Tutto quello che c'è da sapere sulla zirconia stabilizzata

Il biossido di zirconio è spesso noto come acciaio ceramico. È una ceramica tecnica resistente utilizzata in una varietà di applicazioni. La zirconia (ZrO2) offre una buona resistenza all'usura e possiede anche una buona stabilità termica. Tuttavia, la ceramica di zirconia viene spesso stabilizzata per ridurre al minimo le variazioni di comportamento in relazione ai carichi termici.

Definisci lo zirconio? In che cosa differisce la zirconia dallo zirconio?

Prima di addentrarci più nel dettaglio nelle forme stabilizzate di zirconia, è importante sapere cosa sono la zirconia, lo zirconio, lo zircone e la ceramica di zirconia. Approfondiremo questi aspetti nel paragrafo seguente.

Cosa è Zirconio?

Lo zirconio è un metallo di colore grigio argenteo, ricavato generalmente dallo zircone. Si trova in abbondanza nella crosta terrestre, in forma di silicato (zircone) o in quantità molto minori nella baddeleyite. Punto di fusione dello Zr è 1855 °C, la densità di Zr è 6,51 g/cm3 e ha un numero atomico circa 40. Metallo di zirconio è il 20° metallo più abbondante in natura.

Che cos'è la zirconia, ZrO2?

D'altra parte, Ceramica di zirconia è uno dei materiali ceramici più studiati oggi. Spesso si ottiene naturalmente dal suo minerale  baddeleyite. Sintetico Materiale in zirconia può essere preparato anche fondendo lo zircone (silicato di zirconio) ad altissima temperatura. Biossido di zirconio, ZrO2 generalmente mantiene una struttura monoclina a temperatura ambiente.

Le proprietà di ZrO2

Conoscere le proprietà della ceramica ZrO2 è molto importante per comprenderne il contesto di utilizzo. Diamo un'occhiata alle proprietà della ZrO2.

Proprietà generali

Altre proprietà

Cos'è la zirconia stabilizzata?

Bene, prima di conoscere Zirconia stabilizzataÈ importante comprendere il comportamento della zirconia al variare del carico termico. Questo ci darà un'idea del perché si siano compiuti progressi nella stabilizzazione di questa ceramica. In breve, la stabilizzazione di una ceramica consiste nel preservarne l'integrità strutturale.

Come accennato ZrO2 subisce una transizione di fase sotto carico di temperatura variabile. Ad esempio, un cambiamento di temperatura da 1173 °C a 2370 °C rende ZrO2 trasformarsi da struttura monoclina a struttura tetraedrica. Inoltre, quando la temperatura raggiunge i 2690 °C, ZrO2 diventa cubico. Un successivo aumento della temperatura provoca la fusione di ZrO2.

Generalmente, la transizione di fase indica anche un cambiamento di volume sotto il quale Ceramica di zirconia crepe e deformazioni. La stabilizzazione impedisce che tali cambiamenti sfavorevoli si verifichino nella struttura ceramica. Ecco perché la zirconia viene spesso stabilizzata.

Tipi di zirconia stabilizzata

Quindi, abbiamo capito perché è necessaria la stabilizzazione quando si tratta di Ceramica di zirconiaOra controlliamo i diversi tipi di zirconia stabilizzata in dettaglio.

Zirconia stabilizzata con ittrio (Y2O3.ZrO2)

Zirconia stabilizzata con ittrio Si forma stabilizzando la zirconia cubica a temperatura ambiente aggiungendo ossido di ittrio (Y2O3). La stabilizzazione avvia la sostituzione di Zr4+ con ioni di ittrio più grandi Y3+ nel reticolo cristallino. Prima della stabilizzazione dello zirconio, il biossido avrà fasi monoclina, cubica e tetragonale. Tuttavia, una volta stabilizzato Ittrio Zirconia (YSZ) avrà solo una struttura cubica.

Proprietà della zirconia stabilizzata con ittrio

• Densità di zirconia stabilizzata con ittrio è di circa 6 g/cc. La densità moderata di YSZ assicura che non vi sia un peso eccessivo su alcun materiale di cui fa parte
• Conduttività termica della zirconia stabilizzata con ittrio è pari a 2,9 W/mK alla temperatura di 20 °C.
• L'ittrio-zirconia offre una durezza Rockwell di circa 85, che è attribuita alle migliori proprietà meccaniche della ceramica.

Vantaggi della zirconia stabilizzata con ittrio (Y2O3) (ZrO2)

I vantaggi di Ittrio Zirconia sono elencati di seguito:

• zirconia stabilizzata con ittrio YSZ offrono una forza estrema
• La ceramica YZS ha un'elevata resistenza alle temperature, spesso utilizzata come refrattario e come rivestimento di barriera termica
• Sono resistenti alla corrosione in natura
• YSZ non arrugginisce e può essere utilizzato laddove sussiste il rischio di ossidazione.

Applicazioni della zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ)

Odontoiatria

Zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ) è estremamente duro, biocompatibile e chimicamente inerte. Zirconia dentale stabilizzata con ittrio Le applicazioni includono corone, ponti e impianti. Come tutti sappiamo, la nostra bocca ha un ambiente umido, poiché Ittrio Zirconia non si corrode. Funzionano come materiale dentale migliore.

Rivestimento refrattario e termico

La resistenza al calore di Zirconia stabilizzata con ittrio lo rende un refrattario ideale. YSZ viene utilizzato anche come materiale isolante termico per isolare oggetti caldi e come materiale di rivestimento sulla superficie del motore.

celle a combustibile

Zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ) L'YSZ funge da elettrolita nelle celle a combustibile allo stato solido. Nell'impiego dell'YSZ come elettrolita funzionale, la conduttività selettiva dello ione ossigeno è un aspetto trascurato. La temperatura di funzionamento è generalmente compresa tra 800 e 1000 °C.

Altri usi

Gli altri usi della ceramica di ittrio sono: costituiscono un componente nella produzione di cemento grazie alla sua durevolezza. La durezza la rende un materiale ideale per  sfere di macinazione .

Zirconia stabilizzata con magnesia (MSZ)

MSZ in confronto a Zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ) hanno una minore conduttività termica e una maggiore stabilità in condizioni di umidità. Sono resistenti all'usura, estremamente tenaci e chimicamente inerti. Nella struttura, Zirconia stabilizzata con magnesia presenta precipitati tetragonali con grani cubici.

Proprietà della zirconia stabilizzata al magnesio

• La temperatura di funzionamento di Zirconia stabilizzata con magnesia è superiore a 220 gradi C
• Le caratteristiche principali di MSZ sono l'elevata stabilità termica, la minore conduttività termica e la resistenza all'usura.
• Gli MSZ sono resistenti agli acidi e alle basi

Le principali applicazioni di MSZ

• Zirconia stabilizzata con magnesia vengono utilizzati per la produzione di ceramiche strutturali o tecniche
• Sono un materiale ideale per componenti di valvole di precisione, manicotti e pistoni di pompe
• Zirconia stabilizzata con magnesia viene utilizzato nella fabbricazione di componenti di combustibile a ossido solido
• MSZ viene utilizzato nelle applicazioni di formatura di tubi

Zirconia stabilizzata con calcio (CSZ)

Zirconia stabilizzata con calcio (CSZ) come dice il nome qui lo stabilizzante è l'ossido di calcio. Zirconia stabilizzata con calcio (CSZ) ha un punto di fusione di 2700 °C con una densità di 5,6 g/cm3. Sono spesso noti per la loro elevata stabilità termica e offrono un'estrema resistenza agli urti. Le applicazioni più diffuse di Zirconia stabilizzata con calcio (CSZ) includono rivestimenti per garantire la resistenza all'usura, come refrattari e come barriere termiche.

Zirconia stabilizzata con Ceria (CSZ)

Zirconia stabilizzata con Ceria (CSZ) Utilizza la ceria per stabilizzare la zirconia nel suo reticolo cristallino. Sono chimicamente resistenti e vengono utilizzati principalmente per applicazioni ad alte temperature. Poiché l'aggiunta di ceria aumenta la conduttività dell'ossigeno, vengono utilizzati come elettroliti solidi nelle celle a combustibile. Zirconia stabilizzata con Ceria (CSZ) funzionano anche come sensori di ossigeno.

Zirconia stabilizzata con ceria La densità è di 6,6 g/cm³ con una purezza di circa 99 1TP³T. Le applicazioni del CSZ includono materiali di macinazione ad alta stabilità nelle vernici e nei settori correlati. Sono inoltre utilizzati come catalizzatori nei sistemi di scarico dell'industria automobilistica.

Zirconia stabilizzata con allumina (ASZ)

L'ASZ è ottenuto combinando allumina di alta qualità in un reticolo cristallino di ZrO2. La percentuale di allumina varia da 10 % a 50 % a seconda del grado prodotto. La zirconia stabilizzata con allumina offre un'elevata tenacità alla frattura e una grande resistenza. L'ASZ è utilizzata in applicazioni automobilistiche, aerospaziali e medicali.

L'ASZ viene utilizzato anche per la produzione di utensili da taglio. Trova impiego in applicazioni che richiedono controparti ceramiche ad alte prestazioni. La stabilizzazione con allumina ne favorisce l'impiego in condizioni difficili. La densità dell'ASZ è di circa 3,7-3,8 g/cc.

Confronto tra Zirconia stabilizzata

Quindi, abbiamo avuto una breve idea del perché zirconia stabilizzata e quali sono i tipi più comuni. Ecco una rapida tabella comparativa con i diversi tipi di zirconia.

Zirconia parzialmente stabilizzata e Zirconia completamente stabilizzata

Zirconia parzialmente stabilizzata (PSZ) sono di diversi tipi. Possono essere stabilizzati con magnesio, calcio o ittrio. La zirconia con magnesia avrebbe circa 10 % MgO. A base di magnesia La zirconia parzialmente stabilizzata è estremamente resistente e lavora a temperature più elevate.

Zirconia stabilizzata con ittrio con 4% - 10 % di Ittrio è generalmente indicato come Zirconia parzialmente stabilizzataMentre quello con 8% di Ittrio e 8-9% Y2O3 drogato con ZrO2 è denominato Zirconia completamente stabilizzataPer le applicazioni che richiedono estrema tenacità, gli ingegneri spesso utilizzano il PSZ rispetto al materiale completamente stabilizzato.

Conclusione

Il progresso nella tecnologia dei materiali garantisce sempre il materiale migliore per ogni applicazione. La funzionalità è la chiave quando si tratta di scegliere la ceramica di nuova generazione per l'applicazione desiderata. La stabilizzazione garantisce prestazioni stabili alla temperatura desiderata. Quando si tratta di adattabilità, senza dubbio Zirconia stabilizzata supera le prestazioni convenzionali.