Zircone stabilisée à l'yttria

Zircone stabilisée à l'yttria (CAS 64417-98-7), également désignée YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia) ou oxyde de zirconium-yttrium, est un oxyde mixte appartenant à la catégorie des éléments de terres rares. L'addition d'oxyde d'yttrium (Y₂O₃) à hauteur de 3 à 8 % molaire permet de figer la structure cristalline du dioxyde de zirconium en phase tétragonale ou cubique, supprimant ainsi les transitions de phase destructrices qui surviennent à l'état pur lors du refroidissement. Ce matériau est enregistré au titre du règlement REACH dans la bande 1 000–10 000 t/an.

Les grades commerciaux disponibles couvrent un large spectre d'applications : la nuance à 3 % molaire (Y-TZP, environ 5,2 % en masse d'Y₂O₃, référence Tosoh TZ-3Y et équivalents) se distingue par sa ténacité élevée et sa résistance à la flexion, tandis que la nuance à 8 % molaire (8YSZ, environ 13,3 % en masse) privilégie la conductivité ionique aux températures de fonctionnement des piles à combustible. Les grades de projection thermique, couramment formulés entre 7 et 8 % en masse (7YSZ), présentent une granulométrie de 10 à 90 µm adaptée aux procédés plasma. Des variantes à 4 % et 5 % molaires translucides sont disponibles pour les applications dentaires.

Une teneur résiduelle en HfO₂ de 1 à 2 % est inhérente à la matière première zirconifère ; les teneurs en Al₂O₃ et SiO₂ sont typiquement limitées à respectivement 0,25 % et ≤ 0,02 %.

Les formes commercialement disponibles comprennent la poudre calcinée, le granulé séché par atomisation (spray-drying), la suspension aqueuse, les billes de broyage et les blocs pré-frittés (blanks). Le conditionnement habituel est de 10 à 25 kg pour les poudres fines et les lots de haute pureté, avec des options en grands conteneurs pour les volumes industriels.

Dans les secteurs de l'aérospatiale et de la défense, la YSZ 7–8 % constitue le matériau de référence pour les revêtements de barrière thermique (TBC) des aubes de turbines à gaz, déposés par projection plasma ou HVOF, en raison de sa faible conductivité thermique et de sa stabilité à haute température.

Pour les applications énergie, la nuance 8YSZ est l'électrolyte solide standard des piles à combustible à oxyde solide (SOFC) et des électrolyseurs associés (SOEC). Sa conductivité ionique élevée entre 700 et 1 000 °C en fait également un matériau de choix pour les sondes à oxygène et les capteurs lambda utilisés dans le contrôle des émissions automobiles.

Dans la construction et l'industrie pétrolière et gazière, les pièces frittées en Y-TZP (3 % molaire) sont employées comme composants d'usure, joints, buses et éléments de pompes exposés à des environnements corrosifs ou abrasifs, grâce à leur dureté et leur inertie chimique. Les billes de broyage en zircone stabilisée à l'yttria sont couramment utilisées en broyage à haute énergie de poudres céramiques et électroniques.

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