En tant que professionnel, vous avez peut-être appris que la zircone stabilisée à l'yttrium (YSZ) joue un rôle indispensable dans les matériaux d'ingénierie modernes. Êtes-vous curieux d'en savoir plus sur l'YSZ ? Cet article vous permettra de mieux comprendre ce matériau et de faire un choix plus éclairé pour votre application !
Liens rapides
- Qu'est-ce que la zircone stabilisée à l'yttrium (YSZ) ?
- Caractéristiques de la structure cristalline du YSZ
- Propriétés YSZ
- Guide de sélection YSZ
- Application de YSZ
Qu'est-ce que la zircone stabilisée à l'yttrium (YSZ) ?
L'YSZ est obtenu en ajoutant une proportion spécifique d'oxyde d'yttrium à de l'oxyde de zirconium. Sa composition chimique comprend principalement deux composants clés : l'oxyde de zirconium (ZrO2) comme matrice et l'oxyde d'yttrium (Y2O3) comme stabilisant. Selon les besoins de l'application, la teneur en oxyde d'yttrium ajoutée est généralement comprise entre 3 et 8 mol%.
Dans le domaine de l'ingénierie, YSZ est connu sous de nombreux noms, notamment :
Zircone stabilisée à l'yttrium
Y2O3 ZrO2 stabilisé
Oxyde de zirconium stabilisé à l'yttrium
Oxyde de zirconium stabilisé à l'yttria
Quel que soit le nom utilisé, ils font tous référence au matériau YSZ.
Caractéristiques de la structure cristalline du YSZ
Si vous souhaitez étudier en profondeur les performances de l'YSZ, il est essentiel de comprendre d'abord sa structure cristalline. L'oxyde de zirconium pur présente une propriété de transition de phase unique. À température ambiante, il présente une structure de phase monoclinique. Lorsque la température augmente progressivement, il subit deux transitions de phase. Ce comportement peut affecter votre application.
À température ambiante -1170℃, l'oxyde de zirconium présente une phase monoclinique (monoclinique)
1170-2370℃, la zircone présente une phase tétragonale (Tétragonale)
À ＞2370℃, la zircone présente une phase cubique (Cubique)
À ce stade, l'ajout d'oxyde d'yttrium peut stabiliser le mécanisme. Le principe est le suivant : lorsque l'on introduit Y2O3 dans le réseau de zircone, les ions Y3+ remplacent certains ions Zr4+, et simultanément, des lacunes d'oxygène sont générées pour maintenir l'équilibre des charges.
L'ajout d'oxyde d'yttrium vous aide à atteindre deux objectifs importants :
1. Conservation stable de la structure de phase à haute température à température ambiante
2. Empêcher efficacement la génération de stress de changement de phase nocif
Propriétés YSZ
L'YSZ présente de nombreuses propriétés supérieures. Que vous recherchiez une résistance élevée, une résistance aux hautes températures ou une inertie chimique, l'YSZ répond à vos besoins. Pour choisir la spécification YSZ appropriée, nous vous recommandons de bien évaluer ces paramètres de performance en fonction de votre application spécifique.
Propriétés mécaniques
L'YSZ présente d'excellentes propriétés mécaniques. Ses principales propriétés mécaniques sont les suivantes :
Densité:La densité du YSZ est de 6,02 g/cm³. Cette densité relativement modérée assure la résistance du matériau sans imposer de contrainte excessive à votre équipement.
Dureté:Le YSZ a une dureté Mohs de 8,5, il a une très forte résistance à l'usure et est très durable.
Résistance à la flexion :YSZ a une résistance à la flexion allant jusqu'à 976 MPa (142 000 psi), vous permettant de l'utiliser dans des environnements mécaniques extrêmement difficiles.
Ténacité à la rupture :La ténacité à la fracture du YSZ est très supérieure, ce qui est principalement dû à son mécanisme unique de durcissement par transformation de phase.
Propriétés thermiques
L'YSZ est un matériau idéal pour les applications à haute température. Ses propriétés thermiques sont les suivantes :
- Point de fusion : plus de 2700 ℃, ce qui signifie que YSZ peut être utilisé dans des environnements à température extrêmement élevée.
- Conductivité thermique : La conductivité thermique à température ambiante est de 2,0 à 2,3 W/m·K, ce qui en fait un excellent matériau d'isolation thermique.
- Coefficient de dilatation thermique : 10,7-11,2 × 10-6/℃ (RT-900℃)
- Résistance aux chocs thermiques : YSZ a une résistance aux chocs thermiques très supérieure et peut résister à des changements de température rapides.
- Point de fusion : plus de 2 700 °C, ce qui le rend idéal pour les environnements extrêmes
- Conductivité thermique : 2,0-2,3 W/m·K (température ambiante), cette faible conductivité thermique en fait un excellent isolant thermique
- Coefficient de dilatation thermique : 10,7-11,2 × 10^-6/°C (RT-900°C) Ce coefficient de dilatation thermique modéré aide à réduire le stress thermique
- Résistance aux chocs thermiques : une excellente résistance aux chocs thermiques lui permet de résister aux changements rapides de température
Propriétés chimiques
Les propriétés chimiques du YSZ dans l'industrie se reflètent principalement dans son excellente stabilité. Résistant à la corrosion et à l'oxydation, il est peu sensible aux acides et bases forts et peut être maintenu stable dans des environnements d'oxydation à haute température. De plus, il est biocompatible, ce qui le rend idéal pour les implants médicaux.
Ces caractéristiques de performance font du YSZ un choix idéal pour vos applications exigeantes. Que vous recherchiez une résistance élevée, une résistance aux hautes températures ou une inertie chimique, le YSZ répond à vos besoins. Pour choisir la spécification YSZ appropriée, il est recommandé de bien évaluer ces paramètres de performance en fonction des exigences spécifiques de votre application.
Guide de sélection YSZ
Lors du choix d'un YSZ, il est essentiel de comprendre les caractéristiques des différents types et les scénarios d'application appropriés. Selon la teneur en oxyde d'yttrium (Y2O3), le marché des YSZ se divise principalement en trois catégories.
3mol% YSZ
La zircone partiellement stabilisée 3mol% YSZ est la zircone partiellement stabilisée la plus populaire du marché. Elle constitue le premier choix pour certaines applications structurales hautes performances. À température ambiante, la zircone partiellement stabilisée présente principalement une structure de phase quadratique. Ses principales propriétés mécaniques sont les suivantes :
- Propriétés de flexion – 1 200 MPa
- Ténacité à la rupture – 10 MPa·m1/2
- Résistant à l'usure et aux chocs
- Si votre application doit résister à des contraintes élevées et à des chocs mécaniques fréquents, 3mol% YSZ est votre choix idéal.
5mol% YSZ
Le 5mol% YSZ offre un meilleur équilibre entre performances et aptitude à la mise en œuvre. Il présente d'excellentes propriétés rhéologiques, d'excellentes propriétés de moulage et une bonne activité de frittage.
Si votre produit nécessite des détails de traitement précis et des formes de traitement complexes, les excellentes performances de traitement du 5mol% YSZ peuvent mieux vous aider à atteindre vos objectifs de conception.
5mol% YSZ est très adapté aux procédés suivants :
- Procédé de coulée en bande
- Moulage par injection
- Fabrication de pièces structurelles de précision
8mol% YSZ
Le 8mol% YSZ stabilise complètement l'oxyde de zirconium et constitue un matériau idéal pour les applications de conduction ionique. Il présente une structure cubique pure à température ambiante. La zircone entièrement stabilisée se caractérise par une excellente conductivité des ions oxygène et une stabilité exceptionnelle à haute température.
Dans certaines applications nécessitant une conductivité ionique élevée, telles que les piles à combustible à oxyde solide, c'est votre choix idéal !
Application de YSZ
Applications industrielles
Dans le domaine industriel, le YSZ offre un large éventail d'applications et d'excellentes performances : résistance à la corrosion et à l'usure, dureté élevée, faible frottement et ténacité élevée. Les avantages de ce matériau se manifestent dans les situations suivantes :
- Composants du corps de la pompe
- Outils de coupe
- Système de vannes
- Composants de roulement
- Revêtement résistant à l'usure
domaine médical
Le YSZ présente une bonne biocompatibilité et de bonnes propriétés mécaniques, ce qui en fait un choix idéal pour les matériaux d'implants
- En dentisterie, ce sont des couronnes et des implants tout céramique beaux et durables
- Dans les applications orthopédiques, il s'agit d'une prothèse articulaire très résistante et durable
- Dans l'équipement médical, c'est un composant d'équipement médical fiable
Secteur de l'énergie
Dans les applications énergétiques, l'YSZ peut être utilisé comme électrolyte pour les piles à combustible à oxyde solide (SOFC), les revêtements de protection thermique pour les turbines à gaz et les matériaux de capteurs d'oxygène pour les environnements à haute température.
Aérospatial
Dans l'aéronautique, la performance et la durabilité à haute température du YSZ sont essentielles. Il peut être utilisé comme système de protection thermique pour les pièces chaudes des moteurs, et on le retrouve également dans certaines pièces structurelles haute température.
Conclusion
La zircone stabilisée à l'yttrium offre de nombreuses possibilités d'utilisation dans tous les domaines. J'espère que cet article vous apportera des informations intéressantes.
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