Zirkonia yang Distabilkan oleh Yttria (YSZ)

Sebagai seorang profesional, Anda mungkin telah mempelajari bahwa zirkonia yang distabilkan oleh itria (YSZ) memainkan peran yang sangat penting dalam material teknik modern. Apakah Anda penasaran dengan YSZ? Membaca artikel ini akan memberi Anda pemahaman yang komprehensif tentang material ini dan membantu Anda membuat pilihan yang lebih tepat untuk aplikasi material Anda!

Apa itu Yttria Stabilized Zirconia (YSZ)

YSZ dibuat dengan menambahkan proporsi tertentu dari yttrium oksida ke zirkonium oksida. Komposisi kimianya terutama mencakup dua komponen utama, yaitu zirkonium oksida (ZrO2) sebagai matriks dan yttrium oksida (Y2O3) sebagai penstabil. Menurut Tergantung pada kebutuhan aplikasi Anda, kandungan yttrium oksida yang ditambahkan biasanya antara 3-8 mol%.

Di bidang teknik, YSZ dikenal dengan banyak nama, termasuk:

Zirkonia yang Distabilkan oleh Yttria

Y2O3 ZrO2 yang distabilkan

Yttrium Stabilisasi Zirkonium Oksida

Zirkonium Oksida Yttria Distabilkan

Tidak peduli nama mana yang digunakan, semuanya merujuk pada material YSZ.

Karakteristik Struktur Kristal YSZ

Jika Anda ingin mempelajari kinerja YSZ secara mendalam, maka memahami struktur kristalnya terlebih dahulu akan sangat membantu Anda dalam memahami kinerja YSZ. Zirkonium oksida murni memiliki sifat transisi fase yang unik. Pada suhu ruangan, ia memiliki struktur fase monoklinik. Ketika suhu meningkat secara bertahap, ia akan mengalami dua transisi fase. Perilaku transisi fase ini dapat memengaruhi aplikasi Anda.

Pada suhu ruangan -1170℃, zirkonium oksida menyajikan fase monoklinik (Monoklinik)

1170-2370℃, zirconia menghadirkan fase tetragonal (Tetragonal)

Pada suhu ＞2370℃, zirkonia menunjukkan fase kubik (Kubik)

Pada saat ini, penambahan yttrium oksida dapat menstabilkan mekanisme. Prinsipnya adalah: saat Anda memasukkan Y2O3 ke dalam kisi zirkonia, ion Y3+ akan menggantikan beberapa ion Zr4+, dan pada saat yang sama, kekosongan oksigen akan dihasilkan untuk menjaga keseimbangan muatan.

Menambahkan yttrium oksida membantu Anda mencapai dua tujuan penting:

1. Pelestarian struktur fase suhu tinggi yang stabil pada suhu kamar

2. Secara efektif mencegah timbulnya stres perubahan fase yang berbahaya

Properti YSZ

YSZ memiliki banyak sifat unggul. Baik Anda membutuhkan kekuatan tinggi, ketahanan suhu tinggi, atau kelembaman kimia, YSZ dapat memenuhi kebutuhan Anda. Saat memilih spesifikasi YSZ yang tepat, kami sarankan Anda mempertimbangkan dengan saksama parameter kinerja ini terhadap aplikasi spesifik Anda.

Sifat Mekanik

YSZ memiliki sifat mekanik yang sangat baik. Sifat mekanik utamanya adalah sebagai berikut:

Kepadatan:Kepadatan YSZ adalah 6,02 g/cc. Kepadatan yang relatif sedang memastikan kekuatan material tanpa memberikan beban berlebihan pada peralatan Anda.

Kekerasan:YSZ memiliki kekerasan Mohs 8,5, memiliki ketahanan aus yang sangat kuat dan sangat tahan lama.

Kekuatan Tekuk：YSZ memiliki kekuatan lentur hingga 976 MPa (142.000 psi), memungkinkan Anda menggunakannya di lingkungan mekanis yang sangat keras.

Ketahanan Retak：Ketahanan patah YSZ sangat unggul, yang terutama disebabkan oleh mekanisme penguatan transformasi fasa yang unik.

Sifat Termal

YSZ merupakan material yang ideal untuk aplikasi suhu tinggi. Sifat termalnya adalah sebagai berikut:

Titik Leleh: Lebih dari 2700℃, yang berarti YSZ dapat digunakan di lingkungan suhu tinggi yang ekstrem.
Konduktivitas Termal: Konduktivitas termal pada suhu ruangan adalah 2,0-2,3 W/m·K, menjadikannya bahan isolasi termal yang sangat baik.
Koefisien Ekspansi Termal: 10,7-11,2 × 10-6/℃ (RT-900℃)
Tahan terhadap Guncangan Termal: YSZ memiliki ketahanan terhadap guncangan termal yang sangat unggul dan dapat menahan beberapa perubahan suhu yang cepat.
Titik Leleh: Lebih dari 2700°C, membuatnya ideal untuk lingkungan ekstrem
Konduktivitas Termal：2.0-2.3 W/m·K (suhu ruangan)，Konduktivitas termal yang rendah ini menjadikannya isolator termal yang sangat baik
Koefisien Ekspansi Termal：10,7-11,2 × 10^-6/°C (RT-900°C)，Koefisien ekspansi termal sedang ini membantu mengurangi tekanan termal
Tahan Guncangan Termal: Tahan guncangan termal yang sangat baik memungkinkannya menahan perubahan suhu yang cepat

Sifat Kimia

Sifat kimia YSZ dalam industri terutama tercermin dalam stabilitasnya yang sangat baik. Ia tahan korosi dan oksidasi, tidak mudah terkorosi oleh asam dan basa kuat, dan dapat tetap stabil dalam lingkungan oksidasi bersuhu tinggi. Selain itu, ia bersifat biokompatibel, sehingga ideal untuk implan medis.

Karakteristik kinerja ini menjadikan YSZ pilihan ideal untuk aplikasi yang menuntut. Baik Anda membutuhkan kekuatan tinggi, ketahanan suhu tinggi, atau kelembaman kimia, YSZ dapat memenuhi kebutuhan Anda. Saat memilih spesifikasi YSZ yang tepat, sebaiknya Anda mempertimbangkan dengan saksama parameter kinerja ini dengan persyaratan aplikasi spesifik Anda.

Panduan Pemilihan YSZ

Saat memilih YSZ, Anda perlu memahami karakteristik berbagai jenis dan skenario aplikasi yang sesuai. Berdasarkan kandungan yttrium oksida (Y2O3), pasar YSZ terutama dibagi menjadi tiga seri.

3mol% YSZ

3mol% YSZ merupakan produk zirkonia yang distabilkan sebagian yang paling populer di pasaran. Produk ini merupakan pilihan utama untuk beberapa aplikasi struktural berkinerja tinggi. Zirkonia yang distabilkan sebagian terutama memiliki struktur fase tetragonal pada suhu ruangan. Sifat mekanis utamanya adalah sebagai berikut:

Properti Tekuk–1200 MPa
Ketahanan Retak–10 MPa·m1/2
Tahan aus dan tahan benturan
Jika aplikasi Anda perlu menahan tekanan tinggi dan guncangan mekanis yang sering terjadi, 3mol% YSZ adalah pilihan ideal Anda.

5 mol% YSZ

5mol% YSZ memiliki kinerja dan kemampuan proses yang lebih seimbang. Ia memiliki sifat reologi yang sangat baik, sifat pencetakan yang luar biasa, dan aktivitas sintering yang baik.

Jika produk Anda memerlukan detail pemrosesan yang tepat dan bentuk pemrosesan yang rumit, kinerja pemrosesan yang luar biasa dari 5mol% YSZ dapat lebih membantu Anda mencapai tujuan desain Anda.

5mol% YSZ sangat cocok untuk proses berikut:

Proses pengecoran strip
Cetakan injeksi
Pembuatan komponen struktural presisi

8mol% YSZ

8mol% YSZ mencapai stabilisasi lengkap zirkonium oksida dan merupakan material ideal untuk aplikasi konduktif ion. Material ini menunjukkan struktur fase kubik murni pada suhu ruangan. Zirkonia yang sepenuhnya stabil dicirikan oleh konduktivitas ion oksigen yang sangat baik dan stabilitas suhu tinggi yang luar biasa.

Dalam beberapa aplikasi yang memerlukan konduktivitas ionik tinggi seperti sel bahan bakar oksida padat, ini adalah pilihan ideal Anda!

Aplikasi YSZ

Aplikasi Industri

Di bidang industri, YSZ memiliki berbagai macam aplikasi dan kinerjanya sangat baik: tahan korosi, tahan aus, kekerasan tinggi, gesekan rendah, dan ketangguhan tinggi. Anda dapat menemukan keunggulan material ini dalam skenario berikut:

Komponen Badan Pompa
Alat Pemotong
Sistem Katup
Komponen Bantalan
Lapisan Tahan Aus

Bidang Medis

YSZ memiliki biokompatibilitas dan sifat mekanik yang baik, menjadikannya pilihan ideal untuk bahan implan

Dalam kedokteran gigi, mahkota dan implan serba keramik yang indah dan tahan lama
Dalam aplikasi ortopedi, ini adalah prostesis sendi yang berkekuatan tinggi dan tahan lama
Dalam peralatan medis, ini adalah komponen peralatan medis yang andal

Sektor Energi

Dalam aplikasi energi, YSZ dapat digunakan sebagai elektrolit untuk sel bahan bakar oksida padat (SOFC), lapisan pelindung termal untuk turbin gas, dan bahan sensor oksigen untuk lingkungan suhu tinggi.

Ruang angkasa

Dalam bidang kedirgantaraan, kinerja dan ketahanan suhu tinggi YSZ sangatlah penting. Ia dapat dibuat menjadi sistem perlindungan termal untuk komponen mesin yang panas, dan juga dapat digunakan pada beberapa komponen struktural yang tahan suhu tinggi.

Kesimpulan

Zirkonia yang distabilkan oleh yttria memiliki berbagai macam kegunaan dalam semua aspek kehidupan. Saya harap Anda akan memperoleh sesuatu yang berbeda dengan membaca artikel ini.

Pelajari lebih lanjut tentang material keramik.

Kapasitas Produksi

Kemampuan

Industri

Berdasarkan Fungsi

Berdasarkan Bahan