Nicht viele Menschen wissen noch, Zirkon, ein Mineral, aus dem Zirkonium gewonnen wird. Dennoch ist die Ressource, die es Branchen wie Kernkraftwerken, Maschinenbau, chemischer Industrie, Zahnmedizin und Medizin im Allgemeinen liefert, unverzichtbar. Zirkonium bietet Vorteile wie thermische Stabilität, hohe Dichte, Härte (härter als Aluminiummetalle) und hohe Druckbeständigkeit. Weitere Vorteile von Zirkonium sind die hohe Sauerstoffionenleitfähigkeit und der hohe Schmelzpunkt.
Zirkonium unterliegt jedoch unerwünschten Phasenübergängen, insbesondere bei hohen Temperaturen. Daher wird Magnesiumoxid als Stabilisator eingesetzt. Dies eröffnet zahlreiche Vorteile, von denen nahezu jeder Industriezweig profitieren kann.
Was ist Zirkonium?
Zirkonium ist ein silbergraues Metall mit hoher Dehnbarkeit und unglaublicher Hitzebeständigkeit. Das Metall ist hitzebeständig und schmilzt erst bei Temperaturen über 1855 Grad Celsius. Da Zirkonium ein wertvoller Rohstoff ist, fragt man sich vielleicht, wie selten es sein muss!
Es wird aus Zirkon gewonnen, einem Mineral, das unter dem Sand vieler Küstengewässer weit verbreitet ist. Die Mineralvorkommen sind weit verbreitet und nicht konzentriert. Das Mineral ist in China, Australien, der Ukraine, Indonesien und Südafrika sehr beliebt.
Entdeckt im Jahr 1795 von Martin KlaprothLaut dem deutschen Chemiker gelang es dem Mineral nicht, in der industriellen Nutzung aufzusteigen. Erst 1925 wurde das erste reine Zirkonium (ohne andere Elemente oder Stabilisatoren) hergestellt. Die Verwendung des Metalls stieg in den 1940er Jahren sprunghaft an, als viele Kernkraftwerke seine thermische und chemische Beständigkeit entdeckten.
Wofür wird Zirkonium verwendet?
Etwa 90% Zirkonium werden verwendet in Kernkraftwerke Als Ummantelung in Kernreaktoren wird es eingesetzt. Seine hohen Schmelz- und Siedepunkte ermöglichen es, extremen Temperaturbedingungen standzuhalten. Zudem ist es gegenüber Chemikalien äußerst reaktionsträge, da es bei Kernspaltungsreaktionen keine Neutronen absorbiert. Dadurch eignet es sich hervorragend als Ummantelung für Brennstäbe und eignet sich auch als Ummantelung von Uranpellets.
Trotz seiner enormen Verwendung in der Kernenergie ist Zirkonium auch in vielen anderen Branchen von Bedeutung, darunter in der Herstellung künstlicher Edelsteine, im Maschinenbau, in der Filamentherstellung, in der Zahnmedizin und in der chemischen Industrie. Seine bemerkenswerte Beständigkeit gegen chemische Reaktionen macht Zirkonium zu einem wichtigen Rohstoff in der letztgenannten Branche.
Die Vielseitigkeit des Metalls macht es zu einem beliebten Werkzeug für chemische Manipulationen, um das Beste aus ihm herauszuholen. Beispielsweise wird Zirkonium mit Sauerstoff zu Zirkoniumoxid oder Zirkonia kombiniert. Letzteres bietet eine Fülle von industriellen Einsatzmöglichkeiten, in die es sich zu investieren lohnt.
Zirkonia auf einen eleganten Blick
Zirkonoxid kommt in der Natur vor, kann aber auch synthetisch durch Ableitung aus Zirkon oder Zirkoniumsilikat (ZrSiO4) hergestellt werden. Als eines der wichtigsten Zirkonoxid-Derivate findet Zirkonoxid Anwendung in vielen Industriezweigen, beispielsweise in der Zahnmedizin.
Zirkonoxid in der Zahnmedizin
Zahnärzte haben über die Jahre hinweg versucht, neue Wege zu finden, um Lächeln und Mundgesundheit zu verbessern. Da manche abgebrochenen und abgenutzten Zähne nicht remineralisiert werden können, greifen Patienten auf Metall- oder Porzellanfüllungen zurück. Mit dem Durchbruch der Zirkonoxid-Zahnkronen entscheiden sich viele Menschen für Kronen, die ihr Lächeln über zwei Jahrzehnte erhalten können.
Wenn Sie unter schwachen und verformten Zähnen leiden, können Zirkonkronen Ihnen helfen, jahrelang harte Nahrung zu kauen und dabei dem Druck standzuhalten. Obwohl Zirkonkeramikkronen eine neue Alternative sind, bevorzugen viele Menschen Porzellan für die Vorderzähne. Das Hauptproblem ist, dass Zirkonkronen für die Vorderzähne nicht zu den anderen Zähnen passen.
A Studie zur Sicherheit von Zirkonoxidkronen aus dem Jahr 2016 Die Biokompatibilität wurde durch den Körper nachgewiesen. Das heißt, die Kronen lösen keine körpereigenen Reaktionen wie Entzündungen aus. Dank seiner Biokompatibilität und hohen mechanischen Festigkeit eignet sich Zirkoniumdioxid hervorragend für die Knochenregeneration.
Magnesiumstabilisiertes Zirkonoxid (MgO-ZrO2)
Reines Zirkoniumdioxid stellt zwar in vielen Branchen einen Durchbruch dar, bleibt jedoch nach dem Sintern bei erhöhten Temperaturen nicht stabil. Da es einen tetragonalen monoklinen Phasenübergang durchläuft, verliert es beim Abkühlen an Stabilität und sein Volumen verändert sich. Daher wird es mit Metalloxiden wie Magnesiumoxid stabilisiert, die ihm bei erhöhten Temperaturen eine tetragonale Phase verleihen. Somit verfügt magnesiumstabilisiertes Zirkoniumdioxid (MSZ) über überlegene mechanische Eigenschaften.
Die Widerstandsfähigkeit von MSZ gegenüber Phasenumwandlung macht es korrosionsbeständig. Da MSZ biokompatibel ist, kann es sicher in der Orthopädie und Zahnmedizin eingesetzt werden.
Die Widerstandsfähigkeit von magnesiumstabilisiertem Zirkonoxid gegen Phasenumwandlung trägt dazu bei, dass es seine mechanischen Eigenschaften und die hohe Wärmebeständigkeit behält, die für Keramiken erforderlich sind. Andere Materialien neigen zu Wärmeausdehnung, Verschleiß, chemischer Korrosion und Phasenumwandlung. MSZ eignet sich daher hervorragend als Beschichtung für Abgassysteme, Ofenauskleidungen und Gasturbinen.
Wie wird mit Magnesiumoxid stabilisiertes Zirkonoxid in Keramik verwendet?
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Medizin: MSZ ist ein festes biokompatibles Material, das zur Stärkung schwacher und abgenutzter Zähne, Prothesen und abgenutzter Gelenke verwendet werden kann.
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Maschinenbau: Aufgrund seiner hohen Verschleißfestigkeit eignet sich MSZ ideal für die Herstellung von Schneidwerkzeugen und nicht widerstandsfähigen Teilen.
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Thermisch beständige Materialien: Solche Materialien werden in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Kernkraft eingesetzt, wo hohe Energie und Temperaturen entstehen. Sie eignen sich auch zur Herstellung von Ofenauskleidungen und Turbinenschaufeln.
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Elektrizität: Aufgrund der schlechten elektrischen Leitfähigkeit, der thermischen Stabilität und der unglaublichen Durchschlagsfestigkeit werden MSZ-Keramiken zur Herstellung von Isolatoren verwendet.
Eigenschaften von magnesiastabilisiertem Zirkonoxid
Mechanische Eigenschaften
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Farbe: Gelb
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Dichte: 5,7 g/cm³
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Druckfestigkeit: 2500 MPa
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Elastizitätsmodul: 250 GPa
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Weber-Koeffizient: 12M
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Vickershärte: 1100 HV0,5
Elektrische Eigenschaften
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Dielektrizitätskonstante: 28εr
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Durchschlagsfestigkeit: 13 x 105 V/m
Thermische Eigenschaften
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Wärmeleitfähigkeit: 3 W/m·K
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Max. Betriebstemperatur: 2100℃
Abschluss
Magnesiastabilisiertes Zirkonoxid ist ein wertvoller Rohstoff für die Keramikindustrie und wird sich höchstwahrscheinlich auch in Zukunft halten. Aufgrund seiner Korrosions- und Temperaturbeständigkeit dürfte das Material, insbesondere in stabilisierter Form, noch jahrelang gefragt sein. Da es auf der Erdoberfläche weit verbreitet ist, fällt es Unternehmen nicht schwer, es in ausreichender Menge zu fördern.