No quedan muchas personas con el conocimiento de circón, un mineral del que se extrae el circonio. Sin embargo, el recurso que aporta a industrias como las centrales nucleares, la ingeniería mecánica, la industria química, la odontología y la medicina en general es indispensable. El circonio ofrece ventajas como estabilidad térmica, alta densidad, dureza (más duro que el aluminio) y alta resistencia a la presión. Otras ventajas del circonio son su alta conductividad de iones de oxígeno y su alto punto de fusión.
Sin embargo, el circonio sufre cambios de fase no deseados, especialmente a altas temperaturas. Por ello, se utiliza óxido de magnesio como estabilizador. Esto ofrece numerosas ventajas que prácticamente cualquier sector industrial puede aprovechar.
¿Qué es el circonio?
A simple vista, el circonio es un metal gris plateado, altamente dúctil y con una increíble resistencia al calor. Este metal tiene una gran resistencia al calor y solo se funde a temperaturas superiores a 1855 grados Celsius. Siendo un valioso recurso industrial, ¡quizás se pregunte qué tan raro debe ser el circonio!
Bueno, se extrae del circón, un mineral que se encuentra ampliamente bajo la arena de muchas aguas costeras. Cabe destacar que los depósitos minerales están dispersos por la superficie terrestre, en lugar de estar concentrados. El mineral es muy popular en China, Australia, Ucrania, Indonesia y Sudáfrica.
Habiendo sido descubierto en 1795 por Martín KlaprothSegún un químico alemán, el mineral no ascendió en la industria. Sin embargo, su uso comenzó a mejorar cuando se produjo el primer circonio puro (sin otros elementos ni estabilizadores) en 1925. El uso del metal se disparó en la década de 1940, cuando muchas centrales nucleares descubrieron su resistencia térmica y química.
¿Para qué se utiliza el circonio?
Se utilizan aproximadamente 90% de circonio en centrales nucleares Como revestimiento en reactores nucleares. Sus altos puntos de fusión y ebullición le permiten soportar temperaturas extremas. Además, es altamente inerte a los productos químicos, ya que no absorbe neutrones durante las reacciones de fisión nuclear. Esto lo convierte en un excelente revestimiento para las barras de combustible y en un excelente recubrimiento para las pastillas de uranio.
A pesar de su amplio uso en la energía nuclear, la relevancia del circonio se extiende a numerosas industrias, como las gemas artificiales, la ingeniería mecánica, los filamentos, la odontología y la industria química. Su notable resistencia a las reacciones químicas lo convierte en un activo clave en esta última industria.
La versatilidad del metal lo convierte en un material susceptible de manipulación química para obtener el máximo provecho de él. Por ejemplo, el circonio se combina con oxígeno para obtener óxido de circonio o zirconia. Esta última ofrece una gran variedad de usos industriales en los que vale la pena invertir.
Zirconia de una mirada elegante
La zirconia se encuentra en la naturaleza, pero también puede producirse sintéticamente a partir del circón o del silicato de zirconio (ZrSiO₄). Al ser uno de los óxidos más importantes derivados del circón, la zirconia se aplica a diversas necesidades industriales, como la odontología.
Zirconia en odontología
A lo largo de los años, los dentistas han buscado maneras de mejorar las sonrisas y la salud bucal. Y aunque algunos dientes, rotos y desgastados, podrían no remineralizarse, los pacientes recurren a empastes de metal o porcelana. Con el avance de las coronas dentales de zirconio, las personas están optando por coronas que pueden mantener su sonrisa durante más de dos décadas.
Si ha tenido problemas con dientes débiles y deformados, las coronas de zirconio podrían ayudarle a soportar años de masticar alimentos duros y la presión ejercida. Si bien las coronas de cerámica de zirconio son la nueva opción, muchas personas prefieren la porcelana para los dientes frontales. La principal preocupación es que las coronas de zirconio para los dientes frontales no se ajustan al resto de los dientes.
A Estudio de 2016 sobre la seguridad de las coronas de zirconio Se ha establecido su biocompatibilidad con el cuerpo. Es decir, las coronas no provocan reacciones como inflamaciones en el cuerpo. Su biocompatibilidad, combinada con su alta resistencia mecánica, hace que el dióxido de zirconio sea útil para la regeneración ósea.
Zirconia estabilizada con magnesia (MgO-ZrO2)
Si bien el dióxido de circonio puro supone un avance en muchas industrias, no se mantiene estable a temperaturas elevadas tras la sinterización. Al experimentar un cambio de fase monoclínico tetragonal, pierde estabilidad y su volumen cambia al enfriarse. Por ello, se estabiliza con óxidos metálicos, como el óxido de magnesio, que le confieren una fase tetragonal a temperaturas elevadas. Por consiguiente, la zirconia estabilizada con magnesia (MSZ) posee propiedades mecánicas superiores.
La resiliencia del MSZ a la transformación de fase lo hace resistente a la corrosión. Al ser biocompatible, su uso en ortopedia y odontología es seguro.
La resiliencia de la zirconia estabilizada con magnesia a la transformación de fase le permite conservar sus propiedades mecánicas y su alta resistencia térmica, características propias de la cerámica. Otros materiales son propensos a la expansión térmica, el desgaste, la corrosión química y la transformación de fase. Por lo tanto, la MSZ se convierte en un recubrimiento eficaz para sistemas de escape, revestimientos de hornos y turbinas de gas.
¿Cómo se utiliza la zirconia estabilizada con magnesia en la cerámica?
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Medicina: MSZ es un material biocompatible sólido que se puede utilizar para fortalecer dientes débiles y desgastados, prótesis y articulaciones desgastadas.
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Ingeniería mecánica: La alta resistencia del MSZ al desgaste lo hace ideal para la fabricación de herramientas de corte y piezas no resistentes.
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Materiales termorresistentes: Estos materiales pueden emplearse en las industrias aeroespacial y nuclear, donde se generan altas temperaturas y energía. También son útiles en la fabricación de revestimientos de hornos y álabes de turbinas.
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Electricidad: Debido a su baja conductividad eléctrica, estabilidad térmica y increíble rigidez dieléctrica, las cerámicas MSZ se utilizan para fabricar aislantes.
Propiedades de la zirconia estabilizada con magnesia
Propiedades mecánicas
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Color: Amarillo
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Densidad: 5,7 g/cm3
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Resistencia a la compresión: 2500 MPa
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Módulo elástico: 250 GPa
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Coeficiente de Weber: 12M
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Dureza Vickers: 1100 HV0.5
Propiedades eléctricas
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Constante dieléctrica: 28εr
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Rigidez dieléctrica: 13 x 105 V/m
Propiedades térmicas
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Conductividad térmica: 3 W/m·K
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Temperatura máxima de funcionamiento: 2100℃
Conclusión
La zirconia estabilizada con magnesia es un valioso insumo en el campo cerámico que probablemente perdure. Gracias a su resistencia a la corrosión y a la temperatura, este material podría seguir siendo codiciado durante años, especialmente en su forma estabilizada. Gracias a su amplia disponibilidad en la superficie terrestre, las empresas no tienen dificultades para extraerlo en la cantidad adecuada.