YSZ (ytria – zirconia estabilizada) es un material cerámico compuesto por dióxido de circonio (ZrO₂) estabilizado por itria (y₂O₃).
Al agregar itria, el rango de temperatura de transición de fase del dióxido de circonio se cambia para producir cristales cúbicos y tetragonales que son estables a temperatura ambiente.
Debido al proceso de estabilización, tiene excelentes propiedades mecánicas, estabilidad térmica y estabilidad química, por lo que ha sido ampliamente utilizado en muchos campos.
Este artículo dará una introducción detallada a la estructura, las propiedades, el método de preparación y la aplicación del circonio estabilizado con itrio.
I. Estructura del circonio estabilizado con itrio
El zirconio estabilizado con itrio (YSZ) es un material cerámico de circonio estabilizado mediante la adición de óxido de itrio (Y2O3).
La estructura de YSZ es un óxido de tipo reticular con cierta conductividad.
El circonio estabilizado con itria tiene un buen coeficiente de expansión térmica, alto punto de fusión, alta dureza, baja conductividad térmica y otras características, y puede mantener un rendimiento estable en entornos de alta temperatura y fuerte corrosión.
II. Propiedades del zirconio estabilizado con itrio
1. Propiedades mecánicas
Alta resistencia y tenacidad: YSZ tiene una alta resistencia a la fractura en comparación con otras cerámicas, lo que la hace más resistente al agrietamiento y a los fallos mecánicos.
Dureza: El circonio estabilizado con itrio es un material muy duro, lo que lo hace adecuado para aplicaciones resistentes al desgaste, como herramientas de corte y rodamientos.
Densidad: Tiene una alta densidad, normalmente de alrededor de 6,05 g/cm³, lo que ayuda a mejorar su resistencia mecánica y sus propiedades térmicas.
Resistencia al desgaste: El zirconio estabilizado con itrio tiene una excelente resistencia al desgaste y es muy adecuado para aplicaciones en entornos abrasivos.
2. Propiedades térmicas
Estabilidad a alta temperatura: YSZ puede soportar temperaturas de hasta 2400 °C, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alta temperatura, como recubrimientos de barrera térmica en turbinas de gas y motores.
Baja conductividad térmica: Una de las características sobresalientes del circonio estabilizado con itrio es su baja conductividad térmica, lo que lo convierte en un material de aislamiento térmico eficiente.
Esta propiedad es crítica para aplicaciones como recubrimientos de barrera térmica (TBC) para turbinas de gas aeroespaciales e industriales.
Expansión térmica: El zirconio estabilizado con itrio tiene un coeficiente de expansión térmica similar al de los metales y tiene una mejor resistencia al choque térmico cuando se usa en combinación con sustratos metálicos.
3. Propiedades conductoras
Conductividad de iones de oxígeno: YSZ es un excelente conductor de iones de oxígeno y es un material clave para las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) y los sensores de oxígeno.
Propiedades de los electrolitos: La alta conductividad iónica y la baja conductividad electrónica de YSZ lo convierten en un electrolito ideal en dispositivos electroquímicos de alta temperatura.
4. Propiedades químicas
Resistencia a la corrosión: YSZ es químicamente inerte y resistente a entornos corrosivos, lo que lo hace adecuado para su uso en entornos químicos hostiles o entornos donde la estabilidad química es crítica.
Anti-oxidación: El zirconio estabilizado con itrio tiene fuertes propiedades antioxidantes, que son críticas para entornos oxidantes y de alta temperatura, como cámaras de combustión y celdas de combustible.
III. Método de preparación de circonio estabilizado con itrio
1. Método de pulvimetalurgia:
Después de mezclar óxido de circonio y óxido de itrio, reaccione a alta temperatura para obtener polvo de YSZ y luego prepárelo en productos a través de procesos como moldeo y sinterización.
2. Método sol-gel:
Después de mezclar soluciones de óxido de circonio y óxido de itrio, se somete a hidrólisis, policondensación y otras reacciones para formar un gel, y luego se somete a secado, sinterización y otros procesos para prepararlo en productos.
3. Método de pulverización catódica:
En un entorno de alto vacío, la tecnología de pulverización catódica se utiliza para pulverizar objetivos de óxido de circonio y óxido de itrio sobre un sustrato para formar una película de circonio estabilizada con itrio.
IV. ¿Para qué se utiliza el zirconia estabilizado con itrio?
1. Herramientas cerámicas:
El zirconio estabilizado con itrio tiene una alta dureza y alta resistencia al desgaste, y se puede utilizar para preparar herramientas cerámicas, con las ventajas de una larga vida útil y alta eficiencia.
2. Rodamientos cerámicos:
YSZ tiene alta dureza y alta tenacidad, y se puede utilizar para preparar rodamientos cerámicos, con las características de alta velocidad, alta precisión y alta confiabilidad.
3. Electrolito de pila de combustible:
YSZ tiene cierta conductividad iónica y se puede utilizar para preparar el electrolito de la pila de combustible, que tiene las ventajas de alta temperatura, alta eficiencia y protección del medio ambiente.
4. Campos de protección química y ambiental:
El zirconio estabilizado con itrio tiene buena estabilidad química y estabilidad térmica, y se puede utilizar para preparar equipos y componentes resistentes a la corrosión y a altas temperaturas en los campos de protección química y ambiental.
Las cerámicas estructurales de circonio estabilizadas con itrio son un excelente material de ingeniería con amplias perspectivas de aplicación.
Con el avance continuo de la ciencia y la tecnología y la mejora continua de la tecnología de preparación, el zirconio estabilizado con itrio se aplicará y desarrollará en más campos.
Podemos proporcionar materiales de zirconio estabilizados con itrio, polvo, material objetivo y gránulos.
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