Lås op for avancerede materialeegenskaber med Yttria-stabiliseret zirkoniumdioxid

Stabiliseret zirkoniums alsidige egenskaber har gjort det til et alsidigt materiale i mange industrier som f.eks. luft- og rumfart, bilindustrien og energisektoren. Fra den overlegne styrke og sejhed til de afbalancerede egenskaber har hver variant af stabiliseret zirkoniumoxid sit eget sæt af egenskaber, der er skræddersyet til specifikke anvendelser.

Yttria-stabiliseret zirkoniumoxid skiller sig ud med sin overlegne termiske stabilitet og ioniske ledningsevne, hvilket gør det til et fremragende materialevalg til iltsensorer og fastoxidbrændselsceller.

Overlegen styrke og sejhed

Tilsætning af yttriumoxid øger i høj grad zirconias sejhed, hvilket gør det meget holdbart og velegnet til anvendelser, der involverer høj mekanisk belastning. Desuden øger denne tilsætning den termiske stabilitet og modstandsdygtigheden over for termisk chok samt giver øget termisk stabilitet til beskyttelse mod termisk chok. Yttria-stabiliseret zirkonoxid har desuden en fremragende ionisk ledningsevne, der tillader iltioner at passere frit gennem strukturen, hvilket gør det anvendeligt i applikationer som iltsensorer og fastoxidbrændselsceller.

YSZ har en overlegen slidstyrke, hvilket gør det ideelt til komponenter, der findes i barske miljøer som gasturbiner eller jetmotorer. Det kan modstå kontinuerlig eksponering for slibende forhold uden nedbrydning sammenlignet med calcia eller magnesiumstabiliseret zirkoniumoxid, der kræver højere temperaturgrænser for at forblive stabile.

YSZ kan modstå hurtige temperaturændringer, hvilket gør det velegnet til rumfartsmaterialer og bilsensorer, der overvåger motor- og udstødningsparametre. Desuden overgår dets modstandsdygtighed over for termisk chok CSZ og MSZ, som har lavere temperaturgrænser for stabilitet. Derfor vælges dette materiale ofte som basismateriale til termiske barrierebelægninger, der bruges på jetmotorer og gasturbiner.

Modstandsdygtighed over for høje temperaturer

Stabiliseret zirkonoxid kan modstå høje temperaturer, hvilket gør det velegnet til anvendelse inden for rumfart og energiproduktion. Desuden kan Yttria-stabiliseret zirkonoxid også bruges i iltsensorer og brændselsceller med fast oxid (SOFC eller SOEC).

Tilsætning af yttriumoxid til stabiliseret zirkoniumoxid gør det muligt at bevare en kubisk struktur selv ved stuetemperatur, hvilket eliminerer fasetransformationer, der ellers kan føre til revnedannelse, når der opstår driftscyklusser. Denne egenskab gør yttria til en uvurderlig tilføjelse til at skabe højtemperaturkomponenter, der kræves af jetmotorer, og som skal forblive intakte for at modstå barske miljøforhold.

Fremstilling af stabiliseret zirkoniumdioxid giver anledning til nogle miljømæssige bekymringer; produktionen involverer sintring ved høj temperatur og brug af potentielt giftige stabiliseringsmidler. Desuden er zirkonia ikke biologisk nedbrydeligt, så sikker bortskaffelse skal håndteres i overensstemmelse hermed - men det kan vise sig at være en udfordring på grund af begrænset deponeringsplads og potentielle risici for jord- og vandforurening.

Biokompatibilitet

Yttriumstabiliseret zirkoniumoxid (YSZ) er en avanceret keramik, der indeholder zirkoniumoxid med yttriumoxid som stabiliseringsmiddel, hvorved man undgår omdannelse fra tetragonal til monoklin dannelse, der sker uden stabilisering, hvilket øger den ioniske ledningsevne, termiske stabilitet, styrke, sejhed og holdbarhed betydeligt.

YSZ's overlegne styrke, sejhed og hårdhed gør det ideelt til anvendelser, der kræver stor modstandsdygtighed over for stress. Desuden bidrager dets brudstyrke og høje ioniske ledningsevne til dets holdbarhed i barske, slibende miljøer, der ofte skader andre materialer.

YSZ's termiske stabilitet gør det til et fremragende materialevalg til brug i fastoxidbrændselsceller (SOFC'er) og batterier, hvor iltioner flyder let ved høje temperaturer, hvilket forbedrer effektiviteten og forlænger levetiden for disse energisystemer.

Letvægt

Stabiliserede zirkoniumdioxidmaterialer tilbyder avanceret ydeevne på tværs af brancher, fra rumfart til medicinsk udstyr. Det skyldes deres særlige kombination af egenskaber - høj temperaturstabilitet, selektiv iltionledningsevne og iltfrie overflader - som gør disse materialer unikt fordelagtige.

Yttria-stabiliseret zirkonoxid (YSZ) har det højeste forhold mellem styrke og hårdhed takket være sin transformationshærdningsmekanisme, hvilket gør det velegnet til anvendelser som industrielle skæreværktøjer og tandimplantater. I mellemtiden giver Calcia- og Magnesia-stabiliserede zirkoner (CSZ og MSZ) en balance mellem styrke- og sejhedsegenskaber, der er ideelle til strukturel keramik og ildfaste materialer.

Forskere kan bruge YSZ's alsidige egenskaber til at skræddersy dets egenskaber til specifikke anvendelser. For eksempel giver tetragonal YSZ overlegne elektriske egenskaber, der er nødvendige for iltsensorenheder og fastoxidbrændselsceller (SOFC). Desuden er dets høje smeltepunkt med til at sikre dets fortsatte ydeevne ved driftstemperaturer. Desuden arbejdes der på at udvikle grønnere fremstillingsmetoder, så zirkoniumdioxidprodukter kan produceres effektivt, samtidig med at energiforbruget minimeres, og deres miljømæssige fodaftryk mindskes under produktionen.