کاربردها
 

همانگونه که پيش از اين گفته شد زيرکونياي خالص به خاطر استحکام پايين کاربرد ندارد. ولي افزوده شدن برخي ازاکسيدها باعث بهبود خواص مکانيکي آن مي گردد.
دربرخي موارد، فاز تتراگونال مي تواند فازي نيمه پايدار باشد. اگر ميزان کافي از فاز تتراگونال نيمه پايدار در بدنه وجود داشته باشد وتنشي برآن اعمال شود، با افزايش ميزان تنش درنوک ترک تبديل فازي تتراگونال به مونوکلينيک رخ مي دهد وافزايش حجم اتفاق مي افتد. اين افزايش حجم موجب مي شود ترک تحت فشار قرار گرفته شود واز رشد آن جلوگيري شود. اين مسئله موجب افزايش تافنس شکست مي شود. اين مکانيزم، مکانيزم افزايش تافنس از طريق تغييرات فازي زير کونيا ناميده مي شود. و مي تواند موجب افزايش قابليت اطمينان وعمر مفيد محصولات توليدي بوسيله ي زير کونياي پايدار شده بشود.
يک نمونه ي خاص از زير کونيا، زير کونياي تتراگونال و پلي کريستال (zirconia polycrystalline tetragonal) ناميده مي شود که به اختصارTZP ناميده مي شود همانگونه که از اسم اين نوع زير کونيا معلوم است TZP ، زير کونيايي است که به صورت پلي کريستال بوده وتنها از فاز نيمه پايدار تتراگونال تشکيل شده است.
فاز کپوبيک زيرکونيا همچنين داراي رسانايي گرمايي بسيار پاييني است. اين مسئله منجر مي شود تا از اين ماده به عنوان پوشش مانع در برابر حرارت (TBC) در جت وموتورهاي ديزل استفاه شود.استفاده از زيرکونياي کيوبيک دراين کاربردها اجازه مي دهد تا دماي کاربري اين وسايل را افزايش دهيم و بازده موتور را بالا ببريم (اين مسأله از لحاظ ترموديناميکي ثابت گشته است) در سال 2004 ، يک گروه تحقيقاتي بزرگ مشغول بهبود کيفيت و دوام اين پوشش ها شدند. اين نوع پوشش ها به عنوان ماده ديرگداز ، عايق، ساينده وبه عنوان لعاب فلزي وسراميکي مصرف مي شود. زيرکونياي پايدار شده در سنسورهاي اکسيژن وغشاء هاي سلول سوختي استفاده مي شوند. علت استفاده از آن دراين کاربردها اين است که اين ماده اجازه ي عبور آسان يون هاي اکسيژن را از ميان ساختارش ( در دماي بالا) مي دهد. اين رسانايي يوني بالا (و رسانايي الکتريکي پايين) باعث مي شود تا اين ماده به عنوان يک الکتروسراميک مهم مطرح گردد.
گاف انرژي زيرکونيا به نوع فاز (کيوبيک ، تتراگونال ، مونوکلينيک يا آمورف) و روش توليد بستگي دارد. مقدار اين گا فسا بين7-5ev است.
اين ماده همچنين درتوليد زير ساختارهاي مورد استفاده درساخت و ترميم دندان ها مانند تاج دندان واتصالات دنداني مصرف مي شود. اين زيرساختارها معمولاً بوسيله ي پرسلان هاي فلرسپاتي مرسوم پوشش دهي مي شوند.
دي اکسيد زيرکونيوم مي تواند به صورت يک پودر سفيد رنگ باشد که داراي خواص آمفوتري است. با توجه به نقطه ذوب بالا وخاصيت درخشان بودن، اين ماده در توليد اجزاي چراغ استفاده مي شود. زيرکونيا يک ماده ي مهم دي الکتريک مهم مي باشد. در واقع زيرکونيا يک دي الکتريک بالاي بالاست .
(high-k-dielectric). اين پيش بيني مي شود که بتوان از آن به عنوان عايق ترانسيستور در وسايل نانوالکتريکي استفاده کرد.
درادامه به بيان برخي از کاربردهاي زيرکونيا مي پردازيم.

چاقو و قيچي ها
 

يکي از مشکلات عمده چاقو ها و قيچي هاي فلزي هنگامي ايجاد مي شود که بخواهيم با يک چاقوي فلزي يک ماده ي با تافنس بالا مانند يک تکه پارچه ي کولار را ببريم. ويا بخواهيم تعداد زيادي برگه ي کاغذي را ببريم. دراين موارد معمولاً وسيله ي برش به سرعت کند مي شود وکارايي خود را از دست مي دهد.
چاقوها وقيچي هاي زيرکونيايي يک ماده ي مناسب براي اين کاربردها هستند. اين وسايل ديرتر کند مي شوند. وزمان زيادتري تند باقي مي مانند.
ويژگي هاي کليدي که باعث مي شود که زيرکونيا يک ماده ي مناسب براي اين کاربردها باشد عبارتند از :
1) استحکام وتافنس شکست بالا به همراه سختي بالا (اين سختي معمولاً بيشتر از موادي است که مي خواهيم آنها را ببريم.)
2) اندازه ي دانه هاي ريز(ريزساختار مناسب) که باعث مي شود بتوانيم گوشه هاي تيز بوجود آوريم
3) اثر افزايش تافنس از طريق تغييرات فازي زيرکونيا در لبه هاي ماشين کاري شده ي وسايل که موجب افزايش تافنس مي شود.
کاربر دهاي مشابه براي زير کونيا عبارتند از تيغه هاي برنده ي فيلم هاي پلاستيکي ونوارهاي مغناطيسي وساير مواد ساينده
زيرکونيا همچنين در ساخت وسايل برنده ي کامپوزيتي وچرخ ها ساينده کاربرد دارد.

درزگير و قطعات پمپ و واشرها
 

انتقال دوغاب ومواد شيميايي خورنده يکي از مشکلاتي است که صنايع با آن روبرو هستند. دما وفشار بالاي اين محلول ها موجب پديد آمدن شرايط بسيار خورنده وفعال مي شود. ويژگي هاي کليدي که باعث مي شود زيرکونيا يک ماده ي مناسب براي اين کاربردها باشد عبارتند از:
1) مقاومت شيميايي بالا
2) سختي بالا و مقاومت به سايش
3) سطح پاياني مناسب ومقاوم در برابر ايجاد رسوب که باعث مي شود اصطکاک محلول با بدنه به حداقل برسد.
4) تافنس بالا که موجب جلوگيري از خسارت در هنگام برخورد قطعات جامد درحين کارمي شود.
5) ايمپلنت هاي ارتوپدي
زيرکونيا د رمفصل گوي و کاسه اي ران وبه عنوان گوي استفاده مي شود. استحکام بالا وتافنس بالا اجازه مي دهد تا اندازه ي امپلنت مفصل ران کوچکتر شود.اين کوچکترشدن نيز باعث افزايش کارايي مفصل مي شود . قابليت پوليش خوردن اين نوع امپلنت ها باعث مي شود تا اصطکاک ناخواسته ي بوجود آمده در بخش هاي مختلف امپلنت کاهش يابد.
خنثي بودن شيميايي اين ماده دربرابر محيط هاي فيزيولوژيکي احتمال پديد آمدن عفونت ها را در اين امپلنت ها کاهش مي دهد.به خاطر همين مسئله تنها از ماده ي اوليه ي با راديو اکتيوتيدي پايين مي توان در توليد اين گونه امپلنت ها استفاده کرد.

کاربردهاي ديرگداز
 

پودر زير کونيا (مونوکلينيک و نسبتاً پايدار شده ) درکامپوزيت هاي ديرگداز استفاده مي شود. تا مقاومت به شک حرارتي ومقاومت به سايش افزايش يابد. اين مواد درکاربردهاي ويژه مانند صفحات لغزشي خروجي فولاد مذاب، قطعات غوطه ور در فولاد مذاب مانند ميله ي مسدود کننده و به عنوان اجزاي فازهاي غوطه وري کاربرد دارند.

کاربردهاي الکتريکي
 

کاربردهاي الکتريکي والکترونيکي زيرکونيا بر پايه ي رسانايي الکتريکي نسبتاً پايين آن و رسانايي يوني بالاي (رسانايي يون اکسيژن) زيرکونياي کاملاً پايدار شده قرار دارد. اين ويژگي ها باعث مي شوند که از زير کونيا براي کاربردهاي زير استفاده شود:
1) المنت هاي حرارتي که مي توانند در اتمسفر هوا و در رنج گسترده اي از دما کار کند.
2) سنسورهاي اکسيژن که براساس قانون سلول نرنست کار مي کنند.
3) الکتروليت در سلولهاي سوختني اکسيد جامد.

سنگ هاي تزئيني مصنوعي
 

با ذوب زيرکونيا و پالايش و کريستاليزاسيون مجدد آن ، سنگ جواهر پديد مي آيد. اين نوع سنگ جواهر به الماس ، ياقوت سرخ و زرد و زمرد سبز شبيه است. از اين نوع زيرکونيا درساخت مشعل هاي پلاسما استفاده مي شود. کاربرد ديگر اين زيرکونيا استفاده از آن به عنوان عوامل جوانه زا درشيشه سراميک هاست.

زير کونيا جايگزين فولاد
 

جايگزيني زيرکونيا به جاي فولاد سبب بهبود وسايل برش، مفاصل و وسايل پزشکي مي شود. زيرکونيا سراميکي است که استحکامي شبيه به فولاد دارد وسختي و مقاومت بالايي به خوردگي دارد . با توجه به ويژگي هاي گفته شده زير کونيا پتانسيل بسيار خوبي براي استفاده شدن در صنعت و پزشکي را دارد. پره هاي توربين آبي که از زير کونيا ساخته شده اند مثالي از اين کاربردهاست. اين نوع پره ها را مي توان تر وبهتر شکل دهي کرد. همچنين آنها سطحي صاف تر از نوع فولادي دارند.
تاکنون استفاده هاي زير کونيا به خاطر استحکام پايين آن و پديد آمدن ترک در هنگام قراگيري آن در دماي ( 600c° -100) ودر حضور آب، محدود بوده است. در واقع زيرکونيا به خاطر پديد آمدن فرايند تخريب هيدروترمال کاربرد کمي داشته است. با ترکيب شدن تکنيک هاي هندي وکار در مقياس نانو، از پديدآمدن اين فرايند جلوگيري گشته است. در واقع با افزودن درصد کمي از موادي همچون آلومينا به زير کونيا از پديد آمدن تخريب هيدروترمال جلوگيري مي شود.
در ادامه به بيان روش هاي افزايش تافنس از طريق تغييرات فازي زيرکونيا مي پردازيم.
منبع:ترجمه شده از تعدادي از منابع لاتين مانند : AZOM.COM
ادامه دارد...