Las diversas propiedades y las amplias aplicaciones del óxido de itrio

El óxido de itrio (Y2O3) es un importante óxido de tierras raras, que presenta una apariencia de polvo blanco o ligeramente amarillento. Este tipo de hemihidrato de tierras raras de tipo C tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo única y es insoluble en agua y álcalis, pero soluble en ácidos. En el aire, absorbe fácilmente dióxido de carbono y agua, por lo que requiere almacenamiento sellado para evitar el deterioro.
La masa molar del óxido de itrio es de 282 g/mol, y su densidad es de 0,1 g/cm³. Este material no solo tiene un punto de fusión de hasta 2410°C y un punto de ebullición de 4300°C, lo que demuestra una excelente estabilidad térmica. Además, el óxido de itrio exhibe un rendimiento sobresaliente tanto en aspectos físicos como químicos, con una excelente resistencia a la corrosión. Su conductividad térmica alcanza los 27 W/(m·K) a 300K, aproximadamente el doble que el granate de itrio y aluminio, lo que le otorga ventajas significativas cuando se utiliza como medio de trabajo láser.
Además, el óxido de itrio tiene un amplio rango de transparencia óptica, de 29 μm a 8 μm, con una transmitancia teórica superior al 80% en la región de la luz visible. A 1050 nm, su índice de refracción es tan alto como 89, proporcionando una alta transparencia. Sus características de baja energía de fonón, con la frecuencia de corte de fonón máxima de aproximadamente 550 cm⁻¹, suprimen eficazmente las transiciones no radiativas y aumentan las probabilidades de transición radiativa, mejorando así la eficiencia cuántica de la luminiscencia. Por debajo de 2200°C, el Y2O3 permanece en la fase cúbica, sin birrefringencia, y a 1050 nm, su índice de refracción es 89. Sin embargo, cuando la temperatura supera los 2200°C, se transforma en la fase hexagonal.
Además, la banda prohibida del Y2O3 es muy amplia, alcanzando los 5 eV. Los dopantes de iones luminiscentes de tierras raras trivalentes se ubican precisamente entre la banda de valencia y la banda de conducción del Y2O3, y por encima del nivel de Fermi, formando centros luminiscentes discretos. Como material de matriz, el Y2O3 puede acomodar altas concentraciones de dopaje de iones de tierras raras trivalentes y reemplazar eficazmente los iones Y3+ sin causar cambios estructurales.
Aplicaciones del óxido de itrio:
El óxido de itrio tiene amplias aplicaciones en varios campos. Por ejemplo, se puede utilizar para sintetizar polvo de zirconia estabilizada con itrio. El ZrO2 puro sufre una transformación de fase durante el enfriamiento a alta temperatura, lo que resulta en una expansión de volumen. Sin embargo, al estabilizar la transformación de fase t→m a temperatura ambiente, se puede utilizar la transformación de fase inducida por tensión para absorber la energía de fractura, mejorando así la tenacidad a la fractura y la resistencia al desgaste del material.
Para lograr el endurecimiento por transformación de fase de la zirconia, la clave radica en agregar estabilizadores apropiados y, a través de condiciones de sinterización específicas, estabilizar la fase estable - fase tetragonal a temperatura ambiente. Por lo tanto, se puede lograr la transformación de fase tetragonal a temperatura ambiente, mejorando la estabilidad de la zirconia. Entre varios estabilizadores, el Y2O3 ha atraído mucha atención de investigación debido a sus propiedades superiores. Usando zirconia estabilizada con Y2O3, el material Y-TZP sinterizado exhibe excelentes propiedades mecánicas a temperatura ambiente, incluyendo alta resistencia, excelente tenacidad a la fractura y tamaño de grano fino y uniforme. Estas características hacen que el material Y-TZP destaque en numerosas aplicaciones y atraiga mucha atención.
En el proceso de sinterización de cerámicas especiales, los agentes fundentes juegan un papel crucial. Sus funciones son diversas, típicamente incluyendo la formación de soluciones sólidas con el material sinterizado, la inhibición de la transformación de fase cristalina, la inhibición del crecimiento de grano y la generación de fases líquidas. Tomando la sinterización de alúmina como ejemplo, el óxido de magnesio (MgO) se usa a menudo como estabilizador de microestructura. Puede refinar los granos, reduciendo significativamente la diferencia en la energía de contorno de grano, debilitando así la anisotropía del crecimiento de grano e inhibiendo el crecimiento discontinuo de grano. Sin embargo, debido a la alta volatilidad del MgO a altas temperaturas, para asegurar el mejor efecto, generalmente se considera mezclar óxido de itrio (Y2O3) con MgO. La adición de Y2O3 no solo ayuda a refinar aún más los granos, sino que también promueve la densificación durante el proceso de sinterización.