คุณสมบัติที่หลากหลายและการใช้งานที่กว้างขวางของยททรีียมอ๊อกไซด์

yttrium oxide (Y2O3) เป็นออกไซด์ของธาตุหายากที่สำคัญ มีลักษณะเป็นผงสีขาวหรือเหลืองอ่อนๆ ออกไซด์ชนิดนี้เป็นชนิด C-type rare earth hemihydrate มีโครงสร้างแบบลูกบาศก์แบบ body-centered ที่เป็นเอกลักษณ์ และไม่ละลายในน้ำและด่าง แต่ละลายในกรด ในอากาศจะดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำได้ง่าย จึงต้องเก็บรักษาในภาชนะปิดผนึกเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพ
มวลโมเลกุลของ yttrium oxide คือ 282 g/mol และมีความหนาแน่น 0.1 g/cm³ วัสดุนี้ไม่เพียงแต่มีจุดหลอมเหลวสูงถึง 2410°C และจุดเดือด 4300°C ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเสถียรทางความร้อนที่ดีเยี่ยม นอกจากนี้ yttrium oxide ยังแสดงประสิทธิภาพที่โดดเด่นทั้งในด้านกายภาพและเคมี พร้อมทั้งทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม การนำความร้อนของมันสูงถึง 27 W/(m·K) ที่ 300K ซึ่งเกือบสองเท่าของ yttrium aluminum garnet ทำให้มีข้อได้เปรียบอย่างมากเมื่อใช้เป็นตัวกลางทำงานของเลเซอร์
นอกจากนี้ yttrium oxide ยังมีช่วงการส่งผ่านแสงที่กว้าง ตั้งแต่ 29 μm ถึง 8 μm โดยมีการส่งผ่านแสงตามทฤษฎีเกิน 80% ในบริเวณแสงที่มองเห็นได้ ที่ 1050 nm ดัชนีการหักเหของแสงสูงถึง 89 ทำให้มีความโปร่งใสสูง ลักษณะเฉพาะของพลังงานโฟนอนต่ำ โดยมีความถี่ตัดโฟนอนสูงสุดประมาณ 550 cm⁻¹ จะช่วยยับยั้งการเปลี่ยนผ่านแบบไม่แผ่รังสีและเพิ่มโอกาสในการเปลี่ยนผ่านแบบแผ่รังสี ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพควอนตัมของการเรืองแสง ภายใต้ 2200°C Y2O3 ยังคงอยู่ในเฟสลูกบาศก์ โดยไม่มีการหักเหของแสง และที่ 1050 nm ดัชนีการหักเหของแสงคือ 89 อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิเกิน 2200°C จะเปลี่ยนเป็นเฟสหกเหลี่ยม
ยิ่งไปกว่านั้น ช่องว่างพลังงานของ Y2O3 นั้นกว้างมากถึง 5 eV สารเจือปนไอออนเรืองแสงของธาตุหายากสามค่าจะอยู่ระหว่างแถบวาเลนซ์และแถบนำไฟฟ้าของ Y2O3 และเหนือระดับเฟอร์มี ซึ่งก่อให้เกิดศูนย์กลางการเรืองแสงแบบแยกส่วน ในฐานะที่เป็นวัสดุเมทริกซ์ Y2O3 สามารถรองรับการเจือปนของไอออนของธาตุหายากสามค่าในความเข้มข้นสูงและแทนที่ไอออน Y3+ ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง
การประยุกต์ใช้ yttrium oxide:
yttrium oxide มีการประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลายในสาขาต่างๆ ตัวอย่างเช่น สามารถใช้ในการสังเคราะห์ผงเซอร์โคเนียที่เสถียรด้วย yttrium ZrO2 บริสุทธิ์จะเกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสในระหว่างการระบายความร้อนที่อุณหภูมิสูง ซึ่งส่งผลให้เกิดการขยายตัวของปริมาตร อย่างไรก็ตาม โดยการทำให้การเปลี่ยนแปลงเฟส t→m เสถียรที่อุณหภูมิห้อง สามารถใช้การเปลี่ยนแปลงเฟสที่เกิดจากความเครียดเพื่อดูดซับพลังงานการแตกหัก ซึ่งจะช่วยเพิ่มความเหนียวในการแตกหักและความทนทานต่อการสึกหรอของวัสดุ
เพื่อให้เกิดการเพิ่มความเหนียวในการเปลี่ยนแปลงเฟสของเซอร์โคเนีย กุญแจสำคัญอยู่ที่การเพิ่มสารรักษาเสถียรภาพที่เหมาะสมและผ่านสภาวะการเผาผนึกเฉพาะ ซึ่งทำให้เฟสที่เสถียร - เฟสเตตระโกนัล - เสถียรที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้นจึงสามารถบรรลุการเปลี่ยนแปลงเฟสเตตระโกนัลที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งช่วยเพิ่มความเสถียรของเซอร์โคเนีย ในบรรดาสารรักษาเสถียรภาพต่างๆ Y2O3 ได้รับความสนใจในการวิจัยเป็นอย่างมากเนื่องจากคุณสมบัติที่เหนือกว่า การใช้เซอร์โคเนียที่เสถียรด้วย Y2O3 วัสดุ Y-TZP ที่เผาแล้วจะแสดงคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิห้อง รวมถึงความแข็งแรงสูง ความเหนียวในการแตกหักที่ดีเยี่ยม และขนาดเกรนที่ละเอียดและสม่ำเสมอ ลักษณะเหล่านี้ทำให้วัสดุ Y-TZP โดดเด่นในการใช้งานมากมายและดึงดูดความสนใจเป็นอย่างมาก
ในกระบวนการเผาผนึกเซรามิกพิเศษ สารช่วยหลอมเหลวมีบทบาทสำคัญ หน้าที่ของพวกมันมีความหลากหลาย โดยทั่วไปรวมถึงการก่อตัวของสารละลายแข็งกับวัสดุที่เผาแล้ว การขัดขวางการเปลี่ยนแปลงเฟสของคริสตัล การยับยั้งการเติบโตของเกรน และการสร้างเฟสของเหลว การเผาผนึกอะลูมินาเป็นตัวอย่าง แมกนีเซียมออกไซด์ (MgO) มักใช้เป็นสารรักษาเสถียรภาพของจุลภาค มันสามารถปรับแต่งเกรน ลดความแตกต่างของพลังงานขอบเกรนได้อย่างมาก ซึ่งจะช่วยลดความไม่สมมาตรของการเติบโตของเกรนและยับยั้งการเติบโตของเกรนที่ไม่ต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความผันผวนสูงของ MgO ที่อุณหภูมิสูง เพื่อให้แน่ใจว่าได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด โดยปกติจะพิจารณาผสม yttrium oxide (Y2O3) กับ MgO การเติม Y2O3 ไม่เพียงแต่ช่วยปรับแต่งเกรนเพิ่มเติมเท่านั้น แต่ยังส่งเสริมการทำให้หนาแน่นในระหว่างกระบวนการเผาผนึกอีกด้วย