اکسيد زير کونيوم((zrO_2 که گاهي مواقع به آن زير کونيا گفته مي شود اکسيدي سفيد رنگ از فلز زيرکونيوم است. زير کونيا به صورت اکسيد خالص در طبيعت وجود ندارد. اين ماده در کافي هاي با دوليت (baddelyite) وزير کن (zircon) (Zrsio_4 ) وجود دارد. اين دوکاني طبيعي منابع عمده ي تأمين کننده ي زيرکونيا هستند. گستردگي منابع زير کن بسيار زياد است اما اين کاني خلوص کمتري داشته وازاين رواستفاده از آن نياز به فرايندهاي آماده سازي زيادي است.
فراوري زير کونيا نيازمند جدا سازي مواد ناخاسته وخالص سازي آن است. ناخالصي هاي مختلفي به همراه کاني هاي زيرکونيا دار وجود دارد. مثلاً يکي از ناخالصي هاي زيرکن سيليس است.اکسيد ها فنيوم نيز يکي از ناخالصي هاي زير کونيا محسوب مي شود. کاني با دوليت نيز داراي ناخالصي هايي همچون آهن واکسيد تيتانيم مي باشد. رسوبات زيرکونيا در برزيل و آفريقاي جنوبي بيشتر است. ولي مقدار آن خيلي ناچيز است وارزش استخراج آن پايين است. به همين علت براي توليد اکسيد زيرکونيوم بايد به سراغ ترکيباتي که حاوي اين اکسيد است برويم. درواقع زيرکن به عنوان منبع تأمين کننده ي زيرکونيا است.زيرکن درکشورهايي مثل استراليا، آمريکا ، هند ، سريلانکلا وجود دارد. البته زير کن علاوه بر استفاده در توليد زيرکونيا درلعاب و... نيز کاربرد دارد. براي فراوري واستخراج زيرکونيا از زيرکن چندين روش وجود دارد که عبارتند از :
1) کلريناسيون
2) تجزيه به کمک هيدوکسيدهاي قليايي
3) ذوب قليايي
4) تجزيه ي پلاسمايي
5) روش هم رسوبي شيميايي
6) ساير روش ها (CVDو ...)

فازهاي زير کونيا
 

زيرکونيا داراي سه فاز مونوکلينيک ، تتراگونال وکيوبيک است.فازمونو کلينيک در درماي 1170C° به فاز تتراگونال و فاز تتراگونال در دماي 2370C° به فاز کيوبيک تبديل مي شود. (شکل 1)

عمده ترين فرم اين ماده که در طبيعت وجود دارد مونو کلينيک است. فرم دما بالاي آن (کيوبيک) به ندرت در طبيعت وجود دارد .منيرال تاز هرانيت (tazheranite) با فرمول Zr,Ti,Ca)o_2 ) يکي از مينرال هايي است که به صورت فاز کيوبيک است. از زير کونياي کيوبيک که به صورت مصنوعي سنتز مي شود به طور گسترده اي درساخت سنگ هاي تزئيني استفاده مي شود. زيرکونياي کيوبيک شبيه ترين ماده به الماس است (شکل 2)

همانگونه که گفتيم زيرکونيا در دماي 1170C° از فاز مونوکلينک به تتراگونال تغيير فاز مي دهد. اين تغيير فاز با تغيير زيادي در پارامتر شبکه همراه است.يکي از پيامدهاي اين تغيير فاز، انبساط حجمي بزرگي است که درهنگام سرد کردن رخ مي دهد وباعث مي شود توليد قطعات زيرکونياي خالص امکان پذير نباشد. (سرد کردن زيرکونيا در دماي1170C° باعث انبساط 5-3% مي شود.)
براي توليد اجزاي زيرکونيايي، اين مسئله ضروري است که همه يا بخشي از زيرکونيا را به صورت کيوبيک يا تتراگونال تثبيت کنيم. اين فرآيند تثبيت کردن بوسيله ي افزودن عوامل تثبيت کننده ايجاد مي شود. افزودن مقادير متنوعي از تثبيت کننده هاي فاز کيوبيک مانندMgo,CaO،O_3 Y_2 موجب تشکيل زيرکونياي تاحدي تثبيت شده (partially Stanlized Zirconia) مي شود.
دربين سه فاز زير کونيا فاز کيوبيک به لحاظ داشتن خواص ويژه از همه ي فازها شرايط بهتري دارد.
ونسبت به فازهاي ديگر ترجيح داده مي شود ازاين روتلاش مي شود تا اين فاز در بدنه حفظ گردد. بعد از فاز کيوبيک فازتتراگونال شرايط بهتري نسبت به فاز مونو کلينيک دارد.استفاده از اکسيدهاي تثبيت کننده باعث باقي ماندن فازهاي دما بالا دردماي اتاق وتوليد قطعات با خواص ممتاز مي شود.
اگردر دماي پايين ما تنها فاز کيوبيک يا تتراگونال داشته باشيم به آن زيرکونياي به طور کامل پايدار شده (Fully Stablized zirconia) مي گوييم.
با استفاده از زيرکونيلي به طور کامل پايدار شده (FSZ) يا زير کونياي تا حدي پايدار شده ( PSZ ) را مي توان بدنه هاي پايدار تهيه کرد. اين بدنه ها خواص ممتازي دارند که در ادامه به آنها مي پردازيم.
افزوده شدن اکسيدهاي تثبيت کننده سبب تشکيل محلول جامد مي شود که در اين حالت توجه به حد حلاليت اکسيد در زير کونيا يکي از مسائل مهم مي باشد. لازم به ذکر است که افزايش Ca و Co مي تواند سختي زيرکونيا را به طور قابل توجهي افزايش دهد. همچنين Mg مي تواند چقرمگي را افزايش دهد ( KIC را افزايش مي دهد)

ويژگي هاي کليدي
 

ويژگي هاي خاص زيرکونيا که موجب استفاده از آن درکاربردهاي متنوعي مي شود عبارتند از:
1) استحکام بالا
2) تافنس شکست بالا
3) مقاومت سايشي استثنائي
4) سختي بالا
5) مقاومت شيميايي استثنايي
6) تافنس بالا
7) ديرگدازي بالا
8) رسانايي يوني (يون اکسيژن)خوب
ويژگي هاي مهم سراميک هاي زيرکونيايي به درجه تثبيت شدن ونوع تثبيت کننده وفرآيند توليد آن بستگي دارد.در جدول 1 ويژگي هاي چند نمونه از زير کونيا آورده شده است.

علاوه برخصوصيات بيان شده در بالا برخي از ويژگي هاي زيرکونيا وجود دارد که باعث شده است اين ماده يکي از مواد مهندسي پرکاربرد باشد. اين ويژگي ها عبارتند از :
1) رفتار اصطلاکي مناسب
2) نداشتن خاصيت مغناطيسي
3) عايق الکتريکي بودن
4) رسانايي گرمايي پايين

انواع زيرکونيا
 

انواع مختلفي از زير کونيا وجود دارد. اين نوع هاي مختلف از زير کونيا بوسيله ي محققين وتوليد کنندگان ارائه گشته است.در واقع محققين براي بدست آوردن خواص مختلف، انواع مختلفي از زير کونيا با فازهاي مختلف توليد کرده اند. برخي از اين فازها تنها در دماهاي بالا پايدارند وبايدبه نحوه اي آنها را سرد کرد که بتوان اين فازها را در دماي اتاق داشته باشيم. برخي از انواع زير کونيا بوسيله ي مکانيزم هاي تافنينگ زير کونيا توليد مي گردند . برخي از آنها درجدول 2 به صورت ليست وار آورده شده است. اکسيد هاي پايدار کننده مورد استفاده دراين مواد معمولاً به صورت پيشوند به حروف اختصاري جدول 2 افزوده مي شود. برخي اوقات درصد ماده ي تثبيت کننده نيز ذکر مي شود. مثال هايي از حروف اختصاري که به همراه انواع مختلف زير کونيا استفاده مي شوند عبارتند از A,Mg,Ce,Y که به ترتيب بدين معنا هستند . (Y_2 O_3،MgO,?CeO?_2، ?AI?_2 O_3 )
عبارت زير 3Y-TZP بدين معنا ست که اين محصول زيرکونياي تتراگونال و پلي کريستالي است که 3 درصد مولي (Y_2 O_3 ) دارد.

مقايسه ي خواص
درجدول 3 خواص گريدهاي مختلف زير کونيا آورده شده است.که اين اطلاعات از منابع مختلفي گرد آوري وترکيب شده اند.

به هر حال همانند اکثر سراميک ها، خواص مواد زيرکونياي نيزتابع فاکتورهاي بسياري مانند پودر اوليه و روش توليد و... است اکثر روش هاي توليد سراميک ها براي زيرکونيا استفاده مي شود مثلاً اين روش ها عبارتند از : پرس خشک، پرس ايزو استاتيک، قالب گيري تزريقي، اکستروژن وريخته گري نواري در طي فرآيند توليد ممکن است ناخالصي هايي به بدنه افزوده شود که اين ناخالصي ها خواص بدنه را کاهش مي دهند.
منبع:ترجمه شده از تعدادي از منابع لاتين مانند : AZOM.COM
ادامه دارد...