Zirkonkeramiken: Was sind sie und wie werden sie verwendet?

Die Eigenschaften von Keramiken können während ihrer Herstellung durch die Zugabe weiterer Materialien verbessert werden. Im Allgemeinen sind Keramiken für ihre Fähigkeit bekannt, Verschleiß und Hitze zu widerstehen. Aus diesem Grund finden sie häufig Verwendung in der Architektur und bei der Herstellung von Raumfahrzeugen. Sie werden sogar in Werkzeugen für verschiedene Sportarten, wie Golf, eingesetzt.

Ein keramisches Material, das Sie in Betracht ziehen sollten, ist jedoch Zirkondioxid (ZrO2), auch bekannt als Zirkonia oder Zirkonoxid. Zirkonkeramiken sind für ihre vielseitigen Eigenschaften bekannt.
Sie sind nicht nur extrem stark und können eine Dichte von etwa 6,1 g/cm^3 erreichen, sondern haben auch eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit. Tatsächlich können Zirkonkeramiken ihre Größe bei unterschiedlichen Temperaturen verändern und die Bildung von Rissen vermeiden. Aus diesem Grund wird dieses Material als „Keramikstahl“ bezeichnet.

Zirkonkeramiken werden durch Kalzinierung hergestellt und finden in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung, wie beispielsweise bei der Herstellung von Uhren, Sauerstoffsensoren, Photokatalysatoren, Ofenrohren und Düsen, die in Sandstrahlwerkzeugen eingesetzt werden.

Dies sind natürlich nur einige Beispiele für die Eigenschaften und Anwendungen von Zirkonkeramiken. Es handelt sich um eine äußerst vielseitige Art von Keramik, die daher in vielen anderen Bereichen eingesetzt werden kann. Wenn Sie mehr über die Anwendungen und Eigenschaften von Zirkonkeramiken erfahren möchten, laden wir Sie ein, weiterzulesen.

Nachfolgend finden Sie weitere Details zu Zirkonkeramiken. Sobald Sie mit dem Lesen fertig sind, sollten Sie wissen, ob dieses keramische Material für Sie geeignet ist!

Die Einzigartigen Eigenschaften von Zirkonkeramiken

Kristallstruktur und Mechanische Eigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften von Zirkon werden stark von seiner Kristallstruktur beeinflusst. Zirkon existiert in drei primären polymorphen Formen:

Monoklin
Tetragonal
Kubisch

Bei Raumtemperatur liegt reines Zirkon in der monoklinen Phase vor. Bei hohen Temperaturen wandelt es sich jedoch in die tetragonale und kubische Phase um. Die Fähigkeit, die tetragonale Phase bei Raumtemperatur durch die Zugabe von Stabilisatoren wie Yttriumoxid (Yttria) aufrechtzuerhalten, führt zu dem, was als Yttrium-teilstabilisiertes Zirkon (Y-PSZ) bekannt ist. Diese Variante weist das sogenannte Transformationstoughening auf.

Transformationstoughening ist ein Phänomen, bei dem die tetragonale Phase unter Spannung in die monokline Phase übergeht. Dadurch wird Energie absorbiert und die Rissausbreitung gehemmt, was die Bruchzähigkeit erheblich verbessert.

Thermische Ausdehnung und Thermische Stabilität

Die thermischen Ausdehnungseigenschaften von Zirkon stehen in engem Zusammenhang mit seiner thermischen Stabilität. Im Gegensatz zu vielen keramischen Werkstoffen ist der thermische Ausdehnungskoeffizient von Zirkon ähnlich wie der einiger Metalle. Das bedeutet, dass es in verschiedenen thermischen Umgebungen eingesetzt werden kann, ohne dass Spannungsrisse aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungsraten auftreten.
Diese Eigenschaft, kombiniert mit einer hohen thermischen Stabilität, macht Zirkon zur idealen Wahl für Anwendungen, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind.

Hohe Dichte und Feinkörnige Struktur

Die hohe Dichte und feinkörnige Struktur von Zirkon tragen zu seinen herausragenden mechanischen Eigenschaften bei. Dazu gehören seine hohe Biegefestigkeit und Verschleißfestigkeit. Die feinkörnige Struktur ermöglicht zudem eine glattere Oberflächenbeschaffenheit und eine verbesserte Festigkeit, da die kleinen Körner weniger Raum für die Rissausbreitung bieten.
Diese Eigenschaften machen Zirkon besonders wertvoll in Bereichen, die Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegen mechanischen Verschleiß erfordern.

Anwendungen in Technischen Keramiken und Schutzrohren für Thermoelemente

In der technischen Keramik wird Zirkon für seine Zähigkeit und Verschleißfestigkeit eingesetzt. Komponenten wie Schneidwerkzeuge, Dichtungen und Verschleißplatten profitieren von der Haltbarkeit und langen Lebensdauer von Zirkon.

Seine Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen und thermischen Schocks ist besonders wertvoll in Branchen wie der Luft- und Raumfahrttechnik sowie der Automobilindustrie. In diesen Industrien sind Materialien regelmäßig extremen Betriebsbedingungen ausgesetzt.
Bei Schutzrohren für Thermoelemente ist die Fähigkeit von Zirkon, hohen Temperaturen standzuhalten und gleichzeitig chemisch stabil zu bleiben, von entscheidender Bedeutung. Diese Rohre schützen Thermoelemente vor den extremen Bedingungen, die häufig in industriellen Prozessen auftreten, und gewährleisten präzise Temperaturmessungen. Die geringe Wärmeleitfähigkeit von Zirkon hilft außerdem, thermische Gradienten zu vermeiden, die zu Messfehlern führen könnten.

Sind Sie bereit, die Vorteile von Zirkonkeramiken zu nutzen?

Wie Sie sehen, verfügen Zirkonkeramiken über ausgezeichnete Eigenschaften, die in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden können. Von ihrer Verwendung in Pads und Rohren bis hin zu größeren Anwendungen in Lasern, Isolatoren, Sensoren, Öfen und Brennstoffzellen – Zirkonkeramiken sind aufgrund ihrer Fähigkeit, Hitze und Chemikalien zu widerstehen, äußerst zuverlässig.

Darüber hinaus sind Zirkonkeramiken extrem robust und widerstehen Schäden durch Korrosion. Sie sind auch sehr hart und können Wärme- sowie Stromübertragung widerstehen.

Angesichts ihrer umfangreichen Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten überrascht es nicht, dass der Markt für Zirkonkeramiken bis 2032 einen Wert von rund 3,80 Milliarden US-Dollar erreichen wird. Die Zukunft von Zirkonkeramiken ist vielversprechend. Bei der Betrachtung möglicher Entwicklungen dieses Materials sind zwei spezifische Wege besonders interessant.

Eine mögliche Anwendung von Zirkonkeramiken liegt in der Förderung umweltfreundlicher Energielösungen. Da Zirkonkeramiken die Umwelt nicht belasten, könnten sie in Werkzeugen eingesetzt werden, die Energie speichern oder enthalten. Ein weiterer potenzieller Weg für Zirkonkeramiken könnte ihre Verwendung als Material für dreidimensionale Drucker sein.

Jetzt, da Sie die Eigenschaften und Anwendungen von Zirkonkeramiken kennen, sind Sie bereit, sie zu nutzen? Wenn ja, werfen Sie einen Blick auf die Zirkonkeramiken, die wir bei Saint-Gobain Refractories anbieten. Wir bieten eine Vielzahl von Qualitäten an, die Sie in Ihrer Arbeit und Forschung einsetzen können.

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Zirkonkeramiken sind bekannt für ihre nützlichen Eigenschaften. Lassen Sie sich diese Gelegenheit nicht entgehen, sie selbst auszuprobieren. Wo auch immer Sie sie einsetzen, ihre Eigenschaften sorgen dafür, dass sie selbst den anspruchsvollsten Herausforderungen standhalten.