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Zirconiumoxid (ZrO2) tritt in drei Modifikationen auf. Die in der Natur als Baddeleyit (Zirkonerde) vorkommende monokline Form mit einer Dichte von 5,6g/cm3 ist bis mindestens 1000°C stabil. Zwischen 1000°C u. 1150°C bildet ZrO2 eine tetragonale Form mit einer Dichte von 6,1g/cm3, die oberhalb 2350°C in das kubische ZrO2 mit einer Dichte von 6,27g/cm3 und einem Schmelzpunkt von 2715°C. Die große Differenz der Dichten von tetragonalem und monoklinem ZrO2 kann in Zirconiumoxid-Werkstücken beim Aufheizen und Abkühlen leicht zur Bildung von Rissen und Sprüngen führen, die durch den Modifikationswechsel verursacht werden.

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Monoklin-tetragonale Umwandlung von reinem ZrO2 während des Aufheizens bzw. Abkühlens im Bereich der Umwandlungstemperatur mit einer Hysterese zwischen den Aufheiz- und Abkühlzyklen. (aus: Introduction to Zirconia, MEL, 1986)

 

Daher sollte bei Verwendung von ZrO2 für technische Keramik die kubische Form stabilisiert werden. Dies erfolgt durch Zusätze von CaO, MgO und Y2O3, die mit ZrO2 kubische Mischkristalle bilden. Durch diese Zusätze sind die dann gebildeten Mischkristalle sind keiner Modifikationsänderung mehr unterworfen. Sogenanntes teilstabilisiertes ZrO2 ist beständig gegen Temperaturschocks durch Ausbildung von Mikrorissen; in ähnlicher Weise benutzt man die Rißbildung gezielt zur Erhöhung der Zähigkeit von Al2O3-Werkstoffen. Da ZrO2 von den meisten metallischen Schmelzen nicht benetzt wird, kann es zu feuerfesten Schmelztiegeln, Rinnen, Filtern, Schlichten und dergleichen verwendet werden. Monoklines Zirconiumoxid ist Ausgangsstoff für das Produkt Zirconia-Coating ZR-M. CaO-stabilisierte Zirconiumoxide kommen in den Produkten Zirconia-Coating ZR-A und Zirconia-Coating ZR-O zum Einsatz.

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Phasendiagramm des Systems ZrO2 -CaO. (aus: Stubican V. S. und J. R. Hellmann: Phase Equilibria in some Zirconia Systems, p.25; Advances in Ceramics, Vol. 3, Science and Technology of Zirconia, 1981)

Eigenschaften von Zirconiumoxid

Formel

ZrO2

Molare Masse

123,22 g/mol

Dichte (monoklin)

5,6 g/cm³

Dichte (tretragonal)

6,1 g/cm³

Dichte (kubisch)

6,27 g/cm³

Schmelzpunkt

2700°C

CAS-Nr.

1314-23-4

EINECS-Nr.

215-227-2

 


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Was ist Zirconiumoxid?

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