Typen und Eigenschaften von Zirkonoxid-gehärteter Keramik
Basierend auf dem Phasenumwandlungs-Verfestigungseffekt von metastabilem tetragonalem Zirkonoxid unter Spannungsinduktion umfassen Zirkonoxid-Phasenumwandlungs-Verfestigungskeramiken hauptsächlichTetragonales Zirkonoxid polykristallin (TZP),Teilstabilisiertes Zirkonoxid (PSZ), UndZirkonoxid-gehärtete Keramik (ZTC).
Tetragonale Zirkonoxid-Polykristalline (TZP)-Keramik
Wenn Zirkonoxid eine angemessene Menge Stabilisator zugesetzt wird, bleibt die t-ZrO₂-Phase bei Raumtemperatur in einem metastabilen Zustand. Die Mikrostruktur ist durch feine tetragonale Zirkonoxidkörner gekennzeichnet, die den Großteil des Materials ausmachen und als tetragonales polykristallines Zirkonoxid (TZP) bezeichnet werden. Diese Keramiken werden typischerweise in der einphasigen tetragonalen Zone gesintert, wodurch eine Phasenumwandlung während der Abkühlung vermieden wird und die tetragonale Phase bei Raumtemperatur größtenteils oder vollständig erhalten bleibt. Der Gehalt an tetragonalem Zirkonoxid im Sinterkörper hängt von der Korngröße und -dichte ab, die wiederum durch Sintertemperatur und Verweilzeit gesteuert werden. Gängige TZP-Materialien sind Y-TZP (Yttrium-stabilisiert) und Ce-TZP (Cerium-stabilisiert).
Teilweise stabilisierte Zirkonoxidkeramik (PSZ)
Wenn die Stabilisatormenge in Zirkonoxid in einem bestimmten Bereich liegt, kann die hochstabile kubische Phase (c-ZrO₂) bei einer geeigneten Temperatur einer Alterungsbehandlung unterzogen werden, wodurch große kubische Körner zahlreiche kleine, spindelförmige tetragonale Körner ausscheiden. Dies führt zu einer Zweiphasenstruktur aus kubischen und tetragonalen Phasen. Die kubische Phase bleibt stabil, während die tetragonale Phase metastabil ist und bei Raumtemperatur bestehen bleibt. Unter äußerer Belastung zerstreut die induzierte t→m-Phasentransformation, die von einer Volumenausdehnung begleitet wird, einen Teil der Energie und wirkt äußeren Kräften entgegen, wodurch eine Härtungswirkung erzielt wird. Diese Keramiken werden als teilweise stabilisiertes Zirkonoxid (PSZ) bezeichnet.
PSZ-Keramiken werden normalerweise in der kubischen Festlösungszone gesintert, wodurch eine gleichmäßige kubische Phasenmatrix entsteht. Durch anschließendes Abkühlen werden zwischen den kubischen Phasenkörnern gleichmäßig feine tetragonale Körner ausgefällt. Wenn die tetragonalen Körner ihre kritische Größe erreicht haben, ist der Härtungseffekt am größten. Die Morphologie und Größe dieser tetragonalen Körner kann während der Produktion durch Anpassungen der Wärmebehandlungstemperatur und -dauer gesteuert werden. Zu den üblichen PSZ-Keramiken gehören MgO-PSZ (teilweise stabilisiertes Magnesia-Zirkonia) und CaO-PSZ (teilweise stabilisiertes Calciumoxid-Zirkonia).
Zirkonoxid-gehärtete Keramik (ZTC)
Zirkonoxid-verstärktes Aluminiumoxid ZTA-Keramikkomponenten
Wenn eine bestimmte Menge tetragonales Zirkonoxid einer anderen Art von Keramikmatrix hinzugefügt und gleichmäßig darin verteilt wird, verbessert der Phasentransformations-Härtungsmechanismus von Zirkonoxid die Zähigkeit der Keramik erheblich. Solche Materialien werden als Zirconia Toughened Ceramics (ZTC) bezeichnet. Zu den üblichen ZTC-Materialien gehörenZirkonoxid-verstärktes Aluminiumoxid (ZTA)und durch Zirkonoxid gehärtetes Mullit (ZTM).
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