اکسید زیرکونیوم ( زیرکونیا )

اکسید زیرکونیوم چیست ؟

دی اکسید زیرکونیوم مهم‌ترین ترکیب زیرکونیوم است که به دلیل خواصش در محصولات مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در طبیعت، ZrO2 به شکل ماده معدنی به صورت بادلیت یافت می شود، که به صورت اصلاحی در شبکه بلوری مونوکلینیک (که به صورت شن خشک شده در ماسه سنگ‌ یافت می‌شود) است. زیرکونیوم دی اکسید غیر مغناطیسی است و در برابر اسیدها، صابون‌های قلیایی و تاثیرات برون زا (شیمیایی، حرارتی و مکانیکی) بسیار مقاوم است.

زیرکونیوم عنصری متعلق به دسته D و دوره‌ی پنجم جدول تناوبی و اکسیژن متعلق به دسته P و دوره‌ی دوم جدول تناوبی است. زیرکونیا همچنین به عنوان زیرکونیا، زیرکونیوم، زیرکوزو و انیدرید زیرکونیک نیز شناخته می‌شود.

اکثر محصولات موجود در بازار بر اساس پودر دی اکسید زیرکونیوم میکروکریستالین، تولید می‌شوند و بازار‌های علائق ویژه (مشتریان متمرکز) به صورت فزآینده‌ای شروع به استفاده از پودرهای نانوذرات دی اکسید زیرکونیوم کر‌ده‌اند.

دی اکسید زیرکونیوم یا زیرکونیا یکی از پرکاربردترین اکسیدهای سرامیکی است. گستره کاربردهای آن شامل استفاده در محصولات ساینده، پل ها‌ و تاج های‌ دندانی، مواد افزودنی در رنگ‌ها و لاک‌ها، در غشا سلول‌های سوختی و در ایمپلنت‌های مفاصل است.

اکسید زیرکونیوم همچنین به عنوان رنگدانه سفید برای پرسلن یا به عنوان رنگدانه زرد در مخلوط با اکسید وانادیوم استفاده می شود. بیشتر مصرف کنندگان به این ماده از طریق چاقوهای سرامیکی آشپزخانه که امروزه در اکثر خانه ها یافت شده و تیغه های آن از زیرکونیا ساخته شده، مرتبط هستند.

زیرکونیوم اکسید همچنین در گندله ها ، قطعات، پودر، اهداف یون پرانی ، قرص ها و نانوپودرها موجود هستند.

انواع اکسید زیرکونیوم کدامند ؟

اصطلاح ” اکسید زیرکونیوم ” برای اشاره به هر یک از اکسیدهای زیرکونیم استفاده می شود، که شامل، دی اکسید زیرکونیوم و غیره است.

انواع مختلفی از زیرکونیا وجود دارد: یک اکسید خالص (مونوکلینیک) و یک شکل تثبیت شده (مکعبی)، و شماری از دگرگونی ها از قبیل زیرکونیا تثبیت کننده منیزیا و ایتریا و گریدهای هسته ای.

زیرکونیا تثبیت شده نقطه ذوب بالا، حدود oC 2760، رسانایی حرارتی پایین دارد و به طور کلی تحت تاثیر اکسیداسیون و اتمسفرهای احیاکننده و اغلب مواد شیمیایی، قرار نمی گیرد.

اشکال موجود:

• گرانول اکسید زیرکونیوم
• پودر زیرکونیا
• میکرونیزه دی اکسید زیرکونیم
• زیرکونیوم اکسید زینتر شده
• Yttria-stabilised Zirconia
• Monoclilic zirconia

ویژگی های اکسید زیرکونیم چیست ؟

اکسید زیرکونیم (ZrO2 – معروف به زیرکونیا) ماده ای با مقاومت بسیار بالا در برابر اشاعه ترک است. سرامیک های اکسید زیرکونیوم از انبساط حرارتی بسیار بالایی برخوردار بوده و به همین دلیل اغلب ماده مورد نظر برای اتصال سرامیک به فولاد هستند.

یکی دیگر از خواص برجسته، هدایت حرارتی بسیار کم و استحکام بالا است. علاوه بر این، برخی از سرامیک های اکسید زیرکونیم می توانند یون های اکسیژن را هدایت کنند. ترکیبات ساخته شده از این ماده نسبت به سرامیک های آلومینا به طور قابل توجهی گران تر هستند.

سرامیک های اکسید زیرکونیم از جمله کاربردهای دیگر به عنوان ابزار برای شکل دهی سیم، به عنوان مواد کمکی در فرآیندهای جوشکاری، مواد برای تاج و پل در صنعت دندانپزشکی، حلقه های عایق در فرآیندهای حرارتی و سلول های اندازه گیری اکسیژن در پروب های لامبدا استفاده می شود.

• انبساط حرارتی بالا
• عایق حرارتی عالی / هدایت حرارتی کم
• مقاومت بسیار بالا در برابر اشاعه ترک، چقرمگی شکست بالا

زیرکونیوم دی اکسید از پایداری حرارتی بالایی برخوردار است. این ماده زیر 2680 درجه سانتیگراد ذوب نمی شود، به همین دلیل در سرامیک های دما بالا از جمله کوره ها یا بوته مذاب استفاده می شود. علاوه بر این از پایداری مکانیکی بالایی برخوردار و در برابر سایش بسیار مقاوم است.

به عنوان مثال در بهبود خواص (به خصوص مقاومت در برابر خراش) لعاب ها و پوشش هایی که به عنوان پالت های اتومبیل یا به عنوان پرداخت در پارکت و مبلمان، عمل می کند. اکسید زیرکونیوم همچنین در لعاب مخصوص وسایل الکتریکی، در صیقل ناخن، جوهرهای چاپگر و سایر محصولات موجود است.

علاوه بر این، به عنوان ماده ساینده (مانند دی اکسید تیتانیوم) شناخته شده و به عنوان رنگدانه سفید در پرسلن یافت می شود.

مزایای اکسید زیرکونیوم (ZrO2)

زیرکونیوم دی اکسید یک پودر آمورف سفید، نامحلول در آب اما به طور جزئی در اسید محلول است.

پودر سنگین، سفید، آمورف. سختی موهس برابر 6.5 .  نامحلول در آب و اکثر اسیدها یا قلیایی ها در دمای اتاق، محلول در اسید نیتریک و هیدروکلریک، هیدروفلوئوریک و اسیدهای سولفوریک با غلظت گرم است. مقاوم در برابر حرارت نسوزها و دی الکتریک ها است.

زیرکونیوم اکسید از نظر حرارتی بسیار نامحلول و پایدار بوده و یک منبع زیرکونیوم مناسب برای کاربردهایی در صنعت شیشه، نوری و سرامیکی است. زیرکونیم اکسید یک اکسید بلوری سفید رنگ است که به عنوان زیرکونیا نیز شناخته می‌شود، شکل بلوری مکعبی آن که مورد استفاده در جواهرات است، به ندرت در طبیعت یافت می شود. ترکیبات اکسیدی رسانای الکتریسیته نیستند.

با این حال، برخی از اکسیدها با ساختار پروسکایت از نظر رسانایی الکتریکی کاربردهایی را در کاتد سلول‌های سوختی اکسید جامد و سیستم‌های تولید اکسیژن پیدا کرده اند.

این ترکیبات حاوی یک آنیون اکسیژن و یک کاتیون فلزی هستند. این ترکیبات به طور معمول در محلول‌های آبی (آب) نامحلول بوده و بسیار پایدار هستند، که آن ها را در ساختارهای سرامیکی ساده مانند کاسه‌های سفالی تا ساختارهای پیشرفته الکترونیکی و در اجزای ساختاری سبک وزن در هوافضا و کاربردهای الکتروشیمیایی مانند سلول‌های سوختی که در آن‌، این ترکیبات رسانایی یونی از خود نشان می‌دهند، سودمند کرده است.

ترکیبات اکسید فلزی، انیدریدهای بازی هستند و بنابراین می‌توانند با اسیدها و عوامل احیاکننده ی قوی در واکنش‌های اکسایش-کاهش ، واکنش دهند.

کاربردهای اکسید زیرکونیم ؟

زیرکونیوم دی اکسید (ZrO2) رایج ترین ترکیب زیرکونیوم است که در طبیعت یافت می شود. دارای کاربردهای زیادی از جمله تولید پارچه های مقاوم در برابر حرارت و الکترودها و ابزارهای دما بالا و همچنین در درمان بیماریهای پوستی؛ می باشد.

بادلیت معدنی (معروف به زیرکونیا یا ZrO2) شکل طبیعی اکسید زیرکونیم است و با استفاده از فرآیند کرول برای تولید زیرکونیوم فلزی استفاده می شود. فرآیند کرول برای تولید فلز تیتانیوم و همچنین زیرکونیوم استفاده می شود.

فلزات در شکل تتراکلریدهای فلزی با فلز منیزیم احیا شده و در حضور لایه ای از گازهای خنثی مانند هلیوم یا آرگون تا نقطه “سرخ شدن” تحت فشار طبیعی گرم می شوند.

محصولات ساخته شده از اکسید زیرکونیم (ZrO2) :

مصارف زیرکونیا در صنعت

این ماده شیمیایی روی بستر سرامیکی قرار می گیرد. این مولفه به عنوان مبدل تسریع کننده برای کاهش انتشار هوای خطرناک به وسایل نقلیه عمل می کند.

1. محصولات سرامیکی
2. فلزات و آلیاژهای سفارشی
3. خواص پوششی در دمای بالا

در فرمولاسیون های زنگ زدگی برای پایداری و کمک به رنگ های خاص استفاده شده است.

به عنوان افزودنی در فرآیند سینترینگ (تفجوشی) به سرامیک های غیر اکسیدی (به منظور چسباندن ذرات به هم) اضافه می شود.

به ترکیبات بدنه و لعاب برای تقویت سختی اضافه می شود.

برای مقاومت در برابر خورندگی مذاب فلزات در بوته های ریختگری، نازل ها و سوپاپ ها استفاده می شود.

به عنوان کدرساز در لعاب ها و آبگینه ها استفاده می شود (باعث شفافیت رنگ سفید می شود). قدرت کدرسازی آن شبیه به سیلیکات زیرکونیوم است (6-9 درصد برای کدری نیمه، 10-15 درصد برای کدری کامل).

به عنوان سفیدکننده در پرسلن ها استفاده می شود.

زیرکونیوم اکسید کاربردهای جذاب دیگری نیز دارد :

این ماده در دماهای بالاتر از نقطه ذوب آلومینا، مقاومت به خوردگی و شیمیایی دارد. سختی و مقاومت آن در برابر گرما آن را برای استفاده در ساینده ها، ابزار برش و قطعات موتور؛ مناسب می سازد.

به عنوان یک ماده کاشتنی پزشکی مفید است، چرا که استخوان با زمینه های آلومینا که تخلخل دارند، پیوند برقرار خواهد کرد.

رسانایی یونی، آن را در سنسورها و سلول های سوختی؛ بسیار با ارزش کرده است.

• افزودنی به آلیاژها
• ساینده ها
• مواد ساینده، نسوز، دانه ها و پودرها
• جاذب ها

کاربردهای پودر اکسید زیرکونیوم

در سرامیک ها برای ساخت رنگدانه های سرامیکی ، لعاب پرسلن و غیره.

در ساخت جواهرات مصنوعی.

در ساخت مواد سایند، عایق و مهارکننده آتش.

پودر خواص پایرو اوپتیکی از خود نشان می دهد، از این رو در حافظه های نوری، حائل های نوری و عینک های تلویزیون استریو استفاده می شود.

زیرکونیا این امتیاز را دارد که عایق الکتریکی در دماهای پایین باشد و به تدریج با افزایش دما به رسانا تبدیل می شود.

زیرکونیم اکسید در طبیعت به صورت ماده معدنی بادلیت یافت می شود. اکسید کاربردهای صنعتی بسیاری دارد. به عنوان ماده نسوز استفاده می شود. این ماده در ساخت لعاب های با بازتابندگی بالا برای سرامیک ها، شیشه ها، آسترهای کوره های متالورژی، بوته ها و تجهیزات آزمایشگاهی استفاده می شود.

این اکسید برای تولید اکسی هیدروژن و لامپ های رشته ای استفاده می شود. کاربردهای دیگر در تولید بلورهای پیزوالکتریک، الیاف مقاوم در برابر حرارت و کویل های القایی با فرکانس بالا است. اکسید هیدراته در درمان التهابات پوستی ناشی از پیچک سمی استفاده می شود.

به جای آهک برای نور اکسی هیدروژن؛ دارای گروه ایتریم در چراغ رشته ای (لامپ های نرست)؛ به عنوان رنگدانه، ساینده، تولید مینای دندان، شیشه سفید، بوته های نسوز، و آسترهای کوره استفاده می شود.

زیرکونیوم دی اکسید (ZrO2) به عنوان ساینده در ساخت چرخ های سنگ زنی و کاغذ سنباده مخصوص استفاده می شود. همچنین در لعاب های سرامیکی، میناکاری و همچنین برای آستر کوره ها و قالب های درجه حرارت بالا استفاده می شود.

در دماهای بالا در برابر خوردگی مقاومت کرده و این امر آن را برای بوته ها و دیگر انواع وسایل آزمایشگاهی، ایده آل می کند. ZrO2 به عنوان یک “گازربا ” برای حذف آخرین اثر از هوا در هنگام تولید لوله های خلا استفاده می شود.

چگونگی تولید زیرکونیوم دی اکسید ؟

اکسید زیرکونیم در طبیعت به صورت ماده معدنی بادلیت وجود دارد. سنگ معدن از رسوبات طبیعی استخراج شده و توسط فرآیندهای مختلف تغلیظ و تصفیه می شود. با این حال، این اکسید معمولاً به عنوان واسطه در بازیابی زیرکونیوم از زیرکون، ZrSiO4 بدست می آید

همچنین، اکسید ممکن است در آزمایشگاه با تجزیه حرارتی زیرکونیوم هیدروکسید یا کربنات زیرکونیوم تهیه شود:

زیرکونیوم اکسید یا زیرکونیا (ZrO2) یک اکسید فلزی که از بادلیت معدنی (اکسید زیرکونیوم) فرآوری شده یا از ماسه سیلیکات زیرکونیوم استخراج می شود. در حالی که مواد اولیه فراوانی وجود دارد (بیشتر از استرالیا و آفریقای جنوبی)، فرآیندهای استخراج ZrO2 متنوع و گران هستند.

 خلوص از 75 تا 99 درصد متغیر است. هر فرآیند تولید زیرکونیا خاصیت منحصر به فرد خود را دارد. هر سال مقادیر قابل توجهی زیرکونیا استفاده می شود و بسیار بیشتر از مواد پیشرفته برای اهداف مشابه استفاده می شود.