Lås upp avancerade materialegenskaper med Yttria Stabilized Zirconia

Stabiliserad zirkonias mångsidiga egenskaper har gjort det till ett mångsidigt material i många branscher som flyg-, fordons- och energiindustrin. Från dess överlägsna styrka och seghet till balanserade egenskaper erbjuder varje sort av stabiliserad zirkonia sin egen uppsättning attribut som är skräddarsydda för specifika användningsområden.

Yttriumstabiliserad zirkoniumdioxid utmärker sig genom sin överlägsna termiska stabilitet och joniska ledningsförmåga, vilket gör den till ett utmärkt materialval för syresensorer och fastoxidbränsleceller.

Överlägsen styrka och seghet

Tillsats av yttriumoxid ökar kraftigt zirkoniumdioxidens seghet, vilket gör den mycket hållbar och lämplig för applikationer som involverar hög mekanisk påfrestning. Dessutom ökar denna tillsats termisk stabilitet och motståndskraft mot termisk chock samt ger ökad termisk stabilitet för skydd mot termisk chock. Yttria-stabiliserad zirkonia uppvisar dessutom en utmärkt jonledningsförmåga som gör att syrejoner kan passera fritt genom dess struktur, vilket gör den användbar i applikationer som syresensorer och fastoxidbränsleceller.

YSZ har överlägsen slitstyrka, vilket gör den idealisk för komponenter som finns i tuffa miljöer som gasturbiner eller jetmotorer. Det tål kontinuerlig exponering för abrasiva förhållanden utan att försämras jämfört med calcia eller magnesiumstabiliserad zirkonia som kräver högre temperaturtrösklar för att förbli stabila.

YSZ tål snabba temperaturförändringar, vilket gör det lämpligt för material inom flyg- och rymdindustrin och för fordonssensorer som övervakar motor- och avgasparametrar. Dessutom överträffar dess motståndskraft mot termisk chock CSZ och MSZ, som har lägre temperaturtrösklar för stabilitet. Därför väljs detta material ofta som basmaterial för termiska barriärbeläggningar som används på jetmotorer och gasturbiner.

Motståndskraft mot höga temperaturer

Stabiliserad zirkonia tål höga temperaturer, vilket gör den lämplig för tillämpningar inom flyg- och rymdindustrin samt energiproduktion. Yttria-stabiliserad zirkonia kan också användas i syresensorer och fastoxidbränsleceller (SOFC eller SOEC).

Genom att tillsätta yttriumoxid till stabiliserad zirkoniumoxid kan den behålla sin kubiska struktur även vid rumstemperatur, vilket eliminerar fasomvandlingar som annars kan leda till sprickbildning vid driftcykler. Denna egenskap gör yttriumoxid till ett ovärderligt tillskott för att skapa högtemperaturkomponenter som krävs av jetmotorer och som måste förbli intakta för att klara tuffa miljöförhållanden.

Tillverkningen av stabiliserad zirkoniumoxid ger upphov till vissa miljöproblem; produktionen omfattar sintring vid hög temperatur och användning av potentiellt giftiga stabiliseringsmedel. Dessutom är zirkoniumdioxid inte biologiskt nedbrytbart, så en säker avfallshantering måste hanteras på lämpligt sätt - vilket dock kan visa sig vara en utmaning på grund av begränsat utrymme på deponier och potentiella risker för förorening av mark och vatten.

Biokompatibilitet

Yttriumstabiliserad zirkonia (YSZ) är en avancerad keram som innehåller zirkoniumoxid med yttriumoxid som stabiliseringsmedel, vilket undviker omvandlingen från tetragonal till monoklin bildning som sker utan stabilisering, vilket avsevärt ökar jonledningsförmågan, termisk stabilitet, styrka, seghet och hållbarhet.

YSZ:s överlägsna styrka, seghet och hårdhet gör det idealiskt för applikationer som kräver hög spänningsresistens. Dessutom bidrar dess frakturtålighet och höga jonledningsförmåga till dess hållbarhet i hårda abrasiva miljöer som ofta skadar andra material.

YSZ:s termiska stabilitet gör det till ett utmärkt materialval för användning i SOFC:er (solid-oxide fuel cells) och batterier, där syrejoner flödar lätt vid höga temperaturer, vilket förbättrar effektiviteten och förlänger livslängden för dessa kraftsystem.

Lättvikt

Stabiliserade zirkoniumdioxidmaterial erbjuder avancerade prestanda inom alla branscher, från flyg och rymd till medicintekniska produkter. Detta beror på deras speciella kombination av egenskaper - hög temperaturstabilitet, selektiv syrejonkonduktivitet och syrevakanser i ytan - vilket gör dessa material unikt fördelaktiga.

Yttriumstabiliserad zirkonia (YSZ) har det högsta förhållandet mellan hållfasthet och seghet tack vare sin transformationshärdningsmekanism, vilket gör den lämplig för applikationer som industriella skärverktyg och tandimplantat. Calcia- och Magnesia-stabiliserad zirkoniumdioxid (CSZ och MSZ) ger en balans mellan hållfasthet och seghet som är idealisk för strukturkeramik och eldfasta material.

Forskare kan använda YSZ:s mångsidiga egenskaper för att skräddarsy dess egenskaper för specifika tillämpningar. Tetragonal YSZ ger t.ex. överlägsna elektriska egenskaper som behövs för syresensorer och fastoxidbränsleceller (SOFC). Dessutom bidrar den höga smältpunkten till att säkerställa fortsatt prestanda vid driftstemperaturer. Dessutom pågår ett arbete med att utveckla miljövänligare tillverkningsmetoder så att zirkoniumdioxidprodukter kan produceras effektivt samtidigt som energianvändningen minimeras och miljöpåverkan minskas under produktionen.