Keramični cirkonij: Super trdni material, ki se skriva na prvi pogled

Ste že kdaj ugriznili v nekaj trdega in vas je skrbelo, da si boste odlomili zob? Ali se spraševali, zakaj nekateri noži ostanejo ostri dlje kot drugi? Tu pride prav cirkonijeva keramika - ta podcenjena moč, ki je trpežna, sijoča in se pojavlja na različnih nepričakovanih mestih. Izdelana je iz cirkonijevega dioksida, kar pomeni, da je pridobljena iz elementa cirkonija, ki izvira iz mineralov, kot je cirkon. Prvič sem nanj naletel, ko sem kupoval novo uro; obroč je bil iz cirkonija, odporen proti praskam in se je tudi po letih nošenja svetil kot nov. To me je navdušilo za nadaljnje učenje o tem, kako ta material združuje trdoto, podobno diamantni, s praktičnostjo v resničnem svetu.

Cirkonija se odlikuje po tem, da ima izjemno kombinacijo trdnosti in prožnosti. Na Mohsovi lestvici trdote znaša približno 8,5, kar pomeni, da se lahko kosa s safirji in prenese udarce, ne da bi zlahka počil. Skrivnostna omaka je "transformacijsko utrjevanje" - ko pride do stresa, se kristalna struktura nekoliko spremeni, tako da absorbira energijo in zaustavi razpoke na njihovi poti. Zdi se, kot da se material bori nazaj. Poleg tega skoraj ne prevaja toplote, ne povzroča korozije in ne reagira s kemikalijami, zato je zelo varen za stik s telesom. Kljub temu je surovi cirkonij lahko prefinjen; pri visoki temperaturi spreminja faze, zato mu dodamo snovi, kot sta itrij ali magnezij, da ga ohranimo v stabilni obliki. Brez tega bi se pri nihanju temperature razširil in razbil.

Tudi zgodovina je zelo zanimiva. Cirkonij so opazili že leta 1700 v dragih kamnih, vendar se je cirkonij kot trpežna keramika zares uveljavil šele v 70. letih prejšnjega stoletja. Avstralski znanstvenik Ron Garvie je razvozlal šifro, kako ga narediti vzdržljivega, in ga poimenoval "keramično jeklo" zaradi njegove kovinski zrnatosti brez teže. Danes ga izdelujejo s stiskanjem prahu cirkonijevega oksida v oblike in pečenjem pri noro visokih temperaturah v postopku, imenovanem sintranje. Pridobivanje surovine ni lahka naloga - večina prihaja iz Avstralije ali Južne Afrike in je draga zaradi potrebnega prečiščevanja.

Ko začnete iskati, boste cirkonije našli povsod. V zobozdravstvu spreminja pravila igre: krone in mostički, ki posnemajo prave zobe, so izjemno močni in ni treba skrbeti za alergije na kovine. Moj zobozdravnik je pred leti prešel nanje in pacientom je všeč, da so naravni. V medicini se uporabljajo pri nadomestkih sklepov, kot so kolki in kolena - z minimalno obrabo zdržijo več kot 20 let. Kuhinjski profesionalci se navdušujejo nad rezili iz cirkonija; večno držijo rob in ne rjavijo ali se ne obarvajo. Kubični cirkonij prepričljivo ponaredi diamante, vendar je vrhunska različica v luksuznih urah in nakitu za neprekosljiv sijaj. Na tehničnem področju je v avtomobilskih senzorjih za kisik, gorivnih celicah za zeleno energijo in celo v izolatorjih v pripomočkih. V letalstvu in vesolju se uporablja za dele, ki prenesejo vročino, ne da bi se deformirali.

Seveda ima svoje posebnosti. Na vlažnih mestih se lahko sčasoma počasi razgradi, kar se imenuje nizkotemperaturna degradacija, zato je cilj nenehnih izboljšav povečati odpornost. Recikliranje je v porastu, da bi zmanjšali obremenjevanje okolja, 3D-tiskanje pa odpira vrata za izdelavo kosov po meri, od medicinskih vsadkov do vesoljske opreme.

Na splošno je keramika s cirkonijem tihi dosežek - elegantna, a nezlomljiva, zemeljske korenine z visokotehnološkimi vibracijami. V našem svetu zavržkov je osvežujoče imeti nekaj, kar je ustvarjeno, da zdrži. Ko boste naslednjič videli brezhiben prstan ali trpežen vsadek, je cirkonija verjetno nesojeni junak, ki je poskrbel za to.