Zirkonium-Dioxyd , manchmal bekannt als Zirkoniumdioxid (um mit Zirkon nicht verwirrt zu sein), ist ein weißes kristallenes Oxyd des Zirkoniums. Seine am natürlichsten vorkommende Form, mit einer monoklinen kristallenen Struktur, ist das seltene Mineral baddeleyite. Die hohe kristallene Temperaturkubikform wird in der Natur als Mineral tazheranite (Zr, Ti, Kalifornien) O (und ein zweifelhaftes Mineral arkelite) selten gefunden. Diese Form, auch genannt Zirkon, wird in verschiedenen Farben für den Gebrauch als ein Edelstein und ein Diamant simulant synthetisiert.

Technikeigenschaften

Zirkonium-Dioxyd ist eines der am meisten studierten keramischen Materialien. Reiner ZrO hat eine monokline Kristallstruktur bei der Raumtemperatur und den Übergängen zu tetragonal und kubisch bei zunehmenden Temperaturen. Die Volumen-Vergrößerung, die durch das kubische zu tetragonal zur monoklinen Transformation verursacht ist, veranlasst sehr große Betonungen, und wird reinen ZrO veranlassen, nach dem Abkühlen von hohen Temperaturen zu krachen. Mehrere verschiedene Oxyde werden zum Zirkoniumdioxid hinzugefügt, um den tetragonal und/oder die Kubikphasen zu stabilisieren: Magnesium-Oxyd (MgO), Yttrium-Oxyd, (YO), Kalzium-Oxyd (CaO) und Cerium (III) Oxyd (CEO), unter anderen.

Zirkoniumdioxid ist häufig in seiner Phase 'stabilisierter' Staat nützlicher. Reines Zirkoniumdioxid, geht wenn geheizt, störende Phase-Änderungen durch. Durch das Hinzufügen kleiner Prozentsätze von yttria werden diese Phase-Änderungen beseitigt, und das Material hat bessere thermische, mechanische und elektrische Eigenschaften. In einigen Fällen kann die tetragonal Phase metastable sein. Wenn genügend Mengen des metastable tetragonal Phase da sind, dann kann eine angewandte Betonung, die durch die Betonungskonzentration an einem Sprungtipp vergrößert ist, die tetragonal Phase veranlassen, sich zum monoklinen mit der verbundenen Volumen-Vergrößerung umzuwandeln. Diese Phasenumwandlung kann dann die Spalte in die Kompression stellen, sein Wachstum verzögernd, und die Bruch-Schwierigkeit erhöhend. Dieser Mechanismus ist als das Transformationsabhärten bekannt, und erweitert bedeutsam die Zuverlässigkeit und Lebenszeit von mit dem stabilisierten Zirkoniumdioxid gemachten Produkten.

Die Band-Lücke von ZrO ist von der Phase (kubisch, tetragonal, monoklin, oder amorph) und Vorbereitungsmethoden mit typischen Schätzungen von 5-7 eV abhängig.

Ein spezieller Fall des Zirkoniumdioxids ist der von Tetragonal Zirkoniumdioxid-Polykristall oder TZP, der für das polykristallene Zirkoniumdioxid bezeichnend ist, das aus nur dem metastable tetragonal Phase zusammengesetzt ist.

Gebrauch

Die Kubikphase des Zirkoniumdioxids hat auch ein sehr niedriges Thermalleitvermögen, das zu seinem Gebrauch als ein Thermalbarriere-Überzug oder TBC in Strahl- und Dieselmotoren geführt hat, um Operation bei höheren Temperaturen zu erlauben. Ein anderer niedriger Thermalleitvermögen-Gebrauch ist eine keramische Faser-Isolierung für Kristallwachstumsbrennöfen, Kraftstoffzellstapel-Isolierung und Infrarotheizungsanlagen. Thermodynamisch, je höher die Operationstemperatur eines Motors, desto größer die mögliche Leistungsfähigkeit (sieh Carnot Motor heizen). Bezüglich 2004 ist sehr viel Forschung andauernd, um die Qualität und Beständigkeit dieser Überzüge zu verbessern.

Es wird als ein widerspenstiges Material, in Isolierung, Poliermitteln, Email und keramischen Polituren verwendet. Stabilisiertes Zirkoniumdioxid wird in Sauerstoff-Sensoren und Kraftstoffzellmembranen verwendet, weil es in der Lage ist, Sauerstoff-Ionen zu erlauben, sich frei durch die Kristallstruktur bei hohen Temperaturen zu bewegen. Dieses hohe ionische Leitvermögen (und ein niedriges elektronisches Leitvermögen) machen es einen der nützlichsten electroceramics.

Dieses Material wird auch in der Fertigung von Subrahmen für den Aufbau von Zahnwiederherstellungen wie Kronen und Brücken verwendet, die dann mit einem herkömmlichen feldspathic Porzellan furniert werden.

Zirkonium-Dioxyd kann als ein weißes Puder vorkommen, das sowohl acidic als auch grundlegende Eigenschaften besitzt. Wegen seines infusibility und hervorragender Lichtstärke, wenn weißglühend, wurde es als eine Zutat von Stöcken für das Rampenlicht verwendet.

Zirkoniumdioxid ist auch ein wichtiges hohes-k dielektrisches Material, das für potenzielle Anwendungen als ein Isolator in Transistoren in der Zukunft nanoelectronic Geräte und als Elektrolyt-Filme in festen Oxydkraftstoffzellen untersucht wird. Für solche Anwendungen kann Zirkoniumdioxid von der Suspendierung mit einer Methode der electrophoretic Absetzung angewandt werden.

Diamant simulant

Monokristalle der Kubikphase des Zirkoniumdioxids werden als Diamant simulant in Schmucksachen allgemein verwendet. Wie Diamant hat Zirkon eine Kubikkristallstruktur und einen hohen Index der Brechung. Visuell ist das Wahrnehmen eines guten Qualitätszirkon-Edelsteins von einem Diamanten schwierig, und die meisten Juweliere werden einen Thermalleitvermögen-Prüfer haben, um Zirkon durch sein niedriges Thermalleitvermögen zu identifizieren (Diamant ist ein sehr guter Thermalleiter). Dieser Staat des Zirkoniumdioxids wird "Zirkon," "CZ," oder "Zirkon" von Juwelieren allgemein genannt, aber der Nachname ist nicht chemisch genau. Zirkon ist wirklich der Mineralname für das natürlich vorkommende Zirkonium-Silikat (ZrSiO).

Siehe auch

• Das Löschen
• Sintering
• Yttria-stabilisiertes Zirkoniumdioxid

Weiterführende Literatur

• Heuer, A.H. Hobbs, L.W. Hrsg., Wissenschaft und Technologie des Zirkoniumdioxids, Adv. Ceram. Vol. 3, p. 475 (ACerS, Columbus, Ohio 1981)
• Claussen, N., Rühle, M., Heuer, A.H. Proc. 2. Int'l Conf. auf der Wissenschaft und Technologie des Zirkoniumdioxids, Adv. Ceram. Vol. 11 (ACerS, Columbus, Ohio 1984)

Links

• NIOSH Taschenhandbuch zu chemischen Gefahren