एक ऐसे पदार्थ की कल्पना करें जो कठोर वातावरण में उत्कृष्ट प्रदर्शन बनाए रखते हुए, पहनने और फ्रैक्चर का प्रतिरोध करते हुए अत्यधिक तापमान का सामना कर सके। यह ज़िरकोनिया सिरेमिक के उल्लेखनीय गुणों को समाहित करता है। ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड (ZrO₂), एक उन्नत सिरेमिक सामग्री के रूप में, अपने अद्वितीय भौतिक और रासायनिक विशेषताओं के कारण एयरोस्पेस, चिकित्सा उपकरणों, ऑटोमोटिव उद्योगों और उससे आगे भी तेजी से महत्वपूर्ण हो गया है।
सिंगल-क्रिस्टल ज़िरकोनिया उत्कृष्ट ऑप्टिकल पारदर्शिता और असाधारण थर्मल शॉक प्रतिरोध प्रदर्शित करता है, लेकिन इसकी अपेक्षाकृत कम फ्रैक्चर टफनेस और ताकत इसके अनुप्रयोगों को सीमित करती है। हालाँकि, ज़िरकोनिया सिरेमिक अपनी उत्कृष्ट स्थायित्व और फ्रैक्चर प्रतिरोध के लिए जाने जाते हैं, विशेष रूप से कमरे के तापमान पर। उनका महीन (उप-माइक्रोन) अनाज का आकार उत्कृष्ट सतह परिष्करण और तेज किनारों को बनाए रखने में सक्षम बनाता है।
जबकि ज़िरकोनिया सिरेमिक उच्च तापमान पर अपने संक्षारण प्रतिरोध को बनाए रखते हैं, संरचनात्मक परिवर्तन उनके उपयोगी तापमान को लगभग 500°C तक सीमित कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, उनकी विद्युत चालकता बढ़ती तापमान के साथ धीरे-धीरे बढ़ती है।
ज़िरकोनिया के गुणों, विशेष रूप से इसकी कठोरता को बढ़ाने के लिए, आमतौर पर मैग्नीशियम ऑक्साइड (MgO), कैल्शियम ऑक्साइड (CaO) या यट्रिया (Y₂O₃) जैसे स्टेबलाइजर मिलाए जाते हैं। ये स्टेबलाइजर एक "परिवर्तन कठोरता" प्रक्रिया को सुविधाजनक बनाते हैं। प्रारंभिक सिंटरिंग के बाद, स्थिर ज़िरकोनिया एक आंशिक रूप से घन क्रिस्टल संरचना बनाता है जो ठंडा होने के दौरान मेटास्टेबल रहता है। जब दरारें फैलती हैं, तो टेट्रागोनल क्रिस्टल तनाव-प्रेरित चरण परिवर्तन से गुजरते हैं, जिससे आयतन विस्तार होता है जो महत्वपूर्ण ऊर्जा को अवशोषित करता है और सामग्री की कठोरता में काफी सुधार करता है।
हालांकि, उच्च तापमान ज़िरकोनिया सिरेमिक में महत्वपूर्ण पुनर्संरचना का कारण बन सकता है, जिससे ताकत कम हो जाती है और 3-7% आयामी विस्तार होता है। स्टेबलाइजर सामग्री को नियंत्रित करके, ताकत के नुकसान के खिलाफ कठोरता को संतुलित करने के लिए टेट्रागोनल क्रिस्टल के अनुपात को समायोजित किया जा सकता है।
आमतौर पर लगभग 10% मैग्नीशियम ऑक्साइड युक्त और क्रीम रंग का दिखने वाला, PSZ उच्च तापमान पर बनी रहने वाली उच्च कठोरता प्रदान करता है। पूरी तरह से स्थिर ज़िरकोनिया की तुलना में, PSZ में बड़ा अनाज का आकार और कम लागत होती है। इसकी परिभाषित विशेषता टेट्रागोनल चरण का एक अनुपात है जो तनाव के तहत बदल जाता है, कठोरता को बढ़ाने के लिए ऊर्जा को अवशोषित करता है। हालांकि, PSZ में अपेक्षाकृत कम ताकत होती है और उच्च तापमान पर अनाज के विकास की संभावना होती है, जो प्रदर्शन को कम करता है।
लगभग 3% यट्रिया युक्त, सबसे छोटा अनाज आकार वाला, TZP में लगभग 100% टेट्रागोनल क्रिस्टल संरचना होती है, जो उच्चतम कमरे के तापमान की कठोरता प्रदान करती है। हालांकि, 200-500°C के बीच, अपरिवर्तनीय क्रिस्टल परिवर्तन आयामी विविधताओं का कारण बनते हैं जो कठोरता को काफी कम करते हैं। जबकि TZP के महीन अनाज और उच्च टेट्रागोनल चरण सामग्री असाधारण ताकत और कठोरता प्रदान करते हैं, सामग्री तापमान के प्रति संवेदनशील होती है, उच्च तापमान पर टेट्रागोनल-से-मोनोक्लिनिक चरण परिवर्तन की संभावना होती है।
एक उच्च-प्रदर्शन इंजीनियरिंग सामग्री के रूप में, ज़िरकोनिया सिरेमिक उद्योगों में जबरदस्त क्षमता प्रदान करते हैं। उनके गुणों, संशोधनों और अनुप्रयोगों को समझना इष्टतम सामग्री चयन और उपयोग को सक्षम बनाता है। निरंतर तकनीकी प्रगति के साथ, ज़िरकोनिया सिरेमिक उन्नत इंजीनियरिंग समाधानों में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए तैयार हैं।
