Sbloccare le proprietà avanzate dei materiali con la zirconia stabilizzata con ittrio

Le proprietà versatili dell'ossido di zirconio stabilizzato ne hanno fatto un materiale versatile in numerosi settori come quello aerospaziale, automobilistico ed energetico. Dalla resistenza e dalla tenacità superiori alle caratteristiche di equilibrio, ogni varietà di ossido di zirconio stabilizzato offre una serie di caratteristiche specifiche per usi particolari.

L'ossido di zirconio stabilizzato con ittrio si distingue per le sue proprietà superiori di stabilità termica e conducibilità ionica, che lo rendono un materiale eccellente per i sensori di ossigeno e le celle a combustibile a ossido solido.

Forza e resistenza superiori

L'aggiunta di ittrio aumenta notevolmente la tenacità dell'ossido di zirconio, rendendolo altamente durevole e adatto ad applicazioni che comportano elevate sollecitazioni meccaniche. Inoltre, questa aggiunta aumenta la stabilità termica e la resistenza agli shock termici, oltre a fornire una maggiore stabilità termica per la protezione dagli shock termici. L'ossido di zirconio stabilizzato con ittrio mostra inoltre un'eccellente conducibilità ionica che consente agli ioni di ossigeno di passare liberamente attraverso la sua struttura, rendendola utile in applicazioni come i sensori di ossigeno e le celle a combustibile a ossido solido.

L'YSZ vanta una resistenza all'usura superiore, che lo rende ideale per i componenti che si trovano in ambienti difficili come le turbine a gas o i motori a reazione. Può sopportare l'esposizione continua a condizioni abrasive senza subire degradazioni rispetto all'ossido di calcio o all'ossido di magnesio stabilizzato, che richiedono soglie di temperatura più elevate per rimanere stabili.

L'YSZ è in grado di resistere a rapidi cambiamenti di temperatura, il che lo rende adatto ai materiali aerospaziali e ai sensori automobilistici che monitorano i parametri del motore e dello scarico. Inoltre, la sua resistenza agli shock termici supera quella di CSZ e MSZ, che hanno soglie di temperatura inferiori per la stabilità. Per questo motivo, questo materiale viene spesso scelto come materiale di base per i rivestimenti a barriera termica utilizzati nei motori a reazione e nelle turbine a gas.

Resistenza alle alte temperature

L'ossido di zirconio stabilizzato è in grado di resistere alle alte temperature, il che lo rende adatto ad applicazioni nel settore aerospaziale e nella produzione di energia. Inoltre, l'ossido di zirconio stabilizzato può essere utilizzato anche nei sensori di ossigeno e nelle celle a combustibile a ossido solido (SOFC o SOEC).

L'aggiunta di ittrio all'ossido di zirconio stabilizzato consente di mantenere una struttura cubica anche a temperatura ambiente, eliminando le trasformazioni di fase che altrimenti potrebbero portare a cricche quando si verificano cicli operativi. Questa caratteristica rende l'ittrio un'aggiunta preziosa per la creazione di componenti ad alta temperatura richiesti dai motori a reazione che devono rimanere intatti per resistere a condizioni ambientali difficili.

La produzione di ossido di zirconio stabilizzato solleva alcune preoccupazioni ambientali; la sua produzione comporta la sinterizzazione ad alta temperatura e l'uso di agenti stabilizzanti potenzialmente tossici. Inoltre, l'ossido di zirconio non si biodegrada, per cui lo smaltimento sicuro deve essere gestito di conseguenza, ma ciò può rivelarsi difficile a causa dello spazio limitato per le discariche e dei potenziali rischi di contaminazione del suolo e delle acque.

Biocompatibilità

L'ossido di zirconio stabilizzato con ittrio (YSZ) è una ceramica avanzata che contiene ossido di zirconio con ossido di ittrio come agente stabilizzante, evitando così la sua trasformazione da tetragonale a monoclino che si verifica senza stabilizzazione, aumentando in modo significativo la conducibilità ionica, la stabilità termica, la resistenza, la tenacità e la durata.

La resistenza, la tenacità e la durezza superiori dell'YSZ lo rendono ideale per le applicazioni che richiedono un'elevata resistenza alle sollecitazioni. Inoltre, la sua resistenza alla frattura e l'elevata conducibilità ionica contribuiscono alla sua durata in ambienti abrasivi difficili che spesso danneggiano altri materiali.

La stabilità termica dell'YSZ lo rende un materiale eccellente per l'uso nelle celle a combustibile ad ossido solido (SOFC) e nelle batterie, dove gli ioni di ossigeno fluiscono facilmente ad alte temperature, migliorando l'efficienza e prolungando la durata di questi sistemi di alimentazione.

Leggero

I materiali in zirconia stabilizzata offrono prestazioni avanzate in tutti i settori, dall'aerospaziale ai dispositivi medici. Ciò è dovuto alla loro speciale combinazione di qualità - stabilità alle alte temperature, conduttività selettiva degli ioni di ossigeno e vacuità di ossigeno in superficie - che rende questi materiali unici e vantaggiosi.

L'ossido di zirconio stabilizzato con ittrio (YSZ) offre il più alto rapporto tra resistenza e durezza grazie al suo meccanismo di tempra di trasformazione, che lo rende adatto ad applicazioni come utensili da taglio industriali e impianti dentali. Gli zirconi stabilizzati con calce e magnesia (CSZ e MSZ) offrono invece un equilibrio tra resistenza e durezza ideale per ceramiche strutturali e materiali refrattari.

Gli scienziati possono utilizzare le proprietà versatili dell'YSZ per adattarle ad applicazioni specifiche. Ad esempio, l'YSZ tetragonale offre proprietà elettriche superiori, necessarie per i dispositivi di sensori di ossigeno e per le celle a combustibile a ossidi solidi (SOFC). Inoltre, il suo elevato punto di fusione contribuisce a garantire la continuità delle prestazioni alle temperature di esercizio. Inoltre, sono in corso sforzi per sviluppare metodi di produzione più ecologici, in modo che i prodotti di zirconia possano essere prodotti in modo efficiente, riducendo al minimo l'uso di energia e l'impatto ambientale durante la produzione.