Zirkonia keramikk: Det supertøffe materialet som skjuler seg i det åpne

Har du noen gang bitt i noe hardt og vært redd for å knekke en tann? Eller lurt på hvorfor noen kniver holder seg skarpe mye lenger enn andre? Det er her zirkoniumdioksid-keramikk kommer inn i bildet - dette undervurderte kraftverket som er tøft, blankt og dukker opp på alle mulige uventede steder. Det er laget av zirkoniumdioksid, en fancy måte å si at det er avledet fra grunnstoffet zirkonium, som kommer fra mineraler som zirkon. Første gang jeg snublet over det, var da jeg skulle kjøpe en ny klokke. Rammen var av zirkoniumdioksid, ripesikker og skinnende som ny, selv etter mange års slitasje. Det fikk meg til å bli hekta på å lære mer om hvordan dette stoffet kombinerer diamantlignende hardhet med praktiske egenskaper.

Det som skiller zirkonia fra andre diamanter, er den fantastiske kombinasjonen av styrke og elastisitet. På Mohs' hardhetsskala ligger den på rundt 8,5, noe som betyr at den er på høyde med safirer og tåler en støyt uten å sprekke lett. Den hemmelige sausen er "transformasjonsherding" - når materialet utsettes for påkjenninger, forandrer krystallstrukturen seg litt, absorberer energien og hindrer sprekker i å oppstå. Det er nesten som om materialet slår tilbake. I tillegg leder det nesten ikke varme, motstår korrosjon og reagerer ikke med kjemikalier, noe som gjør det supertrygt for kroppskontakt. Når det er sagt, kan rå zirkonia være vanskelig; det skifter fase ved høy varme, så vi doper det med ting som yttria eller magnesia for å låse det i en stabil form. Ellers ville det utvide seg og sprekke under temperatursvingninger.

Historien er også ganske interessant. Zirkonium ble oppdaget i edelstener allerede på 1700-tallet, men det var først på 70-tallet at zirkoniumoksid som slitesterk keramikk virkelig tok av. En australsk forsker, Ron Garvie, knekte koden for å gjøre det slitesterkt, og kalte det "keramisk stål" på grunn av den metalllignende korningen, men uten vekten. I dag lages det ved å presse zirkoniumoksidpulver i former og bake det ved vanvittig høye temperaturer i en prosess som kalles sintring. Det er ikke lett å få tak i råmaterialet - det meste kommer fra Australia eller Sør-Afrika, og det er dyrt på grunn av raffineringen som må til.

Du finner zirkonia overalt når du først begynner å lete. I tannlegenes verden er det en nyvinning: Kroner og broer som etterligner ekte tenner, supersterke og uten metallallergier å bekymre seg for. Tannlegen min gikk over til dem for mange år siden, og pasientene elsker hvordan de føles naturlige. Medisinsk sett brukes de i leddproteser som hofter og knær - de holder i over 20 år med minimal slitasje. Kjøkkenproffene er begeistret for zirkonia-kniver; de holder eggen for alltid og verken ruster eller får flekker. Når det gjelder bling, imiterer kubisk zirkonia diamanter på en overbevisende måte, men den eksklusive versjonen brukes i luksusklokker og smykker for den uslåelige poleringen. Innen teknologi brukes det i oksygensensorer i biler, brenselceller som gir grønn energi, og til og med i isolatorer i gadgets. Luft- og romfart bruker det til deler som tåler voldsom varme uten å deformeres.

Det har selvfølgelig sine særegenheter. På fuktige steder kan det sakte brytes ned over tid - noe som kalles lavtemperaturnedbrytning - så pågående justeringer tar sikte på å øke motstandsdyktigheten. Resirkulering øker for å redusere miljøbelastningen, og 3D-printing åpner dører for spesialtilpassede biter i alt fra medisinske implantater til romfartsutstyr.

Alt i alt er zirkonia-keramikk den stille prestasjonsevnen - elegant, men likevel uknuselig, jordnære røtter med høyteknologiske vibber. I vår slit- og kast-verden er det forfriskende å ha noe som er bygget for å vare. Neste gang du ser en feilfri ring eller et slitesterkt implantat, er det sannsynligvis zirkonia som er den ukjente helten bak.