Цирконієва кераміка: Надміцний матеріал, що ховається у всіх на виду

Ви коли-небудь кусали щось тверде і боялися зламати зуб? Або дивувалися, чому деякі ножі залишаються гострими набагато довше, ніж інші? Ось тут і з'являється цирконієва кераміка - ця недооцінена сила, яка є міцною, блискучою і з'являється в найнесподіваніших місцях. Вона виготовляється з діоксиду цирконію, вишуканий спосіб сказати, що він походить від елемента цирконію, який походить з мінералів, таких як циркон. Я вперше натрапив на нього, коли купував собі новий годинник: цирконієвий безель був стійкий до подряпин і блищав, як новий, навіть після багатьох років носіння. Мені захотілося дізнатися більше про те, як цей матеріал поєднує в собі твердість, подібну до алмазу, з практичністю реального світу.

Цирконій вирізняє вбивче поєднання міцності та стійкості. За шкалою твердості Мооса він має твердість близько 8,5 одиниць, що означає, що він знаходиться на одному рівні з сапфірами і може витримувати удари без жодних тріщин. Секрет міцності полягає в "трансформаційному зміцненні" - під впливом навантаження кристалічна структура дещо видозмінюється, вбираючи енергію і зупиняючи тріщини на своєму шляху. Матеріал ніби дає відсіч. Крім того, він майже не проводить тепло, не піддається корозії і не вступає в реакцію з хімічними речовинами, що робить його надзвичайно безпечним для контакту з тілом. Проте необроблений цирконій може бути вибагливим; він зміщує фази при високій температурі, тому ми додаємо до нього такі речовини, як ітрій або магнезія, щоб зафіксувати його в стабільній формі. Без цього він би розширювався і руйнувався під впливом перепадів температури.

Історія цирконію теж досить цікава. Цирконій був помічений ще в 1700-х роках у дорогоцінних каменях, але цирконій як міцна кераміка почав використовуватися лише в 70-х роках. Австралійський вчений Рон Гарві розгадав код, як зробити його міцним, назвавши його "керамічною сталлю" за його схожу на метал зернистість, але меншу вагу. Сьогодні її виготовляють, пресуючи порошок оксиду цирконію у форми і випікаючи його при шалено високих температурах у процесі, який називається спіканням. Пошук сировини - це не прогулянка в парку: більшість сировини надходить з Австралії або Південної Африки, і вона коштує дорого через необхідну переробку.

Щойно ви почнете шукати, ви знайдете цирконій всюди. У стоматології він змінив правила гри: коронки та мости, які імітують справжні зуби, надзвичайно міцні та не викликають алергії на метал. Мій стоматолог перейшов на них багато років тому, і пацієнтам подобається, що вони відчувають себе природно. З медичної точки зору, вони використовуються для заміни суглобів, таких як тазостегновий і колінний суглоби - вони служать більше 20 років з мінімальним зносом. Професіонали на кухні захоплюються лезами з цирконію: вони вічно тримають кромку, не іржавіють і не вкриваються плямами. Що стосується прикрас, то кубічний цирконій переконливо імітує діаманти, але в елітній версії він використовується в розкішних годинниках і ювелірних виробах для неперевершеного полірування. З технічної точки зору, він використовується в автомобільних датчиках кисню, паливних елементах, що виробляють "зелену" енергію, і навіть в ізоляторах гаджетів. Аерокосмічна промисловість використовує його для деталей, які витримують високу температуру без деформації.

Звичайно, він має свої особливості. У вологих місцях він може повільно руйнуватися з часом - так звана низькотемпературна деградація - тому постійні налаштування спрямовані на підвищення стійкості. Переробка зростає, щоб зменшити вплив на навколишнє середовище, а 3D-друк відкриває двері для створення нестандартних деталей у всьому - від медичних імплантатів до космічного спорядження.

Загалом, цирконієва кераміка - це той самий тихий переможець: елегантний, але незламний, із земляним корінням та віяннями високих технологій. У нашому світі, де все викидається на смітник, приємно мати щось, що створено для того, щоб витримати. Наступного разу, коли ви побачите бездоганну каблучку або міцний імплантат, швидше за все, саме цирконій є тим неоспіваним героєм, який зробив це можливим.