Qu’est-ce que la zircone ?
La zircone est le nom générique de l’oxyde de zirconium, un oxyde de zirconium.
Sa formule chimique est ZrO2 et elle est classée parmi les céramiques. Son point de fusion et sa résistance à la chaleur sont très élevés, ce qui en fait une matière première idéale pour les outils de coupe et de polissage et les réfractaires. On la retrouve au quotidien dans les matériaux dentaires et les couteaux en céramique .
Utilisations de la zircone
La zircone a un point de fusion élevé et résiste à l’érosion chimique, ce qui en fait un matériau approprié pour les outils de coupe et de polissage et les matériaux réfractaires tels que les creusets et les fours. La zircone est également utilisée pour les couteaux en céramique, par exemple, en raison de sa dureté, de sa flexibilité et de sa résistance.
Parmi les matériaux de zircone, la zircone tétragonale est utilisée comme matière première pour les céramiques et comme billes de broyage pour les composants électroniques. La zircone tétragonale est lourde et moins abrasive, ce qui la rend moins sujette à la contamination.
La zircone cubique possède également une conductivité ionique de l’oxygène et est utilisée comme membrane d’électrolyte solide dans les piles à combustible. De plus, la zircone partiellement stabilisée, décrite ci-dessous, convient comme matériau dentaire.
Principe de la zircone
Le zirconium est un élément de numéro atomique 40. Son oxyde, l’oxyde de zirconium, est appelé zircone et est classé parmi les céramiques. Sa formule chimique est ZrO2 et il forme la structure cristalline monoclinique la plus stable à température ambiante, mais à mesure que la température augmente, la substance passe successivement à des cristaux tétragonaux et cubiques.
Propriétés de la zircone
La zircone (ZrO2) a un point de fusion d’environ 2700 °C et présente de nombreuses caractéristiques telles qu’une faible conductivité thermique, une résistance thermique, une résistance à la corrosion et une grande solidité. En revanche, la zircone est sujette à la dégradation en raison des modifications de sa structure cristalline et des changements de volume provoqués par les variations de température.
Les oxydes tels que l’oxyde d’yttrium (Y2O3), l’oxyde de calcium (CaO), l’oxyde de cérium (CeO2) et l’oxyde de magnésium (MgO) sont des stabilisateurs appropriés pour la zircone. La présence stable de cristaux cubiques à température ambiante est obtenue en ajoutant et en faisant réagir ces oxydes et en les laissant se dissoudre solidement dans la structure cristalline. La zircone avec des cristaux cubiques stables à température ambiante est appelée zircone stabilisée ou zircone partiellement stabilisée.
1. Zircone stabilisée
La zircone stabilisée est un bon conducteur d’ions d’oxygène à des températures élevées en raison de son réseau de vacance d’oxygène élevé. Elle est également chimiquement stable et est donc étudiée comme matériau de base pour la solidification des déchets à haute teneur en TRU.
2. Zircone partiellement stabilisée
La zircone partiellement stabilisée contient généralement moins d’oxyde que la zircone stabilisée. Il en résulte des cristaux monocliniques ou tétragonaux partiellement dispersés. Cette zircone partiellement stabilisée est largement connue comme un matériau à haute résistance et à haute ténacité.
Autres informations sur la zircone
1. Utilisations dentaires des céramiques de zircone
La zircone partiellement stabilisée avec 3 % d’oxyde d’yttrium est utilisée comme matériau dentaire sous la forme d’Y-TZP (Polycristal de zircone tétragonale), qui présente presque 100 % de cristaux tétragonaux à température ambiante. La zircone est un matériau très dur et difficile à travailler lorsqu’elle est entièrement frittée.
C’est pourquoi les produits en zircone utilisés dans les applications dentaires sont généralement fabriqués en découpant des blocs à l’état semi-fritté, qui sont relativement faciles à traiter, puis en les frittant.
Lorsque des matériaux céramiques, y compris, mais sans s’y limiter, des céramiques de zircone, sont utilisés dans des applications dentaires, ils doivent répondre à certaines propriétés physiques de base inscrites dans les différentes législations.
2. Méthodes de production de la zircone
Il existe deux méthodes principales de production de la zircone : l’affinage par voie humide et l’affinage par voie sèche. Toutes deux utilisent comme matières premières des minerais de zirconium tels que le zircon et la haddelite. Le premier processus de la méthode de raffinage par voie humide consiste à fondre les minerais sélectionnés dans de la soude caustique, suivie d’une décomposition et d’une concentration à l’aide d’acide chlorhydrique. Après d’autres processus tels que le lavage et la filtration, l’hydroxyde de zirconium obtenu est calciné et broyé pour produire de la poudre de zircone. Dans le processus de raffinage à sec, en revanche, la zircone pure est produite par broyage du minerai pour en éliminer les impuretés, suivi d’une valorisation répétée.
3. La différence entre la zircone et les métaux
La différence entre la zircone et les métaux est que la zircone est un oxyde du métal zirconium, qui est une céramique grâce à des liaisons covalentes plus fortes que les liaisons métalliques. La zircone est donc supérieure aux métaux à plusieurs égards.
- Résistance à la corrosion
Les métaux ont tendance à se combiner avec les éléments corrosifs de l’environnement, tels que l’oxygène et le soufre, et à se corroder relativement facilement, alors que le zirconium est pratiquement exempt de corrosion. - Dureté élevée et résistance à la chaleur
Le zirconium est formé de liaisons covalentes plus fortes que les liaisons métalliques, ce qui le rend extrêmement dur, tenace et difficile à déformer. Son point de fusion élevé (1 855 °C) lui confère également une grande résistance à la chaleur.
En revanche, contrairement aux métaux, il n’a pratiquement aucune ductilité et ne s’allonge pas, ce qui le rend vulnérable aux chocs violents et, dans certains cas, il peut se fissurer.
4. Différences entre la zircone et les céramiques de silice
La zircone est devenue largement utilisée en dentisterie ces dernières années, comme mentionné ci-dessus, en raison de sa dureté, de sa flexibilité et de ses propriétés non corrosives par rapport aux métaux. En plus des métaux, d’autres matériaux ont été utilisés pour des applications dentaires, notamment les céramiques à base de silice. Toutefois, l’inconvénient de ces dernières est que, malgré leur dureté par rapport aux vraies dents, elles sont susceptibles de se fracturer.
La zircone est si dure qu’on la qualifie de diamant artificiel. Sa dureté est dix fois supérieure à celle des céramiques conventionnelles, ce qui la rend extrêmement durable. De couleur blanche et esthétique, elle peut être utilisée non seulement pour les dents postérieures, mais aussi, depuis peu, pour les dents antérieures.
5. Inconvénients de la zircone dans les applications dentaires
Bien que la zircone dentaire soit de couleur blanche et esthétique, sa faible transparence par rapport aux céramiques de silice et l’absence de variation de couleur ont été considérées comme des inconvénients. Récemment, cependant, le nombre de variations a augmenté et la zircone est utilisée pour les dents antérieures dans les applications dentaires où l’esthétique est un critère essentiel.
Cependant, la zircone est extrêmement dure, environ 10 fois plus dure que la céramique, et si l’occlusion est mal réglée, elle peut raser les dents contre lesquelles elle est utilisée, ce qui représente un inconvénient qu’il convient d’améliorer. Un autre inconvénient est que la dureté élevée de la zircone la rend difficile à traiter, ce qui complique la tâche des dentistes qui doivent la façonner manuellement. La zircone est en effet essentiellement façonnée par ordinateur, ce qui fait que sa précision est inférieure à celle de la céramique.
Enfin, un autre inconvénient est le coût élevé du traitement. Cela est dû au prix élevé de la zircone de haute qualité utilisée en dentisterie.