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Zirkoniumdioxid-Keramik (ZrO2)

Zirkoniumdioxid-Keramik (ZrO2)

Zirkoniumdioxid-Keramik ist eine Art von technischer Keramik, die häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt wird. Sie wird in der Regel nicht aus reinem Zirkoniumdioxid hergestellt, sondern aus Zirkoniumdioxid, das während des Sinterprozesses mit Stabilisatoren wie CaO, MgO, CeO₂ oder Y₂O₃ gemischt wird. Diese Stabilisatoren verleihen der Zirkoniumdioxidkeramik unterschiedliche Eigenschaften. So hat Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) eine theoretische Betriebstemperatur von etwa 500 °C (in der Praxis ist sie oft niedriger), während magnesiastabilisiertes Zirkoniumdioxid (MSZ) bei speziellen Verfahren Temperaturen von über 2200 °C standhalten kann.
Das Herstellungsverfahren für Zirkonoxidkeramik umfasst die Pulverformung, das Hochtemperatursintern und die CNC-Bearbeitung. Neben den üblichen Vorteilen von Keramik wie Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit zeichnet sich Zirkoniumdioxid-Keramik durch ihre außergewöhnliche Bruchzähigkeit aus, wodurch sie im Vergleich zu den meisten anderen Keramiken leichter zu bearbeiten ist.

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Eigenschaften

  • Hohe Oberflächengüte
  • Hohe Dichte
  • Überragende Zähigkeit
  • Korrosionsbeständigkeit
  • Hochtemperaturbeständigkeit
  • Abriebfestigkeit
  • Hoher Elastizitätsmodul

 

Zirkonoxid-Keramik-Eigenschaftsdiagramm

Allgemein Einheit YSZ MSZ
Farbe weiß gelb
Dichte g/cm³ 6.02 5.75
Wasserabsorption % 0 0
Gasdurchlässigkeit atms-cc/sec gasdicht <10-¹º gasdicht <10-¹º

 

Mechanische Eigenschaften Einheit YSZ MSZ
Vickers-Härte (500 gm) GPa (kg/mm² ) 12.5 (1250) 11.7 (1200)
Rockwell-Härte R45N 80 78
Druckfestigkeit @ 25°C MPa (psi x 10³) 2485 (360) 1862 (270)
Biegefestigkeit (MOR)
(3 Punkte) @ 25°C
MPa (psi x 10³) 951 (138) 586 (85)
Bruchzähigkeit (gekerbter Balken) MPam1/2 10 12
Elastizitätsmodul GPa (psi x 10⁶)  210 (30) 206 (29.8)
Querkontraktionszahl 0.30 0.28
Zugwiderstand @ 25°C MPa (psi x 10³) 550 (80) 310 (45)

 

Thermische Eigenschaften Einheit YSZ MSZ
Wärmeleitfähigkeit @ 25°C W/m-K 2.2 3
Spezifische Wärmekapazität J/g-°C <= 0.600 0.500
C.T.E. 25 - 100°C x 10-⁶/°C 6.9 8.9
C.T.E. 25°-300°C x 10-⁶/°C 8.1 9.7
C.T.E. 25°-600°C x 10-⁶/°C 10.5 10.0
Max. Betriebstemperatur (Luft) Fahrenheit (°F)  572 3992
Max. Betriebstemperatur (Luft) Celsius (°C)  300 2200

 

Elektrische Eigenschaften Einheit YSZ MSZ
Dielektrizitätskonstante @ 1 MHz 30  22.7
Dielektrizitätskonstante @ Gigahertz 6.2
Dielektrischer Verlust @ 1 MHz 0.0018
Dielektrischer Verlust @ Gigahertz 6.2
Durchschlagfestigkeit (0,125" dick) V/mil 240 300
Volumenwiderstand @ 25°C Ohm-cm > 1 x 10¹³ > 1 x 10¹³
Volumenwiderstand @ 300°C Ohm-cm 1 x 10¹º 5 x 10⁷
Volumenwiderstand @ 500°C Ohm-cm 1 x 10⁶ 1 x 10⁷
Volumenwiderstand @ 700°C Ohm-cm 5 x 10³ 2 x 10⁶

*The values represent typical material properties and may vary depending on product configuration and the manufacturing process, For further information, do not hesitate to Kontaktieren Sie uns.

Anwendungen

Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ):

  • Korrosionsbeständige Beschläge
  • Verschleißfeste Teile
  • Zahnimplantate und Gelenkersatz
  • Kleine, hochpräzise Komponenten
  • Dekorative Keramiken

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Magnesia-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (MSZ):

  • Hauptsächlich in Umgebungen mit hohen Temperaturen eingesetzt

 

 

Drei Arten von Zirkonoxid-Verbundkeramiken

Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ)
Magnesia-stabilisiertesZirkoniumdioxid (MSZ)
Zirkoniumdioxid-gehärtetes Aluminiumoxid (ZTA)

Schwarzer Zirkoniumdioxid

 

Vollständig stabilisierte Zirkoniumdioxidkeramiken werden aus reinem Zirkoniumdioxid ohne Zusatz von Stabilisatoren hergestellt und bei Temperaturen von bis zu 2000 °C gesintert, was zu einem transparenten Aussehen führt, das auch als transparentes Zirkoniumdioxid bezeichnet wird und eine kubische Kristallstruktur aufweist. Teilweise stabilisiertes Zirkoniumdioxid bezieht sich auf Zirkoniumdioxidkeramiken, die mit Stabilisatoren wie Yttriumoxid, Magnesia oder Kalziumoxid gesintert werden und eine Kristallstruktur aufweisen, die aus einer Koexistenz von monoklinen und tetragonalen Phasen besteht.

Mg-PSZ (Magnesia-teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid)
Dieses keramische Material wird durch die Zugabe einer geringen Menge an Magnesia (MgO) teilweise stabilisiert, was zu einer Mischung aus tetragonalen, monoklinen und kubischen Phasen führt.

Die Eigenschaften von Mg-PSZ-Keramik
Die tetragonale Phase kann sich unter Belastung in eine monokline Phase umwandeln, ein Prozess, der als Transformationszähigkeit bezeichnet wird und die Zähigkeit erhöht.
Mg-PSZ weist eine hohe Festigkeit auf und ist besonders bruchfest.

MSZ (Magnesia-stabilisiertes Zirkoniumdioxid)
MSZ entsteht durch die Zugabe einer höheren Menge an Magnesia, das Zirkoniumdioxid vollständig in eine kubische Phase stabilisiert. Dadurch werden Phasenumwandlungen bei relativ niedrigen Temperaturen verhindert, was zu einer größeren Stabilität führt.

Die Merkmale von MSZ Ceramic
Überwiegend kubische Phase, mit minimalen bis keinen monoklinen oder tetragonalen Phasen.
Keine Umwandlungshärtung, aber außergewöhnliche Hochtemperaturstabilität und Beständigkeit gegen chemische Korrosion.
Geringere Zähigkeit, aber hervorragende Eigenschaften bei Hochtemperatur- und chemikalienbeständigen Anwendungen.

Elektrisch geschmolzene Zirkoniumdioxidkeramik wird durch ein elektrisches Schmelzverfahren hergestellt, das zu einer sehr kontrollierten Korngröße führt. Diese Keramiken sind speziell für Umgebungen mit erheblichen Temperaturschwankungen konzipiert.

Sie können Temperaturen von bis zu 2500°C standhalten und bieten eine außergewöhnliche Temperaturwechselbeständigkeit. Selbst bei schneller Erwärmung, etwa von 25°C auf 1500°C, bleibt das Material unbeschädigt.

Dies macht elektrisch geschmolzenes Zirkoniumdioxid zu einem idealen Material für Tiegel, das die Vorwärmzeit erheblich verkürzt und die Produktionseffizienz steigert, während gleichzeitig das Risiko der Rissbildung während des Gebrauchs minimiert wird.

Zirconia Toughened Alumina (ZTA) kombiniert eine Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Matrix mit Zirkonoxid (ZrO₂) als zähmachender Phase. Wenn ZrO₂-Partikel eine Phasenumwandlung durchlaufen, dehnen sie sich aus und erzeugen Druckspannungen an den Rissspitzen. Diese Druckspannung verhindert die Rissausbreitung und verbessert die Zähigkeit des Materials erheblich.
ZTA-Keramik wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die hohe Festigkeit, Haltbarkeit und Bruchfestigkeit erfordern.

Verarbeitung und Bearbeitung von Zirkoniumdioxid-Keramik
WEIERT CERAMICS ist der beste Hersteller von Zirkoniumdioxid-Keramik in China, der sich auf die Entwicklung industrieller keramischer Materialien und die CNC-Präzisionsbearbeitung von Zirkoniumdioxid-Komponenten spezialisiert hat.

Unsere Dienstleistungen im Bereich Zirkonoxidkeramik
WEIERT CERAMICS: Ihr professioneller Lieferant für Zirkonoxid-Keramik. Mit über 10 Jahren Erfahrung in der Herstellung von technischer Keramik bieten wir sowohl Standard- als auch kundenspezifische hochpräzise Zirkoniumdioxid-Stäbe, -Rohre, -Platten, -Komponenten und -Tiegel an.

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