Zirkonia (ZrO2) – CeramaZirc™

Die als „keramischer Stahl“ bezeichnete Zirkonia-Keramik (Zro2) bietet eine Kombination aus hoher Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit und weist gleichzeitig eine der höchsten Bruchfestigkeitswerte unter allen keramischen Materialien auf.

Es gibt verschiedene Arten von Zirkonia. Die gängigsten sind das teilstabilisierte Yttria-Zirkonia (Y-PSZ) und das teilstabilisierte Magnesia-Zirkonia (Mg-PSZ). Beide Materialien bieten hervorragende Eigenschaften. Die Einsatzumgebung und das Design bestimmen jedoch, welche Qualität für bestimmte Anwendungen verwendet werden kann. Seine hohe Wärmeausdehnung und seine einzigartige Beständigkeit gegen Rissbildung machen es zu einem ausgezeichneten Material für die Verbindung mit Metallen wie Stahl.

Material Vorteile

  • Verwendung von Temperaturen bis zu 1000°C
  • Geringe Wärmeleitfähigkeit
  • Chemische Beständigkeit
  • Widerstand gegenüber geschmolzenen Metallen
  • Abriebfestigkeit
  • Hohe Bruchfestigkeit
  • Hohe Härte

Anwendungen

  • Kugeln und Dichtungen für Hochdruckgeräte
  • Kugeln mit einer hohen Dichte für Schleifkörper
  • Walzen und Führungen für die Metallumformung
  • Faden- und Drahtführungen
  • Strangpresswerkzeuge aus Metall
  • Tiefbohrlochventile und -sitze
  • Werkzeuge zum Verdichten des Pulvers
  • Pumpendichtungen und Wellenlager
  • Sauerstoffsensoren
  • Induktionsöfen mit hoher Temperatur und Suszeptoren
  • Brennstoffzellen-Membranen

Material Sorten

Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung von Zirkonia. Jede Methode erzeugt Materialien mit leicht unterschiedlichen Eigenschaften.

CeramaZirc Ultra Tough

CeramaZirc Ultra Tough ist ein fortschrittliches Zirkonia-Keramik-Kompositmaterial, das auf teilstabilisiertem Zirkonia und einer verbesserten Kristallstruktur basiert.

Allgemeine Eigenschaften

  • Einsatztemperaturen bis zu 1500°C
  • Gesintert bis zur vollen Dichte für eine porenfreie Struktur und einen wettbewerbsfähigen Preis
  • Keine Kompromisse zwischen Biegefestigkeit, Härte und Bruchfestigkeit
  • Bemerkenswert hohe Bruchfestigkeit und Stoßfestigkeit bei gleichzeitig überdurchschnittlichen Werten für Biegefestigkeit und Härte
  • Härtung durch Rissverformung aufgrund einer einzigartigen Mikrostruktur in einer teilweise stabilisierten Zirkoniumdioxid-Matrix
  • Erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen hydrothermische Alterung durch partielle Stabilisierung von Ceroxid

Anwendungen

  • Kugeln und Dichtungen für Hochdruckgeräte – besonders geeignet für Anwendungen, bei denen es zu mechanischen Stößen, Erschütterungen oder Vibrationen kommt
  • Ultrahochdruck-Pumpelemente
  • Durchflussregler für Ultra-Hochdruckgeräte – Spindeln und Sitze für Hochdruck-Homogenisatoren
  • Tiefbohrlochventile und -sitze
  • Walzen und Führungen für die Metallumformung

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CeramaZirc Ultra Tough HIP

CeramaZirc Ultra Tough HIP ist ein fortschrittliches Zirkonia-Keramik-Kompositmaterial auf der Basis von teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid und einer verbesserten Kristallstruktur. Es ist der neueste und robusteste Verbundwerkstoff, den Precision Ceramics auf den Markt gebracht hat.

Allgemeine Eigenschaften

  • Einsatztemperaturen bis zu 1500°C
  • Heiß isostatisch gepresst (HIP’ed) für überlegene Stärke und Zuverlässigkeit
  • Keine Kompromisse zwischen Biegefestigkeit, Härte und Bruchfestigkeit
  • Bemerkenswert hohe Bruchfestigkeit und Stoßfestigkeit bei gleichzeitig überdurchschnittlichen Werten für Biegefestigkeit und Härte
  • Härtung durch Rissverformung aufgrund einer einzigartigen Mikrostruktur in einer teilweise stabilisierten Zirkoniumdioxid-Matrix
  • Erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen hydrothermische Alterung durch partielle Stabilisierung von Ceroxid

Anwendungen

  • Kugeln und Dichtungen für Hochdruckgeräte – besonders geeignet für Anwendungen, bei denen es zu mechanischen Stößen, Erschütterungen oder Vibrationen kommt
  • Ultrahochdruck-Pumpelemente
  • Durchflusskontrollvorrichtungen für Ultrahochdruckgeräte – Spindeln und Sitze für Hochdruckhomogenisatoren
  • Tiefbohrlochventile und -sitze
  • Walzen und Führungen für die Metallumformung

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CeramaZirc 3YZ

Hochreines 3 mol% teilstabilisiertes Yttriumoxid (3YSZ) hat eine feinere Kornstruktur, die höhere mechanische Eigenschaften gewährleistet. Eine größere Homogenität der Korngröße sorgt für eine bessere Isotropie der Eigenschaften.

Allgemeine Eigenschaften

  • Verwendung von Temperaturen bis zu 1000°C
  • Geringe Wärmeleitfähigkeit
  • Chemische Beständigkeit
  • Widerstand gegenüber geschmolzenen Metallen
  • Abriebfestigkeit
  • Hohe Bruchfestigkeit
  • Hohe Härte

Anwendungen

  • Kugeln und Dichtungen für Hochdruckgeräte – besonders geeignet für Anwendungen, bei denen es zu mechanischen Stößen, Erschütterungen oder Vibrationen kommt
  • Ultrahochdruck-Pumpelemente
  • Durchflusskontrollvorrichtungen für Ultrahochdruckgeräte – Spindeln und Sitze für Hochdruckhomogenisatoren
  • Tiefbohrlochventile und -sitze
  • Walzen und Führungen für die Metallumformung

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CeramaZirc Nano HIP

Hochreines 3 mol% teilstabilisiertes Yttriumoxid (3YSZ) mit ultrafeiner Kornstruktur sorgt für außergewöhnliche Leistung. Verdichtet auf die volle theoretische Dichte durch Heiß-Isostatisches Pressen (HIP) für herausragende Zuverlässigkeit.

Allgemeine Eigenschaften

  • Verwendung von Temperaturen bis zu 1000°C
  • Geringe Wärmeleitfähigkeit
  • Chemische Beständigkeit
  • Widerstand gegenüber geschmolzenen Metallen
  • Abriebfestigkeit
  • Hohe Bruchfestigkeit
  • Hohe Härte

Anwendungen

  • Kugeln und Dichtungen für Hochdruckgeräte – besonders geeignet für Anwendungen, bei denen es zu mechanischen Stößen, Erschütterungen oder Vibrationen kommt
  • Ultrahochdruck-Pumpelemente
  • Durchflussregler für Ultra-Hochdruckgeräte – Spindeln und Sitze für Hochdruck-Homogenisatoren
  • Tiefbohrlochventile und -sitze
  • Walzen und Führungen für die Metallumformung

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Material Eigenschaften

Allgemeine Eigenschaften

EigenschaftEinheitUltra ToughUltra Tough HIP3YZNano HIP
ZusammensetzungYttriumoxid stabilisiertYttriumoxid stabilisiertYttriumoxid stabilisiertYttriumoxid stabilisiert
FarbeGrauBraun / OrangeElfenbeinGrau

Mechanische Eigenschaften

 

EigenschaftEinheitUltra ToughUltra Tough HIP3YZNano HIP
Dichteg/cm35.75.76.056.07
ElastizitätsmodulGPa200200200200
Bruchfestigkeit KICMPa m1/2 17 17 8 8
Poissonsche Konstante 0.30 0.30 0.30 0.30
Festigkeit KeramikMPa 2000 2000 2000 2100
BiegefestigkeitMPa 1000 1000 1200 1400
Härte
GPa 13 13 13.5 14.5

Wärmetechnische Eigenschaften

EigenschaftEinheitUltra ToughUltra Tough HIP3YZNano HIP
Maximale Temperatur (inert) 1°C1500150010001000
CTE2 25°C ➞ 400°C10-6/K10101010
Wärmeleitfähigkeit @ 25°CW/mK3322
Temperaturwechselbeständigkeit ΔT°C250250250250

1 Keine Belastung

2 Der Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK) beschreibt, wie sich die Größe eines Objekts bei einer Temperaturänderung ändert.

Haftungsausschluss: Die angegebenen Werte sind Mittelwerte und typisch für die Ergebnisse von Testproben. Sie dienen lediglich als Anhaltspunkt für die Gestaltung von Keramikkomponenten und stellen in keiner Weise eine Garantie dar. Die tatsächlichen Werte können je nach Form und Größe der geplanten Komponente variieren.

Datenblätter

Zirconia CeramaZirc Ultra Tough Brand Image

Zirkonia

CeramaZirc Ultra Tough

Zirconia CeramaZirc Ultra Tough HIP Brand Image

Zirkonia

CeramaZirc Ultra Tough HIP

Zirconia CeramaZirc 3YC Brand Image

Zirkonia

CeramaZirc 3YZ

Zirconia CeramaZirc Nano HIP Brand Image

Zirkonia

CeramaZirc Nano HIP

Zirkonia-Bearbeitung

Zirkoniumdioxid kann in rohem, halbfestem oder völlig festem Zustand bearbeitet werden. In roher Form kann es relativ leicht zu komplexen Formen verarbeitet werden. Der Sinterprozess, der zur vollständigen Verdichtung des Materials erforderlich ist, führt jedoch zu einer Schrumpfung des Zirkoniumdioxidkörpers um etwa 20%. Diese Schrumpfung bedeutet, dass es unmöglich ist, sehr enge Toleranzen bei der Bearbeitung von Zirkoniumoxid vor der Sinterung einzuhalten.

Um sehr enge Toleranzen zu erreichen, muss das vollgesinterte Material mit Diamantwerkzeugen bearbeitet/geschliffen werden. Bei diesem Fertigungsverfahren wird ein sehr präzises diamantbeschichtetes Werkzeug/Rad verwendet, um das Material abzuschleifen, bis die gewünschte Form erreicht ist. Aufgrund der Härte und Robustheit des Materials kann dies ein zeitaufwändiger und kostspieliger Prozess sein.

Precision Ceramics ist Ihr Spezialist für die Bearbeitung von Zirkonia für Ihren Bedarf an hochentwickelten Keramikprototypen und -fertigungen. Wir nutzen unsere langjährige Erfahrung im Bereich der technischen Keramik, um Sie zu Materialien, Design und Anwendung zu beraten. Wenn Sie Zirkoniumdioxid-Platten, -Stäbe, -Rohre oder maßgefertigte Komponenten kaufen möchten, nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf und einer unserer Experten wird Ihnen gerne weiterhelfen.

CeramaZirc Ultra Tough

CeramaZirc Ultra Tough ist ein fortschrittliches keramisches Kompositmaterial auf der Basis von teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxidplättchen und ist das neueste und härteste Kompositmaterial, das Precision Ceramics auf den Markt gebracht hat.

Häufig gestellte Fragen

  • Wofür kann Zirkonia-Keramik verwendet werden?
    • Drahtformung/Ziehwerkzeuge
    • Isolierende Ringe in thermischen Prozessen
    • Präzisionswellen und Achsen in Umgebungen mit hohem Verschleiß
    • Rohre für den Brennprozess
    • Abriebfeste Unterlagen
    • Thermoelement Schutzrohre
    • Sandstrahldüsen
    • Feuerfestes Material
    • Stanzwerkzeuge
    • Gleitlager und Kappen
    • Tiegel für Brennöfen
    • Faseroptische Hülsen und Muffen
    • Messer und Klingen
    • Teile für Brennstoffzellen
    • Lager & Rollen
    • Schweißdüsen & Stifte
    • Laser Teile
    • Gaszünder
    • Electric insulator
    • Elektrische Isolierung
    • Sauerstoffsensoren
    • Medizinische und chirurgische Komponente
    • Mechanische Dichtungen
    • Pumps, pistons, and liners
  • Was ist der Unterschied zwischen Yttria- und Magnesia-stabilisiertem Zirkonia?

    Y-PSZ eignet sich zwar hervorragend für anspruchsvolle mechanische Anwendungen, aber möglicherweise nicht für Anwendungen bei sehr hohen Temperaturen, weil es zu Korngrenzengleiten neigt. Dies tritt auf, wenn sich das Material bei längerer Hitzeeinwirkung von der starken tetragonalen Phase in die schwächere monokline Phase umwandelt. Ebenso ist es möglicherweise nicht für warme und feuchte Bedingungen geeignet, da sich seine Eigenschaften verschlechtern, wenn es Wasserdampf ausgesetzt ist. YSZ ist daher am besten geeignet, wenn es unter trockenen und gemäßigten Temperaturbedingungen eingesetzt wird. Für weitere Informationen zur hydrothermalen Alterung von Zirkonia kontaktieren Sie uns bitte.
    M-PSZ hat bessere temperatur- und feuchtigkeitsbeständige Eigenschaften, da es nicht zu Phasenverschiebung neigt. M-PSZ behält seine Festigkeit auch in feuchten Umgebungen mit hohen Temperaturen bei, wo die mechanischen Eigenschaften von YSZ nachlassen.

  • Was sind die Eigenschaften von Zirkonia?

    Im Folgenden finden Sie einige allgemeine Eigenschaften von Zirkonia-Keramik. Eine vollständige Liste und einen Vergleich der Eigenschaften von Zirkonia finden Sie in unserer Vergleichstabelle der Eigenschaften von Zirkonia.

    • Hohe Dichte – bis zu 6,1 g/cm^3
    • Hohe Biegefestigkeit und Härte
    • Ausgezeichnete Bruchfestigkeit – stoßfest
    • Hohe maximale Einsatztemperatur
    • Verschleißfest
    • Gutes Reibungsverhalten
    • Elektrische Isolierung
    • Geringe Wärmeleitfähigkeit – ca. 10% von Aluminiumoxid
    • Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säuren und Laugen
    • Elastizität ähnlich wie bei Stahl
    • Thermischer Ausdehnungskoeffizient ähnlich wie bei Eisen
  • Was ist Zirkonia-Keramik?

    Zirkonia ist eine sehr widerstandsfähige technische Keramik mit ausgezeichneten Eigenschaften in Bezug auf Härte, Bruchfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit; und das alles ohne die häufigste Eigenschaft von Keramik – die hohe Sprödigkeit. Im Gegensatz zu herkömmlichen Keramiken, die eher hart und spröde sind, bietet Zirkoniumdioxid eine hohe Widerstandsfähigkeit, Verschleißfestigkeit und Flexibilität, die weit über die der meisten anderen technischen Keramiken hinausgeht.


    Es gibt verschiedene Arten von Zirkonia. Die gängigsten sind teilweise stabilisiertes Yttria-Zirkonia (Y-PSZ) und teilweise stabilisiertes Magnesia-Zirkonia (Mg-PSZ). Beide Materialien bieten exzellente Eigenschaften, allerdings hängt es von der Betriebsumgebung und der Beschaffenheit der Teile ab, welche Sorte für bestimmte Anwendungen geeignet ist (mehr dazu weiter unten). Seine einzigartige Widerstandsfähigkeit gegen Rissausbreitung und seine hohe Wärmeausdehnung machen es zu einem hervorragenden Material für die Verbindung von Keramik mit Metallen wie Stahl. Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften von Zirkonia wird es manchmal auch als „Keramikstahl“ bezeichnet.

  • Was ist der Unterschied zwischen Zirkonia, Aluminiumoxid und Zirkonia gehärtetem Aluminiumoxid (CeramAlloy)?

    Während Zirkonia die höchste Bruchfestigkeit aller monolithischen Keramikmaterialien aufweist, ist Aluminiumoxid eines der kostengünstigsten keramischen Materialien, das eine sehr hohe Härte, Wärmebeständigkeit und positive elektrische Eigenschaften aufweist. CeramAlloy ZTA ist ein Verbundwerkstoff auf der Basis von Aluminiumoxid und Zirkonia, der in gewissem Maße die vorteilhaften Eigenschaften der beiden Hauptbestandteile vereint. CeramAlloy ZTA weist also die sehr hohe Härte durch Aluminiumoxid auf, erhöht aber dank seiner Zirkonia-Komponente auch die Bruchfestigkeit und die Biegefestigkeit – also das „Beste aus beiden Welten“.