As diversas propriedades e extensas aplicações do óxido de ítrio

O óxido de ítrio (Y2O3) é um importante óxido de terras raras, apresentando uma aparência de pó branco ou ligeiramente amarelado. Este tipo de hemi-hidrato de terras raras do tipo C possui uma estrutura cúbica de corpo centrado única e é insolúvel em água e álcalis, mas solúvel em ácidos. No ar, absorve prontamente dióxido de carbono e água, exigindo, portanto, armazenamento selado para evitar a deterioração.
A massa molar do óxido de ítrio é 282 g/mol, e sua densidade é 0,1 g/cm³. Este material não só tem um ponto de fusão de até 2410°C e um ponto de ebulição de 4300°C, demonstrando excelente estabilidade térmica. Além disso, o óxido de ítrio exibe desempenho excepcional em aspectos físicos e químicos, com excelente resistência à corrosão. Sua condutividade térmica atinge 27 W/(m·K) a 300K, aproximadamente o dobro da do granada de ítrio e alumínio, dando-lhe vantagens significativas quando usado como meio de trabalho a laser.
Além disso, o óxido de ítrio possui uma ampla faixa de transparência óptica, de 29 μm a 8 μm, com uma transmitância teórica superior a 80% na região da luz visível. A 1050 nm, seu índice de refração é tão alto quanto 89, proporcionando alta transparência. Suas características de baixa energia de fônons, com a frequência máxima de corte de fônons de aproximadamente 550 cm⁻¹, suprimem efetivamente as transições não radiativas e aumentam as probabilidades de transição radiativa, aumentando assim a eficiência quântica de luminescência. Abaixo de 2200°C, o Y2O3 permanece na fase cúbica, sem birrefringência, e a 1050 nm, seu índice de refração é 89. No entanto, quando a temperatura excede 2200°C, ele se transforma na fase hexagonal.
Além disso, a lacuna de energia do Y2O3 é muito ampla, atingindo 5 eV. Os dopantes de íons luminescentes de terras raras trivalentes estão precisamente localizados entre a banda de valência e a banda de condução do Y2O3, e acima do nível de Fermi, formando centros luminescentes discretos. Como material de matriz, o Y2O3 pode acomodar altas concentrações de dopagem de íons de terras raras trivalentes e substituir efetivamente os íons Y3+ sem causar alterações estruturais.
Aplicações do óxido de ítrio:
O óxido de ítrio tem aplicações generalizadas em vários campos. Por exemplo, pode ser usado para sintetizar pó de zircônia estabilizada com ítrio. O ZrO2 puro passa por uma transformação de fase durante o resfriamento em alta temperatura, resultando em expansão de volume. No entanto, ao estabilizar a transformação de fase t→m à temperatura ambiente, a transformação de fase induzida por tensão pode ser utilizada para absorver a energia de fratura, aumentando assim a tenacidade à fratura e a resistência ao desgaste do material.
Para obter o endurecimento por transformação de fase da zircônia, a chave reside na adição de estabilizadores apropriados e através de condições específicas de sinterização, estabilizando a fase estável - fase tetragonal à temperatura ambiente. Assim, a transformação de fase tetragonal à temperatura ambiente pode ser alcançada, aumentando a estabilidade da zircônia. Entre vários estabilizadores, o Y2O3 atraiu muita atenção de pesquisa devido às suas propriedades superiores. Usando zircônia estabilizada com Y2O3, o material Y-TZP sinterizado exibe excelentes propriedades mecânicas à temperatura ambiente, incluindo alta resistência, excelente tenacidade à fratura e tamanho de grão fino e uniforme. Essas características fazem com que o material Y-TZP se destaque em inúmeras aplicações e atraia muita atenção.
No processo de sinterização de cerâmicas especiais, os agentes de fluxo desempenham um papel crucial. Suas funções são diversas, tipicamente incluindo a formação de soluções sólidas com o material sinterizado, dificultando a transformação da fase cristalina, inibindo o crescimento do grão e gerando fases líquidas. Tomando a sinterização de alumina como exemplo, o óxido de magnésio (MgO) é frequentemente usado como estabilizador de microestrutura. Ele pode refinar os grãos, reduzindo significativamente a diferença na energia da fronteira do grão, enfraquecendo assim a anisotropia do crescimento do grão e inibindo o crescimento descontínuo do grão. No entanto, devido à alta volatilidade do MgO em altas temperaturas, para garantir o melhor efeito, geralmente se considera misturar óxido de ítrio (Y2O3) com MgO. A adição de Y2O3 não só ajuda a refinar ainda mais os grãos, mas também promove a densificação durante o processo de sinterização.