Zirkoniumdioxid (ZTA) ist eine technische Keramik, die die Eigenschaften von Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid kombiniert, um mechanische Festigkeit und Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit zu gew\u00e4hrleisten. Sie eignet sich daher f\u00fcr orthop\u00e4dische Anwendungen wie H\u00fcftk\u00f6pfe und H\u00fcftgelenkspfannen und f\u00fcr industrielle Anwendungen wie Ventildichtungen, Buchsen, Pumpenteile, Schneidwerkzeuge, Motorenteile und Ventildichtungen. Es kommt in orthop\u00e4dischen Anwendungen wie H\u00fcftk\u00f6pfen und H\u00fcftgelenkpfannen zum Einsatz, w\u00e4hrend zu den industriellen Anwendungen Ventildichtungen, Buchsen, Ventildichtungen, Buchsen, Pumpenteile, Schneidewerkzeuge und Motorenteile geh\u00f6ren.<\/p>\n
ZTA wird im Gelcasting-Verfahren unter Verwendung von pulverf\u00f6rmigem Aluminiumoxid und Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxidpulver hergestellt. Dieses Verfahren umfasst die Aufbereitung der Aufschl\u00e4mmung, das Formen, die Trocknung in L\u00f6sungsmitteln mit osmotischen und Lufttrocknungsprozessen, die Pyrolyse und die Sinterung als letzte Schritte.<\/p>\n
Zirkoniumdioxid ist ein ideales Material f\u00fcr Anwendungen, die sowohl hohe Festigkeit als auch Z\u00e4higkeit erfordern. Es wird durch spannungsinduzierte Umwandlung von feinen tetragonalen Zirkoniumdioxidpartikeln in eine Aluminiumoxidmatrix hergestellt. Dieses Verfahren f\u00fchrt zu einer gleichm\u00e4\u00dfigen Partikelgr\u00f6\u00dfenverteilung, die \u00fcberragende mechanische Eigenschaften wie H\u00e4rte, Bruchz\u00e4higkeit und Z\u00e4higkeit sowie chemische Best\u00e4ndigkeit und Verschlei\u00dffestigkeit mit sich bringt.<\/p>\n
In einer Aluminiumoxidmatrix dispergierte Zirkoniumdioxidteilchen werden im Allgemeinen aufgrund chemischer Wechselwirkungen zwischen ihnen und den Aluminiumoxidteilchen daran gehindert, sich zu ver\u00e4ndern, k\u00f6nnen aber bei Beanspruchung aktiviert werden und sich umwandeln. Umgewandelte Zirkoniumdioxidteilchen erzeugen Druckspannungen an den Rissfronten, die eine Ausbreitung verhindern; ihre Umwandlung f\u00fchrt zu einer h\u00f6heren Z\u00e4higkeit als bei herk\u00f6mmlichem Aluminiumoxid.<\/p>\n
Claussen beschrieb 1976 erstmals die Umwandlungsz\u00e4higkeit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass Partikel mit Rissfronten interagieren und diese ablenken, w\u00e4hrend sie gleichzeitig Druckspannungen vor den Rissspitzen erzeugen und so die Bruchz\u00e4higkeit von Materialien erh\u00f6hen (Claussen 1976). Dieser Effekt erh\u00f6ht die Bruchz\u00e4higkeit.<\/p>\n
ZTA kann durch isostatisches Hei\u00dfpressen hergestellt werden und eignet sich gut als Material f\u00fcr H\u00fcftgelenkk\u00f6pfe, da es im Vergleich zu keramischen H\u00fcftk\u00f6pfen aus Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxid (Y-TZP) eine h\u00f6here Lebensdauer aufweist (Abbildung 7.10). Dar\u00fcber hinaus tragen der hohe Aluminiumoxidgehalt und die h\u00f6here Dichte dazu bei, die bei Y-TZP auftretenden Alterungsph\u00e4nomene, die im Laufe der Zeit zu einer \u00fcberm\u00e4\u00dfigen t-m-Umwandlung und mechanischen Degradation f\u00fchren, abzuschw\u00e4chen (Abbildung 7.11 und 7.12).<\/p>\n
ZTA ist ein ausgezeichnetes Material f\u00fcr medizinische Implantate, die korrosionsbest\u00e4ndig und resistent gegen K\u00f6rperfl\u00fcssigkeiten sein m\u00fcssen, wie z. B. Implantate in Operationss\u00e4len und Turbinentriebwerken. Im Vergleich zu herk\u00f6mmlichem Aluminiumoxid bietet ZTA eine \u00fcberlegene Best\u00e4ndigkeit gegen chemische Korrosion; es kann rauen Umgebungen standhalten, ohne sich zu zersetzen oder auszufallen. Dar\u00fcber hinaus zeichnet sich ZTA durch eine au\u00dfergew\u00f6hnliche Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit aus, d. h. es vertr\u00e4gt schnelle Temperaturschwankungen, wie sie z. B. bei Ofen- und Turbinentriebwerkskomponenten auftreten, ohne unter Druck zu brechen oder zu rei\u00dfen.<\/p>\n
AZ-Verbundwerkstoffe sind aufgrund der in einer Aluminiumoxidmatrix dispergierten Zirkoniumdioxidpartikel extrem z\u00e4h. Bei Belastung ver\u00e4ndern die Partikel ihre Kristallstruktur von tetragonaler zu monokliner Form, was zu einer Volumenausdehnung und Kompression f\u00fchrt, die die Rissausbreitung bremst - diese als Transformationsz\u00e4higkeit bekannte Eigenschaft macht ZTA von HMA Wear Solutions ideal f\u00fcr Anwendungen, die hohe Festigkeit, Z\u00e4higkeit und H\u00e4rte erfordern.<\/p>\n
Die Haltbarkeit wird noch weiter erh\u00f6ht, wenn sie einem Temperaturschock ausgesetzt werden. Zirkoniumdioxidpartikel, die in einer Aluminiumoxidmatrix verteilt sind, absorbieren die Energie von schnellen Temperaturwechseln und sch\u00fctzen sie so vor Br\u00fcchen und Rissen aufgrund von Spannungen, die durch abrupte Temperaturver\u00e4nderungen entstehen. Daher kann Keramik sicher in Ger\u00e4ten verwendet werden, die pl\u00f6tzlichen und starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, wie z. B. Ofenkomponenten oder Teile von Turbinentriebwerken, ohne dass die Gefahr eines Ausfalls besteht.<\/p>\n
Zirconiumdioxid ist f\u00fcr seine Korrosionsbest\u00e4ndigkeit bekannt. Daher kann es in Ger\u00e4ten verwendet werden, die mit \u00e4tzenden Fl\u00fcssigkeiten oder Chemikalien wie \u00c4tzs\u00e4uren und Reinigungsmitteln in Kontakt kommen. Au\u00dferdem eignet sich dieses Material aufgrund seiner mechanischen Verschlei\u00dffestigkeit f\u00fcr medizinische Implantate oder Ger\u00e4te, die mit K\u00f6rperfl\u00fcssigkeiten oder Chemikalien wie Reinigungsl\u00f6sungen in Ber\u00fchrung kommen.<\/p>\n
Aufgrund ihrer Langlebigkeit und Korrosionsbest\u00e4ndigkeit werden Zirkoniumdioxid-Tonerde-Verbundwerkstoffe (ZTA) in zahlreichen Branchen eingesetzt. Hersteller von Zerspanungswerkzeugen entscheiden sich bei der Herstellung von Zerspanungswerkzeugen h\u00e4ufig f\u00fcr die starken und dennoch z\u00e4hen Materialien von ZTA; dar\u00fcber hinaus wird es in gro\u00dfem Umfang f\u00fcr die Herstellung medizinischer Ger\u00e4te wie orthop\u00e4dische Implantate wie H\u00fcftk\u00f6pfe und H\u00fcftgelenkpfannen verwendet.<\/p>\n
ZTA-Materialien, die in medizinischen Anwendungen eingesetzt werden, zeichnen sich durch eine h\u00f6here Bruchz\u00e4higkeit aus - bis zu 20-mal h\u00f6her als die von reinem Aluminiumoxid -, was dazu beitr\u00e4gt, das Risiko eines Spr\u00f6dbruches zu verringern, der bei Patienten zu gesundheitlichen Beeintr\u00e4chtigungen f\u00fchren k\u00f6nnte.<\/p>\n
Zirkoniumdioxid ist ein hartes, spr\u00f6des Material, das hohen Temperaturen und rauen Umgebungen standh\u00e4lt. Es widersteht Korrosion und chemischen Angriffen und hat zahlreiche Anwendungen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Fertigung und der Automobilindustrie - sowie eine \u00fcberragende mechanische Festigkeit, Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit und geringe Verschlei\u00dfraten.<\/p>\n
ZTA-Keramik unterscheidet sich von herk\u00f6mmlicher Keramik dadurch, dass sie sowohl aus Aluminiumoxid als auch aus Zirkoniumdioxid besteht und durch Mischen dieser Materialien in Suspension vor dem Sintern bei erh\u00f6hten Temperaturen hergestellt wird. Beim Sintern entstehen fein verteilte Zirkoniumdioxidpartikel mit tetragonaler Phase in einer Aluminiumoxidmatrix. Wenn sich Risse durch diese Matrix bewegen, l\u00f6st ihre Energie Phasenumwandlungen aus, die zu einer Volumenausdehnung f\u00fchren, die den vorhandenen Spannungen wirksam entgegenwirkt; dies f\u00fchrt dazu, dass abgelenkte Risse an mehreren Stellen in der Matrix auftreten und die Bruchenergie zerstreut wird, w\u00e4hrend gleichzeitig die Bruchenergie insgesamt abgeleitet wird.<\/p>\n
Die Zusammensetzung dieses Materials kann je nach Verwendungszweck ma\u00dfgeschneidert werden, wobei das Verh\u00e4ltnis von Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid je nach Bedarf angepasst werden kann, um den jeweiligen Anforderungen gerecht zu werden. So k\u00f6nnte beispielsweise mehr Zirkoniumdioxid in die Formulierung aufgenommen werden, um die Zugfestigkeit zu erh\u00f6hen, w\u00e4hrend mehr Aluminiumoxid die Best\u00e4ndigkeit gegen hydrothermale Alterung und Korrosion erh\u00f6hen w\u00fcrde.<\/p>\n
Die Produktlinie ZTA-96 wurde entwickelt, um kosteneffiziente L\u00f6sungen f\u00fcr Anwendungen zu bieten, die Verschlei\u00df, Korrosion und Stabilit\u00e4t bei hohen Temperaturen erfordern. Erh\u00e4ltlich in einer Reihe von Formen und Gr\u00f6\u00dfen mit kundenspezifischen Toleranzen und Oberfl\u00e4chen, kann diese Keramik eine zuverl\u00e4ssige Leistung in schwierigen Anwendungen bieten.<\/p>\n
Zirkoniumdioxid ist seit langem f\u00fcr seine Verschlei\u00df- und Korrosionsbest\u00e4ndigkeit sowie f\u00fcr seine hervorragende chemische Stabilit\u00e4t bekannt - beides Eigenschaften, die es f\u00fcr medizinische Anwendungen, bei denen es mit K\u00f6rperfl\u00fcssigkeiten oder Chemikalien in Ber\u00fchrung kommt, besonders geeignet machen. Au\u00dferdem gilt Zirkoniumdioxid aufgrund seiner hervorragenden biologischen Vertr\u00e4glichkeit als attraktiver Kandidat f\u00fcr zahnmedizinische und chirurgische Implantate.<\/p>\n
Biolox Delta von CeramTec, Plochingen, Deutschland, wurde im Jahr 2000 als eines der ersten ZTA-Materialien als Implantat-Ersatzmaterial f\u00fcr H\u00fcftk\u00f6pfe und H\u00fcftgelenkpfannen auf den Markt gebracht. Es besteht aus einer Aluminiumoxid-Matrix, die mit Zirkoniumdioxid und Strontiumaluminat verst\u00e4rkt ist, welche die Rissspitzen abstumpfen und die Z\u00e4higkeit erh\u00f6hen, sowie aus Chromoxid, das die Korrosion bei niedrigen Temperaturen verhindert. Nach Angaben von CeramTec wurden bisher \u00fcber 320.000 H\u00fcftk\u00f6pfe und 160.000 Eins\u00e4tze mit dieser Keramik implantiert.<\/p>\n
Durch die Kombination von Zirkoniumdioxid-K\u00f6rnern mit einer Aluminiumoxid-Matrix entsteht ein Material mit au\u00dfergew\u00f6hnlicher Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit, das sich hervorragend f\u00fcr Anwendungen unter extremen Temperaturen eignet. Dar\u00fcber hinaus \u00fcbertreffen Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Verbundwerkstoffe in der Regel reines Aluminiumoxid in Bezug auf die Haltbarkeit, selbst bei l\u00e4ngerer Sandstrahleinwirkung.<\/p>\n
ZTA bietet eine hohe Bruchz\u00e4higkeit, was es zu einem idealen Werkstoff f\u00fcr Anwendungen macht, bei denen spr\u00f6de Materialien nicht erw\u00fcnscht sind. Um eine maximale Festigkeit und Z\u00e4higkeit zu erreichen, m\u00fcssen Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Verbundwerkstoffe jedoch ordnungsgem\u00e4\u00df gesintert und verdichtet werden. Zu niedrige Temperaturen k\u00f6nnten zu Punktdefekten und einer geringeren Biegefestigkeit f\u00fchren - daher sollten 1550 Grad Celsius verwendet werden, um eine optimale Verschmelzung und Partikelgr\u00f6\u00dfenverteilung sicherzustellen.<\/p>\n
Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Verbundwerkstoffe bieten eine hervorragende Verschlei\u00dffestigkeit in Schneidwerkzeugen und anderen abrasiven Bauteilen und weisen eine geringe Reibung auf, so dass sie im Vergleich zu \u00e4hnlichen Werkstoffen, die f\u00fcr orthop\u00e4dische Implantate verwendet werden, chemisch inert sind und weniger kosten. Diese Kombination von Eigenschaften macht diese Verbundwerkstoffe f\u00fcr medizinische Anwendungen sehr begehrt.<\/p>\n
Die Beanspruchung von Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Verbundwerkstoffen f\u00fchrt dazu, dass sich metastabiles tetragonales Zirkoniumdioxid in monoklines Zirkoniumdioxid umwandelt und das Volumen der Zirkoniumdioxidkristalle vergr\u00f6\u00dfert, wodurch die Rissspitzen zur\u00fcckgedr\u00e4ngt und die Z\u00e4higkeit verbessert wird.<\/p>\n
Zirkoniumdioxid ist daf\u00fcr bekannt, dass es stark und haltbar ist und gleichzeitig elektrisch isolierend wirkt. Das macht es zu einem fantastischen Material f\u00fcr Bauteile, die sowohl mechanisch als auch elektrisch isoliert werden m\u00fcssen, wie z. B. H\u00fclsen.<\/p>\n
Aluminiumoxid-Zirkoniumdioxid-Verbundwerkstoffe, die mit Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxid (8YSZ) hergestellt werden, haben sich gegen\u00fcber jenen, die mit unstabilisiertem Aluminiumoxid hergestellt werden, als \u00fcberlegen erwiesen, und das zu einem ebenso wettbewerbsf\u00e4higen Preispunkt. Zu den idealen Anwendungen geh\u00f6ren solche, bei denen sowohl Abriebfestigkeit als auch gute elektrische Isolationseigenschaften erforderlich sind - Temperaturen bis zu 1500 Grad Celsius sind kein Problem!<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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