Zirconia avanzata stabilizzata con ittrio per applicazioni ad alta temperatura

L'ossido di zirconio stabilizzato con ittrio può resistere alle alte temperature senza essere compromesso da acidi o sostanze chimiche, garantendo una protezione affidabile.

L'ossido di ittrio stabilizzato (YSZ) vanta proprietà uniche che lo rendono un materiale essenziale in una varietà di applicazioni all'avanguardia. Prodotto mescolando l'ossido di ittrio con il biossido di zirconio a temperatura ambiente per formare strutture cristalline cubiche, le proprietà uniche dell'YSZ lo rendono indispensabile.

Cilindri in ossido di zirconio

La resistenza fisica rende l'ossido di zirconio stabilizzato con ittrio un materiale ideale per l'uso nei rivestimenti dei forni e nei tappeti isolanti, in quanto consente di resistere alle alte temperature senza subire una degradazione della struttura o dell'integrità. Questo lo rende un materiale eccellente.

L'ossido di zirconio stabilizzato è in grado di condurre ioni di ossigeno a temperature elevate grazie alle valenze Zr4+ e Y3+, rendendolo un componente indispensabile nelle celle a combustibile a ossidi solidi che producono energia pulita con minori emissioni. Inoltre, la sua superiore conducibilità elettrica consente alle case automobilistiche di utilizzare componenti del motore più leggeri, che migliorano l'efficienza dei consumi, aumentando al contempo le prestazioni e riducendo il peso complessivo del veicolo.

Lo ZYF (feltro in fibra di zirconio stabilizzato con ittrio) può essere formato sottovuoto in forme rigide da utilizzare come separatori, involucri, dispositivi o guarnizioni durante i processi di crescita dei cristalli Czochralski e di recupero dei metalli preziosi. Inoltre, le sue proprietà lo rendono adatto ad applicazioni che richiedono stabilità alle alte temperature e inerzia chimica, come le batterie ad alta energia, i rivestimenti a barriera termica o la lavorazione metallurgica di superleghe o materiali di terre rare.

Feltri di ossido di zirconio

RS-ZFELT è un tessuto non tessuto meccanicamente interconnesso composto da fibre di zirconia stabilizzata all'ittrio del diametro di 4-6 micron intrecciate tra loro senza legante. Vanta elevata resistenza, tenacità, stabilità chimica, resistenza ai vapori alcalini, ai sali e alle soluzioni calde senza reagire negativamente con essi, resiste agli ambienti ossidanti/riduttivi fino a 2000 gradi centigradi e offre eccellenti proprietà di isolamento termico fino a tale intervallo di temperatura.

Un materiale fibroso come questo è la scelta ideale per il metodo Czochralski di crescita dei cristalli, per l'isolamento dei crogioli di platino e iridio, per i materiali di recupero dei condensati di metalli preziosi, per l'involucro protettivo dei separatori ad alta energia e dei rivestimenti refrattari, per l'involucro protettivo dei separatori ad alta energia o anche per l'involucro protettivo dei separatori ad alta energia con un contenuto di ittrio fino a 30% come materiali di involucro protettivo e per i requisiti di refrattarietà dei rivestimenti dei separatori ad alta energia per una crescita sicura dei cristalli.

L'ossido di zirconio puro esiste a temperatura ambiente come fase monoclina e, se sottoposto a rapide fluttuazioni di temperatura, può subire una transizione di fase imprevista che altera le proprietà e le prestazioni dei materiali ceramici. Per mitigare questa instabilità morfologica, la stabilizzazione con ittrio consente di ottenere la fase cubica dell'ossido di zirconio ed elimina questa instabilità; il drogaggio con y dop ha inoltre dimostrato di limitare la crescita dei grani a temperature elevate.

Fibre di ossido di zirconio

Le fibre sfuse ZYBF sono materiali refrattari che possono essere formati in forme rigide con macchine formatrici sottovuoto, quindi integrati in corpi e rivestimenti ceramici. Il loro rapporto resistenza/tenore estremamente elevato resiste bene ai danni da impatto, rendendole adatte all'uso come guidafili durante l'assemblaggio e la produzione per evitare strappi o grovigli, mentre il colore chiaro rende i materiali metallici a calibro fine più facili da identificare che mai. Inoltre, i bassi livelli di attrito riducono gli scarti.

L'aggiunta di ittrio alle fonti di ossido di zirconio può aumentare la stabilità della fase tetragonale a temperature più elevate, alterando i meccanismi di sintesi e rallentando la crescita dei grani, ma non impedisce completamente il necking e la sinterizzazione quando si cuoce a 1400 degC a causa della transizione dalla fase tetragonale a quella cubica e dei cambiamenti nel trasporto di massa; il drogaggio con ittrio ostacola il necking ma non lo previene del tutto, mentre diminuisce significativamente la formazione di piccoli grani nel prodotto finale.

Materiali strutturali in ossido di zirconio

La zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ) è un materiale ceramico dalle proprietà eccezionali. Grazie alla sua stabilità termica e alla capacità di resistere alle alte temperature senza subire cambiamenti significativi della struttura chimica, l'YSZ viene spesso scelto per applicazioni come rivestimenti di forni e refrattari.

A differenza dell'allumina, che può danneggiarsi se esposta ad acidi o a sostanze chimiche come i solventi, l'ossido di zirconio stabilizzato con ittrio non viene danneggiato dal contatto con acidi o sostanze chimiche e non si degrada con il passare del tempo: è quindi ideale per i rivestimenti utilizzati su parti di macchine soggette a usura da parte di contaminanti che causano corrosione.

Il materiale YSZ vanta anche un'eccellente conduttività ionica, che consente agli ioni di ossigeno di muoversi liberamente attraverso la sua struttura cristallina ad alte temperature, rendendolo ideale per applicazioni come i sensori di ossigeno e le celle a combustibile a ossido solido. Disponibile come polvere sferica che può essere formata sottovuoto in forme rigide o lavorata con precisione entro tolleranze ristrette per lavori di precisione; le sue dimensioni rimangono stabili fino a 1.650 gradi C senza bisogno di leganti organici per la stabilizzazione.