Циркониевая керамика: Сверхпрочный материал, скрывающийся от посторонних глаз

Вы когда-нибудь кусали что-то твердое и боялись сломать зуб? Или задавались вопросом, почему некоторые ножи остаются острыми гораздо дольше, чем другие? Именно здесь на помощь приходит циркониевая керамика - недооцененная сила, прочная, блестящая и появляющаяся во всевозможных неожиданных местах. Она изготавливается из диоксида циркония, что означает, что ее производят из элемента циркония, который получают из таких минералов, как циркон. Впервые я наткнулся на него, когда покупал новые часы: ободок был из диоксида циркония, защищенный от царапин и сверкающий как новый даже после многих лет носки. Это заставило меня узнать больше о том, как этот материал сочетает в себе алмазоподобную твердость и практичность в реальном мире.

Цирконий выделяется среди других камней благодаря сочетанию прочности и упругости. По шкале твердости Мооса он составляет около 8,5, то есть находится на одном уровне с сапфирами и может выдержать удар, не расколовшись. Секретный соус заключается в "трансформационном упрочнении" - при стрессе кристаллическая структура немного изменяется, впитывая энергию и останавливая трещины на своем пути. Материал как будто сопротивляется. Кроме того, он почти не проводит тепло, не подвержен коррозии и не вступает в реакцию с химическими веществами, что делает его очень безопасным для контакта с телом. Однако необработанный диоксид циркония может быть нестабильным: при высокой температуре он меняет фазы, поэтому мы добавляем в него иттрий или магнезию, чтобы зафиксировать его в стабильной форме. Без этого он будет расширяться и лопаться при перепадах температуры.

История тоже довольно интересна. Цирконий был обнаружен еще в 1700-х годах в драгоценных камнях, но как прочная керамика цирконий стал использоваться только в 70-х годах. Австралийский ученый Рон Гарви разгадал код, как сделать его прочным, и назвал его "керамической сталью" за схожесть с металлом, но без лишнего веса. Сегодня ее производят путем прессования порошка оксида циркония в формы и запекания при безумно высоких температурах в процессе, называемом спеканием. Добыть сырье не так-то просто - в основном оно поставляется из Австралии или Южной Африки, и стоит дорого из-за необходимости его рафинирования.

Если вы начнете искать, то найдете диоксид циркония повсюду. В стоматологии это просто революция: коронки и мосты, имитирующие настоящие зубы, суперпрочные и не вызывающие аллергии на металл. Мой стоматолог перешел на них несколько лет назад, и пациентам нравится, что они выглядят естественно. В медицине их используют для замены суставов, например, бедер и коленей - они служат более 20 лет при минимальном износе. Профессионалы кухонного дела в восторге от ножей из диоксида циркония: они вечно держат кромку, не ржавеют и не окрашиваются. Для блеска кубический цирконий убедительно подделывает бриллианты, но элитная версия используется в роскошных часах и ювелирных изделиях для непревзойденного блеска. В технике он используется в автомобильных кислородных датчиках, топливных элементах для получения зеленой энергии и даже в изоляторах гаджетов. В аэрокосмической промышленности его используют для деталей, которые выдерживают сильную жару, не деформируясь.

Конечно, у него есть свои недостатки. Во влажных помещениях он может медленно разрушаться со временем - так называемая низкотемпературная деградация, - поэтому постоянные усовершенствования направлены на повышение стойкости. Переработка растет, чтобы сократить вредное воздействие на окружающую среду, а 3D-печать открывает двери для изготовления нестандартных деталей - от медицинских имплантатов до космического оборудования.

В целом, циркониевая керамика - это тот самый тихий и спокойный человек: элегантный, но несокрушимый, с земными корнями и высокотехнологичными вибрациями. В нашем мире, где все выбрасывается на помойку, так приятно иметь что-то, созданное на века. В следующий раз, когда вы увидите безупречное кольцо или долговечный имплантат, не исключено, что именно диоксид циркония стал тем невоспетым героем, благодаря которому это произошло.