YSZ (ytria – zircone stabilisée) est un matériau céramique composé de dioxyde de zirconium (ZrO₂) stabilisé par de l’yttrium (y₂O₃).
En ajoutant de l’yttrium, la plage de température de transition de phase du dioxyde de zirconium est modifiée pour produire des cristaux cubiques et tétragonaux stables à température ambiante.
En raison du processus de stabilisation, il possède d’excellentes propriétés mécaniques, une stabilité thermique et une stabilité chimique, de sorte qu’il a été largement utilisé dans de nombreux domaines.
Cet article donnera une introduction détaillée à la structure, aux propriétés, à la méthode de préparation et à l’application de la zircone stabilisée à l’yttrium.
I. Structure de la zircone stabilisée à l’yttrium
La zircone stabilisée à l’yttrium (YSZ) est un matériau céramique de zircone stabilisé par l’ajout d’oxyde d’yttrium (Y2O3).
La structure de YSZ est un oxyde de type réseau avec une certaine conductivité.
La zircone stabilisée à l’Ytria a un bon coefficient de dilatation thermique, un point de fusion élevé, une dureté élevée, une faible conductivité thermique et d’autres caractéristiques, et peut maintenir des performances stables à haute température et dans un environnement à forte corrosion.
II. Propriétés de la zircone stabilisée à l’yttrium
1. Propriétés mécaniques
Haute résistance et ténacité : YSZ a une résistance à la rupture élevée par rapport aux autres céramiques, ce qui la rend plus résistante à la fissuration et aux défaillances mécaniques.
Dureté: La zircone stabilisée à l’yttrium est un matériau très dur, ce qui la rend adaptée aux applications résistantes à l’usure telles que les outils de coupe et les roulements.
Densité: Il a une densité élevée, généralement d’environ 6,05 g/cm³, ce qui contribue à améliorer sa résistance mécanique et ses propriétés thermiques.
Résistance à l’usure : La zircone stabilisée à l’yttrium présente une excellente résistance à l’usure et est bien adaptée aux applications dans des environnements abrasifs.
2. Propriétés thermiques
Stabilité à haute température : YSZ peut résister à des températures allant jusqu’à 2400°C, ce qui le rend adapté aux applications à haute température telles que les revêtements de barrière thermique dans les turbines à gaz et les moteurs.
Faible conductivité thermique : L’une des caractéristiques exceptionnelles de la zircone stabilisée à l’yttrium est sa faible conductivité thermique, ce qui en fait un matériau d’isolation thermique efficace.
Cette propriété est essentielle pour des applications telles que les revêtements de barrière thermique (TBC) pour l’aérospatiale et les turbines à gaz industrielles.
Dilatation thermique : La zircone stabilisée à l’yttrium a un coefficient de dilatation thermique similaire à celui des métaux et a une meilleure résistance aux chocs thermiques lorsqu’elle est utilisée en combinaison avec des substrats métalliques.
3. Propriétés conductrices
Conductivité des ions oxygène : YSZ est un excellent conducteur d’ions d’oxygène et un matériau clé pour les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) et les capteurs d’oxygène.
Propriétés de l’électrolyte : La conductivité ionique élevée et la faible conductivité électronique de YSZ en font un électrolyte idéal dans les dispositifs électrochimiques à haute température.
4. Propriétés chimiques
Résistance à la corrosion : YSZ est chimiquement inerte et résistant aux environnements corrosifs, ce qui le rend adapté à une utilisation dans des environnements chimiques difficiles ou des environnements où la stabilité chimique est critique.
Anti-oxydation : La zircone stabilisée à l’yttrium possède de fortes propriétés anti-oxydantes, ce qui est essentiel pour les environnements à haute température et oxydants tels que les chambres de combustion et les piles à combustible.
III. Méthode de préparation de la zircone stabilisée à l’yttrium
1. Méthode de métallurgie des poudres :
Après avoir mélangé de l’oxyde de zirconium et de l’oxyde d’yttrium, réagissez à haute température pour obtenir la poudre YSZ, puis préparez-la en produits par des processus tels que le moulage et le frittage.
2. Méthode sol-gel :
Après avoir mélangé des solutions d’oxyde de zirconium et d’oxyde d’yttrium, subirent une hydrolyse, une polycondensation et d’autres réactions pour former un gel, puis subissent un séchage, un frittage et d’autres processus pour le préparer en produits.
3. Méthode de pulvérisation :
Dans un environnement sous vide poussé, la technologie de pulvérisation est utilisée pour pulvériser des cibles d’oxyde de zirconium et d’oxyde d’yttrium sur un substrat afin de former un film de zircone stabilisé à l’yttrium.
IV. À quoi sert la zircone stabilisée à l’yttrium ?
1. Outils en céramique :
La zircone stabilisée à l’yttrium a une dureté élevée et une résistance élevée à l’usure, et peut être utilisée pour préparer des outils en céramique, avec les avantages d’une longue durée de vie et d’une efficacité élevée.
2. Roulements en céramique :
YSZ a une dureté et une ténacité élevées, et peut être utilisé pour préparer des roulements en céramique, avec les caractéristiques de haute vitesse, de haute précision et de haute fiabilité.
3. Électrolyte de pile à combustible :
YSZ a une certaine conductivité ionique et peut être utilisé pour préparer l’électrolyte de la pile à combustible, qui présente les avantages d’une température élevée, d’un rendement élevé et d’une protection de l’environnement.
4. Domaines de la protection chimique et de l’environnement :
La zircone stabilisée à l’yttrium a une bonne stabilité chimique et thermique, et peut être utilisée pour préparer des équipements et des composants résistants à la corrosion et aux hautes températures dans les domaines de la protection chimique et environnementale.
Les céramiques structurelles de zircone stabilisée à l’yttrium sont un excellent matériau d’ingénierie avec de larges perspectives d’application.
Avec les progrès continus de la science et de la technologie et l’amélioration continue de la technologie de préparation, la zircone stabilisée à l’yttrium sera appliquée et développée dans davantage de domaines.
Nous pouvons fournir des matériaux de zircone stabilisés à l’yttrium, de la poudre, du matériau cible et des granulés.
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