Obtenga propiedades de materiales avanzados con óxido de circonio estabilizado con itria

Las propiedades versátiles del óxido de circonio estabilizado lo han convertido en un material polivalente en numerosas industrias, como la aeroespacial, la automovilística y la energética. Desde su resistencia y tenacidad superiores hasta sus características equilibradas, cada variedad de circonio estabilizado ofrece su propio conjunto de atributos adaptados específicamente a usos concretos.

La zirconia estabilizada con itria destaca por sus propiedades superiores de estabilidad térmica y conductividad iónica, lo que la convierte en un material excelente para sensores de oxígeno y pilas de combustible de óxido sólido.

Fuerza y resistencia superiores

La adición de itria aumenta en gran medida la tenacidad de la zirconia, lo que la hace muy duradera y adecuada para aplicaciones que impliquen grandes esfuerzos mecánicos. Además, esta adición aumenta la estabilidad térmica y la resistencia al choque térmico, así como la estabilidad térmica para la protección contra el choque térmico. Además, la circona estabilizada con itria muestra una excelente conductividad iónica que permite que los iones de oxígeno pasen libremente a través de su estructura, lo que la hace útil en aplicaciones como sensores de oxígeno y pilas de combustible de óxido sólido.

La YSZ presenta una resistencia superior al desgaste, lo que la hace ideal para componentes que se encuentran en entornos difíciles, como turbinas de gas o motores a reacción. Puede soportar la exposición continua a condiciones abrasivas sin degradarse, en comparación con la calcia o la circonia estabilizada con magnesio, que requieren umbrales de temperatura más elevados para mantenerse estables.

La YSZ puede soportar rápidos cambios de temperatura, lo que la hace adecuada para materiales aeroespaciales y sensores de automoción que controlan los parámetros del motor y los gases de escape. Además, su resistencia al choque térmico supera la de la CSZ y la MSZ, que tienen umbrales de temperatura más bajos para la estabilidad. Por ello, este material se elige a menudo como material de base para revestimientos de barrera térmica utilizados en motores a reacción y turbinas de gas.

Resistencia a altas temperaturas

La circona estabilizada puede soportar altas temperaturas, lo que la hace idónea para aplicaciones aeroespaciales y de generación de energía. Además, la circona estabilizada con itria también puede utilizarse en sensores de oxígeno y pilas de combustible de óxido sólido (SOFC o SOEC).

La adición de itria al óxido de circonio estabilizado le permite conservar una estructura cúbica incluso a temperatura ambiente, eliminando las transformaciones de fase que, de otro modo, podrían provocar grietas cuando se producen ciclos de funcionamiento. Esta característica convierte a la itria en un complemento inestimable para crear los componentes de alta temperatura que requieren los motores a reacción y que deben permanecer intactos para soportar las duras condiciones ambientales.

La fabricación de óxido de circonio estabilizado plantea algunos problemas medioambientales; su producción implica la sinterización a alta temperatura y el uso de agentes estabilizadores potencialmente tóxicos. Además, el óxido de circonio no se biodegrada, por lo que debe gestionarse su eliminación de forma segura, lo que puede resultar difícil debido al espacio limitado de los vertederos y a los posibles riesgos de contaminación del suelo y el agua.

Biocompatibilidad

La zirconia estabilizada con itrio (YSZ) es una cerámica avanzada que contiene óxido de zirconio con óxido de itrio como agente estabilizador, evitando así su transformación de formación tetragonal a monoclínica que se produce sin estabilización, aumentando significativamente la conductividad iónica, la estabilidad térmica, la resistencia, la tenacidad y la durabilidad.

La resistencia, tenacidad y dureza superiores de la YSZ la hacen ideal para aplicaciones que requieren una gran resistencia a la tensión. Además, su resistencia a la fractura y su alta conductividad iónica contribuyen a su durabilidad en entornos abrasivos duros que suelen dañar otros materiales.

La estabilidad térmica de la YSZ la convierte en un material excelente para su uso en pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) y baterías, donde los iones de oxígeno fluyen con facilidad a altas temperaturas, lo que mejora la eficiencia y prolonga la vida útil de estos sistemas de energía.

Ligero

Los materiales de óxido de circonio estabilizado ofrecen un rendimiento avanzado en todos los sectores, desde el aeroespacial hasta el médico. Esto se debe a su especial combinación de cualidades -estabilidad a altas temperaturas, conductividad selectiva de iones de oxígeno y vacantes de oxígeno en la superficie-, que hacen que estos materiales sean especialmente ventajosos.

La zirconia estabilizada con itria (YSZ) ofrece la mayor relación resistencia/dureza gracias a su mecanismo de endurecimiento por transformación, lo que la hace idónea para aplicaciones como herramientas de corte industriales e implantes dentales. Por su parte, las zirconias estabilizadas con calcia y magnesia (CSZ y MSZ) ofrecen un equilibrio entre propiedades de resistencia y dureza ideal para cerámicas estructurales y materiales refractarios.

Los científicos pueden aprovechar la versatilidad de la YSZ para adaptar sus propiedades a aplicaciones específicas. Por ejemplo, la YSZ tetragonal ofrece unas propiedades eléctricas superiores, necesarias para los dispositivos sensores de oxígeno y las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC). Además, su elevado punto de fusión ayuda a garantizar su rendimiento continuado a temperaturas de funcionamiento. Por otra parte, se están desarrollando métodos de fabricación más ecológicos para que los productos de circonio puedan producirse de forma eficiente, minimizando el consumo de energía y mitigando su huella medioambiental durante la producción.