Les diverses propriétés et les nombreuses applications de l'oxyde d'yttrium

L'oxyde d'yttrium (Y2O3) est un oxyde de terres rares important, se présentant sous la forme d'une poudre blanche ou légèrement jaunâtre. Ce type d'hémihydrate de terres rares de type C possède une structure cubique centrée unique et est insoluble dans l'eau et les alcalis, mais soluble dans les acides. À l'air, il absorbe facilement le dioxyde de carbone et l'eau, nécessitant ainsi un stockage hermétique pour éviter la détérioration.
La masse molaire de l'oxyde d'yttrium est de 282 g/mol et sa densité est de 0,1 g/cm³. Ce matériau a non seulement un point de fusion allant jusqu'à 2410°C et un point d'ébullition de 4300°C, ce qui démontre une excellente stabilité thermique. De plus, l'oxyde d'yttrium présente des performances exceptionnelles tant sur le plan physique que chimique, avec une excellente résistance à la corrosion. Sa conductivité thermique atteint 27 W/(m·K) à 300K, soit environ le double de celle du grenat d'yttrium et d'aluminium, ce qui lui confère des avantages significatifs lorsqu'il est utilisé comme milieu de travail laser.
De plus, l'oxyde d'yttrium possède une large gamme de transparence optique, de 29 μm à 8 μm, avec une transmittance théorique dépassant 80 % dans la région de la lumière visible. À 1050 nm, son indice de réfraction est aussi élevé que 89, offrant une grande transparence. Ses caractéristiques de faible énergie de phonon, avec une fréquence de coupure de phonon maximale d'environ 550 cm⁻¹, suppriment efficacement les transitions non radiatives et augmentent les probabilités de transition radiative, améliorant ainsi l'efficacité quantique de la luminescence. En dessous de 2200°C, Y2O3 reste en phase cubique, sans biréfringence, et à 1050 nm, son indice de réfraction est de 89. Cependant, lorsque la température dépasse 2200°C, il se transforme en phase hexagonale.
En outre, la bande interdite de Y2O3 est très large, atteignant 5 eV. Les dopants ioniques luminescents de terres rares trivalents sont précisément situés entre la bande de valence et la bande de conduction de Y2O3, et au-dessus du niveau de Fermi, formant des centres luminescents discrets. En tant que matériau matriciel, Y2O3 peut accueillir des concentrations élevées de dopage d'ions de terres rares trivalents et remplacer efficacement les ions Y3+ sans provoquer de changements structurels.
Applications de l'oxyde d'yttrium :
L'oxyde d'yttrium a de nombreuses applications dans divers domaines. Par exemple, il peut être utilisé pour synthétiser de la poudre de zircone stabilisée à l'yttrium. Le ZrO2 pur subit une transformation de phase lors du refroidissement à haute température, entraînant une expansion de volume. Cependant, en stabilisant la transformation de phase t→m à température ambiante, la transformation de phase induite par la contrainte peut être utilisée pour absorber l'énergie de fracture, améliorant ainsi la ténacité à la fracture et la résistance à l'usure du matériau.
Pour obtenir un durcissement par transformation de phase de la zircone, la clé réside dans l'ajout de stabilisateurs appropriés et dans des conditions de frittage spécifiques, stabilisant la phase stable - la phase tétragonale à température ambiante. Ainsi, la transformation de phase tétragonale à température ambiante peut être réalisée, améliorant la stabilité de la zircone. Parmi les différents stabilisateurs, Y2O3 a attiré beaucoup d'attention en recherche en raison de ses propriétés supérieures. En utilisant de la zircone stabilisée à l'Y2O3, le matériau Y-TZP fritté présente d'excellentes propriétés mécaniques à température ambiante, notamment une résistance élevée, une excellente ténacité à la fracture et une taille de grain fine et uniforme. Ces caractéristiques font que le matériau Y-TZP se démarque dans de nombreuses applications et attire beaucoup d'attention.
Dans le processus de frittage des céramiques spéciales, les agents de flux jouent un rôle crucial. Leurs fonctions sont diverses, comprenant généralement la formation de solutions solides avec le matériau fritté, l'entrave de la transformation de phase cristalline, l'inhibition de la croissance des grains et la génération de phases liquides. Prenons l'exemple du frittage de l'alumine, l'oxyde de magnésium (MgO) est souvent utilisé comme stabilisateur de microstructure. Il peut affiner les grains, réduisant considérablement la différence d'énergie aux joints de grains, affaiblissant ainsi l'anisotropie de la croissance des grains et inhibant la croissance discontinue des grains. Cependant, en raison de la forte volatilité du MgO à haute température, pour garantir le meilleur effet, il est généralement envisagé de mélanger l'oxyde d'yttrium (Y2O3) avec du MgO. L'ajout de Y2O3 aide non seulement à affiner davantage les grains, mais favorise également la densification pendant le processus de frittage.