اکسید زیرکونیم
اکسید زیرکونیم (Zirconium Oxide)، زیرکونیا یا ZrO2 با دانسیته 6-5.6 گرم بر سانتی متر مکعب شامل سه فرم آلوتروپی منوکلینیک با دامنه پایداری تا 1170 درجه سانتی گراد، تتراگونال از 1170 تا دمای 2350 درجه سانتی گراد و بالاخره فاز کیوبیک با پایداری از 1350 تا نقطه ذوب 2700 درجه سانتی گراد می باشد. تبدیل فاز تتراگونال به منوکلینیک که در دمای 1170 درجه سانتی گراد صورت می گیرد یک تحول مارتنزیتی است و عکس این تحول در دمای بین 900 تا 1000 انجام می گیرد. تبدیل فاز تتراگونال به مکعبی 2350 درجه سانتی گراد رخ داده که به دلیل بالا بودن دما اطلاعات زیادی از آن در دسترس نیست اما ذکر شده که این استحاله غیر مارتنزیتی بوده و خیلی آهسته انجام می شود و می توان با سریع گرم کردن مانع انجام آن شد. تبدیل فاز تتراگونال به منوکلییک و بالعکس از نظر ترمودینامیکی برگشت پذیر است.
ساختار کریستالی انواع زیرکونیا در شکل فوق نشان داده شده است. این تبدیلات با جابجایی ساده اتم ها صورت گرفته و از نوع جابجا ساز می باشند. جدول زیر مقایسه ای بر پارامترهای کریستالی سه پلی مورف زیرکونیا یعنی منوکلینیک، تری کلینیک و کیوبیک نموده است. تبدیل فاز منوکلینیک به تتراگونال برگشت پذیر بوده به طوری که در هنگام گرم کردن در اطراف 1170 درجه سانتی گراد تبدیل به تتراگونال شده اما در سرد کردن در دمای تقریبی 950 درجه سانتی گراد مجددا به منوکلینیک تبدیل می شود.
| ساختمان کریستالی | منوکلینیک | تتراگونال | کیوبیک |
| گروه فضایی (تقارن) | P21/c | P42/nmc |  |
| پارامت شبکه (آنگستروم) |
a = 5.145 b = 5.2075 c = 5.3107 |
a = 3.64 c = 5.27 |
a = 5.1291 |
|
|
مدول الاستیک زیرکونیا بسته به ترکیب شیمیایی، دانسیته و ریزساختار آن از 150-250 گیگا پاسکال، استحکام شکست از 450 تا 900 مگا پاسکال، چقرمگی از 5 تا 13 MPam1/2و سختی آن 7 تا 8 موس تغییر می نماید. زیرکونیا به دلیل فشار بخار پایین آن نسبت به سرامیک های هم خانواده خود چون آلومینا معمولا از مقاومت به خوردگی بالاتری برخوردار است. اما مقاومت به شوک حرارتی آن به خصوص در دماهای بالاتر از 1000 درجه سانتی گراد به دلیل استحاله فازی پایین می باشد. زیرکونیا در برابر اسیدها (HCL و HNO3) ضعیف بوده و واکنش پذیری آن با اسیدها نسبت به قلیایی ها سریع تر است. در تماس با کربن، نیتروژن و هیدروژن در دمای 2200 تجزیه شده و تشکیل کاربید، نیترید و یا هیدرید می دهد. وجود فشار بخار آب و یا اتمسفر مرطوب موجب می شود تا تحول فازی تتراگونال به منوکلینیک از دمای 100 درجه سانتی گراد به طور خود به خود صورت گیرد. زیرکونیا به دلیل استحاله فازی می تواند به واسطه مکانیزم های مختلفی چون انحراف مسیر ترک، ایجاد تنش های فشاری بر لب های ترک و ایجاد ریز ترک ها انرژی گسترش ترک را افزایش داده و باعث کند شدن رشد ترک بشود. به این ترتیب حضور زیرکونیا به عنوان فاز ثانویه در سرامیک های مختلف باعث افزایش چقرمگی می شود. |
منابع و پیوندها
گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن
مهدی کلانتر، سرامیک های سازه ای دما بالا، انتشارات دانشگاه یزد، 1387.
