Gourt Home::Gourt :: Zirkoniumdioxid
| Strukturformel | |||
|---|---|---|---|
| Allgemeines | |||
| Name | Zirkoniumdioxid | ||
| Andere Namen | Zirconia, Zirkondioxid, Zirkonoxid, C.I. Pigment White 12, C.I. 77990 | ||
| Summenformel | ZrO2 | ||
| CAS-Nummer | 1314-23-4 | ||
| Kurzbeschreibung | weißes Pulver | ||
| Eigenschaften | |||
| Molmasse | 123,22 g/mol | ||
| Aggregatzustand | fest | ||
| Dichte | 5,89 g/cm³ | ||
| Schmelzpunkt | 2680 °C | ||
| Siedepunkt | 5500 °C | ||
| Wärmeausdehnungskoeffizient | 10,2 10-6/K | ||
| Dampfdruck | ? Pa (x °C) | ||
| Löslichkeit | ? | ||
| Sicherheitshinweise | |||
| Gefahrensymbole | |||
| ? |
S: 22
Zirkoniumdioxid (ZrO2), auch Zirkonoxid, nach Zirkon die in der Natur häufigste Verbindung des Elementes Zirkonium. Zirkoniumdioxid findet als keramischer Werkstoff Verwendung. Die Modifikation im monoklinen Kristallgitter wird auch Baddeleyit genannt.
Eigenschaften
Zirkoniumdioxid ist nichtmagnetisch, gegen Säuren und Alkalilaugen sehr beständig und besitzt eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen chemische, thermische und mechanische Einflüsse. Es wird als Weißpigment z. B. in Porzellan verwendet (siehe auch Titandioxid) sowie zur Herstellung von feuerfesten chemischen Geräten.
Herstellung
Zirkoniumdioxid ZrO2 ist eine Hochleistungskeramik und gehört zu der Gruppe der Oxidkeramik, also ein nichtmetallischer, anorganischer Werkstoff. Als Ausgangsprodukt für die Herstellung von Zirkoniumoxid wird Zirkonsilikat ZrSiO4 verwendet. Dieser Silikatsand wird durch Wasch-, Reinigungs- und Kalzinierungsprozesse von Verunreinigungen getrennt und in Zirkoniumoxid überführt. Es wird so ein 99%ig reines Zirkoniumoxidpulver erhalten.
Modifikationen
Zirkoniumdioxid kommt in 3 Modifikationen vor:
- bei Raumtemperatur ist es monoklin mit einer KZ von 7 (Baddeleyit)
- oberhalb von 1170 °C ist es tetragonal mit einer KZ von 8
- oberhalb von 2370 °C kubisch mit einer KZ von 8 (Flourit-Typ)
monoklin(1173°C) tetragonal(2370°C) kubisch (2690°C) Schmelze
Das kubische Zirkoniumdioxid kristallisiert in einem kubisch flächenzentrierten Gitter aus Zirkoniumionen, in welchem ein Würfel aus Sauerstoffionen einbeschrieben ist. Bei Raumtemperatur lässt sich das Zirkondioxid mit metallischen Oxiden wie z.B. Magnesiumoxid (MgO), Yttriumoxid (Y2O3), Calciumoxid (CaO) oder Ceroxid (CeO) in der kubischen Struktur stabilisieren. Für Yttrium erhält man z.B. die Kalziumfluorid(CaF2) Struktur (YSZ, yttria stabilized zirconia).
Verwendung
Anwendungsgebiete: Feuerfestkeramik, technische Keramik, Prothetik Verwendung findet Zirkoniumdioxid aufgrund der guten thermischen Beständigkeit als Feuerfestkeramik, als technische Keramik im Maschinenbau, sowie als prothetisches Material in der Medizintechnik. Zirkoniumdioxid besitzt die Fähigkeit, bei höherer Temperatur Sauerstoffionen elektrolytisch zu leiten. Diese Eigenschaft macht man sich zu Nutze, um Sauerstoffpartialdrücke z.B. in Abgasen (Lambda-Sonde) zu messen. Es kommt darüberhinaus in der Medizin u.a. bei Hüftgelenksimplantaten und in der Zahnmedizin als Basis für die Anfertigung von Kronen- und Brückengerüsten mit Hilfe von CAD/CAM-Verfahren, bei Wurzelstiften und metallfreien Zahnimplantaten (www.z-systems.de) zur Anwendung. Nach Aluminiumoxid ist es die am häufigsten verwendete Oxidkeramik.
Eine frühe Anwendung fand Zirkoniumdioxid als Material für den Glühkörper (Nernststift) der Nernstlampe, einer von Walther Nernst 1897 erfundenen Bauart der elektrischen Glühlampe. Wie bei der Lambdasonde wurde hier die elektrolytische Leitfähigkeit ausgenutzt.
Verarbeitung/Besonderheiten
Beim Phasenübergang tetragonal nach monoklin kommt es zu einer Volumenzunahme, bei welcher das Werkstück zerstört werden kann, weshalb es nicht möglich ist, reines Zirkoniumdioxid als Werkstoff zu nutzen. Dem Sinterpulver müssen deshalb Stabilisatorzusätze in Form anderer Metalloxide (CaO, MgO, Y2O3 oder CeO) beigegeben werden um die Volumenzunahme zu unterbinden. Je nach Anteil der Stabilisatorzusätze, kann die kubische Hochtemperaturphase des Zirkoniumdioxids bis auf Raumtemperatur völlig (Kubisch stabilisiertes Zirkoniumdioxid - CSZ) oder teilweise stabilisiert werden. Teilstabilisiertes ZrO2 ist ein Gemisch aus verschiedenen Phasen, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Materials verbessert werden (Umwandlungsverstärkung) Man unterscheidet dabei zwischen vollstabilisiertem Zirkoniumoxid (FSZ – fully stabilized zirconia), teilstabilisierte Zirkoniumoxid (PSZ – partly stabilized zirconia), welches in der Technik die größte Bedeutung hat und dem polykristallinen tetragonalen Zirkoniumoxid (TZP – tetragonal zirconia polycrystal).
Chemische Verbindung | Oxidkeramiken
Zirconium dioxide | ジルコニア | Оксид циркония(IV) | Оксид цирконію
"Zirkoniumdioxid"