Cirkonio keramika: Ypač tvirta medžiaga, kuri slepiasi nepastebimai

Ar kada nors kramtėte ką nors kieto ir nerimavote, kad nuskils dantis? Arba stebėjotės, kodėl vieni peiliai išlieka aštrūs ilgiau nei kiti? Štai kur cirkonio keramika - šis nepakankamai įvertintas stipruolis, kuris yra tvirtas, blizgus ir pasirodo įvairiose netikėtose vietose. Ji pagaminta iš cirkonio dioksido, o tai reiškia, kad ji gaunama iš elemento cirkonio, kuris gaunamas iš tokių mineralų kaip cirkonas. Pirmą kartą su juo susidūriau pirkdamas naują laikrodį; jo apvadas buvo cirkonio, atsparus įbrėžimams ir blizgantis kaip naujas net po daugelio metų dėvėjimo. Dėl to norėjau sužinoti daugiau apie tai, kaip ši medžiaga suderina deimantinį kietumą ir praktiškumą realiame pasaulyje.

Cirkonio oksidas išsiskiria tuo, kad pasižymi žudančiu tvirtumo ir atsparumo deriniu. Pagal Moso kietumo skalę cirkonis yra maždaug 8,5, t. y. jis prilygsta safyrams ir gali atlaikyti smūgius lengvai nesutrūkinėdamas. Slaptasis padažas yra "transformacijos grūdinimas" - kai patiriamas stresas, kristalo struktūra šiek tiek pasikeičia, sugeria energiją ir sustabdo įtrūkimus. Medžiaga tarsi kovoja prieš įtrūkimus. Be to, ji beveik nepraleidžia šilumos, nesusiduria su korozija ir nereaguoja su cheminėmis medžiagomis, todėl yra itin saugi sąlyčiui su kūnu. Vis dėlto neapdorotas cirkonis gali būti nepastovus; esant dideliam karščiui jis keičia fazes, todėl, norėdami išlaikyti stabilią jo formą, jį apdorojame tokiais elementais kaip itris ar magnezija. Jei to nebūtų, jis išsiplėstų ir sudužtų dėl temperatūros svyravimų.

Istorija taip pat gana įdomi. Cirkonis buvo pastebėtas dar 1700 m. brangakmeniuose, tačiau cirkonis, kaip tvirta keramika, pradėtas naudoti tik septintajame dešimtmetyje. Australijos mokslininkas Ronas Garvis (Ron Garvie) įveikė kodą, kaip padaryti jį patvarų, ir pavadino jį "keraminiu plienu", nes jis yra panašus į metalą, bet nesveria daug. Dabar jis gaminamas presuojant cirkonio oksido miltelius į formas ir kepant juos beprotiškai aukštoje temperatūroje, vadinamuoju sukepinimo procesu. Žaliavą gauti nėra lengva - didžioji dalis jos gaunama iš Australijos arba Pietų Afrikos, o dėl būtino rafinavimo ji yra brangi.

Kai pradėsite ieškoti, visur rasite cirkonio oksido. Stomatologijoje tai - žaidimo pokytis: vainikėliai ir tiltai, imituojantys tikrus dantis, itin tvirti ir nesukeliantys alergijos metalui. Mano odontologas prieš daugelį metų perėjo prie jų, ir pacientams patinka, kad jie atrodo natūralūs. Medicinos srityje jie naudojami sąnarių protezuose, pavyzdžiui, klubų ir kelių sąnariuose, - jie tarnauja 20 ir daugiau metų, o jų nusidėvėjimas yra minimalus. Virtuvės profesionalai dievina cirkonio oksido peiliukus; jie amžinai išlaiko briauną, nerūdija ir nepalieka dėmių. Dėl blizgesio kubinis cirkonis įtikinamai imituoja deimantus, tačiau aukščiausios klasės versija naudojama prabangiuose laikrodžiuose ir juvelyriniuose dirbiniuose, kad būtų nepralenkiamas blizgesys. Technikos srityje jis naudojamas automobilių deguonies jutikliuose, kuro elementuose, kuriais kuriama žalioji energija, ir net įtaisų izoliatoriuose. Aviacijoje ir kosmonautikoje jis naudojamas detalėms, kurios atlaiko karštį ir nesideformuoja.

Žinoma, jis turi keistenybių. Laikui bėgant drėgnose vietose jis gali pamažu degraduoti - tai vadinama žemos temperatūros degradacija - todėl nuolatiniais patobulinimais siekiama padidinti atsparumą. Siekiant sumažinti poveikį aplinkai, didėja perdirbimo apimtys, o 3D spausdinimas atveria duris nestandartinėms detalėms - nuo medicininių implantų iki kosminės įrangos.

Apskritai cirkonio keramika yra tas tylusis pasiekėjas - elegantiškas, bet nepalaužiamas, žemiškų šaknų ir aukštųjų technologijų vibracijų. Mūsų išmetamų daiktų pasaulyje gaivu turėti kažką, kas sukurta taip, kad išliktų. Kai kitą kartą pamatysite nepriekaištingą žiedą ar ilgaamžį implantą, tikėtina, kad cirkonio keramika yra tas nelemtasis herojus, kuris tai padarė.