Jako profesjonalista, być może dowiedziałeś się, że tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru (YSZ) odgrywa niezastąpioną rolę w nowoczesnych materiałach inżynieryjnych. Czy jesteś ciekaw YSZ? Przeczytanie tego artykułu zapewni Ci kompleksowe zrozumienie tego materiału i pomoże Ci dokonać bardziej świadomego wyboru dla Twojego zastosowania materiałowego!
Szybkie linki
- Czym jest tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru (YSZ)
- Charakterystyka struktury krystalicznej YSZ
- Nieruchomości YSZ
- Przewodnik wyboru YSZ
- Zastosowanie YSZ
Czym jest tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru (YSZ)
YSZ powstaje przez dodanie określonej proporcji tlenku itru do tlenku cyrkonu. Jego skład chemiczny obejmuje głównie dwa kluczowe składniki, mianowicie tlenek cyrkonu (ZrO2) jako matrycę i tlenek itru (Y2O3) jako stabilizator. Zgodnie z W zależności od potrzeb aplikacji, dodana zawartość tlenku itru wynosi zwykle od 3 do 8 mol%.
W dziedzinie inżynierii YSZ jest znana pod wieloma nazwami, w tym:
Cyrkonia stabilizowana itrem
Y2O3 stabilizowany ZrO2
Tlenek cyrkonu stabilizowany itrem
Tlenek cyrkonu stabilizowany itrem
Niezależnie od użytej nazwy, wszystkie odnoszą się do materiału YSZ.
Charakterystyka struktury krystalicznej YSZ
Jeśli chcesz dogłębnie zbadać wydajność YSZ, zrozumienie jego struktury krystalicznej będzie dla Ciebie bardzo pomocne w zrozumieniu wydajności YSZ. Czysty tlenek cyrkonu ma unikalną właściwość przejścia fazowego. W temperaturze pokojowej prezentuje strukturę fazy jednoskośnej. Gdy temperatura stopniowo wzrasta, przechodzi przez dwie przemiany fazowe. To zachowanie przejścia fazowego może mieć wpływ na Twoją aplikację.
W temperaturze pokojowej -1170℃ tlenek cyrkonu wykazuje fazę jednoskośną (Monoclinic)
1170-2370℃, cyrkonia ma fazę tetragonalną (Tetragonal)
W temperaturze ＞2370℃ cyrkonia wykazuje fazę sześcienną (sześcienną)
W tym momencie dodanie tlenku itru może ustabilizować mechanizm. Zasada jest taka: gdy wprowadzasz Y2O3 do sieci cyrkonowej, jony Y3+ zastąpią niektóre jony Zr4+, a jednocześnie powstaną wakaty tlenowe, aby utrzymać równowagę ładunku.
Dodanie tlenku itru pomaga osiągnąć dwa ważne cele:
1.Stabilne zachowanie struktury fazy wysokotemperaturowej w temperaturze pokojowej
2. Skutecznie zapobiegaj powstawaniu szkodliwego stresu związanego ze zmianą fazy
Nieruchomości YSZ
YSZ ma wiele doskonałych właściwości. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz wysokiej wytrzymałości, odporności na wysoką temperaturę czy obojętności chemicznej, YSZ może spełnić Twoje potrzeby. Wybierając odpowiednią specyfikację YSZ, zalecamy, aby dokładnie rozważyć te parametry wydajności w odniesieniu do konkretnego zastosowania.
Właściwości mechaniczne
YSZ ma doskonałe właściwości mechaniczne. Jego główne właściwości mechaniczne są następujące:
Gęstość:Gęstość YSZ wynosi 6,02 g/cm3. Stosunkowo umiarkowana gęstość zapewnia wytrzymałość materiału bez nadmiernego obciążenia sprzętu.
Twardość:YSZ ma twardość 8,5 w skali Mohsa, jest bardzo odporny na zużycie i bardzo trwały.
Wytrzymałość na zginanie:YSZ charakteryzuje się wytrzymałością na zginanie sięgającą 976 MPa (142 000 psi), co pozwala na jego stosowanie w ekstremalnie trudnych warunkach mechanicznych.
Wytrzymałość na pękanie:Wytrzymałość na pękanie YSZ jest bardzo wysoka, co wynika głównie z unikalnego mechanizmu hartowania związanego z przemianą fazową.
Właściwości termiczne
YSZ jest idealnym materiałem do zastosowań w wysokich temperaturach. Jego właściwości termiczne są następujące:
- Temperatura topnienia: Ponad 2700℃, co oznacza, że YSZ można stosować w środowiskach o ekstremalnie wysokich temperaturach.
- Przewodność cieplna: Przewodność cieplna w temperaturze pokojowej wynosi 2,0–2,3 W/mK, co sprawia, że jest to doskonały materiał izolacyjny.
- Współczynnik rozszerzalności cieplnej: 10,7-11,2 × 10-6/℃ (RT-900℃)
- Odporność na szok termiczny: YSZ charakteryzuje się bardzo wysoką odpornością na szok termiczny i może wytrzymać gwałtowne zmiany temperatury.
- Temperatura topnienia: ponad 2700°C, co czyni go idealnym do ekstremalnych warunków
- Przewodność cieplna: 2,0–2,3 W/m·K (temperatura pokojowa). Dzięki temu niskiemu współczynnikowi przewodnictwa cieplnego materiał ten jest doskonałym izolatorem cieplnym.
- Współczynnik rozszerzalności cieplnej: 10,7-11,2 × 10^-6/°C (RT-900°C), Ten umiarkowany współczynnik rozszerzalności cieplnej pomaga zmniejszyć naprężenia cieplne
- Odporność na szok termiczny: Doskonała odporność na szok termiczny pozwala na wytrzymywanie szybkich zmian temperatury
Właściwości chemiczne
Właściwości chemiczne YSZ w przemyśle odzwierciedlają się głównie w jego doskonałej stabilności. Jest odporny na korozję i utlenianie, nie koroduje łatwo pod wpływem silnych kwasów i zasad, a także może być stabilny w środowiskach utleniania o wysokiej temperaturze. Ponadto jest biokompatybilny, co czyni go idealnym do implantów medycznych.
Te cechy wydajnościowe sprawiają, że YSZ jest idealnym wyborem do wymagających zastosowań. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz wysokiej wytrzymałości, odporności na wysoką temperaturę czy obojętności chemicznej, YSZ może spełnić Twoje potrzeby. Wybierając odpowiednią specyfikację YSZ, zaleca się, aby dokładnie rozważyć te parametry wydajnościowe w kontekście konkretnych wymagań aplikacji.
Przewodnik wyboru YSZ
Wybierając YSZ, musisz zrozumieć charakterystykę różnych typów i odpowiednie scenariusze zastosowań. Zgodnie z zawartością tlenku itru (Y2O3) rynek YSZ jest podzielony głównie na trzy serie.
3 mol% YSZ
3mol% YSZ to najpopularniejszy częściowo stabilizowany produkt cyrkonowy na rynku. Jest to pierwszy wybór dla niektórych wysokowydajnych zastosowań konstrukcyjnych. Częściowo stabilizowany cyrkon ma głównie strukturę fazy tetragonalnej w temperaturze pokojowej. Jego główne właściwości mechaniczne są następujące:
- Właściwości gięcia – 1200 MPa
- Wytrzymałość na pękanie – 10 MPa·m1/2
- Odporny na zużycie i uderzenia
- Jeśli Twoja aplikacja musi wytrzymać duże naprężenia i częste wstrząsy mechaniczne, 3mol% YSZ będzie idealnym wyborem.
5mol% YSZ
5mol% YSZ ma bardziej zrównoważoną wydajność i przetwarzalność. Ma doskonałe właściwości reologiczne, wyjątkowe właściwości formowania i dobrą aktywność spiekania.
Jeśli Twój produkt wymaga precyzyjnego przetwarzania szczegółów i złożonych kształtów, doskonała wydajność przetwarzania 5mol% YSZ może pomóc Ci lepiej osiągnąć Twoje cele projektowe.
5mol% YSZ doskonale nadaje się do następujących procesów:
- Proces odlewania taśmowego
- Formowanie wtryskowe
- Produkcja precyzyjnych elementów konstrukcyjnych
8mol% YSZ
8mol% YSZ osiąga całkowitą stabilizację tlenku cyrkonu i jest idealnym materiałem do zastosowań przewodzących jony. Wykazuje czystą strukturę fazy sześciennej w temperaturze pokojowej. W pełni stabilizowana cyrkonia charakteryzuje się doskonałą przewodnością jonów tlenu i wyjątkową stabilnością w wysokiej temperaturze.
W niektórych zastosowaniach wymagających wysokiej przewodności jonowej, takich jak ogniwa paliwowe z tlenkiem stałym, jest to idealny wybór!
Zastosowanie YSZ
Zastosowania przemysłowe
W przemyśle YSZ ma szeroki zakres zastosowań, a jego wydajność jest doskonała: odporność na korozję, odporność na zużycie, wysoka twardość, niskie tarcie i wysoka wytrzymałość. Zalety tego materiału można znaleźć w następujących scenariuszach:
- Komponenty korpusu pompy
- Narzędzia tnące
- System zaworów
- Elementy łożyskowe
- Powłoka odporna na zużycie
Dziedzina medyczna
YSZ charakteryzuje się dobrą biokompatybilnością i właściwościami mechanicznymi, co czyni go idealnym wyborem do produkcji materiałów implantologicznych
- W stomatologii piękne i trwałe są korony i implanty pełnoceramiczne
- W zastosowaniach ortopedycznych jest to bardzo wytrzymała i trwała proteza stawu
- W sprzęcie medycznym jest to niezawodny element wyposażenia medycznego
Sektor energetyczny
W zastosowaniach energetycznych YSZ można stosować jako elektrolit w ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC), powłoki termoizolacyjne w turbinach gazowych oraz materiały czujników tlenu w środowiskach o wysokiej temperaturze.
Lotnictwo i kosmonautyka
W lotnictwie i kosmonautyce wysoka temperatura i trwałość YSZ są bardzo ważne. Można go wykorzystać jako system ochrony termicznej gorących części silnika, a także można go zobaczyć w niektórych elementach konstrukcyjnych o wysokiej temperaturze.
Wniosek
Yttria-stabilized zirconia ma szeroki zakres zastosowań w każdej dziedzinie życia. Mam nadzieję, że zyskasz coś innego, czytając ten artykuł.
Dowiedz się więcej o materiałach ceramicznych.