釔安定氧化鋯

釔穩定氧化鋯可用於製作真空感應熔化用的坩堝，煉鋼用高純鋯質定徑水口或鋯質複合長水口磚等，製作使用溫度大於1800℃超高溫的爐襯及氣體反應爐的內襯用磚。氧化鋯製品因具有半導體的性質，可製成高溫爐的超高溫電爐發熱體，高溫爐管，拉絲模等。還可製成高溫溶液連續測溫氧化鋯元件和各種定氧儀的氧化鋯元件。

基本介紹

• 中文名：釔安定氧化鋯
• 外文名：YSZ
• 優點：高溫時有良好離子導電性

基本概念

釔安定氧化鋯這種材料在高溫下(600~1000℃)具有良好的離子導電性，其一次粒子直徑為200~400埃(長度單位)的均一微粒子,燒結性良好.在1500~150℃下燒結時,得出高強度、高韌性的燒結體。釔穩定氧化鋯具有抗熱震性強、耐高溫、化學穩定性好、材料複合性突出等特點。將釔穩定氧化鋯與其他材料（Al2O3、SiO2）複合，可以極大地提高材料的性能參數，提高其斷裂韌性、抗彎強度等。

套用範圍

1.釔穩定氧化鋯可以用在高強度、高韌性耐磨製品：磨機內襯、切削刀具、拉絲模、熱擠壓模、噴嘴、閥門、滾珠、泵零件、多種滑動部件等.

2.功能陶瓷，結構陶瓷：電子陶瓷、生物陶瓷
3.壓電元件.氧敏電阻.大容量電容器;
4.人造寶石：研磨材料
5.釔穩定氧化鋯還可以耐火材料：電子陶瓷燒支承墊板，熔化玻璃、冶金金屬用耐火材料；在高技術領域的套用日益擴大。
6.經過矽烷修飾的奈米ZrO2顆粒,在其添加量為3.0%時,可以顯著地提高奈米ZrO2/PMMA複合材料的撓曲強度。

釔安定氧化鋯套用實例

氧氣探測報警儀

以極限式氧氣感測器為例，在固體電解質的兩側有白金電極，側開氣體擴散孔並有加熱用的熱絲，蓋好網罩帽接合而成。固體電解質是採用含8%摩爾的三氧化二釔(Y₂O₃)的安定氧化鋯(ZrO₂)燒結體。它利用固體電解質中陶瓷多孔質膜的氣孔使氣相擴散的原理，測出在各種氧濃度下的電壓—電流特性曲線，可以觀察出各種氧濃度都有明確的極限電流值。

極限電流式氧氣感測器的優點是小型、重量輕、無須基準氣體、壽命長。

固體氧化物燃料電池

SOFC：顧名思義,SOFC採用全固體氧化物電解質,最常見的有釔安定氧化鋯(YSZ)SOFC電池。這種材料在高溫下(600~1000℃)具有良好的離子導電性,因而避免了使用昂貴的鉑元素做催化劑。電池運行時,氧離子通過電解質擴散至陽極,與氫氣發生反應,形成水蒸氣。

SOFC的優勢是它可以直接使用天然氣、液化石油氣或沼氣作為燃氣,其效率隨著溫度而增加,一般為50%~60%。然而,由於SOFC系統中的許多部件屬陶瓷材料,為防止熱衝擊,運行啟動必須緩慢。為此,科學家們已研製出中溫SOFC,例如採用“鈰釓氧化物”替代YSZ電解質,可將電池的工作溫度降低到到500~600℃,許多陶瓷器件也因此可以用不鏽鋼器件代替,從而大大提高了材料的熱沖性,減少了系統啟動時間而節能效果顯著。

氧化鋯

氧化鋯的晶體結構具有三種同素異構體,分別為單斜晶、正方晶及立方品晶結構。在<850℃低溫時,氧化錯呈現對稱性較差的單斜晶;隨著溫度的上升在850~1000℃,晶相轉變成對稱性較佳的正方晶;到更高溫2370℃,會轉變成立方晶相;2680℃達到氧化鋯的熔融溫度,但這些相變化溫度會受到加入其他氧化物(例如氧化釔)而影響,例如立方晶相氧化鋯加入8mol氧化釔,立方晶會被穩定到室溫,因此雙成分的相轉變溫度有明顯的變化,詳細的溫度及晶相變化在氧化鋯一雙成分相圖中可以查到。

穩定化氧化鋯

純氧化鋯從高溫冷卻至室溫，經過相變態溫度時正方晶轉換成單斜晶，因其體積劇烈改變，造成燒結後的成品含有微裂縫，往往不堪使用。二氧化鋯室溫下不以立方晶相(螢石晶體結構)存在，但藉由添加其他的氧化物，可大幅增加二氧化鋯以立方晶相穩定存在的溫度範圍。摻雜相穩定劑的二氧化鋯被稱作穩定化氧化鋯(stabilized zirconias)