Tout ce que nous devons savoir sur la zircone stabilisée

Le dioxyde de zirconium est souvent appelé acier céramique. C'est une céramique technique résistante utilisée dans de nombreuses applications. La zircone (ZrO2) offre une bonne résistance à l'usure et une bonne stabilité thermique. Cependant, la céramique de zircone est souvent stabilisée afin de minimiser les variations de comportement sous l'effet des charges thermiques.

Définition du zirconium ? En quoi la zircone est-elle différente du zirconium ?

Avant d'aborder plus en détail les formes stabilisées de zircone, il est important de comprendre ce que sont la zircone, le zirconium, le zircon et la céramique de zircone. Nous les explorons plus en détail dans le paragraphe suivant.

Qu'est-ce que Zirconium?

Le zirconium est un métal gris argenté, généralement produit à partir du zircon. On le trouve en abondance dans la croûte terrestre, soit sous forme de silicate dans le zircon, soit en très faible quantité dans la baddeleyite. Point de fusion du Zr est de 1855 °C, la densité de Zr est de 6,51 g/cm3 et il a une numéro atomique environ 40. Métal zirconium est le 20e métal le plus abondant trouvé naturellement.

Qu'est-ce que la zircone, ZrO2 ?

D'autre part, Céramique de zircone est l'un des matériaux céramiques les plus étudiés aujourd'hui. Il est souvent obtenu naturellement à partir de son minerai.  baddeleyite. Synthétique Matériau en zircone peut également être préparé en faisant fondre du Zircon (silicate de zirconium) à très haute température. Dioxyde de zirconium, ZrO2 conserve généralement une structure monoclinique à température ambiante.

Les propriétés du ZrO2

Connaître les propriétés de la céramique ZrO₂ est essentiel pour comprendre son contexte d'utilisation. Examinons les propriétés de la céramique ZrO₂.

Propriétés générales

Autres propriétés

Qu'est-ce que la zircone stabilisée ?

Eh bien, avant de connaître zircone stabiliséeIl est important de comprendre le comportement de la zircone sous différentes charges thermiques. Cela nous permettra de comprendre les avancées réalisées dans la stabilisation de cette céramique. En résumé, la stabilisation d'une céramique consiste à préserver son intégrité structurelle.

Comme mentionné ZrO2 subit une transition de phase sous l'effet de variations de température. Par exemple, un changement de température de 1 173 °C à 2 370 °C ZrO2 se transforment d'une structure monoclinique en une structure tétraédrique. De plus, lorsque la température atteint 2 690 °C, ZrO2 devient cubique. Une augmentation ultérieure de la température provoque la fusion du ZrO2.

En général, la transition de phase indique également un changement de volume sous lequel Céramique de zircone Les fissures et les déformations. La stabilisation empêche ces changements défavorables dans la structure de la céramique. C'est pourquoi la zircone est souvent stabilisée.

Types de zircone stabilisée

Nous avons donc compris pourquoi la stabilisation est nécessaire lorsqu’il s’agit de Céramique de zircone. Voyons maintenant les différents types de zircone stabilisée en détails.

Zircone stabilisée à l'yttrium (Y2O3.ZrO2)

Zircone stabilisée à l'yttrium Il est formé par stabilisation de la zircone cubique à température ambiante par ajout d'oxyde d'yttrium (Y2O3). La stabilisation initie la substitution de Zr4+ par des ions d'yttrium Y3+ plus gros dans le réseau cristallin. Avant la stabilisation du zirconium, le dioxyde présente des phases monoclinique, cubique et tétragonale. Cependant, une fois stabilisé, Yttrium Zircone (YSZ) n'aura qu'une structure cubique.

Propriétés de la zircone stabilisée à l'yttrium

• Densité de la zircone stabilisée à l'yttrium est d'environ 6 g/cm³. La densité modérée de l'YSZ garantit l'absence de poids excessif sur les matériaux dont il fait partie.
• Conductivité thermique de la zircone stabilisée à l'yttrium est à une valeur de 2,9 W/mK à une température de 20 °C.
• L'yttrium zircone offre une dureté Rockwell d'environ 85, ce qui est attribué aux meilleures propriétés mécaniques de la céramique.

Avantages de la zircone stabilisée à l'yttria (Y2O3) (ZrO2)

Les avantages de Zircone yttrium sont listés ci-dessous :

• zircone stabilisée à l'yttrium ysz offrent une résistance extrême
• La céramique YZS présente une résistance élevée à la température, souvent utilisée comme réfractaire et comme revêtement de barrière thermique
• Ils sont de nature résistante à la corrosion
• Le YSZ ne rouille pas et peut être utilisé là où il existe des risques d'oxydation.

Applications de la zircone stabilisée à l'yttrium (YSZ)

Dentisterie

Zircone stabilisée à l'yttrium (YSZ) est extrêmement dur, biocompatible et chimiquement inerte. Zircone dentaire stabilisée à l'yttrium Les applications incluent les couronnes, les bridges et les implants. Comme chacun sait, notre bouche est un environnement humide, car Zircone yttrium Ne se corrode pas. Ils constituent un meilleur matériau dentaire.

Revêtement réfractaire et thermique

La résistance à la chaleur de Zircone stabilisée à l'yttrium en fait un réfractaire idéal. YSZ est également utilisé comme matériau d'isolation thermique pour isoler les objets chauds et comme matériau de revêtement sur la surface du moteur.

Piles à combustible

Zircone stabilisée à l'yttrium (YSZ) Il sert d'électrolyte dans les piles à combustible à semi-conducteurs. Lors de l'utilisation de l'YSZ comme électrolyte fonctionnel, la conductivité sélective des ions oxygène est négligée. La température de fonctionnement est généralement d'environ 800 à 1 000 °C.

Autres utilisations

La céramique à l'yttrium est également utilisée pour la fabrication du ciment grâce à sa durabilité. Sa dureté en fait un matériau idéal pour  boules de broyage .

Zircone stabilisée à la magnésie (MSZ)

MSZ en comparaison avec Zircone stabilisée à l'yttrium (YSZ) Ils présentent une conductivité thermique plus faible et une plus grande stabilité en milieu humide. Ils sont résistants à l'usure, extrêmement robustes et chimiquement inertes. De par leur structure, Zircone stabilisée à la magnésie présente des précipités tétragonaux à grains cubiques.

Propriétés de la zircone stabilisée au magnésium

• La température de fonctionnement de Zircone stabilisée à la magnésie est supérieure à 220 °C
• Les principales caractéristiques du MSZ sont une stabilité thermique élevée, une faible conductivité thermique et une résistance à l'usure.
• Les MSZ sont résistants aux acides et aux bases

Les principales applications du MSZ

• Zircone stabilisée à la magnésie sont utilisés pour fabriquer des céramiques structurelles ou techniques
• Ils constituent un matériau idéal pour les composants de vannes de précision, les manchons de pompe et les pistons
• Zircone stabilisée à la magnésie est utilisé dans la fabrication de composants de combustibles à oxyde solide
• MSZ est utilisé dans les applications de formage de tubes

Zircone stabilisée Calcia (CSZ)

Zircone stabilisée Calcia (CSZ) comme son nom l'indique ici le stabilisant est l'oxyde de calcium. Zircone stabilisée Calcia (CSZ) Leur point de fusion est de 2 700 °C et leur masse volumique est de 5,6 g/cm³. Ils sont réputés pour leur grande stabilité thermique et leur résistance extrême aux chocs. Leurs applications les plus courantes Zircone stabilisée Calcia (CSZ) inclure Revêtement pour assurer la résistance à l'usure, comme réfractaire et comme barrière thermique.

Zircone stabilisée à la céria (CSZ)

Zircone stabilisée à la céria (CSZ) Utilise de la cérine pour stabiliser la zircone dans son réseau cristallin. Ces composés sont chimiquement résistants et sont principalement utilisés pour les applications à haute température. L'ajout de cérine améliorant la conductivité de l'oxygène, ils sont utilisés comme électrolytes solides dans les piles à combustible. Zircone stabilisée à la céria (CSZ) fonctionnent également comme capteurs d'oxygène.

Zircone stabilisée à la cérine Sa densité est de 6,6 g/cm³ et sa pureté est d'environ 99 µg/1TP³T. Le CSZ est notamment utilisé comme matériau de broyage à haute stabilité dans les peintures et les industries connexes. Il est également utilisé comme catalyseur dans les systèmes d'échappement de l'industrie automobile.

Zircone stabilisée à l'alumine (ASZ)

L'ASZ est fabriquée à partir d'alumine de haute qualité combinée à un réseau cristallin de ZrO₂. Son pourcentage d'alumine varie de 10 1TP₃T à 50 1TP₃T selon la nuance produite. La zircone stabilisée à l'alumine offre une résistance élevée à la rupture et une grande résistance mécanique. L'ASZ est utilisée dans les secteurs automobile, aérospatial et médical.

L'ASZ est également utilisé pour la fabrication d'outils coupants. Il est utilisé dans des applications nécessitant des céramiques hautes performances. Sa stabilisation à l'alumine lui permet de fonctionner dans des conditions difficiles. La densité de l'ASZ est d'environ 3,7 à 3,8 g/cm³.

Comparaison de la zircone stabilisée

Nous avions donc une brève idée de la raison pour laquelle zircone stabilisée et quels sont les principaux types. Voici un tableau comparatif rapide des différents types de zircone.

Zircone partiellement stabilisée et zircone entièrement stabilisée

Zircone partiellement stabilisée (PSZ) sont de différents types. Ils peuvent être stabilisés au magnésium, au calcium ou à l'yttrium. La zircone avec magnésie contient environ 10 % MgO. À base de magnésie Les zircones partiellement stabilisées sont extrêmement résistant et fonctionne à des températures plus élevées.

Zircone stabilisée à l'yttrium avec 4% - 10 % d'Yttrium est généralement appelé Zircone partiellement stabilisée. Alors que celui avec 8% d'Yttrium et 8-9% Y2O3 dopé avec ZrO2 est appelé comme Zircone entièrement stabiliséePour les applications nécessitant une résistance extrême, les ingénieurs utilisent souvent le PSZ plutôt que le PSZ entièrement stabilisé.

En résumé

Les progrès technologiques en matière de matériaux garantissent toujours le meilleur matériau pour chaque application. La fonctionnalité est essentielle au choix d'une céramique de nouvelle génération pour l'application souhaitée. La stabilisation assure des performances stables à la température souhaitée. Quant à l'adaptabilité, elle est incontestable. zircone stabilisée surpasse le conventionnel.