Qu’est-ce que l’oxyde de zirconium ?
L’oxyde de zirconium est un composé inorganique blanc et inodore.
Utilisations de l’oxyde de zirconium
Les utilisations suivantes de l’oxyde de zirconium tirent parti de ses propriétés :
- Point de fusion très élevé, grande résistance à la chaleur et à l’érosion chimique
Il sert de matière première pour les outils de coupe et de polissage, les matériaux réfractaires, etc. - Dureté et durabilité élevées
Il est utilisé dans les matériaux dentaires, couteaux en céramique, bijoux (imitation de diamants). - Bon conducteur d’ions d’oxygène
Il est utilisé dans les piles à combustible à électrolyte solide.
L’oxyde de zirconium est si dur qu’on l’appelle parfois diamant, et sa dureté est extrêmement élevée – environ 10 fois celle des céramiques courantes. De plus, il peut être utilisé comme matériau pour les composants électroniques tels que les éléments piézoélectriques et les condensateurs céramiques, comme additif pour le verre optique et comme additif pour les quasi-médicaments tels que les catalyseurs et les cosmétiques.
Caractéristiques de l’oxyde de zirconium
L’oxyde de zirconium a comme numéro atomique 40 et est classé parmi les céramiques. Sa formule chimique est ZrO2 et son poids moléculaire est de 123,22. Ses principales propriétés physiques et chimiques sont les suivantes : il a un point de fusion de 2715 °C, un point d’ébullition de 4300 °C, une densité de 5,68 g/cm3 et indice de réfraction de 2,13.
L’oxyde de zirconium présente un certain nombre de caractéristiques, notamment une faible conductivité thermique, une résistance thermique et à la corrosion, ainsi qu’une grande solidité. D’autre part, il est susceptible de se dégrader en raison des modifications de sa structure cristalline et des changements de volume dus aux variations de température.
À température ambiante, il forme la structure cristalline monoclinique la plus stable. Toutefois, à mesure que la température augmente, il se transforme séquentiellement en cristaux tétragonaux et cubiques. Pour supprimer les variations de volume causées par ce changement de structure cristalline, des 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 utilisés comme agents stabilisants.
L’ajout et la réaction des oxydes avec l’oxyde de zirconium et leur dissolution solide dans la structure cristalline permettent au cristal cubique d’exister de manière stable à température ambiante. L’oxyde de zirconium dont les cristaux cubiques sont stables à température ambiante est appelé “zircone stabilisée”. Il peut également s’appeler “zircone partiellement stabilisée” en fonction de la quantité d’agent stabilisant ajoutée au mélange. L’agent stabilisant entraîne la formation de lacunes dans l’oxygène, ce qui en fait un bon conducteur d’ions d’oxygène.
Autres informations sur l’oxyde de zirconium
1. Méthodes de production de l’oxyde de zirconium
Il existe deux méthodes principales de production de l’oxyde de zirconium : le raffinage par voie humide et celui par voie sèche. Toutes deux sont basées sur des minerais de zirconium tels que le zircon et l’haddelite. Le premier processus de raffinage par voie humide implique la fusion des 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, puis broyé pour produire de la poudre d’oxyde de zirconium. Dans le processus de raffinage par voie sèche, en revanche, l’oxyde de zirconium pur est produit en concassant le minerai pour en éliminer les impuretés, puis en procédant à un enrichissement répété.
2. Différences avec le zirconium
Le zirconium est un métal dont les atomes sont liés entre eux par des liaisons métalliques. L’oxyde de zirconium est quant à lui une céramique dont les atomes sont liés entre eux par des liaisons covalentes, plus fortes que les liaisons métalliques. En raison de la différence de mode de liaison, l’oxyde de zirconium présente les avantages suivants par rapport au zirconium :
Résistance à la corrosion
Le zirconium se combine facilement avec des éléments corrosifs tels que l’oxygène et le soufre dans l’environnement. De plus, il se corrode relativement facilement, alors que l’oxyde de zirconium ne se corrode pratiquement pas.
Dureté et résistance aux chaleurs élevées
L’oxyde de 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.