Zirkoniumdioxid

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Strukturformel
Keine Strukturformel vorhanden
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
?
R- und S-Sätze	R: ?-? S: 22
MAK	?
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

 

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.

Inhaltsverzeichnis 1 Eigenschaften 2 Herstellung 3 Modifikationen 4 Verwendung 5 Verarbeitung/Besonderheiten

[Bearbeiten] 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.

[Bearbeiten] 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.

[Bearbeiten] 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 (Fluorit-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 (Ce₂O₃) in der tetragonalen Struktur stabilisieren. Für Yttrium erhält man z. B. die Calciumfluorid (CaF₂) Struktur (YSZ, yttria stabilized zirconia). Ähnliches gilt für den Einbau von Calcium oder drei(!)wertigem Titan (die entsprechende Substanz mit z. B. Ca heisst als Kunstprodukt Zirconia, als - allerdings sehr seltenes - Mineral mit Ca und Ti³⁺ Tazheranit).

[Bearbeiten] 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. Auch in der Teleskoptechnik ist durch neue Software ein metallfreies Primärteleskop möglich. Zirkoniumdioxid besitzt die Fähigkeit, bei höherer Temperatur Sauerstoffionen elektrolytisch zu leiten. Diese Eigenschaft macht man sich zunutze, um Sauerstoffpartialdrücke z.B. in Abgasen (Lambda-Sonde) zu messen. Es kommt darüber hinaus 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 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.

[Bearbeiten] 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 tetragonale Hochtemperaturphase des Zirkoniumdioxids bis auf Raumtemperatur völlig (tetragonal 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), teilstabilisiertem Zirkoniumoxid (PSZ – partly stabilized zirconia), welches in der Technik die größte Bedeutung hat, und dem polykristallinen tetragonalen Zirkoniumoxid (TZP – tetragonal zirconia polycrystal).