زركونيا الإيتريا المستقرة المتقدمة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية

يمكن للزركونيا المثبتة بالإيتريا أن تتحمل درجات الحرارة العالية دون أن تتأثر بالأحماض أو المواد الكيميائية، مما يوفر حماية موثوقة.

تتميز الزركونيا المستقرة بالإيتريا (YSZ) بخصائص فريدة تجعلها مادة أساسية في مجموعة متنوعة من التطبيقات المتطورة. تُنتج هذه المادة عن طريق خلط أكسيد الإيتريا مع ثاني أكسيد الزركونيوم في درجة حرارة الغرفة لتشكيل هياكل بلورية مكعبة، مما يجعلها ذات خصائص فريدة من نوعها لا غنى عنها.

اسطوانات أكسيد الزركونيوم

تجعل القوة الفيزيائية من الزركونيا المثبتة بالإيتريا مادة مثالية للاستخدام في بطانات الأفران وحصائر العزل، حيث تسمح لها بتحمل درجات الحرارة العالية دون التعرض لتدهور البنية أو السلامة. وهذا يجعلها خياراً ممتازاً للمواد.

يمكن للزركونيا المثبتة بالإيتريا توصيل أيونات الأكسجين في درجات حرارة مرتفعة من خلال تكافؤات Zr4+ و Y3+، مما يجعلها مكونًا لا غنى عنه في خلايا وقود الأكسيد الصلب التي تنتج طاقة نظيفة مع انبعاثات أقل. وعلاوة على ذلك، تتيح الموصلية الكهربائية الفائقة لمصنعي السيارات استخدام مكونات محرك أخف وزناً تعمل على تحسين كفاءة استهلاك الوقود مع زيادة الأداء في الوقت نفسه مع تقليل الوزن الإجمالي للمركبة.

يمكن تشكيل لباد الزركونيا الليفي ZYF (لباد الزركونيا الليفي المستقر بالإيتريا) بالتفريغ في أشكال صلبة لاستخدامها كفواصل أو أغلفة أو تركيبات أو حشيات أثناء عمليات نمو بلورات كزوكرالسكي وعمليات استعادة المعادن الثمينة. وعلاوة على ذلك، فإن خصائصه تجعله مناسباً للتطبيقات التي تتطلب ثباتاً في درجات الحرارة العالية وخمولاً كيميائياً مثل البطاريات عالية الطاقة أو الطلاءات الحاجزة الحرارية أو معالجة السبائك الفائقة أو المواد الأرضية النادرة معدنياً.

لبادات أكسيد الزركونيوم

إن RS-ZFELT عبارة عن نسيج غير منسوج متشابك ميكانيكيًا يتكون من ألياف الزركونيا المثبتة بالإيتريا بقطر 4-6 ميكرون منسوجة معًا بدون مادة رابطة. ويتميز بقوة عالية وصلابة وثبات كيميائي ومقاومة للأبخرة القلوية والأملاح والمحاليل الساخنة دون التفاعل معها بشكل سلبي، ويقاوم البيئات المؤكسدة/المختزلة حتى 2000 درجة مئوية مع توفير خصائص عزل حراري ممتازة حتى نطاق درجات الحرارة هذا.

تعد المواد الليفية مثل هذه المواد الليفية خيارًا مثاليًا لطريقة Czochralski لنمو البلورات، وعزل البوتقات البلاتينية والإيريديوم، ومواد استصلاح المكثفات لاستصلاح مكثفات المعادن الثمينة، واللف الواقي للفواصل عالية الطاقة والبطانات الحرارية، واللف الواقي للفواصل عالية الطاقة أو حتى الغلاف الواقي للفواصل عالية الطاقة مع محتوى يصل إلى 30% من الإيتريا كمواد لف واقية وبطانات فواصل عالية الطاقة وبطانات حرارية لبطانات حرارية عالية الطاقة لمتطلبات الحرارية لنمو البلورات الآمنة.

توجد الزركونيا النقية في درجة حرارة الغرفة كمرحلة أحادية المادة، وعند تعرضها لتقلبات سريعة في درجات الحرارة يمكن أن تشهد انتقالًا غير متوقع في الطور الذي يعطل خصائص وأداء المواد الخزفية. وللتخفيف من عدم الاستقرار المورفولوجي هذا، يتيح تثبيت الإيتريا مرحلة الزركونيا المكعبة ويزيل عدم الاستقرار هذا؛ كما أظهر التخدير باستخدام مخدر y dop أنه يحد من نمو الحبيبات في درجات الحرارة المرتفعة.

ألياف أكسيد الزركونيوم

الألياف السائبة ZYBF هي مواد حرارية يمكن تشكيلها في أشكال صلبة باستخدام ماكينات التشكيل بالتفريغ، ثم دمجها في أجسام وطلاءات السيراميك. وتتحمل نسبة قوتها إلى صلابتها العالية للغاية الأضرار الناتجة عن الصدمات بشكل جيد، مما يجعلها مناسبة للاستخدام كموجهات للأسلاك أثناء التجميع والتصنيع لمنع حدوث عوائق أو تشابكات، مع لون فاتح يجعل من السهل التعرف على المواد المعدنية ذات المقاييس الدقيقة أكثر من أي وقت مضى. علاوة على ذلك، تقلل مستويات الاحتكاك المنخفضة من معدلات الخردة.

يمكن أن تؤدي إضافة الإيتريا إلى مصادر أكسيد الزركونيوم إلى زيادة ثبات الطور رباعي الزوايا عند درجات حرارة أعلى مع تغيير آليات التخليق وإبطاء نمو الحبيبات ولكن لا يمنع تمامًا النخر والتلبيد عند الحرق عند درجة حرارة 1400 درجة مئوية بسبب الانتقال من الطور رباعي الزوايا إلى الطور المكعب وتغيرات نقل الكتلة؛ التخدير بالإيتريا يعيق النخر ولكنه لا يمنعه تمامًا، ولكنه يقلل بشكل كبير من تكوين الحبيبات الصغيرة في المنتج النهائي.

مواد أكسيد الزركونيوم الإنشائية

الزركونيا المستقرة بالإيتريا (YSZ) هي مادة خزفية استثنائية ذات خصائص استثنائية. ونظرًا لثباتها الحراري وقدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية دون حدوث تغيرات كبيرة في التركيب الكيميائي، غالبًا ما يتم اختيار YSZ لتطبيقات مثل بطانات الأفران والحراريات.

على عكس الألومينا، التي يمكن أن تتلف عند تعرضها للأحماض أو المواد الكيميائية مثل المذيبات، تظل الزركونيا المثبتة بالإيتريا غير متضررة بسبب ملامسة الأحماض أو المواد الكيميائية ولا تتحلل بمرور الوقت - مما يجعلها مثالية للطلاء المستخدم على أجزاء الماكينات المعرضة للتآكل والتلف من الملوثات المسببة للتآكل.

وتتميز مادة YSZ أيضًا بتوصيل أيوني ممتاز، مما يتيح لأيونات الأكسجين التحرك بحرية عبر هيكلها البلوري في درجات حرارة عالية، مما يجعلها مناسبة بشكل مثالي لتطبيقات مثل مستشعرات الأكسجين وخلايا وقود الأكسيد الصلب. وهي متوفرة في شكل مسحوق كروي يمكن تشكيله بالتفريغ في أشكال صلبة أو تشكيله آليًا بدقة ضمن تفاوتات ضيقة للعمل الآلي الدقيق؛ وتظل أبعادها مستقرة حتى 1,650 درجة مئوية دون الحاجة إلى مواد عضوية للتثبيت.