Zirkonoxid ist ein hochentwickelter Keramikwerkstoff mit einem breiten Anwendungsspektrum. Es verfügt über herausragende Eigenschaften. Unter seinen zahlreichen Eigenschaften ist die Härte ein entscheidendes Merkmal und spielt in Anwendungen wie der Zahnmedizin und der Luft- und Raumfahrt eine entscheidende Rolle.
Im Folgenden besprechen wir mit Ihnen die wichtigste Eigenschaft der Härte von Zirkonoxid.
Was ist Zirkonoxid und warum ist die Härte wichtig?
Die chemische Formel von Zirkonoxid lautet ZrO₂. Es ist ein hochentwickeltes Keramikmaterial, das für seine hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit und thermische Stabilität bekannt ist. Die Härte spiegelt sich unter den verschiedenen Leistungsindikatoren vor allem in der Widerstandsfähigkeit gegen Verformungen und Kratzer wider. Zirkonoxid ist aufgrund seiner hohen Härte ein unverzichtbares Material für verschiedene langlebige und verschleißfeste Anwendungen, beispielsweise für Schneidwerkzeuge, Kronen, Prothesen und andere Teile.
Zirkonoxidhärte auf verschiedenen Skalen
Mohshärte
Die Mohshärte von Zirkoniumoxid beträgt etwa 8,5 und ist damit etwas niedriger als die von Aluminiumoxid (Saphir hat 9). Seine Härte ist deutlich höher als die der meisten Metalle und Standardkeramiken, wodurch es in einigen Umgebungen mit starker Beanspruchung sehr widerstandsfähig gegen Kratzer und Oberflächenschäden und anfällig für Korrosion ist.
Vickershärte
Die Vickershärte von Zirkonoxid liegt zwischen 1200 und 1400 HV. Die Vickershärte verschiedener verarbeiteter Komponenten kann leicht abweichen. Dieser Wert unterstreicht die Widerstandsfähigkeit gegen plastische Verformung unter konzentrierter Belastung und macht Zirkonoxid zur idealen Wahl für bestimmte Präzisionswerkzeuge und verschleißfeste Beschichtungen!
Knoop-Härte
Bei einigen präziseren Anwendungen kann die Härte von Zirkonoxid mit dem Knoop-Härtetest auf Werte gemessen werden, die denen von Vickers-Messungen ähneln. Dies kann dabei helfen, die Robustheit des Materials gegenüber verschiedenen Testmethoden zu bestätigen.
Faktoren, die die Härte von Zirkonoxid beeinflussen
Kristallstruktur
Zirkonoxid kommt in drei Hauptkristallformen vor: monoklin, tetragonal und kubisch. Tetragonales Zirkonoxid wird üblicherweise mit Yttriumoxid (Y-TZP) stabilisiert und weist aufgrund seiner dichten und gleichmäßigen Kristallstruktur die höchste Härte auf.
Stabilisierende Additive
Durch die Zugabe von Additiven wie Yttriumoxid (Y₂O₃) und Magnesiumoxid (MgO) zu Zirkoniumoxid können dessen mechanische Eigenschaften, einschließlich der Härte, deutlich verbessert werden. Y-TZP wird aufgrund seiner hervorragenden Härte und Bruchzähigkeit auch als „keramischer Stahl“ bezeichnet.
Verarbeitungstechnologie
Sintertemperatur, Druck und Zeit spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Mikrostruktur und Härte von Zirkonoxid. Eine hervorragende Verarbeitung kann sicherstellen, dass Zirkonoxidprodukte eine minimale Porosität aufweisen und hervorragende Härtewerte erreichen.
Zirkonoxidhärte im Vergleich zu anderen Materialien
Vergleich mit anderen Keramiken
Aluminiumoxid:Zirkonoxid ist etwas weicher als Aluminiumoxid, weist jedoch eine höhere Zähigkeit auf und ist in vielen Anwendungsbereichen überlegen.
Siliziumkarbid (SiC) und Borkarbid (B₄C):Diese Materialien sind härter als Zirkonoxid, weisen jedoch eine geringere Bruchzähigkeit auf, weshalb Zirkonoxid in manchen Umgebungen, in denen Stöße häufig vorkommen, beliebter ist.
Vergleich mit Metall
Obwohl Zirkonoxid nicht so hart ist wie manche Keramikwerkstoffe, ist es deutlich härter als die meisten Metalle, darunter Stahl und Titan. Daher eignet es sich auch ideal für viele stark beanspruchte Komponenten.
Anwendungen von Zirkonoxid basierend auf seiner Härte
Industriewerkzeuge und Verschleißteile
Aufgrund seiner hohen Härte und Verschleißfestigkeit ist Zirkonoxid ein wirksames verschleißfestes Bauteil in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.
Medizinische und zahnmedizinische Anwendungen
Im medizinischen Bereich wird Zirkonoxid aufgrund seiner Verschleißfestigkeit und Biokompatibilität häufig in Zahnkronen, Implantaten und chirurgischen Instrumenten verwendet.
Schmuck und Edelsteine
Zirkonia hat einen mit Diamanten vergleichbaren Glanz und eine extrem hohe Härte, was es zu einer beliebten Alternative in der Schmuckindustrie macht.
Häufig gestellte Fragen
Welche Härte hat Zirkonoxid?
Die Mohshärte von Zirkonoxid beträgt normalerweise 8,5 und seine Vickershärte liegt zwischen 1200 und 1400 HV, was eine sehr hohe Verschleißfestigkeit und Kratzfestigkeit mit sich bringt.
Wie ist die Härte von Zirkonia im Vergleich?
Die Mohshärte von Zirkonia beträgt ebenfalls 8,5, sein Hauptverwendungszweck ist jedoch die Schmuckdekoration und nicht die industrielle Anwendung.
Wie schneidet Zirkonoxid im Vergleich zu Metallen ab?
Zirkonoxid ist härter als die meisten Metalle, beispielsweise Stahl und Titan, und eignet sich daher ideal für verschleißfeste Anwendungen.
Abschluss
Die hervorragende Härte von Zirkonoxid macht es zu einem führenden Werkstoff für industrielle und dekorative Anwendungen. Es ist äußerst verschleißfest und verformungsbeständig und behält auch unter extremen Bedingungen seine strukturelle Integrität. Es ist in vielen Branchen unverzichtbar.