähigkeit und hervorragende Hochtemperaturstabilität aus.
Für einige Anwendungen, die eine hohe Ionenleitfähigkeit erfordern, wie etwa Festoxidbrennstoffzellen, ist es die ideale Wahl!
Anwendung von YSZ
Industrielle Anwendungen
Im industriellen Bereich bietet YSZ ein breites Anwendungsspektrum und zeichnet sich durch hervorragende Eigenschaften aus: Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, hohe Härte, geringe Reibung und hohe Zähigkeit. Die Vorteile dieses Materials finden Sie in folgenden Szenarien:
- Pumpenkörperkomponenten
- Schneidwerkzeuge
- Ventilsystem
- Lagerkomponenten
- Verschleißfeste Beschichtung
Medizinischer Bereich
YSZ weist eine gute Biokompatibilität und gute mechanische Eigenschaften auf und ist daher eine ideale Wahl für Implantatmaterialien
- In der Zahnmedizin sind es schöne und langlebige Vollkeramikkronen und Implantate
- In der Orthopädie ist es eine hochfeste, langlebige Gelenkprothese
- In der Medizintechnik ist es eine zuverlässige Komponente
Energiesektor
In Energieanwendungen kann YSZ als Elektrolyt für Festoxidbrennstoffzellen (SOFCs), als Wärmeabschirmbeschichtung für Gasturbinen und als Sauerstoffsensormaterial für Hochtemperaturumgebungen verwendet werden.
Luft- und Raumfahrt
In der Luft- und Raumfahrt sind die Hochtemperaturbeständigkeit und Haltbarkeit von YSZ von großer Bedeutung. Es kann als Wärmeschutzsystem für heiße Motorteile verwendet werden und kommt auch in einigen Hochtemperatur-Strukturteilen zum Einsatz.
Abschluss
Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten in allen Lebensbereichen. Ich hoffe, dieser Artikel wird Ihnen neue Erkenntnisse liefern.
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