제트 엔진의 극한 온도에도 견딜 수 있는 세라믹 물질을 상상해보세요. 자동차 배기가스의 산소 농도를 정확하게 측정할 수 있고, 심지어 손가락에 눈부신 보석처럼 사용할 수도 있습니다.이것은 yttria-정화 zirconia (YSZ) 입니다.하지만 YSZ는 어떻게 불가능해 보이는 이 작업을 수행할 수 있을까요?이 놀라운 물질의 과학적 원리와 광범위한 응용을 탐구해보자.
유트리아 안정 지르코니아 (YSZ) 는 주로 지르코늄 이산화 (ZrO) 로 구성된 세라믹 물질입니다.2), 유트륨 산화물 (Y)2오3) 를 첨가하여 큐브 결정 구조를 안정화합니다. 간단히 말해서, 지르코늄 이산화물에 유트륨 산화물을 첨가하면 물질이 방온에서 안정적인 큐브 구조를 유지 할 수 있습니다.우수한 성능을 해제합니다..
순수한 지르코늄 이산화물은 단일 (실온에서 안정적) 으로부터 테트라곤 (약 1173°C) 으로부터 큐브 (약 2370°C) 으로부터 다양한 온도에서 단계 전환을 겪습니다.약 2690°C에서 녹기 전이러한 전환은 물질을 찢거나 부서질 수있는 내부 스트레스로 이어지는 상당한 부피 변화를 유발합니다. ( 최대 5~6%).이것은 순수한 지르코늄 이산화물을 안정화 없이 고성능 세라믹 애플리케이션에 적합하지 않습니다.
과학자들은 이산화 지르코늄의 불안정을 해결하기 위해 이트륨 산소를 첨가했습니다.4+조금 더 큰 이트륨 이온 (Y)3+이 도핑 된 물질은 "정화 된 지르코니아"라고 불립니다.
구체적으로, Y3+Zr를 대체하는 이온4+결정 격자에서 산소 공백을 생성하고, 큐브 구조를 안정시킵니다. 이것은 YSZ에 높은 온도에서 우수한 이온 전도성을 부여합니다.고체 산화물 연료전지 같은 애플리케이션에 매우 중요합니다..
유트륨 산화물 함량에 따라 YSZ는 두 가지 범주로 나?? 다.
칼슘 산화물, 마그네슘 산화물, 세리움 산화물 등의 다른 안정화 물질도 사용할 수 있다. 특히 하프니아로 안정된 지르코니아는 YSZ보다 ~25% 낮은 열전도,열장벽 코팅에 더 적합하게 만드는.
YSZ의 다재다능성은 그 특수한 특성으로 인해 발생합니다.
YSZ의 열 팽창 계수는 결정 구조에 따라 달라집니다.-6/K), 네모형 (12 × 10)-6/K) 와 유트리아 안정화 (10.5 × 10-6/K).
이온 전도성은 유트륨 도핑에 의해 생성된 산소 공백에서 발생합니다.2오3, YSZ는 단계 분리로 인해 분해 될 수 있으며, 950 ° C에서 2,500 시간 동안 전도도를 ~ 40% 감소시킵니다. 니켈과 같은 불순물은이 분해를 가속화합니다. 현대 솔루션에는 코포드 지르코니아 (예를 들어., 스칸디움과 함께).
YSZ 즈는 산업과 기술을 사용합니다:
YSZ 가공 및 도핑의 발전은 이온 전도성과 열 안정성을 향상시키고 SOFC를 개선하고 새로운 센서 또는 생의학 물질을 가능하게 할 수 있습니다.
이트리아 안정화 지르코니아는 비교할 수 없는 다재다능성으로 변혁적인 세라믹 재료입니다. 항공우주에서 보석에 이르기까지 독특한 특성이 산업 전반에 걸쳐 혁신을 계속합니다.당신이 엔지니어인지 아닌지, 연구자, 또는 호기심 많은 독자, YSZ는 재료 과학이 현대 기술을 어떻게 형성하는지 예시합니다.
