Zircone

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Zircone
Général
Nom IUPAC	Dioxyde de zirconium
No CAS	1314-23-4
No EINECS	215-227-2
SMILES	[Zr](=O)=O PubChem, Vue 3D
InChI	InChI : Vue 3D InChI=1/2O.Zr/rO2Zr/c1-3-2
Apparence	cristal blanc
Propriétés chimiques
Formule brute	O2ZrZrO2
Masse molaire[2]	123,223 ± 0,003 g·mol-1 O 25,97 %, Zr 74,03 %,
Moment dipolaire	7,80 ± 0,02 D [1]
Propriétés physiques
T° fusion	2 715 °C
T° ébullition	4 300 °C ou 5 000 °C
Solubilité	<1 mg·l-1 dans l'eau à 20 °C
Masse volumique	5,89 g·cm-3, solide
Cristallographie
symbole de Pearson	$mP12\,$
Classe cristalline ou groupe d’espace	P21/c (n°14)
Strukturbericht	C43
Précautions
Directive 67/548/EEC
Xi
Symboles : Xi : Irritant Phrases R : R36/37 : Irritant pour les yeux et les voies respiratoires. Phrases S : S26 : En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste. S39 : Porter un appareil de protection des yeux/du visage.
Phrases R : 36/37,
Phrases S : 26, 39,
SIMDUT[3]
Produit non contrôlé Ce produit n'est pas contrôlé selon les critères de classification du SIMDUT. Divulgation à 1,0% selon la liste de divulgation des ingrédients Commentaires : Ce produit est inscrit sur la Liste de divulgation des ingrédients sous la dénomination chimique zirconium, composés, n.s.a (non spécifié autrement). La dénomination chimique et la concentration de cet ingrédient doivent être divulgués sur la fiche signalétique s'il est présent à une concentration égale ou supérieure à 1,0 % dans un produit contrôlé.
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

La zircone est le nom commun de l'oxyde de zirconium (ZrO₂). Ce matériau est une céramique technique d'aspect opaque. Appelé CZ (Cubic Zirconia) lorsque transparent, il est utilisé pour imiter le diamant. Il ne faut pas le confondre avec le zircon (ZrSiO₄)

Mise en œuvre

La zircone peut être mise en œuvre par frittage ou par projection plasma. Après frittage il se caractérise par une très grande résistance à la rupture, à la fissuration^[4].

Utilisations

Usages liés aux propriétés thermiques

Les propriétés thermiques intrinsèques de la zircone font de ce matériau un candidat très intéressant pour la réalisation de divers dispositifs, par exemple des barrières thermiques. Réfractaire et de faible conductivité thermique, son coefficient de dilatation thermique est relativement élevé pour une céramique (10.10^-6 K^-1 à température ambiante), ce qui permet la réalisation de couples céramique/alliages métalliques possédant de bonnes propriétés thermiques et mécaniques^[5]. Ainsi, quelques dizaines d'années d'expérience dans le développement de barrières thermiques ont permis la démocratisation de l'utilisation de la zircone dans l'industrie.

Pièces d'usure

En raison de sa dureté, qui se traduit par une bonne résistance à l'usure, la zircone est utilisée dans la réalisation de pièces d'usure, notamment dans l'industrie d'élaboration de fibres textiles.

Usages médicaux

La zircone est utilisée dans la réalisation de prothèses dentaires (Zircone Y-TZP) ou des têtes fémorales des articulations artificielles de hanches.

Usages en électronique

Le dioxyde de zirconium est un des oxydes prometteurs pour la micro-électronique, appelés diélectrique high-k, en vue du remplacement du dioxyde de silicium (SiO₂), qui a une constante diélectrique trop faible.

Lame de céramique

Le zircone est également utilisé dans la fabrication de couteaux à lame de céramique.

Joaillerie et horlogerie

Zircone jaune taillé

En raison de la possibilité de lui donner des teintes diverses (noir, blanc, rose, ...), et de sa relative résilience comparativement à d'autres céramiques et de son indice de réfraction élevé, la zircone est utilisée comme matériau pour la réalisation d'objets de luxe en joaillerie, en bijouterie et en horlogerie.

Évolution cristallographique

La zircone présente une évolution cristallographique en fonction de sa température. Lors de sa mis en forme et de son refroidissement, entre 1 000 °C et 1 100 °C, la phase quadratique devient monoclinique. Ce changement cristallographique s'accompagne d'une variation volumique de 3% qui peut être dommageable au matériau. Cet endommagement caractéristique de la zircone pure est problématique. C'est pourquoi il est courant d'utiliser des additifs (dopants) qui stabilisent la forme cubique ou quadratique de la zircone à température ambiante (MgO, CaO, Y₂O₃...). Des études sur des couches minces en zircone montrent l'existence d'une phase orthorhombique à base température.

Notes et références

1. ↑ (en) David R. Lide, Handbook of chemistry and physics, CRC, 16 juin 2008, 89^e éd., 2736 p. (ISBN 142006679X et 978-1420066791), p. 9-50 
2. ↑ Masse molaire calculée d’après Atomic weights of the elements 2007 sur www.chem.qmul.ac.uk.
3. ↑ « Dioxyde de zirconium » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
4. ↑ zircone.fr
5. ↑ CRABOS F. "caractérisation, évaluation et optimisation de systèmes barrière thermique industriels - Application aux turbines à gaz". Thèse de doctorat, Institut National Polytechnique de Toulouse, oct. 1996.