Как профессионал, вы, возможно, узнали, что стабилизированный иттрием цирконий (YSZ) играет незаменимую роль в современных конструкционных материалах. Вам интересно узнать о YSZ? Чтение этой статьи даст вам полное представление об этом материале и поможет вам сделать более обоснованный выбор для вашего применения материала!
Быстрые ссылки
- Что такое стабилизированный иттрием цирконий (YSZ)
- Характеристики кристаллической структуры YSZ
- YSZ Свойства
- Руководство по выбору YSZ
- Применение YSZ
Что такое стабилизированный иттрием цирконий (YSZ)
YSZ производится путем добавления определенной пропорции оксида иттрия к оксиду циркония. Его химический состав в основном включает два ключевых компонента, а именно оксид циркония (ZrO2) в качестве матрицы и оксид иттрия (Y2O3) в качестве стабилизатора. Согласно В зависимости от потребностей вашего применения, добавленное содержание оксида иттрия обычно составляет от 3 до 8 моль%.
В области машиностроения YSZ известен под многими названиями, в том числе:
Цирконий, стабилизированный иттрием
Y2O3 стабилизированный ZrO2
Оксид циркония, стабилизированный иттрием
Оксид циркония, стабилизированный иттрием
Независимо от того, какое название используется, все они относятся к материалу YSZ.
Характеристики кристаллической структуры YSZ
Если вы хотите глубоко изучить характеристики YSZ, то понимание его кристаллической структуры в первую очередь окажет вам большую помощь в понимании характеристик YSZ. Чистый оксид циркония обладает уникальным свойством фазового перехода. При комнатной температуре он представляет собой моноклинную фазовую структуру. При постепенном повышении температуры он претерпит два фазовых перехода. Такое поведение фазового перехода может повлиять на ваше применение.
При комнатной температуре -1170℃ оксид циркония представляет собой моноклинную фазу (Monoclinic)
1170-2370℃, цирконий представляет тетрагональную фазу (тетрагональную)
При температуре ＞2370℃ цирконий проявляет кубическую фазу (Cubic)
В это время добавление оксида иттрия может стабилизировать механизм. Принцип таков: когда вы вводите Y2O3 в решетку циркония, ионы Y3+ заменят некоторые ионы Zr4+, и в то же время будут генерироваться вакансии кислорода для поддержания баланса заряда.
Добавление оксида иттрия помогает достичь двух важных целей:
1. Стабильное сохранение высокотемпературной фазовой структуры при комнатной температуре
2.Эффективно предотвращает возникновение вредного напряжения фазового перехода
YSZ Свойства
YSZ обладает множеством превосходных свойств. Если вам нужна высокая прочность, устойчивость к высоким температурам или химическая инертность, YSZ может удовлетворить ваши потребности. При выборе подходящей спецификации YSZ мы рекомендуем вам тщательно взвесить эти эксплуатационные параметры с учетом вашего конкретного применения.
Механические свойства
YSZ имеет превосходные механические свойства. Его основные механические свойства следующие:
Плотность:Плотность YSZ составляет 6,02 г/см3. Относительно умеренная плотность обеспечивает прочность материала, не создавая чрезмерной нагрузки на ваше оборудование.
Твердость：Твердость YSZ по шкале Мооса составляет 8,5, он очень износостойкий и долговечный.
Прочность на изгиб：YSZ имеет прочность на изгиб до 976 МПа (142 000 фунтов на кв. дюйм), что позволяет использовать его в чрезвычайно жестких механических условиях.
Вязкость разрушения:Вязкость разрушения YSZ очень высокая, что обусловлено в основном его уникальным механизмом упрочнения фазовым превращением.
Тепловые свойства
YSZ — идеальный материал для высокотемпературных применений. Его тепловые свойства следующие:
- Температура плавления: более 2700 ℃, что означает, что YSZ можно использовать в условиях экстремально высоких температур.
- Теплопроводность: Теплопроводность при комнатной температуре составляет 2,0-2,3 Вт/м·К, что делает его превосходным теплоизоляционным материалом.
- Коэффициент теплового расширения: 10,7-11,2 × 10-6/℃ (RT-900℃)
- Устойчивость к тепловому удару: YSZ обладает превосходной устойчивостью к тепловому удару и может выдерживать резкие перепады температур.
- Температура плавления: более 2700°C, что делает его идеальным для экстремальных условий.
- Теплопроводность: 2,0-2,3 Вт/м·К (комнатная температура). Такая низкая теплопроводность делает его отличным теплоизолятором.
- Коэффициент теплового расширения: 10,7-11,2 × 10^-6/°C (RT-900°C). Этот умеренный коэффициент теплового расширения помогает снизить термическое напряжение.
- Устойчивость к тепловому удару: отличная устойчивость к тепловому удару позволяет выдерживать быстрые перепады температур.
Химические свойства
Химические свойства YSZ в промышленности в основном отражаются в его превосходной стабильности. Он устойчив к коррозии и окислению, не подвержен коррозии под воздействием сильных кислот и щелочей и может сохранять стабильность в высокотемпературных окислительных средах. Кроме того, он биосовместим, что делает его идеальным для медицинских имплантатов.
Эти эксплуатационные характеристики делают YSZ идеальным выбором для ваших требовательных приложений. Если вам нужна высокая прочность, устойчивость к высоким температурам или химическая инертность, YSZ может удовлетворить ваши потребности. При выборе подходящей спецификации YSZ рекомендуется тщательно сопоставить эти эксплуатационные параметры с вашими конкретными требованиями к применению.
Руководство по выбору YSZ
При выборе YSZ необходимо понимать характеристики различных типов и подходящие сценарии применения. В зависимости от содержания оксида иттрия (Y2O3) рынок YSZ в основном делится на три серии.
3мол1ТП3Т YSZ
3mol% YSZ — наиболее популярный на рынке частично стабилизированный продукт из диоксида циркония. Это первый выбор для некоторых высокопроизводительных структурных применений. Частично стабилизированный диоксид циркония в основном представляет собой тетрагональную фазовую структуру при комнатной температуре. Его основные механические свойства следующие:
- Свойства при изгибе – 1200 МПа
- Вязкость разрушения – 10 МПа·м1/2
- Износостойкий и ударопрочный
- Если ваше изделие должно выдерживать высокие нагрузки и частые механические удары, то 3mol% YSZ — ваш идеальный выбор.
5мол1ТП3Т YSZ
5mol% YSZ имеет более сбалансированные эксплуатационные характеристики и технологичность. Он обладает превосходными реологическими свойствами, выдающимися формовочными свойствами и хорошей спекаемостью.
Если для вашего продукта требуются точные детали обработки и сложные формы обработки, превосходные эксплуатационные характеристики 5mol% YSZ могут помочь вам достичь поставленных целей в дизайне.
5mol% YSZ отлично подходит для следующих процессов:
- Процесс литья полосы
- Литье под давлением
- Изготовление прецизионных конструкционных деталей
8мол1ТП3Т YSZ
8mol% YSZ достигает полной стабилизации оксида циркония и является идеальным материалом для ионно-проводящих приложений. Он демонстрирует чистую кубическую фазовую структуру при комнатной температуре. Полностью стабилизированный цирконий характеризуется превосходной кислородно-ионной проводимостью и выдающейся высокотемпературной стабильностью.
В некоторых приложениях, требующих высокой ионной проводимости, таких как твердооксидные топливные элементы, это ваш идеальный выбор!
Применение YSZ
Промышленное применение
В промышленной сфере YSZ имеет широкий спектр применения, и его характеристики превосходны: коррозионная стойкость, износостойкость, высокая твердость, низкое трение и высокая прочность. Вы можете найти преимущества этого материала в следующих сценариях：
- Компоненты корпуса насоса
- Режущие инструменты
- Система клапанов
- Компоненты подшипников
- Износостойкое покрытие
Медицинская сфера
YSZ обладает хорошей биосовместимостью и механическими свойствами, что делает его идеальным выбором для материалов для имплантатов.
- В стоматологии — это красивые и прочные цельнокерамические коронки и имплантаты.
- В ортопедии это высокопрочный и долговечный протез сустава.
- В медицинском оборудовании это надежный компонент медицинского оборудования.
Энергетический сектор
В энергетике YSZ может использоваться в качестве электролита для твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), теплозащитных покрытий для газовых турбин и материалов для датчиков кислорода для высокотемпературных сред.
Аэрокосмическая промышленность
В аэрокосмической отрасли высокотемпературные характеристики и долговечность YSZ очень важны. Его можно использовать в системах тепловой защиты для горячих деталей двигателя, а также в некоторых высокотемпературных конструкционных деталях.
Заключение
Цирконий, стабилизированный иттрием, имеет широкий спектр применения во всех сферах жизни. Надеюсь, вы приобретете что-то новое, прочитав эту статью.
Узнайте больше о керамических материалах.