Диоксид циркония

редактировать
Диоксид циркония
ZrO2powder.jpg
Кристаллструктур Zirconium (IV) -oxid.png
Имена
Имена ИЮПАК Диоксид циркония. Цирконий (IV) оксид
Другие названия Цирконий. Бадделеит
Идентификаторы
Номер CAS
ECHA InfoCard 100.013.844 Измените это на Викиданных
Номер EC
  • 215-227-2
PubChem CID
UNII
CompTox Dashboard (EPA )
InChI
Свойства
Химическая формула ZrO. 2
Молярная масса 123,218 г / моль
Внешний видбелый порошок
Плотность 5,68 г / см
Точка плавления 2715 ° C (4919 ° ​​F; 2988 K)
Точка кипения 4300 ° C (7770 ° F; 4570 K)
Растворимость в воде незначительная
Растворимость растворим в HF, и горячий H2SO4
Показатель преломления (nD)2,13
Термохимия
Стандартная молярная. энтропия (S 298)50,3 ДжК моль
Стандартная энтальпия образования. (ΔfH298)–1080 кДж / моль
Опасности
Паспорт безопасности MSDS
Пиктограммы GHS GHS07 : Вредный
Сигнальное слово GHS Предупреждение
Предупреждения об опасности GHS H315, H319, H335
Меры предосторожности GHS P261, P264, P271, P280, P302 + 352, P304 + 340, P305 + 351 + 338, P312, P321, P332 + 313, P337 + 313, P362, P403 + 233, P405, P501
Температура вспышки Невоспламеняющийся
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
LD50(средняя доза )>8,8 г / кг (перорально, крыса)
Родственные соединения
Прочие анионы Дисульфид циркония
Прочие катионы Диоксид титана. Диоксид гафния
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☑ Y (what ?)
Ссылки на информационные панели

Диоксид циркония (ZrO. 2), иногда известный как диоксид циркония (не путать с цирконием ), представляет собой белый кристаллический оксид из циркония. Его наиболее встречающейся в природе формой с моноклинной кристаллической структурой является минерал бадделеит. Стабилизированный легирующими добавками кубический структурированный диоксид циркония, кубический диоксид циркония, синтезируется в различных цветах для использования в качестве драгоценного камня и имитатора алмаза.

Содержание

  • 1 Производство, химическое свойства, наличие
    • 1.1 Структура
    • 1.2 Химические реакции
  • 2 Технические характеристики
  • 3 Использование
    • 3.1 Использование в нише
    • 3.2 Имитатор алмаза
  • 4 См. также
  • 5 Ссылки
  • 6 Дополнительная литература
  • 7 Внешние ссылки

Производство, химические свойства, наличие

Диоксид циркония получают путем кальцинирования соединений циркония с использованием его высокой термостойкости.

Структура

Известны три фазы: моноклинная ниже 1170 ° C, тетрагональная между 1170 ° C и 2370 ° C и кубическая выше 2370 ° C. Как обычно, наблюдается тенденция к более высокой симметрии при более высоких температурах. Небольшой процент оксидов кальция или иттрия стабилизируется в кубической фазе. Очень редкий минерал тажеранит (Zr, Ti, Ca) O 2 имеет кубическую. В отличие от TiO 2, который содержит шестикоординированный титан во всех фазах, моноклинный диоксид циркония состоит из семикоординированных циркониевых центров. Эта разница объясняется большим размером атома циркония по сравнению с атомом титана.

Химические реакции

Диоксид циркония химически инертен. Он медленно атакуется концентрированной плавиковой кислотой и серной кислотой. При нагревании углеродом превращается в карбид циркония. При нагревании углем в присутствии хлора он превращается в тетрахлорид циркония. Это преобразование является основой для очистки металлического циркония и аналогично процессу Кролла.

Технические свойства

Шарики подшипника

Диоксид циркония - один из наиболее изученных керамических материалов.. ZrO 2 принимает моноклинную кристаллическую структуру при комнатной температуре и переходит в тетрагональную и кубическую при более высоких температурах. Изменение объема, вызванное переходом структуры от тетрагональной к моноклинной и кубической, вызывает большие напряжения, вызывая ее растрескивание при охлаждении от высоких температур. Когда диоксид циркония смешивают с некоторыми другими оксидами, тетрагональная и / или кубическая фазы стабилизируются. Эффективные легирующие добавки включают оксид магния (MgO), оксид иттрия (Y2O3, оксид иттрия), оксид кальция (CaO) и оксид церия (III) <110.>(Ce 2O3).

Диоксид циркония часто более полезен в его фазовом «стабилизированном» состоянии. При нагревании диоксид циркония претерпевает разрушительные фазовые изменения. При добавлении небольшого процента оксида иттрия эти фазовые изменения устраняются, и получаемый материал имеет превосходные термические и механические характеристики, и электрические свойства. В некоторых случаях тетрагональная фаза может быть метастабильной. Если присутствует достаточное количество метастабильной тетрагональной фазы, то приложенное напряжение, увеличенное концентрацией напряжений при вершина трещины может вызвать превращение тетрагональной фазы в моноклинную с соответствующим объемным расширением. Это фазовое превращение может затем привести трещину к сжатию, замедляя ее рост и увеличивая вязкость разрушения. Этот механизм является известное как усиление трансформации, значительно увеличивает надежность и л Срок службы продуктов, изготовленных из стабилизированного диоксида циркония.

Ширина запрещенной зоны ZrO 2 зависит от фазы (кубическая, тетрагональная, моноклинная или аморфная) и методов приготовления, с типичными оценками от 5 до 7 эВ.

Особым случаем диоксида циркония является поликристалл тетрагонального диоксида циркония или TZP, что указывает на поликристаллический диоксид циркония, состоящий только из метастабильной тетрагональной фазы.

Использует

Высокопрозрачный мостовидный протез из диоксида циркония, покрытый фарфором и окрашенный глянцевой пастой.

Основное применение диоксида циркония - производство твердой керамики, например, в стоматологии, с другими применениями, в том числе в качестве защитных. покрытие на частицах пигментов диоксида титана в качестве тугоплавкого материала в изоляционных, абразивных материалах и эмалях. Стабилизированный диоксид циркония используется в кислородных датчиках и топливных элементах мембранах, потому что он позволяет кислородным ионам свободно перемещаться через кристалл. структура при высоких температурах. Эта высокая ионная проводимость (и низкая электронная проводимость) делают ее одной из наиболее полезных электрокерамики. Диоксид циркония также используется в качестве твердого электролита в электрохромных устройствах.

. Диоксид циркония является предшественником электрокерамического цирконата-титаната свинца (PZT) с высоким содержанием K диэлектрик, который содержится во множестве компонентов.

Niche использует

Очень низкая теплопроводность кубической фазы диоксида циркония также привела к его использованию в качестве термобарьерного покрытия., или TBC, в реактивных и дизельных двигателях, чтобы обеспечить работу при более высоких температурах. Термодинамически, чем выше рабочая температура двигателя , тем выше возможный КПД. Еще одно применение с низкой теплопроводностью - изоляция из керамического волокна для печей для выращивания кристаллов, изоляция батареи топливных элементов и систем инфракрасного нагрева.

Этот материал также используется в стоматологии для изготовления 1) подрамников для изготовления зубных реставраций, таких как коронок и мостовидных протезов, которые затем облицовываются обычным полевым шпатом фарфором по эстетическим причинам, или 2) прочные, чрезвычайно прочные зубные протезы, полностью изготовленные из монолитного диоксида циркония, с ограниченным, но постоянно улучшающимся эстетическим видом. Диоксид циркония, стабилизированный иттрием (оксидом иттрия), известный как диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, может использоваться в качестве прочного основного материала в некоторых цельнокерамических реставрациях коронок.

Трансформация Закаленный диоксид циркония используется для изготовления керамических ножей. Из-за своей твердости столовые приборы с керамическими краями остаются острыми дольше, чем изделия со стальными краями.

Благодаря своей плавкости и яркости при накаливании они использовались в качестве ингредиента палочек для центр внимания.

Диоксид циркония был предложен для электролиза оксида углерода и кислорода из атмосферы Марса, чтобы обеспечить как топливо, так и окислитель, который может быть использован в качестве запас химической энергии для использования с наземным транспортом на Марсе. Двигатели, работающие на угарном газе / кислороде, были предложены для использования на ранних этапах наземного транспорта, поскольку и окись углерода, и кислород можно было непосредственно получить электролизом диоксида циркония, не требуя использования каких-либо водных ресурсов Марса для получения водорода, который был бы необходим для производства метана или любого топлива на водородной основе.

Диоксид циркония может использоваться в качестве фотокатализатора, поскольку его большая запрещенная зона (~ 5 эВ) позволяет генерировать высокоэнергетические электроны и дырки. Некоторые исследования продемонстрировали активность легированного диоксида циркония (с целью увеличения поглощения видимого света) по разложению органических соединений и восстановлению Cr (VI) из сточных вод.

Цирконий также является потенциальным диэлектрический материал с высоким коэффициентом k с потенциальными применениями в качестве изолятора в транзисторах .

. Диоксид циркония также используется для нанесения оптических покрытий ; это материал с высоким показателем преломления, который можно использовать в диапазоне от ближнего УФ до среднего ИК из-за его низкого поглощения в этой спектральной области. В таких случаях его обычно наносят с помощью PVD.

. В ювелирном деле некоторые корпуса часов рекламируются как «черный оксид циркония». В 2015 году Omega выпустила полностью ZrO 2 часы под названием «The Dark Side of The Moon» с керамическим корпусом, безелем, кнопками и застежкой, рекламируя их как в четыре раза более твердые, чем нержавеющая сталь и, следовательно, более устойчивые к царапинам при повседневном использовании.

Имитатор алмаза

Кубический диоксид циркония бриллиантовой огранки

Монокристаллы кубической фазы диоксида циркония обычно используются в качестве имитатора алмаза в ювелирных изделиях. Как и алмаз, кубический диоксид циркония имеет кубическую кристаллическую структуру и высокий показатель преломления. Визуально отличить кубический цирконий хорошего качества от алмаза сложно, и у большинства ювелиров есть тестер теплопроводности для определения кубического диоксида циркония по его низкой теплопроводности (алмаз является очень хорошим проводником тепла). Это состояние диоксида циркония ювелиры обычно называют кубическим диоксидом циркония, CZ или цирконием, но последнее название не является химически точным. Циркон - это минеральное название встречающегося в природе силиката циркония (ZrSiO 4).

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

  • Грин, ди-джей; Hannink, R.; Суэйн, М. В. (1989). Трансформационное упрочнение керамики. Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 0-8493-6594-5.
  • Heuer, A.H.; Хоббс, Л.В., ред. (1981). Наука и технология диоксида циркония. Успехи в керамике. 3 . Колумбус, Огайо: Американское керамическое общество. п. 475.
  • Claussen, N.; Rühle, M.; Heuer, A.H., ред. (1984). Proc. 2-я Международная конф. по науке и технологии диоксида циркония. Успехи керамики. 11 . Колумбус, Огайо: Американское керамическое общество.

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-23 10:28:10
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте