Verschleißfestigkeit von Zirkonoxid- vs. Aluminiumoxidkeramik

Einführung

Ingenieure greifen heute bei Anwendungen mit hoher Verschleißfestigkeit auf Zirkonoxid- und Aluminiumoxidkeramik zurück. Warum? Weil sich diese beiden Werkstoffe hervorragend als Schleifmittel in der Hochleistungskeramikindustrie eignen. Interessanterweise weisen sie ähnliche Eigenschaften auf, was es Ingenieuren, Herstellern und manchen Orthopäden schwer macht, sich für die bessere Keramik zu entscheiden. Sie fragen sich jetzt wahrscheinlich: Welche Keramik ist die verschleißfesteste? Der heutige Artikel beantwortet diese häufig gestellte Frage und zeigt Ihnen einige wichtige Eigenschaften, die Zirkonoxid und Aluminiumoxid so verschleißfest machen. Sie erfahren mehr über ihre Leistungsstandards und lernen ihre Unterschiede kennen. Lassen Sie uns direkt loslegen!

Verschleißfestigkeit von Zirkonoxid- und Aluminiumoxidkeramik

Verschleiß durch Reibung hat dazu geführt, dass viele Unternehmen und Branchen heute nach technischen Keramikmaterialien suchen, die den Auswirkungen von Reibung und Verschleiß stark widerstehen oder diese reduzieren können. Zirkonoxid- und Aluminiumoxidkeramik sind sehr robuste Materialien, die selbst schwersten Belastungen standhalten. Die Verschleißfestigkeit von Zirkonoxid ist so hoch, dass es die Lebensdauer und Leistungsstandards Ihrer Geräte effektiv erhalten kann. Stellen Sie sich ein Keramikmaterial vor, das nicht so sperrig ist und dennoch nicht so leicht bricht. Es ist so robust, dass man selbst bei extremen Temperaturen von bis zu 2.100 °C noch einen aufwändigen Prozess durchlaufen müsste, um es zu knacken. Sie werden mir zustimmen, dass Industriemaschinenteile, die stundenlang unermüdlich unter heißen Bedingungen arbeiten, durch die ständige Reibung einem Verschleißrisiko ausgesetzt sind. Welches andere Material käme also für die Beschichtung oder Herstellung einiger dieser Maschinenteile in Betracht, wenn nicht Zirkonoxid?

Aluminiumoxid ist ein weiteres sehr hartes Material mit ähnlichen Eigenschaften wie Zirkonoxid. Es ist eine der wenigen Hochleistungskeramiken auf dem Markt, die mit Zirkonoxid mithalten kann. Es erreicht eine hervorragende Mohs-Härteskala von 9 und ist zudem beeindruckend verschleißfest. Daher können Sie es wie Zirkonoxid zur Herstellung robuster Maschinenteile verwenden. Aluminiumoxidkeramik leitet Wärme und Strom jedoch tendenziell etwas besser als Zirkonoxid; beide weisen dennoch eine hervorragende Verschleißfestigkeit auf. Welches dieser Materialien wäre also für Sie als orthopädischer Chirurg, Zahnarzt, der im Krankenhaus mit Zahnschmelz und zahnmedizinischen Produkten arbeitet, oder als Ingenieur oder Hersteller, der schwere Maschinen, Fahrzeugersatzteile, elektrische und industrielle Geräte herstellen möchte, die beste Wahl? Schwierige Entscheidung, oder? Keine Sorge, wir werden die Unterschiede in den nächsten Abschnitten anhand von Fallbeispielen erläutern.

Zirkonoxidkeramik vs. Aluminiumoxidkeramik

Zirkonoxid (ZrO2)-Keramik

Zirkonoxid ist ein sehr zähes kristallines Keramikmaterial, auch Zirkonoxid (ZrO2) genannt. Es entsteht als Oxid von Zirkonium und kommt natürlich in einer Form vor, die als Baddeleyit und hat ein elfenbeinweißes oder gelbliches Aussehen. Zirkonoxidprodukte sind herausragend und gelten aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Stabilität sowie ihrer hohen Beständigkeit gegen extrem hohe Temperaturen, Brüche, mechanische Belastungen und korrosive Chemikalien als die besten Schleifmittel auf dem Keramikmarkt. Ihre ungewöhnlich hohe Dichte und Verschleißfestigkeit ermöglichen Ihnen, auch unter ungünstigen Bedingungen maximale Ergebnisse zu erzielen. Zirkonoxidkeramiken in ihren verschiedenen Formen und Größen sind ideale Komponenten für Feuerfestmaterialien, Lager, schwere Maschinenteile, Elektronik, Automobile und die Luft- und Raumfahrt.

Bei Kontakt mit hohen Temperaturen verändert es seine Form, weshalb Stabilisatoren wie Yttriumoxid und Ceroxid verwendet werden. Dies erklärt die Verfügbarkeit verschiedener Güteklassen wie zirkonoxidverstärktes Aluminiumoxid (ZTA), magnesiastabilisiertes Zirkonoxid, yttriumstabilisiertes Zirkonoxid und ceroxidstabilisiertes Zirkonoxid. Zirkonoxid ist hochgradig biokompatibel und wird von Chirurgen und Orthopäden mittlerweile bei Knochen- und Zahnerkrankungen eingesetzt, da es sich nicht so leicht abnutzt und nicht negativ mit Chemikalien im Körper reagiert.

Zirkonoxid ist heute ein stark nachgefragtes Handelsprodukt, obwohl es sehr teuer, schwer zu finden und herzustellen ist. Der weltweite Umsatz liegt bei über 149 Milliarden TP3, vor allem aufgrund seiner hervorragenden Verschleißfestigkeit. Marktteilnehmer prognostizieren eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 613 Milliarden TP3. Zirkonoxidkeramik kann mit verschiedenen Methoden hergestellt werden, z. B. durch thermische Kalzinierung, Chlorierung, Karbidierung oder durch Zersetzung der natürlichen Form mit Natriumhydroxid (NaOH) oder Natriumbicarbonat (NaCO3) bei hohen Temperaturen von etwa 2.800 °C. Wenn Sie noch nicht produzieren möchten, können Sie Zirkonoxidkeramik bei uns kaufen unter GGSCeramics. Wir sind zuverlässige Lieferanten einiger der besten Zirkonoxidprodukte, die es auf dem Markt gibt.

Eigenschaften von Zirkonoxidkeramik

Einige Eigenschaften von Zirkonoxid (ZrO2), die es wirklich attraktiv und verschleißfest machen, sind:

• Die Bruchzähigkeit beträgt 10 MPa·√m.

• Seine Vickershärte beträgt 1.220 und 8,5 auf der Mohs-Härteskala.

• Bei 20 °C liegt seine Biegefestigkeit zwischen 180 MPa und 1000 MPa.

• Es hat einen Elastizitätsmodul von etwa 250 GPA.

• Der Schmelzpunkt liegt zwischen 1170 °C und 2700 °C.

• Es verfügt über eine sehr hohe Druckfestigkeit, Zähigkeit und Biokompatibilität.

• Es hat eine Dichte von bis zu 6,2 G/cm³.

• Es besitzt eine Durchschlagsfestigkeit von etwa 300 V/mil.

• Es hat einen Volumenwiderstand von 5 x 10-3 bei Temperaturen bis zu 700 °C.

• Bei 20 °C verfügt es über eine hervorragende Zugfestigkeit von 300 MPa.

• Die Wasseraufnahmerate beträgt null Prozent.

• Es verfügt über eine hohe Stoßfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit von 3,5 W/mk.

Industrielle Anwendungen von Zirkonoxidkeramik

Einige ideale Fälle, in denen Sie diese Zirkonoxidkeramikprodukte verwenden können, sind:

• Der medizinische Bereich bei der Herstellung von Zahnschmelz und Knochen

• Maschinenbauanwendungen, die mit hoher Belastung und intensiven Arbeitstemperaturen oder -umgebungen einhergehen

• Produktion von Kugellagern und schweren Maschinenringen

• Produktion von Elektronikteilen

• Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt

• Herstellung von Mahlgefäßen, Mahlkörpern oder Mörsern, insbesondere mit Hilfe von Zirkonoxid-verstärktem Aluminiumoxid.

• Herstellung anderer Strukturkeramikteile in Ventilen, Pumpen und Analysegeräten

Aluminiumoxid (Al2O3)-Keramik

Aluminiumoxidkeramik, auch bekannt als Aluminiumoxidkeramik (Al2O3), wird industriell aus Aluminium und Sauerstoff hergestellt. Es handelt sich um eine weiße, manchmal auch rosafarbene kristalline Verbindung, die im Handel als Korund bezeichnet wird, obwohl sie hauptsächlich aus Bauxit, ihrer natürlich vorkommenden Form, hergestellt werden kann. Wie Zirkonoxid ist auch Aluminiumoxid eine sehr brillante, verschleißfeste technische Keramik. Es ist eine günstigere Alternative zu Zirkonoxid und verfügt über ein breites Spektrum an chemischen und elektrischen Eigenschaften, die es für viele Branchen nützlich machen. Interessanterweise können diese Eigenschaften durch den Einsatz von Additiven im Produktionsprozess noch verbessert werden. Zu den verschiedenen Produktionsverfahren gehören Schlickerguss, Diamantbearbeitung, isostatisches Pressen und Spritzguss.

Aluminiumoxidkeramiken sind aufgrund des hochreinen Aluminiums, das bei ihrer Herstellung verwendet wird, äußerst korrosions- und verschleißbeständig. Das bedeutet, je höher der reine Aluminiumoxidgehalt, desto besser die Verschleißfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Mittlerweile gibt es verschiedene Sorten von Aluminiumoxidkeramiken, beispielsweise hydratisiertes Aluminiumoxid, kalziniertes Aluminiumoxid, tafelförmiges Aluminiumoxid usw. Diese basieren alle auf dem Aluminiumoxidgehalt, verschiedenen Komponenten und Additiven, die der Hersteller verwendet.

Aluminiumoxidkeramik erfreut sich aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften zunehmender Beliebtheit auf dem globalen Keramikmarkt. Einige davon sind:

• Eine Bruchzähigkeit von 4,5 MPa·√m

• Ein Elastizitätsmodul von 400 GPa

• Seine Fähigkeit, Temperaturen bis zu 2.000 °C standzuhalten

• Eine Dichte von 3,965 g/cm3

• Eine sehr hohe Druckfestigkeit von ca. 3.500 MPa

• Seine Fähigkeit, Angriffen durch starke Säuren oder Laugen auch bei hohen Temperaturen standzuhalten

• Ein hohes TWärmeschockbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit

• Eine Härte von 18 GPa

• Eine Zugfestigkeit von 200 MPa

• Eine Biegefestigkeit zwischen 500-600 MPa bei 25°C

• Eine Wärmeleitfähigkeit von 45 W/mK bei 25 °C

• Eine Durchschlagsfestigkeit von 16 kV/mm bei 25 °C

• Ein Volumenwiderstand im Bereich zwischen 10¹⁴ und 10¹⁶.

Industrielle Anwendungen von Aluminiumoxidkeramik

Sie können die Verschleißfestigkeit von Aluminiumoxidkeramiken beispielsweise wie folgt anwenden und erfolgreich nutzen:

• Sie können stark beanspruchte Komponenten wie Hahnventile und industrielle Maschinenteile herstellen

• Produktion von elektrischen Komponenten und Hochspannungsisolatoren

• Herstellung von Maschinenbauteilen wie Kugellagern, Laserröhren, Walzen, Dichtungsringen, Präzisionswellen etc.

• Aus Aluminiumoxidkeramik lassen sich nützliche Halbleiterbauteile gewinnen

• Es kann Ihnen bei der Herstellung von Strahldüsen und Ofenauskleidungen helfen

• Das Militär nutzt es zur Herstellung von Kugeln, kugelsicheren Westen, ballistischer Panzerung und Thermoelementen.

• Die Luft- und Raumfahrtindustrie sowie die Automobilindustrie nutzen Aluminiumoxidkeramik bei der Herstellung von Fahrzeugersatzteilen und Raumfahrzeugen.

Vergleich zwischen Zirkonoxidkeramik und Aluminiumoxidkeramik

Die Frage nach der verschleißfestesten Keramik ist durch die bisherigen Diskussionen geklärt. Sie haben gesehen, wie technisch ausgereift diese beiden Keramikmaterialien sind. Zirkonoxid ist trotz der hohen Anschaffungs- und Produktionskosten die bessere und langlebigere verschleißfeste Keramik für hochpräzise technische Anwendungen. Aluminiumoxid hingegen ist für weniger anspruchsvolle Anwendungen günstiger und wird häufiger verwendet. Die folgende Tabelle zeigt den deutlichen Unterschied zwischen der Verschleißfestigkeit von Zirkonoxid- und Aluminiumoxidkeramik.

Ob Zirkonoxid- oder Aluminiumoxidkeramik – die Wahl liegt bei Ihnen. Je nachdem, was Sie wollen und welche Ergebnisse Sie mit Ihrer Anwendung erzielen möchten, sei es als Arzt, Ingenieur oder jemand, der auf der Suche nach hochverschleißfesten Keramikmaterialien ist.

Häufig gestellte Fragen

Warum ist Zirkonoxid (ZrO2) kein guter Wärmeleiter? 

Dies liegt an der Anordnung der Sauerstoffatome und des Zirkoniumdioxids in der Kristallstruktur von ZrO2.

Kann Zirkonia auch als Metall bezeichnet werden?

Nein, Sie können es entweder als Keramikmaterial oder als Halbleitermetalloxid bezeichnen, da es Strom leiten kann.

Welches dieser beiden Keramikmaterialien eignet sich besser für medizinische Implantate?

Zirkonoxid eignet sich aufgrund seiner Robustheit, hohen Biokompatibilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Belastungen/Brüchen tendenziell besser für medizinische/chirurgische Implantate.

Abschluss

Zirkonoxid und Aluminiumoxid haben den Weg für die Herstellung von Geräten geebnet, die jeder Form von Verschleiß standhalten. Ihre unübertroffene Zuverlässigkeit, ob unter hohen Belastungen, extremen Betriebstemperaturen oder plötzlichen Brüchen, ist für fast jeden Hersteller und Anwender von Bedeutung. Jetzt ist der beste Zeitpunkt für Sie, in globale Keramiken wie diese beiden Schwergewichte zu investieren und Grenzen zu überschreiten. Die gute Nachricht: Sie erreichen uns schnell unter GGSCeramics für die besten Zirkonoxid-, Zirkonoxid-gehärteten Aluminiumoxid- und Aluminiumoxidkeramikprodukte. Warten Sie nicht! Steigen Sie jetzt auf den fahrenden Zug auf!