安定化ジルコニアについて知っておくべきこと

二酸化ジルコニウムは、セラミック鋼としてよく知られています。これは、様々な用途で使用される強靭な工業用セラミックです。ジルコニア（ZrO2）は優れた耐摩耗性を備え、優れた熱安定性も備えています。しかし、ジルコニアセラミックは、熱負荷に対する挙動変化を最小限に抑えるために、安定化処理が施されることがよくあります。

ジルコニウムとは何か？ジルコニアとジルコニウムの違いは？

安定化ジルコニアについて詳しく説明する前に、ジルコニア、ジルコニウム、ジルコン、そしてジルコニアセラミックとは何かを知っておくことが重要です。次の段落で、これらについてさらに詳しく見ていきましょう。

何ですか ジルコニウム?

ジルコニウムは銀灰色の金属で、主にジルコンから産出されます。地殻中に豊富に存在し、ジルコン中にはケイ酸塩として、あるいはバデレイト中にはごく少量含まれています。 Zrの融点 1855℃、Zrの密度は6.51 g/cm3で、 原子番号 40くらい。 ジルコニウム金属 自然界で見つかる金属の中で20番目に多い金属です。

ジルコニア、ZrO2とは何ですか？

一方で、 ジルコニアセラミック は、今日最も研究されているセラミック材料の一つです。多くの場合、鉱石から自然に得られます。  バデレイ石合成 ジルコニア素材 ジルコン（ケイ酸ジルコニウム）を非常に高温で溶かすことによっても製造できます。 二酸化ジルコニウム、ZrO2 一般的に室温では単斜晶系構造を保ちます。

ZrO2の特性

ZrO2セラミックの特性を知ることは、セラミックの使用状況を理解する上で非常に重要です。ZrO2の特性を見てみましょう。

一般的なプロパティ

その他のプロパティ

安定化ジルコニアとは何ですか？

さて、それを知る前に 安定化ジルコニアジルコニアが変化する熱負荷下でどのように挙動するかを理解することは重要です。これにより、このセラミックの安定化がなぜ進歩してきたのかが理解できます。つまり、セラミックの安定化とは、その構造的完全性を維持することです。

前述の通り ジルコニア 温度負荷の変化によって相転移を起こす。例えば、1173℃から2370℃への温度変化は ジルコニア 単斜晶系から四面体構造へと変化します。さらに温度が2690℃に達すると、 ジルコニア 立方晶系になります。その後、温度が上昇するとZrO2は融解します。

一般的に相転移は体積変化も意味し、その変化によって ジルコニアセラミック ジルコニアはひび割れや変形を起こしやすいため、安定化処理を施すことでセラミック構造に生じるこうした好ましくない変化を防ぐことができます。そのため、ジルコニアは安定化処理が施されることが多いのです。

安定化ジルコニアの種類

そこで、安定化がなぜ必要なのか理解できました。 ジルコニアセラミックそれでは、さまざまなタイプを見てみましょう。 安定化ジルコニア 詳細に説明します。

イットリア安定化ジルコニア（Y2O3.ZrO2）

イットリウム安定化ジルコニア 立方晶ジルコニアは、室温で酸化イットリウム（Y₂O₃）を添加して安定化させることで形成されます。安定化により、結晶格子中のZr₄₁₀イオンがより大きなイットリウムY₁₀イオンに置換されます。ジルコニウムが安定化する前は、二酸化ジルコニアは単斜晶系、立方晶系、正方晶系の相を有します。しかし、安定化後は イットリウムジルコニア（YSZ） 立方構造のみになります。

イットリウム安定化ジルコニアの特性

• イットリア安定化ジルコニアの密度 約6g/ccです。YSZの適度な密度は、材料に過度の重量がかかることを防ぎます。
• イットリア安定化ジルコニアの熱伝導率 20℃の温度では2.9 W/mKの値になります。
• イットリウムジルコニアは、約 85 のロックウェル硬度を誇り、これはセラミックの最高の機械的特性によるものです。

イットリア（Y2O3）安定化（ZrO2）ジルコニアの利点

の利点 イットリウムジルコニア 以下にリストします。

• イットリア安定化ジルコニア（YSZ） 極めて強い強度を提供する
• セラミックYZSは耐熱性が高く、耐火物として、また遮熱コーティングとしてよく使用されます。
• 本質的に耐腐食性がある
• YSZ は錆びないので、酸化の可能性がある場所でも使用できます。

イットリア安定化ジルコニア（YSZ）の用途

歯科

イットリア安定化ジルコニア（YSZ） 非常に硬く、生体適合性があり、化学的に不活性です。 イットリア安定化ジルコニア歯科 用途としては、クラウン、ブリッジ、インプラントなどがあります。ご存知の通り、口腔内は湿潤な環境にあります。 イットリウムジルコニア 腐食しません。より優れた歯科材料として機能します。

耐火および熱コーティング

耐熱性 イットリア安定化ジルコニア 理想的な耐火物となります。 YSZ 高温物を断熱する断熱材やエンジン表面のコーティング材としても使用されています。

燃料電池

イットリア安定化ジルコニア（YSZ） YSZは固体燃料電池の電解質として機能します。YSZを機能性電解質として活用する際に見落とされがちなのが、酸素イオンの選択伝導性です。動作温度は通常800～1000℃です。

その他の用途

イットリウムセラミックの他の用途としては、その耐久性からセメント製造の部品として使用されることがあります。その硬さから、  研磨ボール .

マグネシア安定化ジルコニア（MSZ）

MSZとの比較 イットリア安定化ジルコニア（YSZ） 熱伝導率が低く、湿潤状態でも安定しています。耐摩耗性、強度、化学的不活性性に優れています。構造上、 マグネシア安定化ジルコニア 立方晶系の粒子を含む正方晶の析出物を持つ。

マグネシウム安定化ジルコニアの特性

• 動作温度 マグネシア安定化ジルコニア 220℃以上
• MSZの主な特徴は、高い熱安定性、低い熱伝導率、耐摩耗性です。
• MSZは酸と塩基に耐性がある

MSZの主な用途

• マグネシア安定化ジルコニア 構造用または技術用セラミックの製造に使用される
• 精密バルブ部品、ポンプスリーブ、ピストンに最適な材料です。
• マグネシア安定化ジルコニア 固体酸化物燃料部品の製造に使用される
• MSZはチューブ成形用途に使用されます

カルシア安定化ジルコニア (CSZ)

カルシア安定化ジルコニア (CSZ) 名前の通り、安定剤は酸化カルシウムです。 カルシア安定化ジルコニア (CSZ) 融点は2700℃、密度は5.6g/cm3です。高い熱安定性と優れた耐衝撃性で知られています。 カルシア安定化ジルコニア (CSZ) 耐摩耗性を確保するためのコーティング、耐火物、熱バリアとしてのコーティングが含まれます。

セリア安定化ジルコニア (CSZ)

セリア安定化ジルコニア (CSZ) セリアはジルコニアの結晶格子を安定化させるために使用されます。耐薬品性に優れ、主に高温用途に使用されます。セリアの添加により酸素伝導性が向上するため、燃料電池の固体電解質として使用されます。 セリア安定化ジルコニア (CSZ) 酸素センサーとしても機能します。

セリア安定化ジルコニア 密度は6.6 g/cm3、純度は約99 %です。CSZの用途としては、塗料および関連産業における高安定性研磨材などが挙げられます。また、自動車産業では排気システムの触媒としても使用されています。

アルミナ安定化ジルコニア（ASZ）

ASZは、高品質のアルミナをZrO2結晶格子に結合させて製造されます。アルミナ含有率は、製造グレードに応じて10 %から50 %の範囲です。アルミナ安定化ジルコニアは、高い破壊靭性と優れた強度を備えています。ASZは、自動車、航空宇宙、医療業界で使用されています。

ASZは切削工具の製造にも使用されます。高性能セラミック部品が求められる用途で使用されます。アルミナによる安定化により、過酷な条件下でも機能します。ASZの密度は約3.7～3.8g/ccです。

安定化ジルコニアの比較

そこで、なぜなのか簡単に考えてみた。 安定化ジルコニア 主な種類にはどのようなものがありますか？ジルコニアの種類を簡単に比較した表をご覧ください。

部分安定化ジルコニアと完全安定化ジルコニア

部分安定化ジルコニア（PSZ） 様々な種類があります。マグネシウム安定化、カルシア安定化、イットリア安定化があります。マグネシアを含むジルコニアは約10 % MgOを含みます。マグネシアベースの 部分安定化ジルコニアは 非常に丈夫で、高温でも動作します。

イットリア安定化ジルコニア 4% - 10 %のイットリウムは、一般的に 部分安定化ジルコニア一方、イットリウムの8%とZrO2をドープしたY2O3の8-9%は次のように呼ばれます。 完全安定化ジルコニア極めて高い靭性が求められる用途では、エンジニアは完全に安定化した材料よりも PSZ を使用することが多いです。

結論

材料技術の進歩は、あらゆる用途に最適な材料を常に保証します。新世代セラミックを目的の用途に選ぶ上で、機能性は鍵となります。安定性は、所望の温度において安定した性能を保証します。適応性に関しては、疑いの余地はありません。 安定化ジルコニア 従来品より優れています。