Come professionista, potresti aver appreso che la zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ) svolge un ruolo indispensabile nei materiali ingegneristici moderni. Sei curioso di saperne di più sulla YSZ? Leggere questo articolo ti fornirà una comprensione completa di questo materiale e ti aiuterà a fare una scelta più consapevole per la tua applicazione!
Collegamenti rapidi
- Cos'è la zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ)
- Caratteristiche della struttura cristallina YSZ
- Proprietà YSZ
- Guida alla selezione YSZ
- Applicazione di YSZ
Cos'è la zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ)
L'YSZ si ottiene aggiungendo una specifica proporzione di ossido di ittrio all'ossido di zirconio. La sua composizione chimica comprende principalmente due componenti chiave, ovvero l'ossido di zirconio (ZrO₂) come matrice e l'ossido di ittrio (Y₂O₂) come stabilizzante. A seconda delle esigenze applicative, il contenuto di ossido di ittrio aggiunto è solitamente compreso tra 3 e 8 mol⁻ ...
Nel campo dell'ingegneria, YSZ è conosciuto con molti nomi, tra cui:
Zirconia stabilizzata con ittrio
Y2O3 ZrO2 stabilizzato
Ossido di zirconio stabilizzato con ittrio
Ossido di zirconio stabilizzato con ittrio
Indipendentemente dal nome utilizzato, tutti si riferiscono al materiale YSZ.
Caratteristiche della struttura cristallina YSZ
Se desiderate approfondire le prestazioni dell'YSZ, comprenderne prima la struttura cristallina sarà di grande aiuto. L'ossido di zirconio puro ha una proprietà unica di transizione di fase. A temperatura ambiente, presenta una struttura di fase monoclina. Quando la temperatura aumenta gradualmente, subirà due transizioni di fase. Questo comportamento di transizione di fase potrebbe influire sulla vostra applicazione.
A temperatura ambiente -1170℃, l'ossido di zirconio presenta una fase monoclina (monoclina)
1170-2370℃, la zirconia presenta una fase tetragonale (tetragonale)
A ＞2370℃, la zirconia presenta una fase cubica (cubica)
A questo punto, l'aggiunta di ossido di ittrio può stabilizzare il meccanismo. Il principio è: quando si introduce Y₂O₂ nel reticolo di zirconia, gli ioni Y₂+ sostituiranno alcuni ioni Zr₂+ e, allo stesso tempo, si genereranno vacanze di ossigeno per mantenere l'equilibrio di carica.
L'aggiunta di ossido di ittrio aiuta a raggiungere due obiettivi importanti:
1. Conservazione stabile della struttura di fase ad alta temperatura a temperatura ambiente
2. Prevenire efficacemente la generazione di stress da cambiamento di fase dannoso
Proprietà YSZ
YSZ vanta numerose proprietà eccellenti. Che abbiate bisogno di elevata resistenza, resistenza alle alte temperature o inerzia chimica, YSZ può soddisfare le vostre esigenze. Nella scelta della specifica YSZ più adatta, vi consigliamo di valutare attentamente questi parametri prestazionali in base alla vostra applicazione specifica.
Proprietà meccaniche
Lo YSZ ha eccellenti proprietà meccaniche. Le sue principali proprietà meccaniche sono le seguenti:
Densità:La densità dell'YSZ è di 6,02 g/cc. La densità relativamente moderata garantisce la resistenza del materiale senza sovraccaricare eccessivamente le attrezzature.
Durezza:Lo YSZ ha una durezza Mohs pari a 8,5, è molto resistente all'usura ed è molto durevole.
Resistenza alla flessione:YSZ ha una resistenza alla flessione fino a 976 MPa (142.000 psi), che ne consente l'impiego in ambienti meccanici estremamente difficili.
Tenacità alla frattura:La tenacità alla frattura dell'YSZ è decisamente superiore, il che è dovuto principalmente al suo esclusivo meccanismo di tenacità mediante trasformazione di fase.
Proprietà termiche
Lo YSZ è un materiale ideale per applicazioni ad alta temperatura. Le sue proprietà termiche sono le seguenti:
- Punto di fusione: oltre 2700 °C, il che significa che YSZ può essere utilizzato in ambienti con temperature estremamente elevate.
- Conduttività termica: la conduttività termica a temperatura ambiente è pari a 2,0-2,3 W/m·K, il che lo rende un eccellente materiale isolante termico.
- Coefficiente di dilatazione termica: 10,7-11,2 × 10-6/℃ (RT-900℃)
- Resistenza agli shock termici: YSZ ha una resistenza agli shock termici molto elevata e può sopportare rapidi sbalzi di temperatura.
- Punto di fusione: oltre 2700 °C, il che lo rende ideale per ambienti estremi
- Conduttività termica: 2,0-2,3 W/m·K (temperatura ambiente). Questa bassa conduttività termica lo rende un eccellente isolante termico.
- Coefficiente di espansione termica: 10,7-11,2 × 10^-6/°C (RT-900°C). Questo coefficiente moderato di espansione termica aiuta a ridurre lo stress termico.
- Resistenza agli shock termici: l'eccellente resistenza agli shock termici consente di resistere a rapidi cambiamenti di temperatura
Proprietà chimiche
Le proprietà chimiche dell'YSZ in ambito industriale si riflettono principalmente nella sua eccellente stabilità. È resistente alla corrosione e all'ossidazione, non viene facilmente corroso da acidi e alcali forti e può essere mantenuto stabile in ambienti ossidanti ad alte temperature. Inoltre, è biocompatibile, il che lo rende ideale per gli impianti medicali.
Queste caratteristiche prestazionali rendono YSZ la scelta ideale per le vostre applicazioni più esigenti. Che abbiate bisogno di elevata resistenza, resistenza alle alte temperature o inerzia chimica, YSZ può soddisfare le vostre esigenze. Nella scelta della specifica YSZ più adatta, si consiglia di valutare attentamente questi parametri prestazionali in base ai requisiti specifici dell'applicazione.
Guida alla selezione YSZ
Quando si sceglie l'YSZ, è necessario comprendere le caratteristiche delle diverse tipologie e gli scenari applicativi più adatti. In base al contenuto di ossido di ittrio (Y2O3), il mercato dell'YSZ si divide principalmente in tre categorie.
3mol% YSZ
3mol% YSZ è il prodotto di zirconia parzialmente stabilizzata più diffuso sul mercato. Rappresenta la prima scelta per alcune applicazioni strutturali ad alte prestazioni. La zirconia parzialmente stabilizzata presenta principalmente una struttura di fase tetragonale a temperatura ambiente. Le sue principali proprietà meccaniche sono le seguenti:
- Proprietà di flessione: 1200 MPa
- Tenacità alla frattura: 10 MPa·m1/2
- Resistente all'usura e agli urti
- Se la tua applicazione deve resistere a forti sollecitazioni e frequenti shock meccanici, 3mol% YSZ è la scelta ideale.
5mol% YSZ
Il 5mol% YSZ offre prestazioni e processabilità più equilibrate. Presenta eccellenti proprietà reologiche, eccellenti proprietà di stampaggio e una buona attività di sinterizzazione.
Se il tuo prodotto richiede dettagli di lavorazione precisi e forme di lavorazione complesse, le eccellenti prestazioni di lavorazione di 5mol% YSZ possono aiutarti a raggiungere meglio i tuoi obiettivi di progettazione.
5mol% YSZ è molto adatto per i seguenti processi:
- Processo di fusione a strisce
- Stampaggio a iniezione
- Produzione di parti strutturali di precisione
8mol% YSZ
L'ossido di zirconio 8mol% (YSZ) raggiunge la completa stabilizzazione dell'ossido di zirconio ed è un materiale ideale per applicazioni conduttive di ioni. Presenta una struttura di fase cubica pura a temperatura ambiente. La zirconia completamente stabilizzata è caratterizzata da un'eccellente conduttività degli ioni ossigeno e da una straordinaria stabilità alle alte temperature.
In alcune applicazioni che richiedono un'elevata conduttività ionica, come le celle a combustibile a ossidi solidi, è la scelta ideale!
Applicazione di YSZ
Applicazioni industriali
In campo industriale, l'YSZ ha una vasta gamma di applicazioni e le sue prestazioni sono eccellenti: resistenza alla corrosione, resistenza all'usura, elevata durezza, basso attrito ed elevata tenacità. I vantaggi di questo materiale si possono riscontrare nei seguenti scenari:
- Componenti del corpo pompa
- Utensili da taglio
- Sistema di valvole
- Componenti dei cuscinetti
- Rivestimento resistente all'usura
Campo medico
YSZ ha una buona biocompatibilità e proprietà meccaniche, che lo rendono una scelta ideale per i materiali degli impianti
- In odontoiatria, sono belle e resistenti le corone e gli impianti interamente in ceramica
- Nelle applicazioni ortopediche, è una protesi articolare ad alta resistenza e durevole
- Nelle apparecchiature mediche, è un componente affidabile delle apparecchiature mediche
Settore energetico
Nelle applicazioni energetiche, lo YSZ può essere utilizzato come elettrolita per celle a combustibile a ossidi solidi (SOFC), rivestimenti di schermatura termica per turbine a gas e materiali per sensori di ossigeno per ambienti ad alta temperatura.
Aerospaziale
In ambito aerospaziale, le prestazioni e la durata ad alta temperatura dell'YSZ sono molto importanti. Può essere utilizzato come sistema di protezione termica per le parti calde del motore e può essere utilizzato anche in alcuni componenti strutturali ad alta temperatura.
Conclusione
La zirconia stabilizzata con ittrio ha una vasta gamma di utilizzi in tutti gli ambiti della vita. Spero che la lettura di questo articolo vi possa offrire spunti di riflessione.
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