zirconia

Zirconia(ZrO2)

La circonia es un material que tiene muchas propiedades interesantes
como:
• Alta dureza
• Bajo coeficiente de fricción
• Estabilidad a altas temperaturas
•Alta temperatura de fusión
• Alta tenacidad
• Estabilidad en medios químicamente agresivos
• Resistencia a la abrasión.
Todas estas características hacen que éste sea un material atractivo en
la industria y sucampo de aplicaciones abarca la fabricación de prótesis
de cadera, implantes dentarios, estructuras de soporte para las prótesis
dentaria, recubrimientos, refractarios y en la industria nuclear
(reactores).

Estructura Cristalina de la Zirconia
La circonia pura se presenta en tres formas polimórficas en
función de la temperatura

Fase

Rango de
estabilidad (°C)

Densidad
(g/cm3)Grupo espacial

Monoclínica (a ≠ b ≠ c
y α=γ=90° , β ≠ 120°)

Hasta 1170

5.151

P21/c (14)

2370-1170

5.074

P42/nmc (137)

2680-2370

5.117

Fm-3m (225)

Tetragonal
(a=b ≠ c y α=β=γ=90°)
Cúbica
(a=b=c y α=β=γ=90°)

Fase monoclínica
los cationes de Zr+4 están situados en los planos paralelos al 001. Cada
ión de Zr+4 está rodeado por siete iones de oxígeno, de talforma que
está coordinado triangularmente con los iones de oxígeno de un plano
OI, y tetraédricamente con los iones de oxígeno de un segundo plano
OII. Esta fase es estable a temperatura ambiente.

Zr
O

Fase tetragonal
los iones de Zr+4 están rodeados por ocho iones de oxígeno, cuatro de
ellos a una distancia de 2,455 Å y los otros cuatro a una distancia de
2.064 Å. Esta fase esimportante ya que presenta gran tenacidad

Zr
O

Fase cúbica
Cada ión de Zr+4 está coordinado con ocho iones de oxígeno
equidistantes y a su vez, cada ión de oxígeno está coordinado
tetraédricamente con cuatro iones de Zr+4, por lo que los iones de Zr+4
forman una subred cúbica fcc y los iones de O-2 una subred cúbica
simple.

Zr
O

Clasificación de los materiales de base circonia
Losmateriales cerámicos de base circonia, ZTC (ZirconiaToughened Ceramics) se clasifican en función de la distribución en
la fase tetragonal:
A. Circona parcialmente
Zirconia)

estabilizada

PSZ

(Partially-

Stabilizied

Esta se obtiene cuando la cantidad de dopante no es suficiente para
la estabilización completa de la fase cúbica. La fase de ZrO2
tetragonal se encuentra comoprecipitados de aproximadamente
100nm embebidos en una matríz de ZrO2 cúbica de tamaño de
grano comprendido entre 40 y 70µm. Las circonas PSZ más
utilizadas son las que contienen entre 8 y 10% molar de MgO2.
La existencia de otras fases disminuye el coeficiente de dilatación
térmica asociado al cambio de volumen de la transformación
tetragonal-monoclínica y por otro lado los precipitados en fasetetragonal aumentan la tenacidad del material.

Clasificación de los materiales de base circonia
Con esta proporción de estabilizante es posible retener una estructura
matriz cúbica con precipitados tetragonales a temperatura ambiente.
La producción de estos materiales se realiza por medio de la
sinterización de polvos muy finos de alta pureza (≈ 1µm). Su
resistencia mecánica es mucho másbaja (entre 450 y 650 MPa) que
las Y–TZP, y la tenacidad de fractura presenta una dependencia con
la cantidad de itria, cuyo valor máximo es aproximadamente 6-7
MPam1/2.
B. Circonia totalmente tetragonal TZP (Tetragonal Zirconia Polycristal)
La microestructura está formada por granos de simetría tetragonal. La
obtención de esta circonia en fase completamente tetragonal ha sido
un gran reto enla mejora de las propiedades mecánicas de este
material. Se caracterizan por ser densas, con tamaño de grano
pequeño y por su alta tenacidad, llegando a soportar tensiones de
fractura de 600 a 700 MPa, por ello son materiales de gran aplicación
industrial como materiales resistentes al desgaste y al corte. Las
circonas TZP más utilizadas son las estabilizadas con Ytria (Y2O3 ) (YTZP) y...