ジェットエンジンの極端な温度に耐える 自動車の排気中の酸素濃度を正確に測定できる 陶器素材を想像してみてくださいこれはイトリア安定したジルコニア (YSZ) ですしかし,YSZは,どのようにこれらの不可能のように見える任務を成し遂げますか?この驚くべき材料の科学原理と 幅広い応用について調べましょう.
イトリア安定ジルコニア (YSZ) は,主にジルコニウム二酸化物 (ZrO) で構成される陶器材料です.2),イトリウム酸化物 (Y)2オー3単純に言えば,ジルコニウム二酸化物にイットリウム酸化物を加えることで,材料は室温で安定した立方構造を維持できます.優れたパフォーマンスを解く.
純粋なジルコニウム二酸化物は,異なる温度での相移行を経験する.モノクリニック (室温で安定) からテトラゴナル (約1173°C) から立方 (約2370°C) に,約2690°Cで溶ける前にこれらの移行は,物質を裂くか破裂させるような内部ストレスを引き起こし,大きな体積変化 (最大5~6%) を引き起こします.安定化なしの高性能セラミックアプリケーションに適さない.
科学者たちは,イトリウム酸化物を組み込み,ジルコニウム二酸化物の不安定性を解決しました.4歳以上略して大きいイトリウムイオン (Y)3歳以上このドーピングされた材料は"安定したジルコニア"と呼ばれます.
具体的には,Y3歳以上Zr を代替するイオン4歳以上結晶格子に酸素空隙を作り出し,立方構造を安定させます.これはYSZに高温で優れた離子伝導性を与えます.固体オキシド燃料電池のようなアプリケーションにとって重要です.
イットリウム酸化物含有量に応じて,YSZは2つのカテゴリーに分かれます.
また,カルシウム酸化物,マグネシウム酸化物,セリウム酸化物などの他の安定剤も使用することができる.特に,ハフニウム安定化されたジルコニアは,YSZよりも ~25%低い熱伝導性を持っています.熱阻害塗料に好ましい.
YSZの汎用性は,その例外的な特性から生じる:
YSZの熱膨張係数は,結晶構造によって異なります:単着 (7 × 10)−6/K),四角形 (12 × 10)−6/K) とイトリア安定化 (10.5 × 10−6/K)
離子伝導性は,イトリウムドーピングによって生じる酸素空隙から生じる.しかし,8−9mol% Y2オー3YSZは,相分離により劣化し,950°Cで2,500時間以上で導電性を40%減少させる.ニッケルのような不純物は,この劣化を加速させる.現代の解決策には,コドーピングされたジルコニア (例えば.スカンジウムを含む.
YSZは,以下の産業や技術を使用しています.
YSZの加工とドーピングの進歩は,そのイオン伝導性と熱安定性を向上させ,SOFCを改善し,新しいセンサーや生物医学材料を可能にします.
イトリア安定化ジルコニアは 類を見ない多用性を持つ 変形性のある陶器材料です 航空宇宙から宝石まで そのユニークな性質は 産業全体でイノベーションを 推進し続けていますエンジニアでも材料科学が現代技術を形作る例です 材料科学が現代技術を形作る例です 材料科学が現代技術を形作る例です
