17 Zirkonoxid-Arten erklärt

Überraschenderweise gibt es 17 verschiedene Zirkonoxid-Arten. Das sind weit mehr als nur sechs oder sieben! Diese Arten werden nach bestimmten Merkmalen kategorisiert. Jede von ihnen ist vorteilhaft, da sie eine spezifische Eigenschaft besitzt: Festigkeit, Rostfreiheit, Hitzebeständigkeit und Stabilität bei Belastungen.

Jetzt ist es an der Zeit, mehr über Zirkonoxid zu erfahren. Lesen Sie also weiter!

Was ist Zirkonoxid und wie viele verschiedene Klassen gibt es?

Was ist Zirkonoxid und wie viele Arten gibt es?

Zirkonia/Zirkoniumoxid (ZrO2) ist ein Hochleistungskeramikmaterial, das hohen Temperaturen standhält. Es wird aus Mineralien gewonnen. Der deutsche Wissenschaftler Martin Heinrich Klaproth entdeckte Zirkonoxid 1789 bei der Arbeit mit Zirkon (ZrSiO₄). Er gewann Oxide aus Zirkon und gab ihnen den Namen Zirkonia. 1824 isolierte der schwedische Chemiker Jöns Jakob Berzelius erstmals Zirkonium aus Zirkon.

Zirkonoxid ist ein feines, weißes Pulver. Es ist sehr widerstandsfähig und neigt bei schnellen Temperaturwechseln nicht zum Brechen. Es ist zudem beständig gegen aggressive Chemikalien.

Aufgrund dieser hervorragenden Eigenschaften findet Zirkonoxid in vielen Bereichen Anwendung. Es wird zur Herstellung von Keramikmessern, medizinischen Instrumenten, Industriemaschinen, Teilen für die Luft- und Raumfahrt und elektrischen Isolatoren verwendet.

Es wird auch bei der Entwicklung anderer technologisch fortschrittlicher Materialien eingesetzt, beispielsweise für Hitzeschutzbeschichtungen, Abgaskatalysatoren, Sauerstoffsensoren und Brennstoffzellenmembranen. Aufgrund seiner Körperverträglichkeit kann es zur Herstellung von Zahnkronen und medizinischen Implantaten verwendet werden.

Bei normaler Temperatur liegt Zirkonoxid in monokliner Form vor. Steigt die Temperatur jedoch, durchläuft Zirkonoxid eine Phasenumwandlung und verändert dadurch seine Form. Der Schmelzpunkt dieses Materials ist sehr hoch. Tatsächlich schmilzt es bei 2716 Grad Celsius.

So wird es transformiert:

• Bei 1170 °C entsteht tetragonales Zirkonoxid.

• Bei 2370°C nimmt es eine kubische Form an. Diese kubische Form wird oft verwendet, um Stellen Sie Schmuck her, der wie Diamanten aussieht.

• Oberhalb von 2370 °C und kurz vor dem Schmelzen nimmt Zirkonoxid eine Fluoritstruktur an.

Diese Änderungen wirken sich auf die Stabilität von Zirkonoxid aus und verändern einige seiner Eigenschaften.

Zirkonoxid wird anhand unterschiedlicher Merkmale in Typen eingeteilt:

• Stabilisierungsmethoden, wie das Hinzufügen von Mineralien wie Yttrium oder Kalzium.

• Verbundstrukturen.

• Spezielle Mischungen und Anwendungen.

• Verarbeitung und physikalische Merkmale.

• Einzigartige Anwendungen in der Industrie.

17 Zirkonoxid-Arten erklärt

Es gibt 17 Arten von Zirkonoxid, die in der Fertigung weit verbreitet sind, zum Beispiel bei der Herstellung von Zahnimplantate und orthopädische Instrumente.

Zirkonoxidarten basierend auf Stabilisierungsmethoden

1. Monoklines Zirkonoxid

Dies ist die reinste Form von Zirkonoxid und die stabilste unter normalen Temperaturbedingungen. Es ist jedoch sehr spröde und nicht sehr fest. Es ist noch relativ schwach und muss zur Erhöhung seiner Festigkeit in tetragonale Zirkonoxid-Polykristalle (TZP) umgewandelt werden.

2. Tetragonales Zirkonia

Dieser Typ ist hochtemperaturbeständig, fester und langlebiger und eignet sich daher für Dentalwerkzeuge und Hochleistungskeramiken.

3. Teilstabilisiertes Zirkonoxid (PSZ)

Dieser Typ enthält sowohl monoklines als auch tetragonales Zirkoniumdioxid. Es wird durch Yttriumoxid oder Calciumoxid stabilisiert. Der verwendete Stabilisator verändert die Eigenschaften des PSZ. Es ist im Allgemeinen härter und langlebiger.

4. Vollständig stabilisiertes Zirkonoxid (FSZ)

FSZ ist eine stabile Form von Zirkonia. Es weist eine gute Hochtemperatur- und chemische Stabilität auf. Aufgrund der oben genannten Eigenschaften wird es in Wärmedämmschichten sowie Sensoren eingesetzt.

5. Ceroxidstabilisiertes Zirkonoxid (CSZ)

CSZ wird durch die Dotierung von Zirkonoxid mit CeO2 hergestellt. Es ist hochstabil, nahezu unzerbrechlich und auch bei niedrigen Temperaturen gut verträglich. Dadurch eignet sich CSZ für medizinische und industrielle Anwendungen.

Zirkonoxidarten auf Basis von Verbundstrukturen

1. Zirkonoxid-verstärktes Aluminiumoxid (ZTA)

ZTA ist eine Kombination aus Zirkonoxid und Aluminiumoxid. Diese Materialien ergeben zusammen mit ZTA ein noch härteres und haltbareres Material. Aufgrund dieser Eigenschaften findet ZTA Anwendung in der Zahnmedizin, im Gelenkersatz, in Schneidwerkzeugen, Motorteilen und Bergbaumaschinen usw.

2. NanoZR

NanoZR kombiniert winzige Zirkonoxidpartikel mit Aluminiumoxid. Es ist eine verbesserte Version von ZTA mit zusätzlicher Zähigkeit und Stabilität bei hohen Temperaturen. Diese Eigenschaften machen NanoZR ideal für medizinische Instrumente, Hochtemperaturanwendungen und Zahnimplantate.

3. Mehrschichtiges Zirkonia (M3Y, M4Y, M5Y, M6Y und Hybridvarianten wie M3Y-5Y, M3Y-4Y usw.).

Diese Zirkonoxidtypen bestehen aus Schichten unterschiedlicher Zirkonoxidmischungen. Diese Schichtung verleiht ihnen eine bessere Lichtdurchlässigkeit, Festigkeit und Körperverträglichkeit. Das „Y“ steht für Yttriumoxid (Y₂O₃), und die Zahl gibt an, wie viele Mol Yttriumoxid in jedem Typ enthalten sind. Beispielsweise enthält M3Y 3 Mol, während M5Y 5 Mol Yttriumoxid enthält. Diese Eigenschaften machen mehrschichtiges Zirkonoxid zur ersten Wahl für Zahnimplantate.

4. Transformiertes gehärtetes Zirkonoxid

Dieser Typ wird aus tetragonalem Zirkonoxid hergestellt, dessen Phase durch Spannung verändert wird. Er ist extrem langlebig und verschleißfest und eignet sich daher ideal für Schneidwerkzeuge und Zahnimplantate.

Arten von Zirkonoxid-basierten Spezialzusammensetzungen und Anwendungen

1. Yttrium-stabilisierte tetragonale Zirkonoxid-Polykristalle (Y-TZP)

Y-TZP ist eine Unterart von Zirkonoxid, die durch Zugabe von Yttriumoxid modifiziert wird, um sie fest und langlebig zu machen. Dies macht es zu einer der stärksten Zirkonoxidformen auf dem Markt. Aufgrund seiner hohen Festigkeit und Stabilität wird es zur Herstellung verschiedener zahnmedizinischer Geräte und Prothesen sowie chirurgischer Instrumente verwendet. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet es sich für Anwendungen, die Festigkeit und Haltbarkeit erfordern.

2. Monolithisches Zirkonoxid

Monolithisches Zirkonoxid ist eine einschichtige Variante von Y-TZP-Zirkonoxid. Es zählt zu den härtesten Materialien und hält hoher Beanspruchung stand. Aufgrund seiner Stabilität eignet es sich daher ideal für den Einsatz in zahnmedizinischen Anwendungen, beispielsweise für Kronen und Brücken. Es eignet sich daher für den Einsatz in der Medizin und Zahnmedizin, da es mehrfach und ermüdungsfrei eingesetzt werden kann.

3. Magnesia-stabilisiertes Zirkonoxid (Mg-PSZ)

Diese Art von Zirkonoxid wird durch die Einarbeitung von Magnesiumoxid stabilisiert und zeichnet sich durch hohe thermische Zähigkeit und Bruchzähigkeit aus. Aufgrund dieser Eigenschaften wird es häufig in Hochtemperaturanwendungen wie der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, wo Materialien hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Es wird auch in Ofenauskleidungen und einigen anderen industriellen Anwendungen eingesetzt, bei denen ein Material mit hoher Thermoschockbeständigkeit benötigt wird.

4. 3Y-HA

Dieser Zirkonoxidtyp ist ein mit Yttriumoxid und Hydroxylapatit teilstabilisiertes Zirkonoxid mit 3 mol% Yttriumoxid. Es bildet die hierarchische Struktur des Knochengewebes nach und wird deshalb für orthopädische Implantate verwendet. Das Zirkonoxid ist mit Hydroxylapatit integriert, was die Bindung zwischen diesem Material und dem Knochen verbessert und die Bildung von neuem Knochengewebe fördern kann.

Es reduziert außerdem den Knochendichteverlust beim Entfernen von Implantaten und kann zudem antibakteriell wirken. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich 3Y-HA-Zirkonoxid für die Herstellung von Knochenschrauben, Platten, künstlichen Gelenken und anderen Komponenten zur Frakturfixierung tragender Knochen.

5. 3 Jahre

3Y-Zirkonoxid ist ein weiterer Typ, der mit 3 mol 1TP 3T Yttriumoxid stabilisiert ist. Es ist bekannt für seine hohe mechanische Festigkeit und reduzierte Lichtdurchlässigkeit. Diese Kombination von Eigenschaften macht es zu einer beliebten Wahl für Zahnkronen und Prothesen. Eine Erhöhung des Yttriumoxidanteils über diesen Prozentsatz hinaus kann jedoch zu einem Festigkeitsverlust führen, daher ist die Ausgewogenheit der Zusammensetzung entscheidend. Dieses Material wird für Anwendungen eingesetzt, bei denen sowohl Ästhetik als auch Festigkeit wichtig sind, wie beispielsweise in der kosmetischen Zahnheilkunde und der medizinischen Prothetik.

Spezialisierte Zirkonoxidtypen basierend auf Verarbeitung und Eigenschaften

1. Niedrigtemperatur-Degradation (LTD) Zirkonia

LTD-Zirkonoxid ist feuchtigkeitsbeständig. Dadurch ist es auch bei Nässe robust und langlebig. Es wird häufig für altersbedingte Zahnimplantate und Industriewerkzeuge verwendet.

2. Heißisostatisches Pressen (HIP) Zirkonoxid

HIP-Zirkonoxid wird unter hohem Druck und Hitze hergestellt. Dieses Verfahren verleiht ihm eine hohe Dichte und Festigkeit. Es wird in hochwertigen Produkten wie Industrieklingen, Spaltringen, MWD-Hülsen und Wasserstrahlkolbenteilen verwendet.

3. Keramik-Spritzguss Zirkonoxid

Für den Keramikspritzguss werden Typen wie Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid, Magnesium-stabilisiertes Zirkonoxid und Ceroxid-stabilisiertes Zirkonoxid verwendet. Während des Prozesses wird die Partikelgröße bei etwa 1 μm gehalten. Dies verbessert die Festigkeit und Haltbarkeit des Endprodukts.

Zusätzliche Typen basierend auf spezifischen Anwendungen

1. 3Y-4Y, M3Y-5Y und andere Multilayer-Varianten wie M4Y-5Y

Mehrschichtiges Zirkonoxid besteht aus drei Schichten unterschiedlicher Yttrium-Zirkonoxide. Diese Schichten reichen vom Kern bis zur Oberfläche. Es wird für hochwertige Zahnkronen, Brücken und Implantate verwendet. Mehrschichtiges Zirkonoxid sieht natürlich aus, wie echte Zähne, und ist robust. Zirkonoxid mit einem höheren Yttriumoxidgehalt ist transparenter, wie natürliche Zähne, aber weniger flexibel und weniger haltbar.

Welche Arten von Zirkonoxid werden in der Zahnmedizin verwendet?

In der Zahnmedizin werden spezielle Zirkonoxid-Typen gewählt, da sie robust und körperverträglich sind. Die gängigsten sind Yttrium-stabilisierte tetragonale Zirkonoxid-Polykristalle (Y-TZP), Magnesium-stabilisiertes Zirkonoxid (Mg-PSZ) und Zirkonoxid-verstärktes Aluminiumoxid (ZTA). Zahnärzte verwenden diese Typen allein oder als Teil von geschichtetem Zirkonoxid.

Abschluss

Dies sind die 17 wichtigsten Zirkonoxid-Typen, die sich im Laufe der Zeit stetig verbessern. Die Auswahl des richtigen Typs für Ihr Produkt kann schwierig sein. Deshalb unterstützen Sie Keramikhersteller, indem sie Ihre Bedürfnisse verstehen und das perfekte Produkt für Sie entwickeln.