Oxyde de zirconium
Caractéristiques
Formule chimique : ZrO₂
Dénomination : oxyde de zirconium / oxyde de zirconium(IV)
N° CAS : 1314-23-4
Masse molaire : 123,22 g/mol
Densité : 5,68 g/cm³ (phase monoclinique), jusqu'à 6,10 g/cm³ (phase tétragonale/cubique)
Point de fusion : environ 2715 °C
Point d'ébullition : environ 4300 °C
Couleur : blanc
Forme : poudre fine ou matériau fritté dense
Modifications cristallines : monoclinique, tétragonale et cubique
Solubilité : insoluble dans l'eau, les milieux alcooliques ainsi que dans les acides et alcalis dilués
L'oxyde de zirconium (ZrO₂) est un composé inorganique et l'un des matériaux les plus importants de la céramique technique de haute technologie moderne. Il est fourni sous forme de poudre blanche fine ou de produits frittés denses et se distingue par une résistance thermique, mécanique et chimique élevée.
Le ZrO₂ existe sous plusieurs modifications cristallines dépendantes de la température. La phase monoclinique est stable jusqu'à environ 1170 °C, la phase tétragonale dans la plage d'environ 1170 à 2370 °C, et à des températures plus élevées, une structure cubique se forme.
L'ajout de stabilisants tels que l'oxyde d'yttrium Y₂O₃, l'oxyde de magnésium MgO ou l'oxyde de calcium CaO permet de conserver la structure tétragonale ou cubique à température ambiante. On obtient ainsi de l'oxyde de zirconium partiellement stabilisé et des matériaux de type Y-TZP / PSZ.
Le mécanisme de durcissement par transformation revêt une importance particulière. Lors de l'apparition de contraintes mécaniques, une transformation de phase locale contribue à empêcher la propagation des fissures, grâce à quoi la céramique à base de zirconium stabilisée associe une résistance élevée à une ténacité accrue à la fissuration.
L'oxyde de zirconium ne se dissout pas dans l'eau et se caractérise par sa résistance à de nombreux acides et alcalis dilués. Il peut toutefois se dissoudre dans l'acide sulfurique concentré chaud et dans l'acide fluorhydrique. Le matériau se distingue également par une faible conductivité thermique, une haute résistance à l'usure et une bonne biocompatibilité, ce qui permet son utilisation dans des produits céramiques techniques et médicaux.
La production industrielle est principalement réalisée par décomposition thermique de sels de zirconium ou par précipitation chimique à partir de solutions d'oxychlorure de zirconium, suivie d'une calcination.
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Avantages
• Haute résistance à la fissuration grâce au durcissement par transformation
• Résistance mécanique élevée
• Bonne biocompatibilité
• Grande dureté et haute résistance à l'usure
• Faible conductivité thermique
• Haute stabilité thermique
• Résistance à une large gamme de milieux chimiques
• Possibilité de stabiliser les phases tétragonale et cubique
Domaines d'application
• Couronnes et bridges dentaires sans métal
• Piliers dentaires
• Composants d'endoprothèses
• Outils de coupe haute performance
• Outils de formage
• Pistons de pompes et bagues d'étanchéité
• Composants résistants à l'usure et au sablage
• Zircone synthétique pour applications joaillières et optiques
• Revêtements de protection
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• Piles à combustible à oxyde solide SOFC
• Capteurs d'oxygène
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