Jump to content

Диоксид циркония

(Перенаправлено из оксида циркония )
Диоксид циркония
Имена
ИЮПАК имена
Диоксид циркония
Оксид циркония(IV)
Другие имена
Цирконий
Замена
Идентификаторы
3D model ( JSmol )
ХимическийПаук
Информационная карта ECHA 100.013.844 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 215-227-2
НЕКОТОРЫЙ
Характеристики
ЗрО
2
Молярная масса 123.218 g/mol
Появление белый порошок
Плотность 5,68 г/см 3
Температура плавления 2715 ° C (4919 ° ​​F; 2988 К)
Точка кипения 4300 ° C (7770 ° F; 4570 К)
незначительный
Растворимость растворим в HF и горячих Н 2 ТАК 4
2.13
Термохимия
50,3 Дж К −1 моль −1
-1080 кДж/моль
Опасности
СГС Маркировка :
GHS07: Восклицательный знак
Предупреждение
Х315 , Х319 , Х335
P261 , P264 , P271 , P280 , P302+P352 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P312 , P321 , P332+P313, P337+P313 P362 , P403 , P301 , P403+P233 , P405, P5013 +P233, P405, P501, P501, P501 , , P362 , P403+P233, P3
точка возгорания Невоспламеняющийся
Летальная доза или концентрация (LD, LC):
> 8,8 г/кг (перорально, крыса)
Паспорт безопасности (SDS) Паспорт безопасности
Родственные соединения
Другие анионы
Дисульфид циркония
Другие катионы
Диоксид титана
Диоксид гафния
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).

Диоксид циркония ( ZrO
2
), иногда известный как цирконий не путать с цирконом ), представляет собой белый кристаллический оксид циркония ( . Его наиболее встречающаяся в природе форма с моноклинной кристаллической структурой минерал бадделеит . допант [ нужны разъяснения ] стабилизированный цирконий с кубической структурой, кубический цирконий , синтезируется в различных цветах для использования в качестве драгоценного камня и имитатора алмаза . [ 1 ]

Производство, химические свойства, возникновение

[ редактировать ]

Цирконий получают путем прокаливания соединений циркония с использованием его высокой термостабильности . [ 2 ]

Структура

[ редактировать ]

Известны три фазы: моноклинная при температуре ниже 1170 °С, тетрагональная при температуре от 1170 до 2370 °С и кубическая при температуре выше 2370 °С. [ 3 ] Тенденция заключается в повышении симметрии при более высоких температурах, как это обычно бывает. Небольшой процент оксидов кальция или иттрия стабилизируется в кубической фазе. [ 2 ] Очень редкий минерал тажеранит . (Zr,Ti,Ca)O 2 имеет кубическую форму . В отличие от TiO 2 , который содержит шестикоординированный титан во всех фазах, моноклинный диоксид циркония состоит из семикоординированных циркониевых центров. Это различие объясняется большим размером атома циркония по сравнению с атомом титана. [ 4 ]

Химические реакции

[ редактировать ]

Цирконий химически инертен. Медленно подвергается воздействию концентрированной плавиковой кислоты и серной кислоты . При нагревании с углеродом он превращается в карбид циркония . При нагревании с углеродом в присутствии хлора он превращается в хлорид циркония(IV) . Это преобразование является основой очистки металлического циркония и аналогично процессу Кролла .

Инженерные свойства

[ редактировать ]
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, вызывающие растрескивание при охлаждении от высоких температур. [ 5 ] Когда диоксид циркония смешивается с некоторыми другими оксидами, тетрагональная и/или кубическая фазы стабилизируются. Эффективные легирующие добавки включают оксид магния (MgO), оксид иттрия ( Y 2 O 3 , иттрий), оксид кальция ( CaO ) и оксид церия(III) ( Се 2 О 3 ). [ 6 ]

Цирконий часто более полезен в его фазовом «стабилизированном» состоянии. При нагревании диоксид циркония претерпевает разрушительные фазовые изменения. Добавляя небольшое количество иттрия, эти фазовые изменения устраняются, и полученный материал имеет превосходные термические, механические и электрические свойства. В некоторых случаях тетрагональная фаза может быть метастабильной . Если присутствует достаточное количество метастабильной тетрагональной фазы, то приложенное напряжение, увеличенное концентрацией напряжений на вершине трещины, может привести к превращению тетрагональной фазы в моноклинную с соответствующим объемным расширением. Это фазовое превращение может затем привести к сжатию трещины, замедляя ее рост и повышая вязкость разрушения . Этот механизм, известный как трансформационное упрочнение , значительно увеличивает надежность и срок службы изделий, изготовленных из стабилизированного диоксида циркония. [ 6 ] [ 7 ]

The ZrO 2 Ширина запрещенной зоны зависит от фазы (кубическая, тетрагональная, моноклинная или аморфная) и методов получения, с типичными оценками 5–7 эВ. [ 8 ]

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

Использование

[ редактировать ]

Основное применение диоксида циркония – производство твердой керамики, например, в стоматологии. [ 9 ] для других целей, в том числе в качестве защитного покрытия на частицах пигментов диоксида титана , [ 2 ] в качестве огнеупорного материала, в изоляции , абразивах и эмалях .

Стабилизированный диоксид циркония используется в датчиках кислорода и мембранах топливных элементов , поскольку он обладает способностью позволять кислорода ионам свободно перемещаться через кристаллическую структуру при высоких температурах. Высокая ионная проводимость (и низкая электронная проводимость) делает ее одной из самых полезных электрокерамик . [ 2 ] Диоксид циркония также используется в качестве твердого электролита в электрохромных устройствах .

Цирконий является предшественником электрокерамического цирконата-титаната свинца ( PZT ), который представляет собой диэлектрик с высоким κ, который встречается во множестве компонентов.

Нишевое использование

[ редактировать ]

Очень низкая теплопроводность кубической фазы диоксида циркония также привела к ее использованию в качестве термобарьерного покрытия (ТБП) в реактивных и дизельных двигателях , позволяющего работать при более высоких температурах. [ 10 ] С термодинамической точки зрения, чем выше рабочая температура двигателя, тем выше возможный КПД . Другое применение с низкой теплопроводностью — изоляция из керамического волокна для печей для выращивания кристаллов, батарей топливных элементов и систем инфракрасного отопления.

Этот материал также используется в стоматологии при изготовлении каркасов для изготовления зубных реставраций, таких как коронки и мосты , которые затем по эстетическим соображениям облицовываются обычным полевошпатовым фарфором , или прочных, чрезвычайно долговечных зубных протезов, полностью изготовленных из монолитного диоксида циркония. , с ограниченной, но постоянно улучшающейся эстетикой. [ 11 ] [ 12 ] Цирконий, стабилизированный иттрием (оксидом иттрия), известный как стабилизированный иттрием диоксид циркония , может использоваться в качестве прочного базового материала в некоторых цельнокерамических реставрациях коронок. [ 12 ] [ 13 ]

Трансформационно-упрочненный диоксид циркония используется для изготовления керамических ножей . Благодаря своей твердости столовые приборы с керамической кромкой остаются острыми дольше, чем изделия со стальной кромкой. [ 14 ]

Из-за своей тугоплавкости и яркого свечения при лампе накаливания его использовали в качестве ингредиента палочек для освещения . [ нужна ссылка ]

Было предложено использовать цирконий для электролиза монооксида углерода и кислорода из атмосферы Марса, чтобы получить как топливо, так и окислитель, который можно было бы использовать в качестве хранилища химической энергии для использования при наземном транспорте на Марсе. Двигатели на основе угарного газа/кислорода были предложены для раннего использования наземного транспорта, поскольку и угарный газ, и кислород могут быть напрямую получены электролизом диоксида циркония, не требуя использования каких-либо марсианских водных ресурсов для получения водорода, который понадобится для производства метана. или любое топливо на основе водорода. [ 15 ]

Цирконий можно использовать в качестве фотокатализатора. [ 16 ] поскольку у него большая запрещенная зона (~ 5 эВ) [ 17 ] позволяет генерировать высокоэнергетические электроны и дырки. Некоторые исследования продемонстрировали активность легированного диоксида циркония (с целью увеличения поглощения видимого света) в разложении органических соединений. [ 18 ] [ 19 ] и снижение Cr(VI) из сточных вод. [ 20 ]

Цирконий также является потенциальным диэлектрическим материалом с высоким κ, который потенциально может применяться в качестве изолятора в транзисторах .

Цирконий также используется при нанесении оптических покрытий ; это материал с высоким индексом, который можно использовать в диапазоне от ближнего УФ до среднего ИК диапазона из-за его низкого поглощения в этой спектральной области. В таких случаях он обычно наносится методом PVD . [ 21 ]

В ювелирном деле корпуса некоторых часов рекламируются как «черный оксид циркония». [ 22 ] В 2015 году Omega выпустила полностью Часы ZrO 2 под названием «Темная сторона Луны». [ 23 ] с керамическим корпусом, безелем, кнопками и застежкой, что говорит о том, что они в четыре раза прочнее нержавеющей стали и, следовательно, гораздо более устойчивы к царапинам при повседневном использовании.

При газовой вольфрамовой дуговой сварке вольфрамовые электроды, содержащие 1% оксида циркония (он же диоксид циркония ) вместо 2% тория, имеют хорошее зажигание дуги и токовую мощность, а также не радиоактивны. [ 24 ]

Имитация алмаза

[ редактировать ]
Кубический цирконий блестящей огранки

Монокристаллы кубической фазы циркония широко используются в качестве имитатора алмаза в ювелирных изделиях . Как и алмаз, кубический цирконий имеет кубическую кристаллическую структуру и высокий показатель преломления . Визуально отличить драгоценный камень фианита хорошего качества от бриллианта сложно, и у большинства ювелиров есть тестер теплопроводности, позволяющий идентифицировать фианит по его низкой теплопроводности (алмаз является очень хорошим проводником тепла). называют это состояние циркония кубическим цирконием , CZ или цирконом Ювелиры обычно , но последнее название химически неточно. Циркон на самом деле является минеральным названием встречающегося в природе силиката циркония (IV) ( ZrSiO 4 ).

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Ван, Сан-Франциско; Чжан, Дж.; Луо, Д.В.; Гу, Ф.; Тан, ДЮ; Донг, ЗЛ; Тан, ГЭБ; Que, WX; Чжан, ТС; Ли, С.; Конг, LB (01 мая 2013 г.). «Прозрачная керамика: обработка, материалы и применение». Прогресс в химии твердого тела . 41 (1): 20–54. doi : 10.1016/j.progsolidstchem.2012.12.002 . ISSN   0079-6786 .
  2. ^ Перейти обратно: а б с д Ральф Нильсен «Цирконий и соединения циркония» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2005, Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a28_543
  3. ^ Р. Стивенс, 1986. Введение в цирконий. Магний Электрон Публикация № 113
  4. ^ Гринвуд, Нью-Йорк; и Эрншоу, А. (1997). Химия элементов (2-е изд.), Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN   0-7506-3365-4
  5. ^ Платт, П.; Франкель, П.; Гасс, М.; Хауэллс, Р.; Пройсс, М. (ноябрь 2014 г.). «Конечно-элементный анализ фазового превращения от тетрагонального к моноклинному при окислении циркониевых сплавов» . Журнал ядерных материалов . 454 (1–3): 290–297. Бибкод : 2014JNuM..454..290P . дои : 10.1016/j.jnucmat.2014.08.020 .
  6. ^ Перейти обратно: а б Эванс, АГ; Кэннон, РМ (1986). «Упрочнение хрупких тел мартенситными превращениями» . Акта Металл . 34 : 761. дои : 10.1016/0001-6160(86)90052-0 .
  7. ^ Портер, Д.Л.; Эванс, АГ; Хойер, А.Х. (1979). «Ужесточение трансформации в ПСЗ». Акта Металл . 27 : 1649. doi : 10.1016/0001-6160(79)90046-4 .
  8. ^ Чанг, Джейн П.; Ю-Шэн Линь; Карен Чу (2001). «Быстрое термохимическое осаждение из паровой фазы оксида циркония для применения полевых транзисторов металл-оксид-полупроводник». Журнал вакуумной науки и техники Б. 19 (5): 1782–1787. Бибкод : 2001JVSTB..19.1782C . дои : 10.1116/1.1396639 .
  9. ^ Гамбоги, Джозеф. «Статистика и информация по цирконию и гафнию» . Национальный информационный центр полезных ископаемых Геологической службы США . Архивировано из оригинала 18 февраля 2018 года . Проверено 5 мая 2018 г.
  10. ^ «Термобарьерные покрытия для повышения эффективности газотурбинных двигателей» . Studylib.net . Проверено 6 августа 2018 г.
  11. ^ Папаспиридакос, Панос; Кунал Лал (2008). «Полная реабилитация имплантатов дуги с использованием субтрактивного быстрого прототипирования и протеза из фарфора, сплавленного с диоксидом циркония: клинический отчет» . Журнал ортопедической стоматологии . 100 (3): 165–172. дои : 10.1016/S0022-3913(08)00110-8 . ПМИД   18762028 .
  12. ^ Перейти обратно: а б Кастыль, Ярослав; Хлуп, Зденек; Стастный, Пржемысл; Трунец, Мартин (17 августа 2020 г.). «Обрабатываемость и свойства циркониевой керамики, полученной методом гель-литья» . Достижения прикладной керамики . 119 (5–6): 252–260. Бибкод : 2020AdApC.119..252K . дои : 10.1080/17436753.2019.1675402 . hdl : 11012/181089 . ISSN   1743-6753 . S2CID   210795876 .
  13. ^ Шен, Джеймс, изд. (2013). Передовая керамика для стоматологии (1-е изд.). Амстердам: Эльзевир/БХ. п. 271. ИСБН  978-0123946195 .
  14. ^ «Керамические кухонные ножи и инструменты с зубчатым лезвием диаметром 12 см» . Керамические кухонные ножи и инструменты | Kyocera Азиатско-Тихоокеанский регион . Проверено 4 августа 2021 г.
  15. ^ Лэндис, Джеффри А.; Линн, Дайан Л. (2001). «Марсианская ракета, использующая топливо на месте». Журнал космических кораблей и ракет . 38 (5): 730–35. Бибкод : 2001JSpRo..38..730L . дои : 10.2514/2.3739 .
  16. ^ Коно, Ёсиуми; Танака, Цунэхиро; Фунабики, Такудзо; Ёсида, Сатохиро (1998). «Идентификация и реакционная способность поверхностного промежуточного продукта фотовосстановления CO2 H2 над ZrO2». Журнал Химического общества, Faraday Transactions . 94 (13): 1875–1880. дои : 10.1039/a801055b .
  17. ^ Джионко, Кьяра; Паганини, Мария К.; Джамелло, Элио; Берджесс, Робертсон; Ди Валентин, Кристиана; Паччиони, Джанфранко (15 января 2014 г.). «Диоксид циркония, легированный церием, светочувствительный фотоактивный материал третьего поколения». Журнал физической химии . 5 (3): 447–451. дои : 10.1021/jz402731s . hdl : 2318/141649 . ПМИД   26276590 .
  18. ^ Юань, Цюань; Лю, Ян; Ли, Ле-Ле; Ли, Чжэнь-Син; Фанг, Чен-Цзе; Дуань, Вэнь-Тао; Ли, Син-Го; Ян, Чун-Хуа (август 2009 г.). «Высокоупорядоченный мезопористый фотокатализатор диоксида титана и циркония для применения в разложении родамина-B и выделении водорода». Микропористые и мезопористые материалы . 124 (1–3): 169–178. Бибкод : 2009MicMM.124..169Y . дои : 10.1016/j.micromeso.2009.05.006 .
  19. ^ Бортот Коэльо, Фабрисио; Джионко, Кьяра; Паганини, Мария; Кальца, Паола; Маньякка, Джулиана (3 апреля 2019 г.). «Контроль мембранного загрязнения при фильтрации органических веществ с использованием циркония, легированного церием, и видимого света» . Наноматериалы . 9 (4): 534. дои : 10.3390/nano9040534 . ПМК   6523972 . ПМИД   30987140 .
  20. ^ Бортот Коэльо, Фабрисио Эдуардо; Канделарио, Виктор М.; АРАУЖО, Эстеван Маньо Родригес; МИРАНДА, Таня Люсия Сантос; Маньякка, Джулиана (18 апреля 2020 г.). «Фотокаталитическое восстановление Cr(VI) в присутствии влажной кислоты с использованием иммобилизованного Ce–ZrO2 в видимом свете» . Наноматериалы . 10 (4): 779. дои : 10.3390/nano10040779 . ISSN   2079-4991 . ПМЦ   7221772 . ПМИД   32325680 .
  21. ^ «Оксид циркония Zr02 для оптического покрытия» . Материон . Архивировано из оригинала 20 октября 2013 года . Проверено 30 апреля 2013 г.
  22. ^ «Коаксиальный хронограф Omega 44,25 мм» . Часы ОМЕГА . Архивировано из оригинала 26 марта 2016 г. Проверено 27 марта 2016 г.
  23. ^ «Speedmaster Moonwatch: Темная сторона Луны | ОМЕГА» . Омега . Архивировано из оригинала 9 февраля 2018 г. Проверено 8 февраля 2018 г.
  24. ^ «Выбор вольфрама» (PDF) . Arc-Zone.com . Карлсбад, Калифорния . 2009 . Проверено 15 июня 2015 г.

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
  • Грин, диджей; Ханнинк, Р.; Суэйн, М.В. (1989). Трансформационное упрочнение керамики . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN  0-8493-6594-5 .
  • Хойер, АХ; Хоббс, Л.В., ред. (1981). Наука и технология циркония . Достижения в керамике. Том. 3. Колумбус, Огайо: Американское керамическое общество. п. 475.
  • Клауссен, Н.; Рюле, М.; Хойер, А.Х., ред. (1984). Учеб. 2-я Международная конференция. по науке и технологии циркония . Достижения в керамике. Том. 11. Колумбус, Огайо: Американское керамическое общество.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 26823f86a307152be2a8c67fd85c0595__1717257420
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/26/95/26823f86a307152be2a8c67fd85c0595.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Zirconium dioxide - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)