Segala hal yang perlu kita ketahui tentang Zirkonia Stabil

Sering disebut sebagai baja keramik, Zirconia adalah keramik teknis tangguh yang telah digunakan dalam berbagai aplikasi. Baja ini menawarkan ketahanan aus dan sobek yang hebat; baja ini sangat keras dan memiliki stabilitas termal yang baik. Namun, Zirconia sering distabilkan untuk memperlambat perubahan perilakunya sehubungan dengan beban panas.

Apa itu Zirkonia?

Zirkonium dioksida (ZrO2) sering disebut sebagai Zirkonia, dalam bentuk paling murni ditemukan dalam bijih alami baddeleyite. Secara sintetis, Zirkonium dioksida juga dapat diproduksi dari Zirkon. Zirkon (ZrSiO4) sering ditemukan dalam endapan mineral atau pasir. Zirkonia sintetis (ZrO2) dibuat dengan melelehkan endapan Zirkon pada suhu yang sangat tinggi. Berikut ini adalah gambar yang mewakili berbagai macam sifat keramik.

Sifat-sifat ZrO2: sekilas pandang

Mengetahui sifat-sifat keramik ZrO2 sangatlah penting. Mari kita lihat sifat-sifat utamanya.

Untuk apa Zirkonia digunakan?

Mencantumkan beberapa aplikasi ZrO2 yang menonjol:

• Untuk pembuatan katup peralatan bertekanan tinggi seperti katup bola dan dudukan terkait

• Pelapis penghalang termal pada mesin Diesel dan bahan tahan api

• Sensor oksigen

• Mahkota dan jembatan serta restorasi gigi dan prostetik lainnya di tubuh

• Untuk menyiapkan Pisau, benang dan kawat keramik yang dikeraskan

• Digunakan sebagai fotokatalis

• Zirkonia Kubik digunakan sebagai berlian sintetis yang hemat biaya dibandingkan dengan berlian sebenarnya.

• Digunakan untuk memproduksi membran dalam sel bahan bakar karena kemampuan pertukaran ion.

Zirkonia Kubik: Pengganti berlian

Zirkonium dioksida dalam bentuk kristalnya dikenal sebagai Zirkonia Kubik. Zirkonia Kubik dikenal sebagai mineral buatan manusia. Kadang-kadang juga dikenal sebagai Zirkonium silikat karena orang-orang menyamarkannya dengan Zirkon. Zirkonia Kubik adalah logam yang disukai orang-orang yang menyukai berlian dan tidak mampu membelinya. Di pasar global, zirkonia kubik sering digunakan sebagai batu permata sintetis.

Zirkonia kubik bersifat isometrik dan merupakan material berlian yang baik. Kepadatan Zirkonia Kubik berada di antara 5,5 hingga 6 g/cm3. Zirkonia kubik relatif keras. Nilai kekerasan Mohs berada di antara skala 8 – 8,5. Indeks refraktori Zirkonia kubik berkisar antara 2 hingga 2,18.

Selain digunakan sebagai berlian, zirkonia kubik juga digunakan sebagai implan gigi, komponen struktural dalam industri dan prostetik.

Pengaruh suhu terhadap Zirkonium dioksida (ZrO2) dan kebutuhan stabilisasi

Mari kita bahas tentang perilaku Zirkonium dioksida pada suhu operasi yang berbeda. ZrO2 mengalami transisi fase di bawah suhu yang dikenakan. Selama perubahan suhu dari 1173 derajat Celcius menjadi 2370 derajat Celcius, ZrO2 berubah dari struktur monoklinik menjadi tetrahedral. Selanjutnya ketika suhu mencapai 2690 derajat Celcius, ZrO2 menjadi kubik dan kemudian kenaikan suhu lebih lanjut menyebabkan ZrO2 meleleh.

Karena transisi fase juga menunjukkan perubahan volume, keramik rentan terhadap keretakan dan deformasi lainnya. Oleh karena itu, stabilisasi ZrO2 sangat penting untuk membuat logam bekerja pada suhu aplikasi yang berbeda.

Zirkonia yang Distabilkan oleh Yttria (Y2O3.ZrO2)

YSZ dibuat dengan menstabilkan pada suhu kamar dengan bantuan Yttrium Oksida (Y2O3). Stabilisasi melibatkan substitusi Zr4+ dengan ion Yttrium yang lebih besar seperti Y3+ dalam kisi kristal. Jari-jari ion Zr4+ dan Y3+ masing-masing adalah 0,82 A dan 0,96 A.

Stabilisator umum selain Yttrium adalah Magnesia (MgO), Ceria (CeO2), Calcia (CaO), Hafnia (HfO2) dan Alumina (Al2O3). Yttrium Zirconia (YSZ) yang distabilkan memiliki struktur kubik.

Keunggulan Yttria (Y2O3) yang distabilkan dengan (ZrO2) Zirconia

Keunggulan Yttrium Zirconia tercantum di bawah ini:

• Mereka menawarkan kekuatan ekstrim

• Keramik YZS memiliki ketahanan suhu tinggi, sering digunakan sebagai lapisan penghalang termal dan tahan api

• Mereka tahan korosi

• YSZ tidak mengalami karat dan dapat digunakan di tempat yang terdapat kemungkinan terjadi oksidasi.

Aplikasi Zirkonia Stabil Yttria (YSZ)

Kedokteran gigi

Yttria stabilized Zirconia (YSZ) digunakan dalam kedokteran gigi karena sifatnya yang keras, biokompatibilitas, dan inert secara kimia. Zirconia digunakan dalam mahkota gigi, jembatan gigi, dan restorasi gigi tertentu. Ketahanan korosi terhadap kelembapan menjadikan Yttrium Zirconia sebagai konstituen gigi terbaik.

Tahan panas

Kekerasan keramik Yttrium yang ekstrem menjadikannya komponen yang ideal untuk pelapisan penghalang termal dan tahan api pada mesin. Yttrium Zirconia juga digunakan untuk menyediakan isolasi termal dan penanganan benda panas.

Sel bahan bakar

Zirkonia yang distabilkan dengan Yttria (YSZ) digunakan dalam produksi sel bahan bakar solid-state. Konduktivitas yang berkaitan dengan ion oksigen dan penghambatan elektron merupakan sifat-sifat utama yang diteliti. Suhu operasinya sekitar 800 – 1000 derajat Celcius.

Penggunaan lainnya

Kegunaan lain dari keramik Yttrium adalah, keramik ini paling baik untuk membuat semen dengan daya tahan yang sangat lama. YSZ digunakan dalam pelapis. Keramik ini juga digunakan dalam penggilingan presisi.

Zirkonia Stabilisasi Magnesia (MSZ)

Dibandingkan dengan Zirkonia yang distabilkan Yttria (YSZ), MSZ memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah dan stabilitas yang lebih baik dalam kondisi lembap. MSZ tahan aus, sangat kuat, dan inert secara kimia. Secara struktur, MSZ memiliki endapan tetragonal dengan butiran kubik. Endapan tersebut membantu keramik mencapai stabilitas dalam fase monokliniknya.

Sifat-sifat Magnesium Zirkonia

• Suhu operasi di atas 220 derajat Celcius

• Fitur utamanya adalah stabilitas termal yang tinggi, ketahanan aus dan sobek.

• Konduktivitas termal lebih rendah

• Ekspansi termal membantu membentuk sambungan logam dengan keramik

• Tahan terhadap asam dan basa

Aplikasi utama MSZ

• Digunakan sebagai keramik struktural / teknis

• Komponen dan aksesori katup presisi

• Selongsong pompa dan piston

• Komponen bahan bakar oksida padat

• Digunakan dalam pembentukan tabung

Zirkonia Stabil Kalcia (CSZ)

CSZ terbentuk ketika kalsium oksida ditambahkan ke Zirkonium dioksida untuk menstabilkannya. Titik leleh keramik tersebut adalah 2700 derajat Celcius. Kepadatan materialnya sekitar 5,6 g/cm3. Keramik ini digunakan dalam situasi yang membutuhkan stabilitas termal yang tinggi. Keramik ini menawarkan ketahanan terhadap guncangan dan termal yang ekstrem.

Aplikasi lainnya termasuk Pelapisan untuk memastikan ketahanan aus dan pelapisan penghalang termal tahan api.

Zirkonia Stabil Ceria (CSZ)

Jenis keramik khusus ini, sesuai namanya, menggunakan Ceria untuk menstabilkan Zirconia dalam kisi kristalnya. Keramik ini tahan terhadap bahan kimia dan pada dasarnya digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan suhu tinggi. Penambahan ceria di dalamnya meningkatkan konduktivitas Oksigen. Keramik ini digunakan dalam sel bahan bakar dan sensor Oksigen.

Kepadatan keramik berada pada kisaran 6,6 g/cm3 dan kemurnian Zirkonia yang distabilkan Ceria sekitar 99 %. Aplikasi CSZ meliputi bahan penggilingan dengan stabilitas tinggi dalam cat dan industri terkait. Mereka juga digunakan sebagai katalis dalam sistem pembuangan di industri otomotif.

Zirkonia Alumina Stabil (ASZ)

ASZ dibuat dengan menggabungkan alumina berkualitas tinggi dalam kisi kristal ZrO2. Kisaran persentase aluminanya berkisar antara 10% hingga 50%, tergantung pada mutu yang dibutuhkan. ASZ menawarkan ketangguhan fraktur yang tinggi dan kekuatan yang hebat. ASZ digunakan dalam aplikasi otomotif, kedirgantaraan, dan komponen yang digunakan dalam industri medis.

ASZ juga digunakan sebagai bahan pembuat alat pemotong. ASZ digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan keramik berkinerja tinggi. Stabilisasi membantu ASZ bekerja sempurna dalam kondisi yang keras. Kepadatan alumina yang digunakan dalam ASZ adalah sekitar 3,7 – 3,8 g/cc.

Zirkonia yang Distabilkan Sebagian

Zirkonia yang distabilkan sebagian (PSZ) memiliki sekitar 10 % MgO. Keramik ini menawarkan ketangguhan ekstrem dan bekerja pada suhu yang lebih tinggi. PSZ memiliki struktur tetragonal yang pada suhu yang lebih tinggi akan berubah menjadi monoklinik. Jenis keramik ini memiliki sekitar 4% - 10 % YSZ.

Keunggulan PSZ meliputi konduktivitas termal rendah, stabilitas struktural lebih baik, ketangguhan ekstrem, dan efektivitas biaya. PSZ sering digunakan dalam termokopel. Jika ketangguhan ekstrem menjadi prioritas, teknisi sering menggunakan PSZ daripada yang sepenuhnya stabil.

Ketangguhan patah PSZ adalah 12 MPam1/2 dan dicampur dengan 10% MgO. Keduanya merupakan peredam kejut yang baik. Keramik ini digunakan sebagai pin area las dan sering kali bermanfaat bagi industri minyak dan gas.

Bagan perbandingan keramik terkemuka

Intinya

Kemajuan dalam teknologi material memastikan material terbaik untuk setiap bidang. Fungsionalitas adalah kunci dalam memilih keramik generasi baru untuk aplikasi yang diinginkan. Stabilisasi memastikan kinerja terbaik pada suhu yang diinginkan. Dalam hal kemampuan beradaptasi, tidak diragukan lagi Keramik Zirkonia yang distabilkan lebih unggul.