Fejlett anyagtulajdonságok feloldása az ittrium-dioxiddal stabilizált cirkónium-dioxiddal

A stabilizált cirkónium-dioxid sokoldalú tulajdonságai miatt sokoldalúan felhasználható anyaggá vált számos iparágban, például a repülőgépiparban, az autóiparban és az energetikában. A kiváló szilárdságtól és szívósságtól kezdve a kiegyensúlyozott tulajdonságokig a stabilizált cirkónium-dioxid minden egyes fajtája saját, kifejezetten az adott felhasználási célokra szabott tulajdonságokkal rendelkezik.

Az ittrium-stabilizált cirkónium-dioxid kiemelkedik kiváló hőstabilitásával és ionvezető tulajdonságaival, így kiváló anyagválasztás az oxigénérzékelők és a szilárdoxid-üzemanyagcellák számára.

Kiemelkedő erő és szívósság

Az ittrium-dioxid hozzáadása nagymértékben növeli a cirkónium-dioxid szívósságát, így rendkívül tartós és alkalmas a nagy mechanikai igénybevételt jelentő alkalmazásokhoz. Ezenkívül ez a hozzáadás növeli a hőstabilitást és a termikus sokkokkal szembeni ellenállást, valamint a termikus sokk elleni védelem érdekében megnövelt hőstabilitást biztosít. Továbbá az ittrium-oxiddal stabilizált cirkónium-dioxid kiváló ionvezetőképességgel rendelkezik, amely lehetővé teszi az oxigénionok szabad áthaladását a szerkezetén, így olyan alkalmazásokban használható, mint az oxigénérzékelők és a szilárdoxid-üzemanyagcellák.

Az YSZ kiváló kopásállósággal büszkélkedhet, így ideális olyan alkatrészekhez, amelyek olyan zord környezetben találhatók, mint a gázturbinák vagy sugárhajtóművek. A kalciummal vagy magnéziummal stabilizált cirkónium-dioxiddal összehasonlítva, amelyeknek magasabb hőmérsékleti küszöbértékekre van szükségük ahhoz, hogy stabilak maradjanak, a koptató körülményeknek való folyamatos kitettséget romlás nélkül elviseli.

Az YSZ ellenáll a gyors hőmérséklet-változásoknak, így alkalmas a repülőgépipari anyagok és a motor és a kipufogógáz paramétereit figyelő autóipari érzékelők számára. Továbbá a termikus sokkokkal szembeni ellenállása meghaladja a CSZ és az MSZ ellenállását, amelyeknek a stabilitásához alacsonyabb hőmérsékleti küszöbértékek szükségesek. Ezért gyakran választják ezt az anyagot a sugárhajtóműveken és gázturbinákon használt hőgátló bevonatok alapanyagául.

Magas hőmérsékletű ellenállás

A stabilizált cirkónium-dioxid ellenáll a magas hőmérsékletnek, így alkalmas a repülőgépiparban és az energiatermelésben való alkalmazásra. Ezenkívül az Yttria-stabilizált cirkónium-dioxid oxigénérzékelőkben és szilárdoxid-üzemanyagcellákban (SOFC vagy SOEC) is felhasználható.

Az ittrium-dioxid hozzáadása a stabilizált cirkónium-dioxidhoz lehetővé teszi, hogy még szobahőmérsékleten is megőrizze kocka szerkezetét, kiküszöbölve ezzel a fázisátalakulásokat, amelyek egyébként repedésekhez vezetnének, amikor az üzemi ciklikusság bekövetkezik. Ez a tulajdonsága felbecsülhetetlen értékűvé teszi az ittrium-dioxidot a sugárhajtóművek által igényelt magas hőmérsékletű alkatrészek létrehozásához, amelyeknek sértetlenül kell maradniuk, hogy ellenálljanak a zord környezeti körülményeknek.

A stabilizált cirkónium-dioxid előállítása környezetvédelmi aggályokat vet fel; előállítása magas hőmérsékletű szinterezéssel és potenciálisan mérgező stabilizálószerek használatával jár. A cirkónium-dioxid továbbá nem bomlik le biológiailag, így a biztonságos ártalmatlanítást ennek megfelelően kell kezelni - ez azonban kihívást jelenthet a korlátozott hulladéklerakóhely és a talaj/vízszennyezés lehetséges kockázatai miatt.

Biokompatibilitás

Az ittrium-oxiddal stabilizált cirkónium-dioxid (YSZ) egy olyan fejlett kerámia, amely cirkónium-oxidot tartalmaz ittrium-oxiddal mint stabilizálószerrel, így elkerülhető a tetragonálisból monoklin alakzatba való átalakulás, amely stabilizálás nélkül bekövetkezik, jelentősen növelve az ionos vezetőképességet, a hőstabilitást, a szilárdságot, a szívósságot és a tartósságot.

Az YSZ kiváló szilárdsága, szívóssága és keménysége miatt ideális a nagy igénybevételnek való ellenállást igénylő alkalmazásokhoz. Továbbá törésállósága és magas ionvezetőképessége hozzájárul a tartósságához olyan kemény koptató környezetben, amely gyakran károsítja a többi anyagot.

Az YSZ hőstabilitása miatt kiválóan alkalmas szilárd-oxidos üzemanyagcellákban (SOFC) és akkumulátorokban való felhasználásra, ahol az oxigénionok magas hőmérsékleten is könnyen áramlanak, javítva ezen energiarendszerek hatékonyságát és meghosszabbítva élettartamukat.

Könnyűsúlyú

A stabilizált cirkónium-dioxid anyagok fejlett teljesítményt nyújtanak az iparágakban, a repüléstől az orvosi eszközökig. Ez a tulajdonságok különleges kombinációjának - magas hőmérsékleti stabilitás, szelektív oxigénion-vezetőképesség és felületi oxigénüresedés - köszönhető, ami egyedülállóan előnyössé teszi ezeket az anyagokat.

Az ittrium-oxiddal stabilizált cirkónium-dioxid (YSZ) az átalakulással történő szívóssági mechanizmusának köszönhetően a legmagasabb szilárdság-állóság arányt kínálja, így olyan alkalmazásokhoz alkalmas, mint az ipari vágószerszámok és a fogászati implantátumok. Eközben a kalcium-dioxiddal és magnéziával stabilizált cirkónium-dioxid (CSZ és MSZ) a szilárdság- és szívóssági tulajdonságok egyensúlyát biztosítja, amely ideális szerkezeti kerámiákhoz és tűzálló anyagokhoz.

A tudósok az YSZ sokoldalú tulajdonságait felhasználhatják arra, hogy tulajdonságait konkrét alkalmazásokhoz igazítsák. A tetragonális YSZ például kiváló elektromos tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek az oxigénérzékelő eszközökhöz és a szilárdoxid-üzemanyagcellákhoz (SOFC) szükségesek. Továbbá magas olvadáspontja segít biztosítani a folyamatos teljesítményt üzemi hőmérsékleten. Ezen túlmenően jelenleg is folynak erőfeszítések a környezetbarátabb gyártási módszerek kifejlesztésére, hogy a cirkónium-dioxid termékek hatékonyan előállíthatók legyenek, miközben minimalizálják az energiafelhasználást és mérséklik a gyártás során keletkező környezeti lábnyomot.