يعتبر الزركونيا (ZrO2) فريدًا من بين مجموعة أكسيد السيراميك الناعم نظرًا لصلابة كسره الاستثنائية وخصائص التمدد الحراري، ونتيجة لذلك فإنه يتم استخدام سيراميك الزركونيا على نطاق واسع كحل متخصص في التطبيقات شديدة التحمل ودرجات الحرارة العالية، ويأتي سيراميك الزركونيا في مجموعة من الدرجات والأشكال من أجل تلبية المتطلبات القصوى لهذه الأسواق المتطلبة، وفيما يلي سيتم ذكر بعض الاستخدامات والتطبيقات لأكسيد الزركونيوم.
استخدامات وتطبيقات أكسيد الزركونيوم
تعتبر الزركونيا أحد أفضل المواد الخزفية المتوافقة حيوياً المعروفة حاليًا إلى جانب التيتانيوم المعدني، وثاني أكسيد الزركونيوم أو الزركونيا هي الكلمة المستخدمة في طب الأسنان اليوم، قد نقول أن الزركونيا مادة مفضلة في طب الأسنان الترميمي المعاصر لعدة أسباب، علاوة على ذلك فإنه يتمحور طب الأسنان الترميمي حول تعزيز الالتصاق والترابط الدائم للترميمات، وجدت زركونيا تطبيقات واسعة في ترميم الأسنان مثل الجسور والتيجان ودعائم زراعة الأسنان وأنظمة زراعة الأسنان الكاملة.
- اشتعلت الزركونيا جاذبية نظرًا لخصائصها الميكانيكية الفائقة مثل قوة الانثناء الفائقة (التي تبلغ 1200 ميجا باسكال مقارنة بـ 1000 ميجا باسكال للصلب) وصلابة عالية للكسر وصلابة عالية وإجهاد ممتاز ومقاومة للضرر، كما أن المادة مقاومة للهجمات الكيميائية ولا تتفاعل بسهولة مع الأحماض القوية أو القلويات أو غيرها من المواد المسببة للتآكل، وفيما يتعلق بخصائصه الفيزيائية فإنه عبارة عن مادة بيضاء غير شفافة لا تذوب أو تتفاعل مع الماء والمذيبات الأخرى، وهو عازل حراري وكيميائي ممتاز ويستخدم في خلايا الوقود.
- يستخدم ثاني أكسيد الزركونيوم (ZrO2) على صورة مادة كاشطة من أجل عملية صنع عجلات طحن وورق صنفرة خاص، كما أنه يستخدم في طلاء السيراميك وفي المينا وفي تبطين الأفران وقوالب درجات الحرارة العالية، حيث أنه يقاوم التآكل في درجات الحرارة العالية مما يجعلها مثالية للبوتقات وأنواع أخرى من الأدوات المختبرية، ويستخدم ثاني أكسيد الزركونيوم كـ “جامع” من أجل إزالة آخر أثر للهواء عند إنتاج الأنابيب المفرغة.
- يحدث أكسيد الزركونيوم في الطبيعة كمعدن البادلايت، وللأكسيد العديد من التطبيقات الصناعية إذ يتم استخدامه كمادة مقاومة للحرارة، ويتم استخدامه في صناعة الزجاج العاكس للغاية للسيراميك والزجاج وبطانات الأفران المعدنية والبوتقات ومعدات المختبرات، ويستخدم الأكسيد لإنتاج الأكسجين الهيدروجين والأضواء المتوهجة، ومن الاستخدامات الأخرى هي في إنتاج بلورات كهرضغطية وألياف مقاومة للحرارة وملفات حث عالية التردد، كما يستخدم الأكسيد المائي في علاج التهاب الجلد الناتج عن اللبلاب السام.
- ويستخدم أكسيد الزركونيوم بدلا من الجير لضوء أوكسي الهيدروجين، ومع تراب مجموعة الإيتريوم في الإضاءة المتوهجة (مصابيح نرنست)، وكصبغة كاشطة، وفي تصنيع المينا والزجاج الأبيض والبوتقات المقاومة للصهر وبطانات الأفران، وأكسيد الزركونيوم هو أكثر مركبات الزركونيوم شيوعًا الموجودة في الطبيعة، وله استخدامات عديدة منها إنتاج الأقمشة المقاومة للحرارة والأقطاب الكهربائية والأدوات المقاومة للحرارة وكذلك في علاج الأمراض الجلدية.
- البادلايت المعدني (المعروف باسم الزركونيا أو ZrO2) هو الشكل الطبيعي لأكسيد الزركونيوم ويستخدم لإنتاج الزركونيوم المعدني باستخدام عملية كرول، تُستخدم عملية كرول لإنتاج معدن التيتانيوم وكذلك الزركونيوم، يتم اختزال المعادن في شكل رباعي كلوريد معدني بمعدن المغنيسيوم ثم يتم تسخينها إلى “حمراء ساخنة” تحت الضغط العادي في وجود بطانية من الغاز الخامل مثل الهيليوم أو الأرجون.
الاستخدامات الصناعية لثاني أكسيد الزركونيوم
هناك عدة أنواع من الزركونيا: أكسيد نقي (أحادي الميل) وشكل مستقر (مكعب) وعدد من الاختلافات مثل الزركونيا المستقرة والمغنيسيوم والدرجات النووية، يحتوي الزركونيا المستقرة على نقطة انصهار عالية حوالي 2760 درجة مئوية وموصلية حرارية منخفضة ولا تتأثر عمومًا بأكسدة وتقليل الغلاف الجوي ومعظم المواد الكيميائية.
- يتم استخدام الزركونيا المستقرة من الإيتريا والمغنيسيا على نطاق واسع للمعدات والأوعية التي تتلامس مع المعادن السائلة، يستخدم الزركونيا أحادي النواة لعناصر الوقود النووي وأجهزة المفاعل والتطبيقات ذات الصلة التي تتطلب درجة نقاء عالية (99.7٪)، وتتميز الزركونيا بكونها عازلاً كهربائيًا عند درجات حرارة منخفضة، وتصبح تدريجيًا موصلًا مع زيادة درجات الحرارة.
- لقد تم إنتاج ألياف زركونات الرصاص المعدلة باللانثانم (PLZT) بقطر حوالي 300 ميكرون بواسطة طريقة المعالجة بالحرارة، يتمثل الاستعمال الرئيسي للزركونيا في عملية إنتاج السيراميك مع استعمالات أخرى بما في ذلك على شكل طلاء واقي على جزيئات أصباغ ثاني أكسيد التيتانيوم، كمادة مقاومة للحرارة، في العزل والمواد الكاشطة والمينا.
- يتم استعمال الزركونيا المستقرة في مستشعرات الأكسجين وأغشية خلايا الوقود لأنها تتمتع بالقدرة على السماح لأيونات الأكسجين بالتحرك بحرية عبر التركيب البلوري عند درجات حرارة عالية، هذه الموصلية الأيونية العالية (والموصلية الإلكترونية المنخفضة) تجعلها واحدة من أكثر السيراميك الكهربائي فائدة كما يستعمل مركب ثاني أكسيد الزركونيوم كإلكتروليت صلب في الأجهزة الكهربية، الزركونيا هي مقدمة لمادة زركونات الرصاص الكهروكيميائية (PZT).
