YSZ (ytria – Zirconia stabilizzata) è un materiale ceramico composto da biossido di zirconio (ZrO₂) stabilizzato da ittrio (y₂O₃).
Aggiungendo ittrio, l’intervallo di temperatura di transizione di fase del biossido di zirconio viene modificato per produrre cristalli cubici e tetragonali stabili a temperatura ambiente.
Grazie al processo di stabilizzazione, ha eccellenti proprietà meccaniche, stabilità termica e stabilità chimica, quindi è stato ampiamente utilizzato in molti campi.
Questo articolo fornirà un’introduzione dettagliata alla struttura, alle proprietà, al metodo di preparazione e all’applicazione della zirconia stabilizzata con ittrio.
I. Struttura dell'ossido di zirconio stabilizzato con ittrio
La zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ) è un materiale ceramico di zirconia stabilizzato con l’aggiunta di ossido di ittrio (Y2O3).
La struttura di YSZ è un ossido di tipo reticolare con una certa conduttività.
La zirconia stabilizzata con itria ha un buon coefficiente di dilatazione termica, un alto punto di fusione, un’elevata durezza, una bassa conduttività termica e altre caratteristiche e può mantenere prestazioni stabili ad alta temperatura e in un ambiente di forte corrosione.
II. Proprietà dell'ossido di zirconio stabilizzato con ittrio
1. Proprietà meccaniche
Elevata resistenza e tenacità: YSZ ha un’elevata tenacità alla frattura rispetto ad altre ceramiche, il che la rende più resistente alle fessurazioni e ai guasti meccanici.
Durezza: La zirconia stabilizzata con ittrio è un materiale molto duro, il che la rende adatta per applicazioni resistenti all’usura come utensili da taglio e cuscinetti.
Densità: Ha un’alta densità, in genere intorno ai 6,05 g/cm³, che aiuta a migliorarne la resistenza meccanica e le proprietà termiche.
Resistenza all’usura: La zirconia stabilizzata con ittrio ha un’eccellente resistenza all’usura ed è adatta per applicazioni in ambienti abrasivi.
2. Proprietà termiche
Stabilità alle alte temperature: YSZ può resistere a temperature fino a 2400 °C, il che lo rende adatto per applicazioni ad alta temperatura come rivestimenti a barriera termica in turbine a gas e motori.
Bassa conducibilità termica: Una delle caratteristiche eccezionali della zirconia stabilizzata con ittrio è la sua bassa conduttività termica, che la rende un efficiente materiale di isolamento termico.
Questa proprietà è fondamentale per applicazioni come i rivestimenti a barriera termica (TBC) per turbine a gas aerospaziali e industriali.
Dilatazione termica: La zirconia stabilizzata con ittrio ha un coefficiente di dilatazione termica simile a quello dei metalli e ha una migliore resistenza agli shock termici se utilizzata in combinazione con substrati metallici.
3. Proprietà conduttive
Conducibilità degli ioni ossigeno: YSZ è un eccellente conduttore di ioni ossigeno ed è un materiale chiave per le celle a combustibile a ossidi solidi (SOFC) e i sensori di ossigeno.
Proprietà dell’elettrolita: L’elevata conducibilità ionica e la bassa conducibilità elettronica di YSZ lo rendono un elettrolita ideale nei dispositivi elettrochimici ad alta temperatura.
4. Proprietà chimiche
Resistenza alla corrosione: YSZ è chimicamente inerte e resistente agli ambienti corrosivi, il che lo rende adatto per l’uso in ambienti chimici difficili o in ambienti in cui la stabilità chimica è fondamentale.
Anti-ossidazione: La zirconia stabilizzata con ittrio ha forti proprietà antiossidanti, fondamentali per ambienti ad alta temperatura e ossidanti come camere di combustione e celle a combustibile.
III. Metodo di preparazione dell'ossido di zirconio stabilizzato con ittrio
1. Metodo di metallurgia delle polveri:
Dopo aver miscelato l’ossido di zirconio e l’ossido di ittrio, reagire ad alta temperatura per ottenere la polvere YSZ, quindi prepararla in prodotti attraverso processi come lo stampaggio e la sinterizzazione.
2. Metodo Sol-gel:
Dopo aver miscelato le soluzioni di ossido di zirconio e ossido di ittrio, sottoporsi a idrolisi, policondensazione e altre reazioni per formare un gel, quindi sottoporsi a essiccazione, sinterizzazione e altri processi per prepararlo in prodotti.
3. Metodo di sputtering:
In un ambiente ad alto vuoto, la tecnologia sputtering viene utilizzata per spruzzare l’ossido di zirconio e i target di ossido di ittrio su un substrato per formare un film di zirconia stabilizzato con ittrio.
IV. A cosa serve la zirconia stabilizzata con ittrio?
1. Strumenti in ceramica:
La zirconia stabilizzata con ittrio ha un’elevata durezza e un’elevata resistenza all’usura e può essere utilizzata per preparare utensili in ceramica, con i vantaggi di una lunga durata e di un’elevata efficienza.
2. Cuscinetti in ceramica:
YSZ ha un’elevata durezza e un’elevata tenacità e può essere utilizzato per preparare cuscinetti ceramici, con le caratteristiche di alta velocità, alta precisione e alta affidabilità.
3. Elettrolita della cella a combustibile:
YSZ ha una certa conduttività ionica e può essere utilizzato per preparare l’elettrolita della cella a combustibile, che presenta i vantaggi dell’alta temperatura, dell’alta efficienza e della protezione ambientale.
4. Settori chimico e della protezione ambientale:
La zirconia stabilizzata con ittrio ha una buona stabilità chimica e stabilità termica e può essere utilizzata per preparare apparecchiature e componenti resistenti alla corrosione e alle alte temperature nei settori della protezione chimica e ambientale.
Le ceramiche strutturali in zirconia stabilizzata con ittrio sono un eccellente materiale ingegneristico con ampie prospettive di applicazione.
Con il continuo progresso della scienza e della tecnologia e il continuo miglioramento della tecnologia di preparazione, la zirconia stabilizzata con ittrio sarà applicata e sviluppata in più campi.
Siamo in grado di fornire polvere di materiali in zirconia stabilizzata con ittrio, materiale target e granuli.
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