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-oxid.png/500px-Kristallstruktur_Zirconium(IV)-oxid.png)
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| 名前 | |
|---|---|
| IUPAC名
二酸化ジルコニウム
酸化ジルコニウム(IV) | |
| その他の名前
ジルコニア
バデレイト | |
| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.013.844 |
| EC番号 |
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パブケム CID
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| ジルコニア 2 | |
| モル質量 | 123.218 グラム/モル |
| 外観 | 白い粉 |
| 密度 | 5.68グラム/ cm3 |
| 融点 | 2,715 °C (4,919 °F; 2,988 K) |
| 沸点 | 4,300 °C (7,770 °F; 4,570 K) |
| 無視できる | |
| 溶解度 | HFおよび熱H 2 SO 4に可溶 |
屈折率( n D )
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2.13 |
| 熱化学 | |
標準モル
エントロピー ( S ⦵ 298 ) |
50.3 J K −1 モル−1 |
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
–1080 kJ/モル |
| 危険 | |
| GHSラベル: | |
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| 警告 | |
| H315、H319、H335 | |
| P261、P264、P271、P280、P302+P352 、P304 + P340 、P305+P351+P338、P312、P321、P332+P313、P337+P313、P362、P403+P233、P405、P501 | |
| 引火点 | 不燃性 |
| 致死量または濃度（LD、LC）： | |
LD 50 (平均投与量)
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> 8.8 g/kg（経口、ラット） |
| 安全データシート（SDS） | 製品安全データシート |
| 関連化合物 | |
その他の陰イオン
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二硫化ジルコニウム |
その他の陽イオン
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二酸化チタン 二酸化ハフニウム |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
 確認する （何ですか ？）
 インフォボックス参照
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二酸化ジルコニウム（ZrO
2立方晶系ジルコニア（ジルコニウムケイ酸塩やジルコンと混同しないように）は、ジルコニウムの白色結晶酸化物である。最も自然に発生する形態は単斜晶系結晶構造のバデライト鉱物である。ドーパント（[要説明]安定化立方構造ジルコニア、キュービックジルコニア）は、宝石やダイヤモンド模造品として使用するためにさまざまな色で合成されている。[1]
生産、化学的性質、発生
ジルコニアはジルコニウム化合物を焼成して製造され、その高い耐熱性を利用している。[2]
構造
3つの相が知られています。1170℃以下では単斜晶、1170℃から2370℃では正方晶、2370℃以上では立方晶です。[3] 通常の場合と同様に、高温では対称性が高くなる傾向があります。カルシウムまたはイットリウムの酸化物のごく一部は、立方晶相で安定します。[2] 非常にまれな鉱物タゼラナイト、(Zr,Ti,Ca)O 2は立方晶です。すべての相で6配位チタンを特徴とするTiO 2とは異なり、単斜晶ジルコニアは7配位ジルコニウム中心で構成されています。この違いは、チタン原子に比べてジルコニウム原子のサイズが大きいことに起因します。[4]
化学反応
ジルコニアは化学的に反応性がありません。濃フッ化水素酸や濃硫酸によってゆっくりと侵されます。炭素とともに加熱すると炭化ジルコニウムに変わります。塩素の存在下で炭素とともに加熱すると塩化ジルコニウム(IV)に変わります。この変換はジルコニウム金属の精製の基礎であり、クロール法に似ています。
エンジニアリング特性
二酸化ジルコニウムは最も研究されているセラミック材料の1つです。ZrO 2は室温では単斜晶構造をとり、高温になると正方晶や立方晶に転移します。構造が正方晶から単斜晶、さらに立方晶に転移することで体積が変化することで大きな応力が生じ、高温から冷却すると割れてしまいます。 [5]ジルコニアを他の酸化物と混合すると、正方晶や立方晶の相が安定化します。効果的なドーパントには、酸化マグネシウム（MgO）、酸化イットリウム（Y 2 O 3、イットリア）、酸化カルシウム（CaO）、酸化セリウム（III）（Ce 2 O 3）などがあります。[6]
ジルコニアは、相が「安定化」された状態にある方が有用であることが多い。加熱すると、ジルコニアは破壊的な相変化を起こす。少量のイットリアを加えると、これらの相変化がなくなり、結果として得られる材料は優れた熱的、機械的、電気的特性を持つようになる。場合によっては、正方相が準安定になることがある。十分な量の準安定正方相が存在する場合、亀裂先端での応力集中によって増幅された印加応力により、正方相が単斜晶相に変化し、それに伴う体積膨張が生じる可能性がある。この相転移により亀裂が圧縮され、亀裂の成長が遅くなり、破壊靭性が向上する。このメカニズムは変態強化と呼ばれ、安定化ジルコニアを使用した製品の信頼性と寿命が大幅に延長される。[6] [7]
ZrO2のバンドギャップは相（立方晶、正方晶、単斜晶、非晶質）と調製方法に依存し、通常は5～7eVと推定されます。[8]
ジルコニアの特殊な例として、正方晶ジルコニア多結晶（TZP）があります。これは、準安定正方晶相のみで構成された多結晶ジルコニアを示します。
用途
ジルコニアの主な用途は、歯科などの硬質セラミックの製造です。[9]その他の用途としては、二酸化チタン顔料の粒子の保護コーティング、[2]耐火 材料、断熱材、研磨剤、エナメルなどがあります。
安定化ジルコニアは、高温でも結晶構造内を酸素イオンが自由に移動できる性質があるため、酸素センサーや燃料電池膜に使用されています。この高いイオン伝導性（および低い電子伝導性）により、安定化ジルコニアは最も有用な電気セラミックスの1つとなっています。[2]二酸化ジルコニウムは、エレクトロクロミックデバイスの固体電解質としても使用されています。
ジルコニアは、さまざまなコンポーネントに使用されている高誘電率誘電体である 電気セラミックチタン酸ジルコン酸鉛( PZT )の前駆体です。
ニッチな用途
立方晶ジルコニアの熱伝導率は非常に低いため、ジェットエンジンやディーゼルエンジンの高温での動作を可能にするために、熱遮断コーティング（TBC）としても使用されています。 [10]熱力学的には、エンジンの動作温度が高いほど、効率が高くなります。熱伝導率が低いもう1つの用途は、結晶成長炉、燃料電池スタック、赤外線加熱システムのセラミックファイバー断熱材です。
この材料は、歯科においても、クラウンやブリッジなどの歯科修復物を構成するサブフレームの製造に使用され、審美上の理由から従来の長石質磁器で覆われる。また、モノリシックジルコニアのみで構成された、強度が高く耐久性に優れた歯科補綴物にも使用され、審美性は限られているものの、常に向上し続けている。[11] [12]イットリア（酸化イットリウム）で安定化されたジルコニアは、イットリア安定化ジルコニアとして知られ、一部のフルセラミッククラウン修復物の強力なベース材料として使用される。[12] [13]
変態強化ジルコニアはセラミックナイフの製造に使用されます。[14]硬度が高いため、セラミック刃のカトラリーは鋼刃の製品よりも鋭い切れ味が長持ちします。[15]
不融性があり、白熱すると明るい光を放つことから、照明用の棒の材料として使われた。[要出典]
ジルコニアは火星の大気から一酸化炭素と酸素を電気分解して、 火星の表面輸送に使用するための化学エネルギーの貯蔵庫として使用できる燃料と酸化剤の両方を提供すると提案されています。一酸化炭素と酸素は両方ともジルコニア電気分解によって直接生成でき、火星の水資源を一切使用せずに水素を得ることができるため、初期の表面輸送での使用には一酸化炭素/酸素エンジン が提案されています。水素はメタンや水素ベースの燃料の製造に必要です。[16]
ジルコニアは高いバンドギャップ（約5eV）[18]により高エネルギー電子と正孔を生成できるため、光触媒として使用することができます[17]。いくつかの研究では、ドープされたジルコニア（可視光吸収を高めるため）が有機化合物を分解する活性があることが実証されています[19] [20] 。また、廃水からのCr(VI)の還元にも効果があることが示されています[21]。
ジルコニアは、トランジスタの絶縁体として応用できる可能性のある高誘電率誘電体材料でもあります。
ジルコニアは光学コーティングの蒸着にも利用されており、近紫外から中赤外までのスペクトル領域で吸収が低いため、高屈折率材料として使用できる。このような用途では、ジルコニアは通常PVDによって蒸着される。[22]
ジュエリー製造では、時計のケースが「黒色酸化ジルコニウム」であると宣伝されていることがあります。[23] 2015年にオメガは「ダークサイド・オブ・ザ・ムーン」[24]という完全にZrO2製の時計を発売しました。セラミック製のケース、ベゼル、プッシャー、留め金を備え、ステンレス鋼の4倍の硬さがあり、日常使用での傷に対する耐性がはるかに高いと宣伝されています。
ガスタングステンアーク溶接では、2%のトリウムの代わりに1%の酸化ジルコニウム（別名ジルコニア）を含むタングステン電極は、アーク始動性と電流容量が良好で、放射性ではありません。[25]
ダイヤモンド模造品
立方晶ジルコニアの単結晶は、ジュエリーのダイヤモンド類似品としてよく使用されます。ダイヤモンドと同様に、キュービックジルコニアは立方晶構造と高い屈折率を持っています。良質のキュービックジルコニア宝石とダイヤモンドを目視で見分けるのは難しく、ほとんどの宝石商は熱伝導率テスターを持っていて、熱伝導率の低さでキュービックジルコニアを見分けます (ダイヤモンドは非常に優れた熱伝導体です)。この状態のジルコニアは、宝石商によって一般にキュービックジルコニア、CZ、またはジルコンと呼ばれますが、この最後の名前は化学的に正確ではありません。ジルコンは、実際には天然に存在するケイ酸ジルコニウム (IV) ( ZrSiO 4 )の鉱物名です。
参照
- 焼入れ
- 焼結
- S型星、一酸化ジルコニウムのスペクトル線を放射する
- イットリア安定化ジルコニア
参考文献
- ^ Wang, SF; Zhang, J.; Luo, DW; Gu, F.; Tang, DY; Dong, ZL; Tan, GEB; Que, WX; Zhang, TS; Li, S.; Kong, LB (2013-05-01). 「透明セラミックス：加工、材料、および用途」. Progress in Solid State Chemistry . 41 (1): 20–54. doi :10.1016/j.progsolidstchem.2012.12.002. ISSN 0079-6786.
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さらに読む
- Green, DJ; Hannink, R.; Swain, MV (1989)。セラミックスの変態強化。ボカラトン: CRC プレス。ISBN 0-8493-6594-5。
- Heuer, AH; Hobbs, LW 編 (1981)。ジルコニアの科学と技術。セラミックスの進歩。第 3 巻。オハイオ州コロンバス: アメリカセラミック協会。p. 475。
- Claussen, N.; Rühle, M.; Heuer, AH, 編 (1984)。ジルコニアの科学と技術に関する第 2 回国際会議議事録。セラミックスの進歩。第 11 巻。オハイオ州コロンバス: アメリカセラミック協会。
外部リンク
- NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド