Odomknite pokročilé vlastnosti materiálov s ytriou stabilizovaným zirkónom

Stabilizovaný zirkón sa vďaka svojim všestranným vlastnostiam stal univerzálnym materiálom v mnohých priemyselných odvetviach, ako je letecký, automobilový a energetický priemysel. Každá odroda stabilizovaného zirkónu, od vynikajúcej pevnosti a húževnatosti až po vyvážené vlastnosti, ponúka svoj vlastný súbor vlastností prispôsobených špeciálne na konkrétne použitie.

Ytriom stabilizovaný zirkón vyniká vynikajúcou tepelnou stabilitou a iónovou vodivosťou, čo z neho robí vynikajúci materiál pre kyslíkové senzory a palivové články na báze tuhých oxidov.

Vynikajúca pevnosť a odolnosť

Pridanie ytria výrazne zvyšuje húževnatosť zirkónu, vďaka čomu je vysoko odolný a vhodný na aplikácie s vysokým mechanickým namáhaním. Okrem toho tento prídavok zvyšuje tepelnú stabilitu a odolnosť voči tepelným šokom, ako aj poskytuje zvýšenú tepelnú stabilitu na ochranu proti tepelným šokom. Okrem toho zirkón stabilizovaný ytriom vykazuje vynikajúcu iónovú vodivosť, ktorá umožňuje voľný prechod iónov kyslíka cez jeho štruktúru, čo ho robí užitočným v aplikáciách, ako sú kyslíkové senzory a palivové články na báze tuhých oxidov.

YSZ sa môže pochváliť vynikajúcou odolnosťou proti opotrebovaniu, vďaka čomu je ideálny pre komponenty v drsných prostrediach, ako sú plynové turbíny alebo prúdové motory. V porovnaní s kalciom alebo horčíkom stabilizovaným zirkónom, ktoré si vyžadujú vyššie teplotné limity, aby zostali stabilné, vydrží nepretržité vystavenie abrazívnym podmienkam bez degradácie.

YSZ odoláva rýchlym teplotným zmenám, vďaka čomu je vhodný pre letecké materiály a automobilové senzory, ktoré monitorujú parametre motora a výfukových plynov. Okrem toho jeho odolnosť voči teplotným šokom prevyšuje CSZ a MSZ, ktoré majú nižšie teplotné prahy stability. Preto sa tento materiál často vyberá ako základný materiál pre tepelné bariérové povlaky používané na prúdových motoroch a plynových turbínach.

Odolnosť voči vysokým teplotám

Stabilizovaný zirkón odoláva vysokým teplotám, vďaka čomu je vhodný na použitie v letectve a energetike. Okrem toho sa Yttriom stabilizovaný zirkón môže využívať aj v kyslíkových senzoroch a palivových článkoch na báze tuhých oxidov (SOFC alebo SOEC).

Pridanie ytria do stabilizovaného zirkónu umožňuje zachovať jeho kubickú štruktúru aj pri izbových teplotách, čím sa eliminujú fázové premeny, ktoré by inak mohli viesť k praskaniu pri prevádzkovom cykle. Vďaka tejto vlastnosti je ytrium neoceniteľným doplnkom pri vytváraní vysokoteplotných komponentov, ktoré sa vyžadujú v prúdových motoroch a ktoré musia zostať neporušené, aby odolali náročným podmienkam prostredia.

Výroba stabilizovaného zirkónu vyvoláva určité obavy o životné prostredie; jeho výroba zahŕňa spekanie pri vysokej teplote a používanie potenciálne toxických stabilizačných činidiel. Okrem toho sa zirkón nerozkladá biologicky, takže je potrebné zabezpečiť jeho bezpečnú likvidáciu, čo sa však môže ukázať ako náročné vzhľadom na obmedzený priestor skládok a potenciálne riziká kontaminácie pôdy/vody.

Biokompatibilita

Ytriom stabilizovaný zirkón (YSZ) je moderná keramika, ktorá obsahuje oxid zirkónia s oxidom ytria ako stabilizačným činidlom, čím sa zabráni jeho transformácii z tetragonálneho na monoklinický tvar, ku ktorej dochádza bez stabilizácie, a výrazne sa zvýši iónová vodivosť, tepelná stabilita, pevnosť, húževnatosť a trvanlivosť.

Vynikajúca pevnosť, húževnatosť a tvrdosť YSZ ho predurčuje na aplikácie vyžadujúce vysokú odolnosť voči namáhaniu. Okrem toho jeho odolnosť proti lomom a vysoká iónová vodivosť prispievajú k jeho odolnosti v náročných abrazívnych prostrediach, ktoré často poškodzujú iné materiály.

Tepelná stabilita YSZ z neho robí vynikajúci materiál na použitie v palivových článkoch na báze tuhých oxidov (SOFC) a batériách, kde ióny kyslíka ľahko prúdia pri vysokých teplotách, čo zvyšuje účinnosť a predlžuje životnosť týchto energetických systémov.

Ľahké

Stabilizované zirkónové materiály ponúkajú pokročilý výkon v rôznych priemyselných odvetviach, od leteckého priemyslu až po zdravotnícke zariadenia. Je to vďaka ich špeciálnej kombinácii vlastností - vysokej teplotnej stabilite, selektívnej vodivosti kyslíkových iónov a povrchovým kyslíkovým vakanciám - čo robí tieto materiály jedinečne výhodnými.

Yttriou stabilizovaný zirkón (YSZ) ponúka najvyšší pomer pevnosti a húževnatosti vďaka mechanizmu húževnatej transformácie, vďaka čomu je vhodný na aplikácie, ako sú priemyselné rezné nástroje a zubné implantáty. Medzitým kalciom a magnéziom stabilizované zirkóny (CSZ a MSZ) poskytujú vyvážený pomer pevnostných a húževnatých vlastností ideálny pre konštrukčnú keramiku a žiaruvzdorné materiály.

Vedci môžu využiť všestranné vlastnosti YSZ na prispôsobenie jeho vlastností pre konkrétne aplikácie. Napríklad tetragonálny YSZ poskytuje vynikajúce elektrické vlastnosti potrebné pre kyslíkové senzory a palivové články na báze tuhých oxidov (SOFC). Okrem toho jeho vysoký bod topenia pomáha zabezpečiť jeho trvalú výkonnosť pri prevádzkových teplotách. Okrem toho sa vyvíjajú snahy o ekologickejšie výrobné metódy, aby sa výrobky zo zirkónu mohli vyrábať efektívne a zároveň sa minimalizovala spotreba energie a zmiernila ich environmentálna stopa počas výroby.