Zircone

Procédés

Le dioxyde de zirconium communément appelé zircone est principalement issu du zircon ZrSiO4. Il est plus fréquemment préparé à partir de silicate de zirconium par traitements thermiques à haute température, accompagnés de traitements chimiques pour éliminer la fraction siliceuse du zircon.

Parce qu’elle présente des transitions de phases pouvant s’accompagner de variations dimensionnelles aux températures élevées (>1000°c), la zircone « pure » ne peut être utilisée que sous forme de poudre. Pour la réalisation de pièces massives, elle nécessite l’utilisation d’oxydes dit « stabilisants » (essentiellement CaO, MgO ou Y2O3) dans des proportions de 5 à 10 % conduisant à  deux grandes familles : les zircones partiellement stabilisées (Y-TZP, 4YSZ et MgO-PSZ) et les zircones totalement stabilisées (FSZ, CSZ, 8YSZ, 8DSZ).

Les zircones sont mises en forme par les procédés classiques de pressage, CIM ou plus récents tels que les procédés additifs, puis frittées entre 1400°C et 1700°C. 

Propriétés

Les zircones sont particulièrement utilisées pour leurs propriétés thermiques :

  • grande résistance aux chocs thermiques et aux températures extrêmes,
  • faible conductivité thermique mais également pour leur coefficient de dilatation proche de celui des métaux.        

Elles sont également utilisées pour leur inertie chimique/résistance à la corrosion, leurs excellentes propriétés mécaniques avec en particulier une très bonne ténacité (pouvant atteindre 10 MPa√m) et une relative élasticité en comparaison des autres céramiques. Isolant électrique à température ambiante, le matériau devient conducteur ionique à plus haute température (30 W.m-1 à 300°C). 

Applications

Utilisées dans de nombreuses industries où leurs propriétés thermo-mécaniques sont particulièrement appréciées, on peut citer:

  • électrolytes solides,
  • piles à combustible,
  • sondes à oxygène,
  • revêtements pour barrière thermique dans le domaine thermique,
  • implants dentaires, implants orthopédiques, isolants / pièces d’usure pour instruments chirurgicaux dans le domaine biomédical,
  • outils de coupe, joints d’étanchéité, paliers, roulements, guide- fils dans l’industrie mécanique,
  • éléments de montres et de bijoux dans l’horlogerie et la joaillerie.

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Matière première
Produit fini

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