Yitriyum oksitin çeşitli özellikleri ve geniş kullanım alanları

İtriyum oksit (Y2O3), beyaz veya hafif sarımsı toz görünümünde olan önemli bir nadir toprak oksittir. Bu tür C tipi nadir toprak hemihidratı, benzersiz bir vücut merkezli kübik yapıya sahiptir ve suda ve alkalilerde çözünmez, ancak asitlerde çözünür. Havada karbondioksit ve suyu kolayca emer, bu nedenle bozulmayı önlemek için kapalı bir şekilde saklanması gerekir.
İtriyum oksitin molar kütlesi 282 g/mol ve yoğunluğu 0,1 g/cm³'tür. Bu malzeme sadece 2410°C'ye kadar erime noktasına ve 4300°C'lik bir kaynama noktasına sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda mükemmel termal kararlılık gösterir. Ayrıca, itriyum oksit, mükemmel korozyon direnci ile hem fiziksel hem de kimyasal açıdan üstün performans sergiler. Termal iletkenliği, 300K'de 27 W/(m·K)'ye ulaşır ve bu, itriyum alüminyum granatın yaklaşık iki katıdır, bu da onu bir lazer çalışma ortamı olarak kullanıldığında önemli avantajlar sağlar.
Ayrıca, itriyum oksit, 29 μm'den 8 μm'ye kadar geniş bir optik şeffaflık aralığına sahiptir ve görünür ışık bölgesinde teorik geçirgenliği %80'i aşmaktadır. 1050 nm'de kırılma indisi 89 kadar yüksektir ve yüksek şeffaflık sağlar. Yaklaşık 550 cm⁻¹'lik maksimum fonon kesme frekansı ile düşük fonon enerjisi özellikleri, radyasyonsuz geçişleri etkili bir şekilde bastırır ve radyatif geçiş olasılıklarını artırarak lüminesans kuantum verimliliğini artırır. 2200°C'nin altında, Y2O3 kübik fazda kalır, çift kırılma göstermez ve 1050 nm'de kırılma indisi 89'dur. Ancak, sıcaklık 2200°C'yi aştığında, altıgen faza dönüşür.
Dahası, Y2O3'ün enerji boşluğu çok geniştir ve 5 eV'ye ulaşır. Üç değerlikli nadir toprak lüminesans iyon katkı maddeleri, Y2O3'ün değerlik bandı ve iletim bandı arasında ve Fermi seviyesinin üzerinde, ayrık lüminesans merkezleri oluşturarak hassas bir şekilde konumlandırılır. Bir matris malzemesi olarak, Y2O3, yüksek konsantrasyonlarda üç değerlikli nadir toprak iyonlarının katkısını barındırabilir ve yapısal değişikliklere neden olmadan Y3+ iyonlarının yerini etkili bir şekilde alabilir.
İtriyum oksitin uygulamaları:
İtriyum oksit, çeşitli alanlarda yaygın uygulamalara sahiptir. Örneğin, itriyum stabilize zirkonya tozu sentezlemek için kullanılabilir. Saf ZrO2, yüksek sıcaklıkta soğuma sırasında bir faz dönüşümüne uğrar ve bu da hacim genişlemesine neden olur. Ancak, t→m faz dönüşümünü oda sıcaklığına stabilize ederek, kırılma enerjisini absorbe etmek için gerilim kaynaklı faz dönüşümü kullanılabilir, böylece malzemenin kırılma tokluğu ve aşınma direnci artırılır.
Zirkonyanın faz dönüşüm sertleşmesini elde etmek için, anahtar, uygun stabilizatörler eklemekte ve belirli sinterleme koşullarıyla, kararlı fazı - tetragonal fazı oda sıcaklığına stabilize etmektedir. Böylece, oda sıcaklığında tetragonal faz dönüşümü elde edilebilir, zirkonyanın kararlılığı artırılır. Çeşitli stabilizatörler arasında, Y2O3, üstün özellikleri nedeniyle çok fazla araştırma ilgisi çekmiştir. Y2O3 ile stabilize edilmiş zirkonya kullanılarak, sinterlenmiş Y-TZP malzeme, yüksek mukavemet, mükemmel kırılma tokluğu ve ince ve düzgün tane boyutu dahil olmak üzere oda sıcaklığında mükemmel mekanik özellikler sergiler. Bu özellikler, Y-TZP malzemenin çok sayıda uygulamada öne çıkmasını sağlar ve çok fazla ilgi çeker.
Özel seramiklerin sinterleme işleminde, akışkanlaştırıcı maddeler çok önemli bir rol oynar. İşlevleri çeşitlidir, tipik olarak sinterlenmiş malzeme ile katı çözeltiler oluşturmak, kristal faz dönüşümünü engellemek, tane büyümesini inhibe etmek ve sıvı fazlar oluşturmak dahil olmak üzere. Alüminanın sinterlenmesini örnek olarak alırsak, magnezyum oksit (MgO) genellikle bir mikro yapı stabilizatörü olarak kullanılır. Taneleri rafine edebilir, tane sınırı enerjisindeki farkı önemli ölçüde azaltabilir, böylece tane büyümesinin anizotropisini zayıflatır ve süreksiz tane büyümesini inhibe eder. Ancak, MgO'nun yüksek sıcaklıklarda yüksek uçuculuğu nedeniyle, en iyi etkiyi sağlamak için genellikle itriyum oksit (Y2O3) ile MgO'yu karıştırmak düşünülür. Y2O3'ün eklenmesi sadece taneleri daha da rafine etmeye yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda sinterleme işlemi sırasında yoğunlaşmayı da teşvik eder.