Dióxido de zircônio (ZrO2), por vezes conhecido como zircônia (não deve ser confundido com zircão), é um óxido cristalino branco de zircônio.A zircônia é um material extremamente refratário, que tem baixa condutividade térmica. Dióxido de zircônio (ZrO2), por vezes conhecido como zircônia (não deve ser confundido com zircão), é um óxido cristalino branco de zircônio. A forma cristalina cúbica de alta temperatura raramente é encontrada na natureza como mineral tazeranita (Zr, Ti, Ca) O2 (e uma arquelita duvidosa).

Zircônia pura existe em três fases de cristal a diferentes temperaturas. A temperaturas muito elevadas (> 2370 ° C), o material tem uma estrutura cúbica. A temperaturas baixas, (abaixo de 1170 ° C) o material se transforma em uma estrutura monoclínica. Este comportamento destroi as propriedades mecânicas dos componentes fabricados durante o arrefecimento e faz zircônia pura inútil para qualquer aplicação estrutural ou mecânica.

Facas feitas a partir de zircônia

Facas feitas a partir de zircônia

Vários óxidos que se dissolvem na estrutura de cristal da zircônia podem retardar ou eliminar estas alterações da estrutura dos cristais. Com quantidades suficientes adicionadas, a estrutura de alta temperatura cúbica pode ser mantida à temperatura ambiente. A zircônia cúbica estabilizada é um material refratário e útil para técnicas de cerâmica, porque não passam por transições de fase destrutivas durante o aquecimento e resfriamento.

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Dióxido de zircônio é um dos materiais cerâmicos mais estudados. O puro ZrO2 tem uma estrutura de cristal monoclínica a temperatura ambiente e transições para tetragonal e cúbica a temperaturas crescentes. A expansão do volume causada pela cúbico para tetragonal para a transformação monoclínica induz tensões muito grandes e faz com que ZrO2 puro quebre após o arrefecimento em altas temperaturas. Vários diferentes óxidos são adicionados ao zircônio para estabilizar as fases tetragonais e/ou cúbicas: óxido de magnésio (MgO), óxido de ítrio, (Y2O3) e óxido de cálcio (CaO), e de cério (III) de óxido (Ce2O3), entre outros.

O material é, muitas vezes, mais útil em sua fase “estabilizada”. A zircônia pura, quando aquecida, passa por mudanças de fase de ruptura. Em alguns casos, a fase tetragonal pode ser metaestável. Se quantidades suficientes de fase tetragonal metaestável estiverem presente, então uma tensão aplicada, ampliada pela concentração de tensões na ponta de uma fenda, podem causar que a fase tetragonal se converta para monoclínica, com a expansão de volume associada.

Cerâmica de zircônia é usada em diversas aplicações industrias e na odontologia

Cerâmica de zircônia é usada em diversas aplicações industrias e na odontologia

A fase cúbica de zircônio também tem uma condutividade térmica muito baixa, o que leva ao seu uso como um revestimento de barreira térmica ou TBC em motores a jato e diesel para permitir a operação em temperaturas mais elevadas.

Outro uso da baixa condutividade térmica é um isolamento de fibra cerâmica em fornos de de crescimento de crista, isolamento de pilha de células de combustível e sistemas de aquecimento infravermelho. Quanto mais elevada termodinamicamente a temperatura de operação de um motor, maior será a eficiência possível. Zircônia estabilizada é utilizada em sensores de oxigênio e nas membranas de células de combustível, porque o material tem a capacidade de permitir que os íons de oxigênio se movam livremente através da estrutura de cristal a altas temperaturas.