Cirkonija keramika: Īpaši izturīgs materiāls, kas slēpjas acīm redzamā vietā

Vai esat kādreiz sakodis kādu cietu priekšmetu un uztraucies, ka varat saskaldīt zobu? Vai esat brīnījies, kāpēc daži naži paliek asi ilgāk nekā citi? Tieši šeit nāk talkā cirkonija keramika - šis nenovērtētais spēks, kas ir izturīgs, spīdīgs un parādās visdažādākajās negaidītās vietās. Tā ir izgatavota no cirkonija dioksīda, kas ir izdomāts veids, kā pateikt, ka tā ir iegūta no elementa cirkonija, ko iegūst no tādiem minerāliem kā cirkons. Pirmo reizi ar to saskāros, kad iepirka jaunu pulksteni; tā apmale bija no cirkonija, izturīga pret skrāpējumiem un mirdzoša kā jauna pat pēc gadiem nēsāšanas. Tas mani aizrāva, lai uzzinātu vairāk par to, kā šis materiāls apvieno dimanta cietību ar reālu praktiskumu.

Cirkonija sakausējums izceļas ar to, ka tas ir ļoti izturīgs un elastīgs. Pēc Mosa cietības skalas tā cietība ir aptuveni 8,5, kas nozīmē, ka tā ir līdzīga safīram un var izturēt triecienus, viegli nesalūstot. Slepenā mērce ir "transformācijas rūdīšana" - kad rodas spriegums, kristāla struktūra nedaudz mainās, absorbējot enerģiju un novēršot plaisas. Tas ir gandrīz kā materiāls cīnās pretī. Turklāt tas tikpat kā nevadīs siltumu, nekaitēs pret koroziju un nereaģēs ar ķimikālijām, padarot to īpaši drošu saskarei ar ķermeni. Tomēr neapstrādāts cirkonija oksīds var būt smalks; tas pie liela karstuma maina fāzes, tāpēc mēs to pārklājam ar tādām vielām kā itrijs vai magnēzijs, lai to nostiprinātu stabilā formā. Bez tā tas temperatūras svārstību ietekmē izplestos un saplaisātu.

Arī vēsture ir diezgan interesanta. Cirkonijs tika pamanīts jau 1700. gadā dārgakmeņos, bet cirkonijs kā izturīga keramika sāka plaši izplatīties tikai 70. gados. Kāds austrāliešu zinātnieks Rons Garvijs (Ron Garvie) izdomāja, kā padarīt to izturīgu, nodēvējot to par "keramikas tēraudu", jo tas ir līdzīgs metāla smiltīm, bet bez svara. Mūsdienās to ražo, presējot cirkonija oksīda pulveri formās un cepot to neprātīgi augstā temperatūrā procesā, ko sauc par saķepināšanu. Izejmateriālu iegūšana nav pastaiga parkā - lielākā daļa tiek ievesta no Austrālijas vai Dienvidāfrikas, un tā ir dārga, jo ir nepieciešama attīrīšana.

Tiklīdz sāksiet meklēt, visur atradīsiet cirkoniju. Zobārstniecībā tas maina spēles noteikumus: kroņi un tiltiņi, kas imitē īstos zobus, ir ļoti izturīgi, un nav jāuztraucas par alerģijām pret metālu. Mans zobārsts jau pirms vairākiem gadiem pārgāja uz tiem, un pacientiem patīk, ka tie ir dabiski. Medicīnā tās izmanto locītavu protēzēs, piemēram, gūžas un ceļgalu locītavās - tās kalpo vairāk nekā 20 gadus ar minimālu nolietojumu. Virtuves profesionāļi sajūsminās par cirkonija asmeņiem; tie mūžīgi notur malas un nerūsē un neveido traipus. Kas attiecas uz mirdzumu, kubiskais cirkonijs pārliecinoši atdarina dimantus, bet augstākās klases versijas izmanto luksusa pulksteņos un juvelierizstrādājumos, lai iegūtu nepārspējamu spīdumu. No tehniskā viedokļa tas ir automašīnu skābekļa sensoros, degvielas elementos, kas ražo zaļo enerģiju, un pat izolatoros sīkrīkos. Kosmosa nozarē to izmanto detaļām, kas iztur karstumu, nedeformējoties.

Protams, tam ir dīvainības. Mitrās vietās tas laika gaitā var lēnām pasliktināties - to sauc par degradāciju zemā temperatūrā - tāpēc pastāvīgi tiek veikti uzlabojumi, lai uzlabotu izturību. Lai samazinātu kaitējumu videi, pieaug otrreizējā pārstrāde, un 3D drukāšana paver iespējas izmantot pielāgotus bitus visdažādākajos veidos, sākot ar medicīniskiem implantiem un beidzot ar kosmosa aprīkojumu.

Kopumā cirkonija keramika ir tas klusais panākumu guvējs - eleganta, bet nesalaužama, ar zemiskām saknēm un augsto tehnoloģiju vibrācijām. Mūsu izmestajā pasaulē ir atsvaidzinoši, ja ir kaut kas, kas radīts, lai izturētu. Nākamreiz, kad redzēsiet nevainojamu gredzenu vai izturīgu implantu, ir iespējams, ka cirkonija keramikas materiāls ir tas, kas to ir radījis.