चट्टान-ठोस स्थायित्व बनाए रखते हुए किसी सामग्री को अत्यधिक तापमान, उच्च दबाव और संक्षारक वातावरण का सामना करने में क्या सक्षम बनाता है? इसका उत्तर जिरकोनिया सिरेमिक में हो सकता है। "सिरेमिक का स्टील" कहा जाने वाला यह उन्नत पदार्थ अपने असाधारण गुणों के माध्यम से एयरोस्पेस से लेकर बायोमेडिकल अनुप्रयोगों तक उद्योगों में क्रांति ला रहा है।
ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड (ZrO₂), जिसे आमतौर पर ज़िरकोनिया के रूप में जाना जाता है, तकनीकी सिरेमिक श्रेणी के भीतर अकार्बनिक गैर-धातु सामग्री के एक महत्वपूर्ण वर्ग का प्रतिनिधित्व करता है। कमरे के तापमान पर, यह तीन अलग-अलग क्रिस्टल संरचनाओं के साथ एक सफेद ठोस के रूप में दिखाई देता है:
ऊंचे तापमान पर इन क्रिस्टल संरचनाओं के बीच चरण संक्रमण के दौरान शुद्ध ज़िरकोनिया महत्वपूर्ण मात्रा में परिवर्तन (3-5% संकुचन) से गुजरता है, जिससे सामग्री टूट जाती है। इस सीमा को पार करने के लिए, औद्योगिक अनुप्रयोग आमतौर पर कमरे के तापमान पर वांछनीय क्रिस्टल संरचनाओं को बनाए रखने के लिए येट्रिया (Y₂O₃), मैग्नेशिया (MgO), या कैल्सिया (CaO) जैसे एडिटिव्स का उपयोग करके स्थिरीकरण तकनीकों को नियोजित करते हैं।
ज़िरकोनिया सिरेमिक की बढ़ती स्वीकार्यता उनके भौतिक और रासायनिक विशेषताओं के अनूठे संयोजन से उत्पन्न होती है:
ज़िरकोनिया की चरण परिवर्तन सीमाओं को दूर करने और प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए शोधकर्ताओं ने कई दृष्टिकोण विकसित किए हैं:
ज़िरकोनिया को अन्य सिरेमिक (उदाहरण के लिए, एल्यूमिना) के साथ मिलाने से बढ़ी हुई ताकत, क्रूरता और पहनने के प्रतिरोध के साथ मिश्रित सामग्री बनती है।
निम्नलिखित तालिका विभिन्न स्थिर ज़िरकोनिया सिरेमिक के प्रमुख गुणों की तुलना करती है:
| संपत्ति | ज़िर्कलॉन 5 (YSZ) | ज़िर्कलॉन 10 (YSZ) | ज़िर्कलॉन 20 (एमएसजेड) | ज़िर्कलोन 30 (समग्र) |
|---|---|---|---|---|
| घनत्व (जी/सीसी) | 6.13 | 6.05 | 6.05 | >5.62 |
| लचीली ताकत (एमपीए) | 1000 | 1200 | 1200 | 1000 |
| फ्रैक्चर कठोरता (एमपीए·एम½) | 4.0 | 5.0 | 10.0 | 10.0 |
| थर्मल शॉक प्रतिरोध (ΔT°C) | 250 | 250 | 350 | 250 |
| अधिकतम सेवा तापमान (डिग्री सेल्सियस) | 1000 | 1000 | 1000 | 1000 |
ज़िरकोनिया सिरेमिक कई क्षेत्रों में महत्वपूर्ण कार्य करता है:
निम्नलिखित तालिका विभिन्न रासायनिक एजेंटों के खिलाफ ज़िरकोनिया के प्रदर्शन का विवरण देती है:
| रासायनिक | एकाग्रता | तापमान | खुलासा | प्रतिक्रिया |
|---|---|---|---|---|
| हाइड्रोक्लोरिक एसिड | 33% | उबलना | 100 घंटे | कमज़ोर |
| सल्फ्यूरिक एसिड | 98% | उबलना | 100 घंटे | कमज़ोर |
| सोडियम हाइड्रॉक्साइड | 50% | उबलना | 100 घंटे | कोई नहीं |
| हाइड्रोफ्लोरिक एसिड | 100% | उबलना | 100 घंटे | मज़बूत |
जैसे-जैसे भौतिक विज्ञान आगे बढ़ता है, ज़िरकोनिया सिरेमिक बेहतर विनिर्माण तकनीकों और नवीन मिश्रित फॉर्मूलेशन के माध्यम से विकसित होता रहता है। यांत्रिक मजबूती, थर्मल स्थिरता और जैव-अनुकूलता का उनका अनूठा संयोजन उच्च-प्रदर्शन इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में बढ़ती स्वीकार्यता सुनिश्चित करता है। चल रहे अनुसंधान तेजी से मांग वाले परिचालन वातावरण को संबोधित करने के लिए चरण स्थिरता, फ्रैक्चर प्रतिरोध और बहु-कार्यात्मक क्षमताओं को बढ़ाने पर केंद्रित है।
