Berbagai sifat dan aplikasi luas dari yttrium oxide

Yttrium oksida (Y2O3) adalah oksida tanah jarang penting, yang menampilkan penampilan seperti bubuk berwarna putih atau sedikit kekuningan. Jenis hemihidrat tanah jarang tipe-C ini memiliki struktur kubik berpusat badan yang unik dan tidak larut dalam air dan alkali tetapi larut dalam asam. Di udara, ia mudah menyerap karbon dioksida dan air, sehingga memerlukan penyimpanan tertutup untuk mencegah kerusakan.
Massa molar yttrium oksida adalah 282 g/mol, dan kepadatannya adalah 0,1 g/cm³. Bahan ini tidak hanya memiliki titik leleh hingga 2410°C dan titik didih 4300°C, yang menunjukkan stabilitas termal yang sangat baik. Selain itu, yttrium oksida menunjukkan kinerja luar biasa dalam aspek fisik dan kimia, dengan ketahanan korosi yang sangat baik. Konduktivitas termalnya mencapai 27 W/(m·K) pada 300K, kira-kira dua kali lipat dari yttrium aluminium garnet, memberikannya keuntungan signifikan saat digunakan sebagai media kerja laser.
Selanjutnya, yttrium oksida memiliki rentang transparansi optik yang luas, dari 29 μm hingga 8 μm, dengan transmitansi teoretis melebihi 80% di wilayah cahaya tampak. Pada 1050 nm, indeks biasnya setinggi 89, memberikan transparansi tinggi. Karakteristik energi fononnya yang rendah, dengan frekuensi cutoff fonon maksimum sekitar 550 cm⁻¹, secara efektif menekan transisi non-radiatif dan meningkatkan probabilitas transisi radiatif, sehingga meningkatkan efisiensi kuantum luminensi. Di bawah 2200°C, Y2O3 tetap dalam fase kubik, tanpa birefringence, dan pada 1050 nm, indeks biasnya adalah 89. Namun, ketika suhu melebihi 2200°C, ia berubah menjadi fase heksagonal.
Selain itu, celah energi Y2O3 sangat lebar, mencapai 5 eV. Dopan ion luminensi tanah jarang trivalen terletak tepat di antara pita valensi dan pita konduksi Y2O3, dan di atas tingkat Fermi, membentuk pusat luminensi diskrit. Sebagai bahan matriks, Y2O3 dapat menampung konsentrasi tinggi dopan ion tanah jarang trivalen dan secara efektif menggantikan ion Y3+ tanpa menyebabkan perubahan struktural.
Aplikasi yttrium oksida:
Yttrium oksida memiliki aplikasi luas di berbagai bidang. Misalnya, dapat digunakan untuk mensintesis bubuk zirkonia yang distabilkan yttrium. ZrO2 murni mengalami transformasi fase selama pendinginan suhu tinggi, yang mengakibatkan ekspansi volume. Namun, dengan menstabilkan transformasi fase t→m ke suhu kamar, transformasi fase yang diinduksi tegangan dapat digunakan untuk menyerap energi fraktur, sehingga meningkatkan ketangguhan fraktur dan ketahanan aus bahan.
Untuk mencapai pengerasan transformasi fase zirkonia, kuncinya terletak pada penambahan penstabil yang sesuai dan melalui kondisi sintering tertentu, menstabilkan fase stabil - fase tetragonal ke suhu kamar. Dengan demikian, transformasi fase tetragonal pada suhu kamar dapat dicapai, meningkatkan stabilitas zirkonia. Di antara berbagai penstabil, Y2O3 telah menarik banyak perhatian penelitian karena sifatnya yang unggul. Dengan menggunakan zirkonia yang distabilkan Y2O3, bahan Y-TZP yang disinter menunjukkan sifat mekanik yang sangat baik pada suhu kamar, termasuk kekuatan tinggi, ketangguhan fraktur yang sangat baik, dan ukuran butir yang halus dan seragam. Karakteristik ini membuat bahan Y-TZP menonjol dalam banyak aplikasi dan menarik banyak perhatian.
Dalam proses sintering keramik khusus, agen fluks memainkan peran penting. Fungsi mereka beragam, biasanya termasuk membentuk larutan padat dengan bahan yang disinter, menghambat transformasi fase kristal, menghambat pertumbuhan butir, dan menghasilkan fase cair. Mengambil sintering alumina sebagai contoh, magnesium oksida (MgO) sering digunakan sebagai penstabil mikrostruktur. Ia dapat menghaluskan butir, secara signifikan mengurangi perbedaan energi batas butir, sehingga melemahkan anisotropi pertumbuhan butir dan menghambat pertumbuhan butir yang tidak kontinu. Namun, karena volatilitas MgO yang tinggi pada suhu tinggi, untuk memastikan efek terbaik, biasanya dianggap untuk mencampur yttrium oksida (Y2O3) dengan MgO. Penambahan Y2O3 tidak hanya membantu lebih lanjut menghaluskan butir tetapi juga meningkatkan densifikasi selama proses sintering.