Tidak banyak orang yang memiliki pengetahuan tentang zirkon, mineral yang darinya zirkonium diekstraksi. Namun, sumber daya yang diberikannya kepada industri seperti pembangkit listrik tenaga nuklir, teknik mesin, industri kimia, kedokteran gigi, dan kedokteran pada umumnya sangat diperlukan. Zirkonium hadir dengan keunggulan seperti stabilitas termal, kepadatan tinggi, kekerasan (lebih keras daripada logam aluminium), dan ketahanan tekanan tinggi. Beberapa kelebihan zirkonium lainnya adalah konduktivitas ion oksigen tinggi dan titik leleh tinggi.
Namun, zirkonium mengalami perubahan fase yang tidak diinginkan, terutama selama kondisi suhu tinggi. Oleh karena itu, magnesium oksida digunakan sebagai penstabil. Hal ini membuka banyak keuntungan yang dapat dimanfaatkan oleh hampir setiap sektor industri.
Apa itu Zirkonium?
Sekilas, zirkonium adalah logam berwarna abu-abu keperakan yang sangat lentur dan memiliki ketahanan panas yang luar biasa. Logam ini memiliki ketahanan panas dan hanya meleleh pada suhu yang melebihi 1855 derajat Celcius. Sebagai sumber daya industri yang berharga, Anda mungkin bertanya-tanya betapa langkanya zirkonium!
Nah, zirkon diekstraksi dari zirkon, mineral yang tersebar luas di bawah pasir di banyak perairan pantai. Perhatikan bahwa endapan mineral tersebar luas di seluruh permukaan bumi, bukan terkonsentrasi. Mineral ini cukup populer di Cina, Australia, Ukraina, Indonesia, dan Afrika Selatan.
Ditemukan pada tahun 1795 oleh Martin Klaproth, seorang ahli kimia Jerman, mineral tersebut tidak naik peringkat dalam penggunaan industri. Namun, grafik mulai naik ketika zirkonium murni pertama (tanpa unsur atau penstabil lain) diproduksi pada tahun 1925. Penggunaan logam tersebut melonjak pada tahun 1940-an ketika banyak pembangkit nuklir menemukan ketahanan termal dan kimianya.
Untuk Apa Zirkonium Dimanfaatkan?
Sekitar 90% zirkonium digunakan dalam pembangkit listrik tenaga nuklir sebagai pelapis reaktor nuklir. Titik leleh dan titik didihnya yang tinggi membuatnya tahan terhadap kondisi suhu ekstrem. Selain itu, sangat tidak reaktif terhadap bahan kimia, karena tidak menyerap neutron selama reaksi fisi nuklir. Hal ini menjadikannya pelapis yang sangat baik untuk batang bahan bakar dan mampu melapisi pelet uranium.
Meskipun penggunaannya sangat luas dalam tenaga nuklir, relevansi zirkonium mencakup banyak industri termasuk batu permata buatan, teknik mesin, filamen, kedokteran gigi, dan industri kimia. Ketahanan zirkonium yang luar biasa terhadap reaksi kimia menjadikannya aset utama dalam industri tersebut.
Keserbagunaan logam ini membuatnya rentan terhadap manipulasi kimia untuk mendapatkan hasil maksimal. Misalnya, zirkonium dikombinasikan dengan oksigen untuk menghasilkan zirkonium oksida atau zirkonia. Yang terakhir ini menawarkan banyak sekali kegunaan industri yang layak untuk diinvestasikan.
Sekilas tentang Zirconia yang Ramping
Zirkonia terjadi secara alami tetapi juga dapat diproduksi secara sintetis melalui derivasi dari zirkon atau zirkonium silikat (ZrSiO4). Sebagai salah satu oksida terpenting yang berasal dari zirkon, zirkonia digunakan untuk berbagai kebutuhan industri seperti kedokteran gigi.
Zirkonia dalam Kedokteran Gigi
Selama bertahun-tahun, dokter gigi telah mencoba menemukan cara untuk meningkatkan senyum dan kesehatan mulut. Dan sementara beberapa gigi, yang patah dan aus, mungkin tidak mengalami remineralisasi, pasien beralih ke tambalan logam atau porselen. Dengan terobosan mahkota gigi zirkonia, orang-orang beralih ke mahkota yang dapat bertahan lebih dari 2 dekade.
Jika Anda berjuang dengan gigi yang lemah dan tidak berbentuk, mahkota zirkonia dapat membantu Anda mengunyah makanan keras selama bertahun-tahun sambil menahan semua tekanan yang diberikan. Sementara mahkota keramik zirkonia merupakan pilihan baru, banyak orang lebih memilih porselen untuk gigi depan. Kekhawatiran utama di sini adalah mahkota zirkonia untuk gigi depan tidak cocok dengan gigi lainnya.
A Studi keamanan mahkota zirkonia tahun 2016 pada tubuh, biokompatibilitasnya telah terbentuk. Artinya, mahkota tidak memicu tubuh untuk menghasilkan respons atau reaksi seperti peradangan. Biokompatibilitasnya yang dikombinasikan dengan kekuatan mekanis yang tinggi membuat zirkonium dioksida berguna dalam regenerasi tulang.
Zirkonia yang Distabilkan dengan Magnesia (MgO-ZrO2)
Meskipun zirkonium dioksida murni memberikan terobosan dalam banyak industri, ia gagal untuk tetap stabil selama suhu tinggi, setelah sintering. Karena ia mengalami perubahan fase monoklinik tetragonal, ia kehilangan stabilitas dan volumenya berubah saat mendingin. Oleh karena itu, ia distabilkan dengan oksida logam seperti magnesium oksida yang memberinya fase tetragonal selama suhu tinggi. Dengan demikian, zirkonia yang distabilkan magnesia (MSZ) memiliki kemampuan mekanis yang unggul.
Ketahanan MSZ terhadap transformasi fase membuatnya tahan korosi. Karena biokompatibel, MSZ aman digunakan dalam ortopedi dan kedokteran gigi.
Ketahanan zirkonia yang distabilkan oleh magnesia terhadap transformasi fase membantunya mempertahankan sifat mekanis dan ketahanan termal yang tinggi, seperti yang dibutuhkan dalam keramik. Material lain rentan terhadap ekspansi termal, keausan, korosi kimia, dan transformasi fase. Oleh karena itu, MSZ menjadi pelapis yang efisien untuk sistem pembuangan, lapisan tungku, dan turbin gas.
Bagaimana Zirkonia Magnesia yang Distabilkan Digunakan dalam Keramik?
-
Kedokteran: MSZ adalah bahan biokompatibel padat yang dapat digunakan untuk memperkuat gigi yang lemah dan aus, prostetik, dan sendi yang aus.
-
Teknik mesin: Ketahanan MSZ yang tinggi terhadap keausan membuatnya ideal untuk pembuatan peralatan pemotong dan komponen non-tahan.
-
Bahan tahan panas: Bahan semacam itu dapat digunakan dalam industri kedirgantaraan dan tenaga nuklir yang menghasilkan energi dan suhu tinggi. Bahan ini juga berguna dalam pembuatan lapisan tungku dan bilah turbin.
-
Listrik: Karena konduktivitas listrik yang buruk, stabilitas termal, dan kekuatan dielektrik yang luar biasa, keramik MSZ digunakan untuk memproduksi isolator.
Sifat-sifat Zirkonia yang Distabilkan dengan Magnesia
Sifat Mekanik
-
Warna: Kuning
-
Kepadatan: 5,7 g/cm3
-
Kekuatan tekan: 2500MPa
-
Modulus elastisitas: 250GPa
-
Koefisien Weber: 12M
-
Kekerasan Vickers: 1100 HV0.5
Sifat Listrik
-
Konstanta dielektrik: 28εr
-
Kekuatan dielektrik: 13 x 105 V/m
Sifat Termal
-
Konduktivitas termal: 3 W/m·K
-
Suhu operasi maks.: 2100℃
Kesimpulan
Zirkonia yang distabilkan dengan magnesia merupakan masukan berharga bagi bidang keramik yang kemungkinan besar akan tetap ada. Karena ketahanannya terhadap korosi dan suhu, material tersebut mungkin tetap dicari selama bertahun-tahun, terutama dalam bentuk yang distabilkan. Karena ketersediaannya yang luas di permukaan bumi, perusahaan tidak mengalami kesulitan untuk mengekstraknya dalam jumlah yang tepat.