Kāpēc cirkonija keramikas sūkņi var efektīvi izturēt koroziju, ko izraisa spēcīgas -skābes vircas?
Iemesls, kāpēc cirkonija oksīda keramikas sūknis var efektīvi pretoties korozijai, ko rada spēcīgas skābes vircas, ir materiāla raksturīgā struktūra un ķīmiskā inerce. Tas nav pārklājums vai virsmas apstrāde,{1}}tā ir būtiska korozijas mehānismu bloķēšana no iekšpuses uz āru.
Pirmkārt, ķīmiskās saites izslēdz reakciju tās avotā.
Parastos metāla sūkņos korozija rodas tāpēc, ka metāla atomi viegli zaudē elektronus un tiek pakļauti pārvietošanās reakcijai ar ūdeņraža joniem skābē. Turpretim cirkonijs ir cirkonija dioksīda kristāliskā fāze, kurā cirkonija un skābekļa atomi tiek turēti kopā ar ārkārtīgi stabilām jonu saitēm ar ļoti augstu saites enerģiju. Lai noņemtu skābekļa jonu no cirkonija atoma, ir nepieciešams liels enerģijas patēriņš, kas ir daudz lielāks par to, ko spēcīga skābe spēj piegādāt ķīmiski. Tā rezultātā cirkonija oksīda keramika pat ļoti skābā vircā paliek termodinamiski stabila un vienkārši nereaģē ar skābi.
Otrkārt, unikāla kristāla struktūra nodrošina pašierobežojošu{0}}mehānismu pret bojājumiem.
Gadījumā, ja lielas-spriedzes apstākļos uz virsmas rodas mikrolūzumi, cirkonija dioksīds tiks pakļauts pārmaiņām, kas pazīstamas kā transformācijas sacietēšana, kurā tā kristāla struktūra pāriet no tetragonālas uz monoklinisku, šīs pārejas rezultātā palielināsies tilpums, kas novedīs pie plaisu galu saspiešanas un plaisu augšanas procesa pārtraukšanas. Tādējādi šim materiālam ir pašlabošanās mehānisms-mikrolīmenī, kas ļauj izvairīties no plaisāšanas un malu šķelšanās. Piemēram, sūkņa darbības laikā, kurā ir skābs maisījums ar cietām daļiņām, sūknis piedzīvo koroziju un mehānisku noārdīšanos. Šī stingrāka uzvedība ir kritiska. Trauslā parastā keramika parasti sāk atslāņoties pēc tam, kad daļiņas saskaras, visu laiku atklājot jaunu virsmu, kas padara to daudz ātrāku koroziju. No otras puses, cirkonija oksīds saglabā virsmu un paliek blīvs, ne{7}}reaktīvs barjers.
Treškārt, virsma ir ļoti hidrofoba, kas saīsina saskares laiku.
Pilnībā sablīvēta cirkonija keramika ir saķepināta praktiski bez porainības, un tai ir zema virsmas enerģija. Spēcīgai skābes suspensijai ir tendence ātri sablīvēt un nomest no virsmas, nevis izkliedēties un pastāvīgi to samitrināt. Tas vēl vairāk samazina gan aiztures laiku, gan kontakta laukumu sūkņa iekšpusē.
Rezultāts ir izturības pret koroziju, nodilumizturības un augstas stiprības kombinācija. Plastmasas sūkņi var izturēt spēcīgas skābes, bet nevar izturēt cieto daļiņu abrazīvo nodilumu. Metāla sakausējumu sūkņi var nodrošināt augstu cietību, bet stiprās skābēs un paaugstinātā temperatūrā tie joprojām ir neaizsargāti pret starpkristālu koroziju. Metāla sakausējuma sūkņiem ir cietības priekšrocība; tomēr starpgraudu korozija, visticamāk, tiem uzbruks stipri skābā vidē augstā temperatūrā. Cirkonija keramikas sūkņi piedāvā risinājumu šai izolācijas problēmai, jo tie ir gan izturīgi pret skābēm, gan tos neietekmē abrazīvās cietās vielas, padarot tos par labu izvēli ļoti kodīgiem un abrazīviem kompleksajiem šķidrumiem, kas parasti atrodas raktuvēs un ķīmiskajos reaktoros.
Viens svarīgs brīdinājums: tīrs cirkonijs neiztur fluorūdeņražskābi, jo fluorīda joni tieši uztver cirkonija atomus, veidojot šķīstošus kompleksus. Tas ir skaidrs vājums. Ja procesa plūsmā ir fluorūdeņražskābe, ir jāpārbauda sastāvs un jāapsver alternatīvs materiāls.
