Стабилизированный оксидом иттрия диоксид циркония (YSZ) — керамика, в которой кубическая кристаллическая структура диоксида циркония стабилизируется добавлением оксида иттрия при комнатной температуре.
Чистый диоксид циркония претерпевает фазовое превращение из моноклинного (стабильного при комнатной температуре) в тетрагональный (примерно при 1173 °С), а затем в кубический (около 2370 °С) по следующей схеме:
Получение стабильного спечённого керамического изделия из диоксида циркония затруднено из-за большого изменения объёма, сопровождающего переход от тетрагонального к моноклинному (около 5 %). Стабилизация кубического полиморфа диоксида циркония в более широком интервале температур достигается замещением некоторых ионов Zr4+ (ионный радиус 0,82 Å слишком мал для идеальной решетки флюорита, характерной для тетрагонального диоксида циркония) в кристаллической решётке с несколько более крупными ионами, например Y3+ (ионный радиус 0,96 Å). Полученные легированные оксиды циркония называют стабилизированными оксидами циркония[1].
Материалы, относящиеся к YSZ, включают в себя оксиды циркония, стабилизированные оксидом кальция, оксида магния, оксида церия или оксида алюминия, или частично стабилизированные оксиды циркония (PSZ).
Хотя 8-9 мол.% YSZ не полностью стабилизируется в чистой кубической фазе YSZ до температур выше 1000 °C (работа[2] и публикации в ней), наиболее часто используются следующие сокращения:
При добавлении иттрия к чистому диоксиду циркония (например, полностью стабилизированный YSZ) ионы Y3+ замещают Zr4+ на катионной подрешетке. Таким образом, из-за зарядовой нейтральности образуются кислородные вакансии[7]: