Warum Verbundkeramik? Worin unterscheiden sich Zirkonoxid-verstärktes Aluminiumoxid und Aluminiumoxid-verstärktes Zirkonoxid?

Die Verbundkeramik hat die Materialwissenschaft mit überwältigenden Fortschritten bereichert. Zirkonoxid gehärtetes Aluminiumoxid und Aluminiumoxid gehärtetes Zirkonoxid sind zwei Verbundkeramiken, die die Vorzüge von Zirkonoxid und Aluminiumoxid bieten. Der folgende Artikel listet alle wichtigen Unterschiede zwischen Zirkonoxid-gehärtetes Aluminiumoxid und Aluminiumoxid-gehärtetes Zirkonoxid als Keramik.

Zirkonoxid und Aluminiumoxid: Ein Überblick

Aluminiumoxid Und Zirkonia sind die beiden am häufigsten in der Technik verwendeten Keramiken. Aluminiumoxid ist für seine gute Wärmeleitfähigkeit und seine ausgezeichnete Härte bekannt. Zirkonoxid ist für seine hervorragende Zähigkeit und Wärmebeständigkeit bekannt. Die Zähigkeit und Wärmebeständigkeit von Zirkonoxid bietet mechanische Belastbarkeit bei hohen Temperaturen und hoher Belastung.

Eigenschaften von Zirkonoxid und Zirkonoxidkeramik (ZrO2)

Zirkoniumoxid, auch Zirkonia genannt, kommt in der Regel in weißer kristalliner Form vor, die als Baddeleyit bezeichnet wird. Es ist eine der am besten untersuchten Keramiken und hat eine monokline Form. Bei höheren Betriebstemperaturen wandelt sich Zirkonia in die tetragonale und kubische Form um. Durch die Zugabe verschiedener Verbindungen wie Yttriumoxid wird Zirkonia stabilisiert, was den Formwechsel verzögert.

Zirkonoxid wird hauptsächlich in der Herstellung von Hartkeramiken verwendet, da es als feuerfestes Material, Schleifmittel und Emaille verwendet wird. Aufgrund seiner Biokompatibilität wird es auch in Dentalelementen verwendet. Stabilisiertes Zirkonoxid wird häufig in Sauerstoffsensoren und Brennstoffzellen eingesetzt. Es verfügt über eine hohe Ionenleitfähigkeit und wird erfolgreich in der Elektrokeramik eingesetzt.

Die Eigenschaften von Zirkonoxidkeramik sind hier aufgelistet 

Aluminiumoxidkeramik und Eigenschaften von Aluminiumoxidkeramik (Al2O3)

Aluminiumoxid wird auch als Aloxid oder Alundum bezeichnet. Aluminiumoxid ist einer der besten elektrischen Isolatoren und bietet eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Es ist in der Regel wasserunlöslich und kommt häufig in kristalliner Form vor, die als Korund bekannt ist. Es bietet eine hervorragende Biokompatibilität und Inertheit und eignet sich daher ideal für medizinische Geräte.

Aluminiumoxid weist eine hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Beständigkeit gegen Erosion auf. Hohe Temperaturbeständigkeit, thermische Stabilität und gute Wärmeleitfähigkeit sind weitere Vorteile der Verwendung Aluminiumoxidkeramik. Aluminiumkeramik eignet sich häufig für Hochtemperaturanwendungen, beispielsweise als Thermoelement in Reaktoren oder Heizsystemen.

Die Eigenschaften von keramischem Aluminiumoxid sind hier aufgeführt:

Zirkonoxid vs. Aluminiumoxid

Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich zwischen den beiden in ZTA und ATZ verwendeten Elementen.

Zirkonoxid-gehärtetes Aluminiumoxid (Al2O3-ZrO2)

Zirkonoxid gehärtetes Aluminiumoxid wie der Name schon sagt, ist eine Kombination aus Zirkonoxid und Aluminiumoxid. Zirkonoxid ist das Oxid von Zirkon, das in 1/5 oder 1/10 des Materials vorhanden ist Zirkonoxid-gehärtetes AluminiumoxidZTA-Produkte sind im Allgemeinen haltbarer und stärker als Aluminiumoxid und kosten weniger als reines Zirkonoxidmetall.

Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid wird grundsätzlich in Anwendungen eingesetzt, bei denen strukturelle Vorteile erwartet werden, da sie Stabilität, Härte und Verschleißfestigkeit verleihen. Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid hat viele Materialvorteile, darunter eine Arbeitstemperatur von 1500 °C. Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid hat eine höhere Bruchzähigkeit, ausgezeichnete Biegefestigkeit und hat eine erhöhte Toleranz gegenüber Alterung aufgrund hydrothermaler Aspekte. Sie werden gesintert und heißisostatisch gepresst, um sicherzustellen Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid sorgen für Zuverlässigkeit bei den Anwendungen, denen sie ausgesetzt sind.

Eigenschaften von Zirkonoxid-gehärtetem Aluminiumoxid

Die Eigenschaften von Zirkonoxid gehärtetes Aluminiumoxid trägt maßgeblich zur Beschaffenheit und Funktionalität des Materials bei. Die mechanische Festigkeit von Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid ist das Ergebnis der metastabilen tetragonalen Phase der gebildeten Körner. Die übliche Probe des gebildeten ZTA weist einen ZrO₂-Anteil von 10 bis 20 Prozent auf. Der ZrO₂-Anteil ist der entscheidende Faktor für den Einsatz des ZTA in verschiedenen Anwendungen.

ZTA liegt preislich zwischen Aluminiumoxid und Zirkonoxid, da die Geometrie zwischen Aluminiumoxid und Zirkonoxidkeramik liegt. Daher sind die Kosten für Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid ist sehr viel niedriger als die von reinem Zirkonoxid und Aluminiumoxid. Die Festigkeit des Verbundwerkstoffs wird durch einen Prozess namens spannungsinduzierte Transformation zur Härtung des Verbundwerkstoffs erhöht.

Anwendungen von Zirkonoxid-gehärtetem Aluminiumoxid

Die Anwendungen von Zirkonoxid-gehärtetes Aluminiumoxid werden nachstehend als Referenz angegeben:

• Gewinde, Drahtstärken und Metallrollen für den industriellen Einsatz

• Extrusionsmatrizen aus Metall

• Werkstoff für Ventile und Ventilsitze für den dauerhaften Einsatz in der Industrie.

• Wird zur Herstellung abriebfester Düsen verwendet

• Wird zur Herstellung von Pumpelementen verwendet, die in Ultrahochdruckanwendungen eingesetzt werden können

• Wird als Werkstoff für Kugelhähne und Ventilsitze in Leitungen verwendet, die abrasive Flüssigkeiten oder Materialien mit hohem Durchfluss transportieren.

Aluminiumoxid-gehärtetes Zirkonoxid

Aluminiumoxid-gehärtetes Zirkonoxid (ATZ) ist ein keramischer Verbundwerkstoff mit ausgezeichneter Härte, Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. ATZ wird hauptsächlich durch konventionelles isostatisches Pressen hergestellt, um die Zuverlässigkeit der mechanischen Eigenschaften des Materials zu erhöhen. Aluminiumoxid-gehärtetes Zirkonoxid ist im Allgemeinen schadenstoleranter als Zirkonoxid. Aluminiumoxid-Zirkonoxid ist im Allgemeinen in einer Reihe von Verbundwerkstoffen enthalten, die als AZ-Verbundwerkstoffe bezeichnet werden.

Eigenschaften von Aluminiumoxid-gehärtetem Zirkonoxid

Mit Aluminiumoxid gehärtetes Zirkonoxid funktioniert bei einer Betriebstemperatur von 1500 °C. Es zeichnet sich durch hohe Verschleißfestigkeit, chemische Inertheit und extreme Bruchzähigkeit aus. Im Vergleich zu reinem Zirkonoxid bietet es eine höhere Festigkeit.

Eigenschaften von Aluminiumoxid-Zirkonoxid

• Aluminiumoxid-Zirkonoxid wird in Hochdruckgeräten wie Ventilen und Ventilsitzen verwendet

• Aluminiumoxid-Zirkonoxid wird als Metallformrolle und Führung verwendet

• Sie werden in Wellenlagern und Buchsenmaterial verwendet.

Zirkonoxid-gehärtetes Aluminiumoxid vs. Aluminiumoxid-gehärtetes Zirkonoxid

Zirkonoxid-Aluminiumoxid und Aluminiumoxid-Zirkonoxid sind Verbundkeramiken aus Zirkonoxid und Aluminiumoxid. Zirkonoxid verleiht die Eigenschaft der teilweisen Stabilisierung in seiner tetragonalen Phase, Aluminiumoxid verleiht moderate Zähigkeit. Die Kombination von Aluminiumoxid und Zirkonoxid trägt zur Erhaltung der Eigenschaften hoher Härte und guter Festigkeit bei. Sie verleiht außerdem Widerstandsfähigkeit gegen Abbau bei niedrigen Temperaturen.

In Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid Keramik, Zirkonoxid bildet die Härtungsphase und die Matrixphase besteht aus Aluminiumoxid. Die Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid wird durch Zugabe von nicht stabilisiertem Zirkoniumdioxid zu Aluminiumoxid hergestellt, um Eigenschaften einer höheren Bruchzähigkeit zu verleihen. Dies ist das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen der Rissfront und der zweiten Phase.  Zirkonoxid-gehärtetes Aluminiumoxid wird aufgrund seiner verbesserten Eigenschaften in Anwendungen wie der Arthroplastik eingesetzt.

Aluminiumoxid-gehärtetes Zirkonoxid hingegen besteht aus Aluminiumoxid als Härtungsphase und Zirkonoxid in der Matrixphase. Der Verbundwerkstoff wird in der Regel durch Zugabe von Aluminiumoxid zu Zirkonoxid hergestellt, um ein Keramikmaterial mit hoher Zähigkeit zu erhalten. Die Keramik Aluminiumoxid-Zirkonoxid ist haltbarer als reines Zirkonoxid.

Vorteile von Zirkonoxid-Aluminiumoxid und Aluminiumoxid-Zirkonoxid

Die hohe Festigkeit und Bruchzähigkeit von Aluminiumoxid-Zirkonoxid macht es für Anwendungen wie Zahnimplantate geeignet. Sie eignen sich auch als orthopädische Implantate aufgrund seiner überlegenen Biokompatibilität

Aluminiumoxid-Zirkonoxid oder Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid Beide können im Nano- oder Mikromaßstab hergestellt werden. Der Anteil an Zirkonoxid und Aluminiumoxid wird je nach Bedarf und Anwendung entsprechend angepasst. Der Verbundwerkstoff wie Aluminiumoxid-Zirkonoxid oder Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid sind vorteilhafter als stabilisiertes Zirkonoxid. Sie bieten im Vergleich zu teilstabilisiertem Zirkonoxid und Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid eine Vielzahl von Eigenschaften.

Aluminiumoxid-Zirkonoxid Und Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid widersteht der Zersetzung bei niedrigeren Betriebstemperaturen. Sie bieten außerdem eine höhere Festigkeit und Bruchzähigkeit. Die Dauerfestigkeit dieser Keramikverbundwerkstoffe ist durch stabilisiertes Zirkonoxid oder Yttrium-gehärtetes Zirkonoxid deutlich besser.

Fazit

Aluminiumoxid gehärtetes Zirkonoxid und Zirkonoxid-gehärtetes Aluminiumoxid gehören zu den besten Verbundkeramiken mit vielen Vorteilen. Die Kombination der beiden unterschiedlichen Keramiken verleiht dem fertigen Verbundwerkstoff überlegene Eigenschaften. Der Phasenwechsel trägt jedoch dazu bei, der Keramik unterschiedliche Eigenschaften zu verleihen.