Pažangių medžiagų savybių atskleidimas naudojant itrio stabilizuotą cirkonį

Stabilizuotas cirkonis dėl savo universalių savybių tapo universalia medžiaga daugelyje pramonės šakų, pavyzdžiui, aviacijos, automobilių ir energetikos. Kiekviena stabilizuoto cirkonio atmaina pasižymi savitomis savybėmis, pritaikytomis konkrečioms reikmėms - nuo išskirtinio stiprumo ir tvirtumo iki subalansuotų savybių.

Itrija stabilizuotas cirkonis išsiskiria puikiu šiluminiu stabilumu ir joninio laidumo savybėmis, todėl jis yra puiki medžiaga deguonies jutikliams ir kietojo oksido kuro elementams.

Didelis stiprumas ir tvirtumas

Pridėjus itrio labai padidėja cirkonio oksido tvirtumas, todėl jis tampa labai patvarus ir tinkamas naudoti esant dideliam mechaniniam poveikiui. Be to, šis priedas padidina šiluminį stabilumą ir atsparumą šiluminiam smūgiui, taip pat užtikrina didesnį šiluminį stabilumą apsaugai nuo šiluminio smūgio. Be to, itriu stabilizuotas cirkonis pasižymi puikiu joniniu laidumu, todėl deguonies jonai laisvai praeina pro jo struktūrą, todėl jį galima naudoti tokiose srityse kaip deguonies jutikliai ir kietojo oksido kuro elementai.

YSZ pasižymi ypatingu atsparumu dilimui, todėl idealiai tinka komponentams, esantiems atšiaurioje aplinkoje, pavyzdžiui, dujų turbinose ar reaktyvinių lėktuvų varikliuose. Jis gali atlaikyti nuolatinį abrazyvinių medžiagų poveikį ir nesuirti, palyginti su kalciu ar magniu stabilizuoto cirkonio oksidu, kurių stabilumui išlaikyti reikia aukštesnės temperatūros ribos.

YSZ gali atlaikyti staigius temperatūros pokyčius, todėl jis tinka aerokosminėms medžiagoms ir automobilių jutikliams, kuriais stebimi variklio ir išmetamųjų dujų parametrai. Be to, jo atsparumas terminiam šokui pranoksta CSZ ir MSZ, kurių stabilumui užtikrinti yra žemesnės temperatūros ribos. Todėl ši medžiaga dažnai pasirenkama kaip pagrindinė medžiaga, naudojama reaktyviniuose varikliuose ir dujų turbinose naudojamoms terminių barjerų dangoms.

Atsparumas aukštai temperatūrai

Stabilizuotas cirkonis gali atlaikyti aukštą temperatūrą, todėl tinka naudoti aviacijos ir kosmoso bei energijos gamybos srityse. Be to, itriu stabilizuotas cirkonis gali būti naudojamas deguonies jutikliuose ir kietojo oksido kuro elementuose (SOFC arba SOEC).

Į stabilizuotą cirkonį pridėjus itrio, jis išlaiko kubinę struktūrą net kambario temperatūroje, todėl išvengiama fazinių virsmų, kurie gali sukelti įtrūkimus, kai vyksta ciklinis eksploatavimas. Dėl šios savybės itris yra neįkainojamas priedas kuriant aukštatemperatūrius komponentus, reikalingus reaktyviniams varikliams, kurie turi išlikti nepažeisti, kad atlaikytų atšiaurias aplinkos sąlygas.

Stabilizuotos cirkonio oksido masės gamyba kelia tam tikrų aplinkosaugos problemų; ją gaminant reikia sukepinti aukštoje temperatūroje ir naudoti potencialiai toksiškas stabilizavimo medžiagas. Be to, cirkonis biologiškai nesuyra, todėl reikia atitinkamai pasirūpinti saugiu šalinimu, tačiau tai gali būti sudėtinga dėl riboto sąvartynų ploto ir galimo dirvožemio ir vandens užteršimo pavojaus.

Biologinis suderinamumas

Itrija stabilizuotas cirkonis (YSZ) yra pažangi keramika, kurios sudėtyje yra cirkonio oksido su itrio oksidu kaip stabilizatoriumi, todėl išvengiama jo transformacijos iš tetragoninio į monoklininį, kuri vyksta be stabilizavimo, ir žymiai padidėja joninis laidumas, šiluminis stabilumas, stiprumas, tvirtumas ir ilgaamžiškumas.

YSZ pasižymi ypatingu stiprumu, tvirtumu ir kietumu, todėl idealiai tinka naudoti, kai reikia didelio atsparumo įtempiams. Be to, jo atsparumas lūžiams ir didelis joninis laidumas lemia ilgaamžiškumą atšiaurioje abrazyvinėje aplinkoje, kuri dažnai pažeidžia kitas medžiagas.

Dėl YSZ terminio stabilumo ji puikiai tinka kietųjų oksidų kuro elementams (SOFC) ir baterijoms, kuriose deguonies jonai lengvai teka aukštoje temperatūroje, todėl pagerėja šių energijos sistemų efektyvumas ir pailgėja eksploatavimo trukmė.

Lengvas

Stabilizuotos cirkonio oksido medžiagos pasižymi pažangiomis eksploatacinėmis savybėmis įvairiose pramonės šakose - nuo aviacijos ir kosmoso iki medicinos prietaisų. Taip yra dėl ypatingo savybių derinio - aukštos temperatūros stabilumo, selektyvaus deguonies jonų laidumo ir deguonies vakansijų paviršiuje - todėl šios medžiagos yra unikaliai pranašesnės.

Itrija stabilizuotas cirkonis (YSZ) pasižymi aukščiausiu stiprumo ir kietumo santykiu dėl savo transformacijos grūdinimo mechanizmo, todėl tinka naudoti pramoniniuose pjovimo įrankiuose ir dantų implantuose. Tuo tarpu kalciu ir magnezija stabilizuotas cirkonis (CSZ ir MSZ) pasižymi subalansuotomis stiprumo ir kietumo savybėmis, idealiai tinkančiomis konstrukcinei keramikai ir ugniai atsparioms medžiagoms.

Mokslininkai gali pasinaudoti įvairiomis YSZ savybėmis ir pritaikyti jo savybes konkrečioms reikmėms. Pavyzdžiui, tetragoninis YSZ pasižymi puikiomis elektrinėmis savybėmis, reikalingomis deguonies jutiklių prietaisams ir kietojo oksido kuro elementams (SOFC). Be to, jos aukšta lydymosi temperatūra padeda užtikrinti nuolatinį veikimą esant darbinei temperatūrai. Be to, stengiamasi kurti ekologiškesnius gamybos metodus, kad cirkonio oksido gaminius būtų galima gaminti efektyviai, mažinant energijos sąnaudas ir mažinant jų poveikį aplinkai gamybos metu.