Gourt Home::Gourt :: ジルコニア
ジルコニア (二酸化ジルコニウム、化学式 ZrO2)は ジルコニウムの酸化物である。常態では白色の固体。融点が2700℃と高いため耐熱性セラミックス材料として利用されている。また、透明でダイアモンドに近い高い屈折率を有することから宝飾品としても用いられている。
結晶構造と機械的性質
ジルコニアは室温で単斜晶系晶であり、温度を上げていくと正方晶、立方晶へと構造相転移する。この相転移は体積変化を伴うため、焼結体は昇降温を繰り返すことによって破壊に至る。特に単斜晶から正方晶への相転移では、約4%の体積収縮が見られる。
ジルコニアのジルコニウムイオンの位置にカルシウムイオンやマグネシウムイオン、イットリウムイオンなどの元素を置換固溶させると、立方晶や準安定正方晶が生成して温度変化による構造相転移が起こらなくなるため、昇降温による破壊を抑制することができる。
このような他元素添加ジルコニアを安定化ジルコニア(stabilized zirconia)と呼び、添加元素を安定化剤と呼ぶ。安定化ジルコニアは、ジルコニアに比べて強度や靭性などの機械的特性に優れる。
これは破壊の原因となる亀裂の伝播を、正方晶から単斜晶への相変態によって阻害し、亀裂先端の応力集中を緩和するからである。この特異なメカニズムを「応力誘起相変態強化機構」と言い、最大で正方晶の約40%が単斜晶に変態する。
また、変態を完全に抑制した完全安定化ジルコニアよりも、添加剤の量を減らしてわずかに変態できるようにした部分安定化ジルコニアのほうが機械的特性に優れることが知られている。
キュービックジルコニア(CZ)
ジルコニアにイットリウム、カルシウム、マグネシウム、ハフニウムなどを4～15％程度添加した安定化ジルコニアは、立方晶安定化ジルコニアあるいは単に立方晶ジルコニア(CZ:cubic zirconia)と呼ばれる。
立方晶ジルコニアは、モース硬度が8～8.5とサファイヤに次ぐ硬さを有し、また、ダイアモンドと同程度の高い屈折率を持つため、宝飾品に用いられている。当初は、「模造ダイアモンド」と呼ばれていたが、1カラットあたり1ドル以下と安価で、比較的大型の結晶も得られ、金属元素の添加で赤、橙、青、緑、ピンク、琥珀色など様々な色のCZが得られることなどから、もはやダイアモンドの代替品としてではなく、新たな宝石として認知され始めている。
関連項目
Zirkoniumdioxid | Zirconium dioxide | Оксид циркония(IV) | Оксид цирконію
"ジルコニア"