Tìm Hiểu Zirconia và Ứng Dụng Đa Dạng của Zirconium Dioxide trong Các Ngành Công Nghiệp
Zirconium dioxide , còn được gọi là zirconia và zirconium oxide. Đây là một oxit kim loại kết tinh đã được tìm thấy trong ngành công nghiệp gốm sứ. Nó được đặc trưng bởi điện trở suất nhiệt cao, khả năng chống cơ học và tính chất mài mòn.
Lần đầu tiên được sử dụng trong ngành y tế vào năm 1969. Zirconia đã chứng minh khả năng tương thích sinh học đặc biệt. Với các đặc tính tốt. Thẩm mỹ tốt và tính chất cơ học cao, có được sử dụng khá ưu việt. Đặc biệt trong các thủ thuật nha khoa, như trong mão zirconia và trụ implant dựa trên zirconia.
Một trong những dạng phổ biến nhất của nó là zirconia khối. Một hợp chất tinh thể lập phương không màu và dai về mặt cơ học. Do đặc tính hoàn mỹ về mặt quang học của nó, nó được coi là một giải pháp. Nó thay thế chi phí thấp cho kim cương trong ngành đồ trang sức.
Zirconium dioxide không nên nhầm lẫn với zircon (hoặc zirconium silicate). Một khoáng chất cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp gốm sứ và vật liệu chịu lửa.
Tại đây, chúng ta sẽ tìm hiểu về:
- Zirconia là gì
- Thuộc tính của zirconia
- Zirconia được sản xuất và chế biến như thế nào
- Các lĩnh vực ứng dụng khác nhau mà zirconia vượt trội
Zirconia là gì?
Zirconia là một chất rắn kết tinh có màu trắng. Nhưng có thể được tạo ra với nhiều màu sắc khác nhau. Chúng được sử dụng làm đá quý thay thế cho kim cương, làm mão răng sứ trong các ứng dụng y tế. Về mặt tự nhiên, nó xuất hiện dưới dạng khoáng chất baddeleyit trong mờ (đôi khi trong suốt) . Một khoáng chất hiếm có cấu trúc tinh thể lăng trụ đơn tà. Tức là một khoáng chất có các vectơ không bằng nhau. Còn được gọi là “thép gốm” , oxit zirconi này trơ về mặt hóa học và được coi là một trong những vật liệu phục hồi rất tốt, do tính chất cơ học tuyệt vời của nó.
Trong số tất cả các vật liệu gốm tiên tiến, zirconia có độ bền và độ bền cao nhất ở nhiệt độ phòng. Ở nhiệt độ cao, zirconia có thể bị thay đổi đáng kể về thể tích trong quá trình chuyển pha. Do đó, rất khó để có được các sản phẩm zirconia ổn định trong quá trình thiêu kết. Đó là lý do tại sao nói chung cần phải ổn định zirconia.
Zirconia ổn định một phần (PSZ) bổ sung thêm vào các đặc tính cơ học đặc biệt và tính trơ hóa học. Một mức độ ổn định hóa học cao, ngay cả trong môi trường khắc nghiệt. Nó được sử dụng thay thế cho alumin trong các ứng dụng y sinh như cấy ghép nha khoa. Nhờ các đặc tính cơ học vượt trội và có thể so sánh với răng về độ bền cơ học. Các vật liệu tương đối khác với PSZ bao gồm zirconia ổn định yttria (YSZ), zirconia ổn định calcia (CSZ) và zirconia ổn định magie (MSZ) .
Thuộc tính của zirconia
Sức mạnh đặc biệt của Zirconia, độ dẻo dai, tính tương thích sinh học, khả năng chống mòn và mỏi cao. Điều này khiến nó trở nên tối ưu cho các ứng dụng nha khoa. Zirconium (Zr) trên thực tế là một trong hai kim loại được sử dụng phổ biến nhất trong cấy ghép nha khoa. Cùng với titan, vì cả hai đều thể hiện các đặc tính vật lý và hóa học rất tốt. Chúng cho phép sự phát triển của nguyên bào xương, các tế bào thực sự hình thành xương. Dưới đây là danh sách các đặc tính vật lý và hóa học nổi bật nhất của zirconia. Lưu ý rằng những đặc tính này đủ cao để cho phép zirconia trở thành vật liệu hiệu quả cho nhiều ứng dụng. Đặc biệt là cho mục đích chịu lửa và nha khoa.
Độ bền cơ học cao
Zirconium dioxide có khả năng chống nứt cao. Bao gồm cả sự phát triển thêm của các vết nứt và ứng suất cơ học. Các đặc tính cơ học nổi bật khác của zirconia được trình bày trong bảng dưới đây.
| Tính chất cơ học | Giá trị cho ZrO 2 |
| Module đàn hồi | 100 – 250 GPa ở 20ºC |
| Độ bền uốn | 180 – 1000 MPa ở 20ºC |
| Sức căng | 330 MPa ở 20ºC |
| Độ dẻo dai xương gãy | 10 MPa · √m ở 20 ° C |
| Độ cứng Vickers | 1220 |
| Độ cứng Mohs | 8 – 8,5 |
Chịu nhiệt độ cao và giãn nở
Với điểm nóng chảy 2700ºC và hệ số giãn nở nhiệt là 1,08 × 10 -5 K -1 . Zirconium dioxide được biết đến rộng rãi với khả năng chịu nhiệt cao. Đây là lý do tại sao hợp chất này đã được sử dụng rộng rãi. Đặc biệt trong vật liệu chịu lửa và các ngành công nghiệp nhiệt độ cao. Dưới đây là các phạm vi nhiệt độ khác nhau của điểm nóng chảy cho zirconia. Được dựa trên các dạng phụ thuộc vào nhiệt độ của nó.
| Dạng phụ thuộc vào nhiệt độ của Zirconia | Độ nóng chảy |
| Monoclinic, baddeleyte | 20 – 1170ºC |
| Tetragonal | 1170 – 2370ºC |
| Khối | 2370 – 2700ºC |
Tuy nhiên, khi nung nóng, zirconia có thể bị thay đổi pha, đặc biệt là ở dạng tứ giác. Nơi phát sinh ứng suất bên trong và các vết nứt bắt đầu phát triển. Để giải quyết và khắc phục điểm yếu này, các chất ổn định như yttria được thêm vào. Điều này tạo nên một loại zirconia ổn định hơn một phần yttria ( hoặc yttria tetragonal zirconia polycrystal, YTZP).
Độ dẫn nhiệt thấp
Zirconium dioxide có độ dẫn nhiệt 2 W / (m · K), điều này làm cho nó trở nên hoàn hảo cho những trường hợp cần phải chứa nhiệt.
Điện trở suất hóa học
Chất này trơ về mặt hóa học và không hoạt động, hoạt động trong các ngành công nghiệp sử dụng một số hóa chất trong quá trình chế biến. Tuy nhiên, hợp chất hòa tan trong axit đậm đặc như axit sulfuric hoặc hydrofluoric.
Sản xuất zirconia
Sản xuất zirconium dioxide có thể dẫn đến ba giai đoạn có thể nói trên tùy thuộc vào nhiệt độ: đơn tà, tứ giác và lập phương. Tính chất độc đáo này của zirconium dioxide cung cấp khả năng sử dụng linh hoạt trong nhiều mục đích và ngành công nghiệp khác nhau.
Zirconia được sản xuất thông qua xử lý nhiệt hoặc phân ly nhiệt. Mặc dù việc làm nó ở dạng nguyên chất có thể gây ra sự thay đổi pha đột ngột có thể làm nứt hoặc gãy vật liệu. Đó là khi pha tạp với các chất ổn định, chẳng hạn như oxit magiê, oxit yttrium và oxit canxi, được áp dụng để giữ nguyên cấu trúc. Quá trình nhiệt này còn được gọi là quá trình nung. Trong đó quá trình gia nhiệt đến nhiệt độ cao được thực hiện trong môi trường oxy hoặc không khí.
Chế biến zirconia
Zirconia cũng có thể được sản xuất bằng cách phân hủy cát zircon thông qua phản ứng tổng hợp với các hợp chất như canxi cacbonat, canxi oxit, natri cacbonat, magie oxit và natri hydroxit (còn được gọi là xút ).
Quá trình clo hóa zircon cũng dẫn đến sản xuất zirconia, nơi tạo thành zirconi tetrachloride được nung ở nhiệt độ cao (~ 900ºC), tạo ra zirconia thương mại. Một cách khác là hòa tan zirconi tetraclorua thu được trong nước để tạo thành clorua zirconyl kết tinh. Kết quả này sau đó được xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao để tạo ra zirconia có độ tinh khiết cao.
Zirconium dioxide có độ tinh khiết cao là tiền chất để sản xuất bột zirconium, thông qua quá trình khử ZrO 2 bằng canxi hydrat. Quá trình nhiệt luyện này được chuẩn bị trong môi trường khí argon ở nhiệt liên tục ở khoảng 1000 ° C.
Các ứng dụng của zirconium dioxide
Zirconia có ác đặc tính cơ học cao, tính trơ hóa học, ổn định nhiệt độ cao, chống ăn mòn và chất lượng cao. của Zirconia đã đưa loại thép gốm này lên tầm ngắm trong nhiều ngành công nghiệp và lĩnh vực ứng dụng. Nhiều sản phẩm ngày nay, từ vật liệu chịu lửa đến các sản phẩm y tế, bột màu, điện tử, chất phủ và gốm sứ, đã được dựa trên zirconia do các đặc tính và ưu điểm vượt trội của nó so với các vật liệu khác. Một số ứng dụng điển hình của zirconia bao gồm khuôn dập để đùn kim loại nóng, cảm biến oxy, màng trong pin nhiên liệu, ghế van giếng sâu và con dấu bơm hàng hải. Dưới đây là danh sách một số lĩnh vực và ứng dụng phổ biến nhất của zirconia.
Gốm sứ
Độ bền cơ học và khả năng chống chịu của zirconium dioxide làm cho nó trở thành một thành phần thích hợp cho sản xuất gốm sứ. Điều này bao gồm dao gốm, cứng hơn đáng kể so với dao kéo bằng thép do yếu tố độ cứng cao của zirconia.
Đặc tính chịu lửa
Do khả năng chịu nhiệt cao, zirconium dioxide được sử dụng như một thành phần trong nồi nấu kim loại, lò nung và các môi trường nhiệt cao khác. Ngoài ra, zirconium dioxide làm tăng đặc tính chống cháy của gốm sứ. Gạch chịu lửa và tấm giáp là những ví dụ về các ứng dụng chịu lửa dựa trên zirconia. Hơn nữa, khi được thêm vào thạch anh nóng chảy, zirconia có thể được sử dụng để sản xuất thủy tinh siloxide. Một loại thủy tinh cứng hơn và chịu lực hơn thủy tinh đục thạch anh. Zirconia cũng có thể được thêm vào oxit nhôm để sử dụng trong các thành phần của quá trình đúc thép.
Lớp phủ cản nhiệt (TBC – Thermal barrier coating )
Zirconium dioxide được sử dụng làm lớp phủ cho các bộ phận của động cơ phản lực tiếp xúc với nhiệt độ cao. Điều này được thực hiện nhờ tính dẫn nhiệt thấp và khả năng chịu nhiệt cao của hợp chất. Các nghiên cứu đã xác nhận tính hiệu quả của zirconium dioxide đối với các ứng dụng TBC, miễn là vật liệu được sử dụng đúng cách và thống nhất.
Ngành nha khoa
Do tính tương hợp sinh học, tính thẩm mỹ tốt và tính chất cơ học cao. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của zirconium dioxide là trong nha khoa. Chủ yếu trong phục hình răng cho cầu, mão, veneer sứ fenspat và phục hình nha khoa. Zirconium dioxide được làm bền bằng Yttria cũng là công cụ để sản xuất mão zirconia gần như vĩnh viễn.
Vật liệu chống xước và mài mòn
Với độ ổn định cơ học cao và khả năng chống mài mòn. Zirconia đang được sử dụng làm vật liệu mài mòn. Nó cũng hữu ích như một lớp bảo vệ cho các bộ phận cơ khí. Do khả năng chống trầy xước và ứng suất cơ học của hợp chất.
Hệ thống làm giàu oxy
Trong khi các vật liệu khác có thể bị oxy hóa và ảnh hưởng đến tính toàn vẹn. Zirconium dioxide ổn định khi có oxy. Trên thực tế, nó đang được sử dụng trong màng tế bào nhiên liệu và cơ chế cảm biến oxy ngay cả khi nhiệt độ cao.
Ngành trang sức
Đặc biệt, zirconia khối đã phát triển như một sự thay thế khả thi cho kim cương. Bên cạnh độ bền và tính thẩm mỹ mạnh mẽ tương tự như kim cương. Zirconia khối tạo ra những vết cắt không giống như kim cương và có độ hoàn mỹ quang học. Nếu nhìn bằng mắt thường hoàn toàn không màu. Nó thường được gọi là giả kim cương hơn là kim cương tổng hợp . Chính vì nhìn bề ngoài nó giống kim cương tự nhiên nhưng không có cùng tính chất hóa học. Ví dụ về đồ trang sức làm từ zirconia bao gồm nhẫn zirconia khối và hoa tai zirconia khối.
.
Liên hệ tư vấn
Hãy liên hệ với chúng tôi, quý khách sẽ được hỗ trợ nhanh chóng & miễn phí.| VP HÀ NỘI: | Lô H, The Zen, KĐT Gamuda, Q. Hoàng Mai, TP Hà Nội |
| NHÀ MÁY: | Km3, Đ. Phan Trọng Tuệ, H. Thanh Trì, TP Hà Nội |
| WEBSITE: | www.nguyenvinh.vn / www.chebienbot.com |
| HOTLINE: | 0945881362 |
| EMAIL: | franknguyenhn@gmail.com |
