Отключване на съвременни свойства на материалите с итриево стабилизиран цирконий

Многостранните свойства на стабилизирания цирконий го превръщат в универсален материал в многобройни индустрии като космическата, автомобилната и енергийната. От неговата превъзходна здравина и издръжливост до балансирани характеристики, всяка разновидност на стабилизирания цирконий предлага свой собствен набор от качества, пригодени специално за конкретни приложения.

Стабилизираният итриев цирконий се отличава с превъзходна термична стабилност и йонна проводимост, което го прави отличен избор на материал за кислородни сензори и твърдооксидни горивни клетки.

Превъзходна здравина и издръжливост

Добавянето на итрий значително повишава твърдостта на циркония, което го прави изключително издръжлив и подходящ за приложения, свързани с високо механично натоварване. Освен това тази добавка увеличава термичната стабилност и устойчивостта на термичен шок, както и осигурява повишена термична стабилност за защита от термичен шок. Освен това стабилизираният с итрий цирконий показва отлична йонна проводимост, която позволява на кислородните йони да преминават свободно през структурата му, което го прави полезен в приложения като кислородни сензори и твърдооксидни горивни клетки.

YSZ се отличава с изключителна износоустойчивост, което го прави идеален за компоненти, намиращи се в тежки условия като газови турбини или реактивни двигатели. Той може да издържи на продължително излагане на абразивни условия, без да се разгражда, в сравнение с калциевия или магнезиевия стабилизиран цирконий, които изискват по-високи температурни прагове, за да останат стабилни.

YSZ може да издържа на бързи температурни промени, което го прави подходящ за космически материали и автомобилни сензори, които следят параметрите на двигателя и отработените газове. Освен това устойчивостта му на термичен шок превъзхожда тази на CSZ и MSZ, които имат по-ниски температурни прагове за стабилност. Поради това този материал често се избира за основен материал за термобарични покрития, използвани при реактивни двигатели и газови турбини.

Устойчивост на високи температури

Стабилизираният цирконий може да издържа на високи температури, което го прави подходящ за приложения в космическата индустрия и производството на енергия. Освен това стабилизираният с итрий цирконий може да се използва и в кислородни сензори и твърдооксидни горивни клетки (SOFC или SOEC).

Добавянето на итрий към стабилизирания цирконий му позволява да запази кубичната си структура дори при стайни температури, като елиминира фазовите трансформации, които иначе биха могли да доведат до напукване при циклично движение. Тази характеристика прави итрия безценна добавка за създаване на високотемпературни компоненти, необходими за реактивните двигатели, които трябва да останат непокътнати, за да издържат на тежките условия на околната среда.

Производството на стабилизиран цирконий поражда някои екологични проблеми; производството му включва високотемпературно синтероване и използването на потенциално токсични стабилизиращи агенти. Освен това цирконият не се разгражда биологично, така че трябва да се управлява безопасното изхвърляне - това обаче може да се окаже предизвикателство поради ограниченото пространство за депониране и потенциалните рискове от замърсяване на почвата/водата.

Биосъвместимост

Итриевият стабилизиран цирконий (YSZ) е усъвършенствана керамика, която съдържа циркониев оксид с итриев оксид като стабилизиращ агент, като по този начин се избягва трансформацията му от тетрагонална в моноклинна формация, която се получава без стабилизация, което значително увеличава йонната проводимост, термичната стабилност, здравината, издръжливостта и дълготрайността.

Превъзходната здравина, издръжливост и твърдост на YSZ го прави идеален за приложения, изискващи висока устойчивост на натоварване. Освен това неговата устойчивост на счупване и високата му йонна проводимост допринасят за издръжливостта му в тежки абразивни среди, които често увреждат други материали.

Термичната стабилност на YSZ го прави отличен избор на материал за използване в твърдооксидни горивни клетки (SOFC) и батерии, в които кислородните йони се движат лесно при високи температури, което подобрява ефективността и удължава живота на тези енергийни системи.

Олекотен

Стабилизираните циркониеви материали предлагат усъвършенствани характеристики в различни индустрии - от авиацията до медицинските изделия. Това се дължи на специалната им комбинация от качества - висока температурна стабилност, селективна проводимост на кислородни йони и повърхностни кислородни ваканции - което прави тези материали уникално изгодни.

Иттриевият стабилизиран цирконий (YSZ) предлага най-високото съотношение между якост и твърдост благодарение на механизма си за закаляване чрез трансформация, което го прави подходящ за приложения като индустриални режещи инструменти и стоматологични импланти. Същевременно калциевият и магнезиевият стабилизиран цирконий (CSZ и MSZ) осигуряват баланс между свойствата на якост и твърдост, идеален за структурна керамика и огнеупорни материали.

Учените могат да използват универсалните свойства на YSZ, за да адаптират свойствата му за конкретни приложения. Например, тетрагоналната YSZ осигурява превъзходни електрически свойства, необходими за устройства с кислородни сензори и твърдотелни горивни клетки (SOFC). Освен това високата му температура на топене помага да се гарантира постоянното му функциониране при работни температури. Освен това се полагат усилия за разработване на по-екологични производствени методи, така че продуктите от цирконий да могат да се произвеждат ефективно, като същевременно се свежда до минимум използването на енергия и се смекчава екологичният им отпечатък по време на производството.