Odemkněte pokročilé vlastnosti materiálů s yttrií stabilizovaným zirkonem

Stabilizovaný zirkon se díky svým univerzálním vlastnostem stal všestranným materiálem v mnoha průmyslových odvětvích, jako je letectví, automobilový průmysl a energetika. Každá odrůda stabilizovaného zirkonu nabízí vlastní soubor vlastností, které jsou přizpůsobeny konkrétním účelům použití, od vynikající pevnosti a houževnatosti až po vyvážené vlastnosti.

Yttrií stabilizovaný zirkoničitan vyniká vynikající tepelnou stabilitou a iontovou vodivostí, což z něj činí vynikající materiál pro kyslíkové senzory a palivové články na bázi pevných oxidů.

Vynikající pevnost a odolnost

Přídavek yttria výrazně zvyšuje houževnatost zirkonia, takže je vysoce odolný a vhodný pro aplikace s vysokým mechanickým namáháním. Kromě toho tento přídavek zvyšuje tepelnou stabilitu a odolnost proti tepelným šokům a poskytuje zvýšenou tepelnou stabilitu pro ochranu proti tepelným šokům. Yttrií stabilizovaný zirkon navíc vykazuje vynikající iontovou vodivost, která umožňuje volný průchod iontů kyslíku jeho strukturou, což jej činí užitečným v aplikacích, jako jsou kyslíkové senzory a tuhooxidové palivové články.

YSZ se vyznačuje vynikající odolností proti opotřebení, takže je ideální pro součásti v drsném prostředí, jako jsou plynové turbíny nebo proudové motory. V porovnání s kalciem nebo hořčíkem stabilizovaným zirkonem, které vyžadují vyšší teplotní prahy, aby zůstaly stabilní, vydrží nepřetržité vystavení abrazivním podmínkám bez degradace.

YSZ odolává rychlým teplotním změnám, takže je vhodný pro letecké materiály a automobilové senzory, které monitorují parametry motoru a výfukových plynů. Navíc jeho odolnost vůči teplotním šokům překonává CSZ a MSZ, které mají nižší teplotní prahy pro stabilitu. Proto se tento materiál často volí jako základní materiál pro tepelně bariérové povlaky používané na proudových motorech a plynových turbínách.

Odolnost proti vysokým teplotám

Stabilizovaný zirkon odolává vysokým teplotám, takže je vhodný pro aplikace v letectví a energetice. Kromě toho lze Yttrií stabilizovaný zirkon využít také v kyslíkových senzorech a palivových článcích na bázi pevných oxidů (SOFC nebo SOEC).

Přídavek yttria do stabilizovaného zirkonia umožňuje zachovat jeho kubickou strukturu i při pokojových teplotách, čímž se eliminují fázové přeměny, které by jinak mohly vést k praskání při provozním cyklování. Tato vlastnost činí z yttria neocenitelný doplněk pro vytváření vysokoteplotních součástí požadovaných v proudových motorech, které musí zůstat neporušené, aby odolaly náročným podmínkám prostředí.

Výroba stabilizovaného zirkonia vyvolává určité obavy o životní prostředí; jeho výroba zahrnuje vysokoteplotní slinování a použití potenciálně toxických stabilizačních činidel. Kromě toho se zirkon nerozkládá biologicky, takže je třeba odpovídajícím způsobem zajistit jeho bezpečnou likvidaci - to se však může ukázat jako náročné vzhledem k omezenému prostoru pro skládky a potenciálnímu riziku kontaminace půdy/vody.

Biokompatibilita

Yttrií stabilizovaná zirkonie (YSZ) je moderní keramika, která obsahuje oxid zirkoničitý s oxidem yttria jako stabilizačním činidlem, čímž se zamezí její transformaci z tetragonální na monoklinickou formu, k níž dochází bez stabilizace, a výrazně se zvýší iontová vodivost, tepelná stabilita, pevnost, houževnatost a trvanlivost.

Díky vynikající pevnosti, houževnatosti a tvrdosti je YSZ ideální pro aplikace vyžadující vysokou odolnost proti namáhání. Jeho odolnost proti lámání a vysoká iontová vodivost navíc přispívají k jeho trvanlivosti v náročných abrazivních prostředích, která často poškozují jiné materiály.

Tepelná stabilita YSZ z něj činí vynikající materiál pro použití v pevnolátkových palivových článcích (SOFC) a bateriích, kde ionty kyslíku snadno proudí při vysokých teplotách, což zvyšuje účinnost a prodlužuje životnost těchto energetických systémů.

Lehké

Stabilizované zirkonové materiály nabízejí pokročilé vlastnosti v různých průmyslových odvětvích, od leteckého průmyslu až po zdravotnické přístroje. Je to dáno jejich zvláštní kombinací vlastností - vysokou teplotní stabilitou, selektivní vodivostí kyslíkových iontů a povrchovými kyslíkovými vakancemi -, které činí tyto materiály jedinečně výhodnými.

Yttrií stabilizovaný zirkon (YSZ) nabízí nejvyšší poměr pevnosti a houževnatosti díky svému mechanismu houževnaté transformace, takže je vhodný pro aplikace, jako jsou průmyslové řezné nástroje a zubní implantáty. Mezitím kalciem a magneziem stabilizované zirkony (CSZ a MSZ) poskytují vyvážený poměr pevnostních a houževnatých vlastností ideální pro konstrukční keramiku a žáruvzdorné materiály.

Vědci mohou využít všestranných vlastností YSZ a přizpůsobit jeho vlastnosti pro konkrétní aplikace. Například tetragonální YSZ poskytuje vynikající elektrické vlastnosti potřebné pro zařízení s kyslíkovými senzory a palivové články na bázi pevných oxidů (SOFC). Navíc jeho vysoký bod tání pomáhá zajistit jeho stálou výkonnost při provozních teplotách. Kromě toho probíhají snahy o vývoj ekologičtějších výrobních metod, aby bylo možné zirkoniové výrobky vyrábět efektivně a zároveň minimalizovat spotřebu energie a zmírnit jejich ekologickou stopu při výrobě.