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Zirkoniumoxid – Zr2O

Zirkoniumoxid ist der Werkstoff mit der höchsten mechanischen Festigkeit und Bruchzähigkeit innerhalb der technischen Keramik. Aufgrund der zusätzlich vorhandenen niedrigen Wärmeleitfähigkeit, elektrischen Isolierung und Härte ist Zirkoniumoxid eines der vielseitigsten erhältlichen Materialien.

 

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Wegen seiner instabilen Kristallstruktur wird Zirkoniumoxid meist in „stabilisiertem“ Zustand verwendet, um die Transformation der Struktur, wenn das Material erhitzt wird, zu vermeiden. Der am häufigsten verwendete Stabilisator ist Yttria (Y2O3), aber auch Kalziumoxid (CaO) oder Magnesiumoxid (MgO) können zu diesem Zweck eingesetzt werden. Neben dem Typ des Stabilisators wirkt sich auch dessen Menge auf die Materialeigenschaften aus, Zirkoniumoxid kann teil- oder vollstabilisiert werden.

Zirconium oxide

The ceramic material with the highest fracture thoughness.

Key characteristics

  • Low thermal conductivity
  • High fracture toughness
  • High mechanical strength
  • Electrical insulator
  • High wear resistance
Applications

  • Precision parts
  • Knives
  • Insulators
  • Vacuum chucks
  • Precision balls
For most applications Yttria is used to stabilize zirconium oxide. It has the best mechanical properties and therefore the preferred by the market. It can be recognized by its white-ivory looks.
Mit Magnesium stabilisiertes Zirkoniumoxid ist bei hohen Temperaturen (220 °C und höher) und in sehr feuchten Umgebungen stabiler. Es ist an seinem gelben elfenbeinfarbenen Aussehen zu erkennen.
Die innere Spannung, die von einem Riss im Material herrührt, kann den Wechsel von der tetragonalen zur monoklinischen Phase bewirken. Durch diesen Wechsel vergrößert sich das Volumen, was zur Kompression des Risses führt. Dieses Prinzip verlängert sowohl die Lebensdauer als auch die Zuverlässigkeit von Bauteilen aus Zirkoniumoxid.
Vollstabilisiertes Zirkoniumoxid (fully stabilized Zirconia, FSZ) wird oft wegen seiner hohen Temperaturbeständigkeit verwendet. Es kann in Umgebungen mit Temperaturen bis zu 2000 °C eingesetzt werden.
Electrical properties
Mechanical properties
Thermal properties
Temperature application
Properties Density g/cm3 Porosity % Mechanical properties Hardness (Vickers) kg/mm2 Compressive strength N/mm2 Bending strength N/mm2 E-modulus kN/mm2 Weibull modulus m Fracture toughness K1c Mpam Coefficient of friction Thermal properties
(Max. use temperature) *in air ℃ *in inert atm. ℃ Thermal shock resistance Expansion coefficient *20C - 200C *20C - 600C *20C - 1000C Thermal conductivity at 20C W/mK Electrical properties (Resistivity) * at 20C ohm cm * at 400C ohm cm * at 1000C ohm cm
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