اکسید زیرکونیوم

اکسید زیرکونیوم یا زیرکونیا که نام آیوپاک آن دی اکسید زیرکونیم است، یک اکسید فلزی می باشد که یا از ماده معدنی بدلایت فرآوری می شود یا از ماسه سیلیکات زیرکونیوم استخراج می شود.

در حالی که مقدار زیادی ماده اولیه و بیشتر در استرالیا و آفریقای جنوبی وجود دارد، فرآیندهای استخراج این ماده متنوع و گران هستند. هر فرآیند میزان خلوص از ۷۵ تا بیشتر از ۹۹ درصد زیرکونیا تولید می کند که هر کدام خواص منحصر به فرد خود را دارند.

فرم هایی که در آن بلورهای زیرکونیا وجود دارد با تغییر دما دگرشکل می شوند، در دمای ۱۱۷۰ درجه سانتی گراد مونوکلینیک، در ۲۳۷۰ تتراگونال، و در دمای ذوب شدن در ۲۸۸۰ درجه سانتیگراد ساختار مکعبی به خود می گیرد.

کشف و تشکیل زیرکونیا

زیرکونیا در طبیعی ترین شکل در ماده معدنی بددلایت یافت می شود و همچنین می تواند از زیرکون به صورت شیمیایی گرفته شود. این ترکیب مهمترین اکسید تجاری است که توسط زیرکون تشکیل شده است.

روش هایی که برای بدست آوردن زیرکونیا از زیرکون استفاده می شود، اگرچه از یکدیگر متمایز هستند، دارای سه ویژگی مشترک هستند، همه آنها شامل تجزیه زیرکون با استفاده از مواد شیمیایی، حرارتی یا مکانیکی اند.

کلیه محصولات بدست آمده از تجزیه زیرکون متعاقباً با تمایز حلالیت تحت تصفیه قرار می گیرند و همه آنها شامل جداسازی ترکیبات زیرکونیوم از ناخالصی های باقیمانده هستند.

دی اکسید زیرکونیم چگونه تولید می شود؟

بر اساس گزارش zircon-association روش های اصلی تولید تجاری زیرکونیا شامل موارد زیر است:

-تفکیک حرارتی یا کلسینه کردن

-تجزیه توسط همجوشی با هیدروکسید سدیم، کربنات سدیم، اکسید کلسیم و اکسید منیزیم، فلوروسیلیکات پتاسیم

-کربنات کلسیم (یا آهک)

-کلرزنی

-کاربید کردن

زیرکونیا ذوب شده (اکسید زیرکونیوم) از طریق احیا و همجوشی شن زیرکون (سیلیکات زیرکونیوم) تولید می شود. زیرکون را با کک مخلوط کرده و تا نقطه همجوشی خود (بیش از ۲۸۰۰ درجه سانتیگراد) در کوره قوس الکتریکی گرم می کنند و در آنجا به اکسید زیرکونیوم و سیلیس بخار متصل می شود.

کاربردهای دی اکسید زیرکونیم

بر اساس گزارش digitalfire در صنعت سرامیک از زیرکونیا برای موارد مختلفی استفاده می شود:

 

-در فرمولاسیون های لکه ای برای تثبیت و کمک به رنگ های خاص استفاده می شود.

-به عنوان ماده کمک پخت و برای کمک به چسباندن ذرات بهم، به سرامیک های غیر اکسیدی اضافه می گردد.

-به فرمولاسیون های بدنه و لعاب اضافه می شود تا سختی ایجاد شود.

-برای مقاومت در برابر حمله فلزات مذاب در بوته ها، نازل ها، شیرآلات و حتی آجرهای نسوز استفاده می شود.

-به عنوان opacifier در لعاب و سرخ شده استفاده می شود تا مواد شفاف را سفید کند که قدرت شفاف سازی شبیه سیلیکات زیرکونیوم است. به عنوان سفید کننده در ظروف چینی استفاده می شود.

سایر کاربردهای اکسید زیرکونیوم

زیرکونیا کاربردهای جالب دیگری نیز دارد:

-در دماهای کاملاً بالای نقطه ذوب آلومینا مقاومت شیمیایی و خوردگی دارد. سختی و مقاومت در برابر گرما، آن را برای استفاده در ابزار ساینده، برش و قطعات موتور مناسب می کند.

-به عنوان ماده ایمپلنت پزشکی مفید است. همچنین هدایت یونی آن باعث می شود که در حسگرها و سلول های سوختی ارزشمند باشد.

در فرم خالص، مقاومت مکانیکی اکسید زیرکونیوم محدود است، اما با افزودن یک تثبیت کننده می توان مقاومت و سختی بسیار بالایی ایجاد کرد. زیرکونیا تا حدی تثبیت شده (PSZ) مقدار کمی آهک، ایتریوم یا منیزیم اضافه می کند تا یک ماتریس چند فازی فوق العاده سخت ایجاد کند.

اکسید زیرکونیوم حساس به نور مرئی است!

دی اکسید زیرکونیوم دوپید سریم، یک ماده عکس العمل حساس به نور مرئی و از نسل سوم، عنوان مقاله ای می باشد که در سال ۲۰۱۴ منتشر شده است. پراکندگی مقدار کمی از کاتیون های +Ce۴ در حضور حجم عمده اکسید زیرکونیم منجر به ایجاد ماده عکس العمل حساس به نور مرئی شده است.

این موضوع با نظارت از طریق EPR تشکیل و واکنش حامل های شارژ شده با نور (λ> 420 نانومتر) نشان داده شده است. این اثر، همانطور که توسط محاسبات DFT تأیید شده است.

به دلیل وجود حالت های خالی ۴f Ce در شکاف میانی است که به عنوان سطوح متوسط در یک مکانیسم تحریک مضاعف عمل می کنند. این ماده جامد حاوی اکسید زیرکونیوم را می توان نمونه ای از ماده عکس العمل نسل سوم دانست.