Unerreichte Haltbarkeit mit Zirkoniumdioxid-Keramik

Zirkoniumdioxid bietet fortschrittliche Werkstofflösungen für eine breite Palette industrieller Anwendungen. Von ZTAs Kompositwunder bis hin zu Ce-TZPs strapazierfähigen Eigenschaften bietet die Vielfalt der Zusammensetzungen leistungsstarke Lösungen für eine Reihe von industriellen Anforderungen.

Zahlreiche Faktoren können die mechanische Leistung von additiv hergestellter Zirkoniumdioxidkeramik beeinflussen, darunter das Verhältnis der Rohmaterialaufschlämmung, Porosität und Agglomerate, die Verbindung zwischen den Schichten und die Schrumpfung.

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Keramikblöcke sind eine immer beliebtere Wahl für Zahnersatz, da sie fester und haltbarer sind als andere Restaurationsmaterialien. Keramikblöcke haben außerdem einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten, d. h. sie dehnen sich bei Temperaturschwankungen weder aus noch ziehen sie sich zusammen, was sie perfekt für die Verwendung in Bereichen macht, die wie Kronen und Verblendungen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. Darüber hinaus lassen sich Keramikblöcke leichter reinigen als andere Materialien - ein weiterer Faktor, der Keramik zu einer attraktiven Option für zahnmedizinische Anwendungen macht, die eine lange Lebensdauer erfordern.

CAD/CAM-gefertigte Vollkeramikprothesen können den Patienten lang anhaltende und schöne Ergebnisse liefern, aber Keramik ist nicht gleich Keramik. Bestimmte Keramiken bieten eine bessere Biokompatibilität und Ästhetik als andere, daher ist die Auswahl des idealen Materials für die individuellen Bedürfnisse jedes Patienten entscheidend. Lithiumdisilikat und Zirkoniumdioxid sind derzeit zwei beliebte Werkstoffe für restaurative Behandlungen.

Doch mit den Fortschritten in der CAD/CAM-Technologie stehen Zahnärzten jetzt mehr Optionen zur Verfügung. ZrO (Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid) ist ein extrem hartes Material mit einer der höchsten mechanischen Eigenschaften, die jemals für Dentalkeramik gemessen wurden. Es hat eine Biegefestigkeit von bis zu 100 MPa und ist damit bruchfester als PFM oder metallbasierte Kronen. Darüber hinaus enthält monolithisches ZrO keine anfälligen Schichten, die es mit Unterbaumaterialien wie Gold oder Porzellan verschmelzen, was die Herstellung über CAD/CAM-Systeme ermöglicht.

ZTA-Wellen

ZTA-Keramik ist ein fortschrittliches Hybridmaterial aus vorgespanntem Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxid, das die Vorteile beider Materialien in sich vereint. ZTA verfügt über eine hervorragende Abriebfestigkeit und eine verbesserte Härte/Zähigkeit für eine höhere Leistung und eine längere Lebensdauer. Die zementierte Zirkoniumdioxidstruktur verleiht ZTA eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, so dass es Umgebungen standhalten kann, die andere Keramiken zerstören würden.

ZTA-Keramikwellen, die aus Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid hergestellt werden, bieten die höchste Streckgrenze aller modernen Industriekeramiken, so dass sie höheren Temperaturen über längere Zeiträume standhalten können, bevor es zu einem Ausfall kommt. Aufgrund dieses Vorteils eignen sich ZTA-Wellen besonders für mechanische Anwendungen, bei denen Verschleißdruck im Laufe der Zeit zu Ermüdungsschäden führt.

Zirkoniumdioxid mit Yttriumoxid-Zusatz ist viel stärker als herkömmliches Aluminiumoxid und Siliziumnitrid und bietet eine zehnfach höhere Stoßfestigkeit. Wenn ein Gegenstand auf einen ZTA-Keramikschaft trifft, wirken die Zirkoniumdioxideinschlüsse wie winzige Barrieren, die Energie absorbieren und ableiten, bevor sich Risse in der Struktur bilden.

ZTA-Keramikrohre haben eine Reihe von anspruchsvollen Anwendungen im Maschinenbau, in der Feuerfestindustrie sowie in der chemischen und metallurgischen Industrie. Die hohe Beständigkeit gegen hohe Temperaturen, Säuren und Laugen in Verbindung mit einer überragenden Härte und Zähigkeit macht sie zur perfekten Lösung für den Transport von chemischen Flüssigkeiten oder als isolierende Schutzhüllen für deren Transport. Außerdem sind sie biokompatibel, ungiftig und frei von Verunreinigungen - perfekt für medizinische und feuerfeste Anwendungen!

MSZ

Das keramische Material Zirkoniumdioxid ist eines der härtesten auf dem Markt und bietet eine außergewöhnliche Abriebfestigkeit und Verschleißfestigkeit, die selbst in Betriebsumgebungen erreicht wird, in denen Kunststoffe, Metalle und andere Keramiken nicht bestehen können. Zirkoniumdioxid wird u. a. für Strukturbauteile, Buchsen, Kolben, Hülsen und Führungsisolatoren verwendet.

Die REM-Aufnahmen der Bruchflächen von Aluminiumoxid, MSZ und YSZ zeigen alle trimodale Mikrostrukturen, die den Bruchmodus erheblich beeinflussen. Bei YSZ deuten diese Mikrostrukturen auf einen intergranularen Versagensmodus hin, während sie bei MSZ und WO3 einen transgranularen Versagensmodus erkennen lassen; die Ergebnisse beider Materialtests lagen bei allen drei getesteten Materialien nahe an den experimentellen Bruchwerten.

Poröse Mullitproben, die mit magnesia-stabilisiertem Zirkoniumdioxid (2,8mol% MgO) und WO3 modifiziert wurden, haben die höchste scheinbare Porosität unter den gesinterten Proben mit einer durchschnittlichen Porosität von 73,2 + 2,2%. Die Verdoppelung der WO3-Menge reduziert die Porosität auf 66 + 2%.

Die keramischen Proben von MSZ und WO3 weisen hohe spezifische Wärmekapazitäten in Verbindung mit niedrigen thermischen Diffusivitäten auf, die die Temperaturwechselbeständigkeit im Vergleich zu Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumdioxid (8mol% Y2O3) und WO3 erheblich verbessern. Kugel-Ring-TRS-Prüfungen von Aluminiumoxid, MSZ und YSZ ergaben charakteristische Festigkeiten, die innerhalb der für technische Keramik erwarteten Werte liegen, während ihre Weibull-Module in den für technische Hochleistungskeramik akzeptablen Bereich fallen.

CSZ

Yttriumoxid-teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid (Y-PSZ) ist seit langem das bevorzugte keramische Material für Wärmedämmschichten (TBCs). Es bietet hohe Temperaturstabilität, ausgezeichnete Zähigkeit und niedrige Wärmeleitfähigkeit - sowie Alterung bei hohen Temperaturen aufgrund des fehlenden Ionentransports für den Sauerstofftransport; seine Haltbarkeit wird jedoch durch Alterung und Verdichtung bei hohen Temperaturen beeinträchtigt; der begrenzte Sauerstofftransport beeinträchtigt die Haltbarkeit noch weiter. Um diese Mängel zu beheben, bietet die Keramik aus Ceroxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxid (CSZ) eine überlegene Temperaturwechselbeständigkeit durch die Verwendung von Ceroxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxid als Oxidationspromotor und eine zweischichtige Konstruktion, die eine höhere Temperaturwechselbeständigkeit bietet.

Im Vergleich zu Yttriumoxid mit 8 Gew.-%% bietet CSZ eine bessere Haltbarkeit und Zähigkeit. Außerdem unterliegt es keinem Phasenübergang bei hohen Temperaturen und bietet eine hervorragende Sinterbeständigkeit. Außerdem verhindern seine Wärmeübergangskoeffizienten und seine Sauerstoffionendiffusionsfähigkeit besser die Oxidation der Haftschicht und des Substrats.

Hochentwickelte Werkstoffe wie Gadoliniumzirkonat (GZO), Lanthanhexaluminat (LaAlO3), Kalziumzirkonat (CaZrO3) und ceriumdioxidstabilisiertes Zirkoniumdioxid (CSZ) werden in hochmodernen thermomechanischen Lagerabdeckungen (TBC) eingesetzt, um Metalle und Keramiken vor thermischer Zersetzung zu schützen und einen besseren Verschleißschutz sowie eine höhere Korrosionsbeständigkeit bei Gasturbinenanwendungen zu gewährleisten.

Die Forscher führten Heißkorrosionstests an dicken CYSZ-Mehrschichtsystemen durch, um ein besseres Verständnis für deren Verhalten bei heißen Temperaturen zu erlangen. Nach der Durchführung umfangreicher Analysen an jeder Zone konnten keine Schäden durch aggressive S- und Na-haltige Salze festgestellt werden. Außerdem blieb die Morphologie der TGO-Zonen auch nach Abschluss der Heißkorrosionstests mit der der Beschichtungen konsistent.