Открыть передовые свойства материалов с помощью иттрий-стабилизированного диоксида циркония

Разносторонние свойства стабилизированного диоксида циркония сделали его универсальным материалом во многих отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая, автомобильная и энергетическая. Каждая разновидность стабилизированного диоксида циркония, начиная от превосходной прочности и вязкости и заканчивая сбалансированными характеристиками, обладает собственным набором свойств, специально подобранных для конкретного применения.

Иттрий-стабилизированный диоксид циркония отличается превосходной термостабильностью и ионной проводимостью, что делает его отличным выбором материала для кислородных датчиков и твердооксидных топливных элементов.

Превосходная прочность и выносливость

Добавление иттрия значительно повышает прочность диоксида циркония, делая его высокопрочным и пригодным для применения в условиях высоких механических нагрузок. Кроме того, эта добавка повышает термическую стабильность и устойчивость к термоударам, а также обеспечивает повышенную термостойкость для защиты от термоударов. Кроме того, цирконий, стабилизированный иттрием, демонстрирует отличную ионную проводимость, позволяющую ионам кислорода свободно проходить через его структуру, что делает его полезным в таких областях, как кислородные датчики и твердооксидные топливные элементы.

YSZ обладает превосходной износостойкостью, что делает его идеальным для компонентов, работающих в жестких условиях, таких как газовые турбины или реактивные двигатели. Он может выдерживать длительное воздействие абразивных условий без разрушения по сравнению с цирконием, стабилизированным кальцием или магнием, для сохранения стабильности которых требуется более высокий температурный порог.

YSZ выдерживает резкие перепады температур, что делает его пригодным для использования в аэрокосмических материалах и автомобильных датчиках, контролирующих параметры двигателя и выхлопа. Кроме того, по устойчивости к тепловому удару он превосходит CSZ и MSZ, которые имеют более низкий температурный порог стабильности. Поэтому этот материал часто выбирают в качестве основы для термобарьерных покрытий, используемых в реактивных двигателях и газовых турбинах.

Стойкость к высоким температурам

Стабилизированный диоксид циркония выдерживает высокие температуры, что делает его пригодным для применения в аэрокосмической промышленности и энергетике. Кроме того, иттрий-стабилизированный диоксид циркония может использоваться в кислородных датчиках и твердооксидных топливных элементах (SOFC или SOEC).

Добавление иттрия в стабилизированный диоксид циркония позволяет ему сохранять кубическую структуру даже при комнатной температуре, исключая фазовые превращения, которые в противном случае могут привести к растрескиванию при циклическом режиме работы. Эта особенность делает иттрий бесценным дополнением для создания высокотемпературных компонентов, необходимых для реактивных двигателей, которые должны оставаться неповрежденными, чтобы противостоять суровым условиям окружающей среды.

Производство стабилизированного диоксида циркония вызывает некоторые экологические проблемы: его производство связано с высокотемпературным спеканием и использованием потенциально токсичных стабилизирующих агентов. Кроме того, диоксид циркония не разлагается, поэтому необходимо обеспечить его безопасную утилизацию, однако это может оказаться непростой задачей из-за ограниченного пространства для захоронения отходов и потенциальных рисков загрязнения почвы/воды.

Биосовместимость

Цирконий, стабилизированный иттрием (YSZ) - это современная керамика, содержащая оксид циркония с оксидом иттрия в качестве стабилизирующего агента, что позволяет избежать его трансформации из тетрагонального в моноклинное образование, которое происходит без стабилизации, значительно повышая ионную проводимость, термостойкость, прочность, вязкость и долговечность.

Превосходная прочность, вязкость и твердость YSZ делает его идеальным для применения в областях, требующих высокой устойчивости к нагрузкам. Кроме того, устойчивость к разрушению и высокая ионная проводимость способствуют его долговечности в жестких абразивных средах, которые часто повреждают другие материалы.

Термическая стабильность YSZ делает его отличным материалом для использования в твердооксидных топливных элементах (SOFC) и батареях, куда ионы кислорода легко поступают при высоких температурах, повышая эффективность и продлевая срок службы этих энергетических систем.

Легкий

Стабилизированные циркониевые материалы обладают высокими эксплуатационными характеристиками во всех отраслях промышленности, от аэрокосмической до медицинской. Это обусловлено особым сочетанием качеств - высокой температурной стабильностью, избирательной ионной проводимостью кислорода и наличием поверхностных кислородных вакансий, - что делает эти материалы уникально выгодными.

Цирконий, стабилизированный иттрием (YSZ), обладает самым высоким соотношением прочности и твердости благодаря механизму трансформационного упрочнения, что позволяет использовать его в таких областях, как промышленные режущие инструменты и зубные имплантаты. В то же время цирконий, стабилизированный кальцием и магнезией (CSZ и MSZ), обеспечивает баланс между прочностью и твердостью, идеально подходящий для конструкционной керамики и огнеупорных материалов.

Ученые могут использовать универсальные свойства YSZ, чтобы адаптировать его характеристики для конкретных применений. Например, тетрагональный YSZ обеспечивает превосходные электрические свойства, необходимые для устройств с датчиками кислорода и твердооксидных топливных элементов (SOFC). Кроме того, высокая температура плавления обеспечивает его работоспособность при рабочих температурах. Кроме того, в настоящее время ведется разработка более экологичных методов производства, позволяющих эффективно выпускать циркониевые изделия, минимизируя при этом потребление энергии и снижая воздействие на окружающую среду в процессе производства.