Zirkonoxid (ZrO₂)
Im Gegensatz zu anderen keramischen Werkstoffen weist Zirkonoxid (ZrO2) einen sehr hohen Widerstand gegen die Ausbreitung von Rissen auf. Außerdem besitzt Zirkonoxid-Keramik eine sehr hohe Wärmedehnung und wird daher gerne für Keramik-Stahl-Verbindungen eingesetzt.
Eine weitere herausragende Eigenschaftskombination ist die sehr geringe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit. Darüber hinaus besitzen einige Zirkonoxid-Keramiksorten eine Leitfähigkeit für Sauerstoffionen. Unter Kostengesichtspunkten liegen Bauteile aus diesem Werkstoff deutlich über Bauteilen aus Aluminiumoxid-Keramik.
Einsatzbeispiele
Zirkonoxidkeramiken werden beispielsweise aufgrund ihrer Biokompatibilität als Werkstoff für Kronen und Brücken in der Dentalindustrie, als Werkzeuge für die Drahtumformung, als Hilfsmittel bei Schweißprozessen, als Technische Schneiden in der Textilindustrie, als Isolierring in thermischen Prozessen und als Sauerstoffmesszelle in der Lambdasonde eingesetzt. Weitere Anwendungsfelder umfassen die Elektronik, Anwendungen für Pumpen, Ventile & Dichtungen, die Luftfahrt sowie die Energieerzeugung, wo Zirkonoxid als Isolator und in Hochleistungsbauteilen verwendet wird.
In Zukunft könnte der Werkstoff eine Schlüsselrolle in der Umwelt- und Energietechnik spielen, z.B. in Brennstoffzellen, die auf langlebige und stabile Materialien angewiesen sind.
Kern-Eigenschaften von Zirkonoxid (ZrO₂)
- Hohe Wärmedehnung
- Sehr gute thermische Isolation beziehungsweise niedrige Wärmeleitfähigkeit
- Sehr hoher Widerstand gegen die Ausbreitung von Rissen, hohe Risszähigkeiten
- Fähigkeit zur Sauerstoffionenleitung (Einsatz bei der Messung von Sauerstoff-Partialdrücken in Lambdasonden)
Unser Zirkonoxid-Portfolio - Materialeigenschaften
| Eigenschaft | ZN40 | MZ429 | HTZ500 |
| Sintern | DB | DB / HIP | DB / HIP |
| Dichte | 5,79 g/cm3 | 6,06 / 6,07 g/cm3 | 5,95 / 5,96 g/cm3 |
| Zirkonkorngrößе | 35 µm | 0,4 / 0,3 µm | - / 0,5 µm |
| Elastizitätsmodul (GPa) | 210 | 220 | 220 |
| Härte HV1 (GPa) | 11 | 13 | 13 |
| Bruchzähigkeit K1c (IFR) | n.a. | 5 MPa·√m | 12 MPa·√m |
| Biegefestigkeit (4PB) | 500 MPa | 1000 / 1500 MPa | 1000 / 1720 MPa |
| Weibull | 20 | 20 / 10 | 20 / 10 |
| Wärmeausdehnungskoeffizient | 10,2 * 10-6·K-1 | 10,5 * 10-6·K-1 | 10,6 * 10-6·K-1 |
| Wärmeleitfähigkeit (W/m·K) | 3,0 | 3,0 | 3,6 |
1 Monokliner Phasenanteil nach 10 h im Autoklaven bei 134 °C und 2 bar
Wo übertrifft HTZ500 gängige ZrO₂-Werkstoffe
- Sehr hohe Festigkeit und Zuverlässigkeit
- Schadenstoleranz und Bruchzähigkeit (3-mal höher als Standard-Zirkonoxid, 4-mal höher als ATZ, 5-mal höher als Standard-Aluminiumoxid)
- Erhöhte Schnittkantenstabilität
- Schleifbeständigkeit, weniger Beschädigungen
- Alterungsbeständigkeit (Stabilität unter hydrothermalen Bedingungen)
- Erfüllt die Anforderungen der Norm ISO 13356
- Die Festigkeit ist mehr als doppelt so hoch wie in der Norm gefordert
