Aluminiumoxid (Al₂O₃)

Aluminiumoxid mit seinen verschiedenen Reinheitsgraden ist der meist eingesetzte keramische Werkstoff. Es weist eine hohe Härte und Festigkeit auf und hat gute thermische sowie chemische Eigenschaften. Des Weiteren ist seine sehr gute elektrische Isolation für die Industrie von Bedeutung. Wir verarbeiten Aluminiumoxidpulver mit Al₂O₃-Gehalten von 96 % bis 99,99 %. Standardmäßig wird Al₂O₃-Keramik elfenbeinfarben angeboten. Durch Zusätze, welche der Eigenschaftsoptimierung dienen, können auch farbige Varianten geliefert werden.

Eigenschaften Aluminiumoxid (99,7%):

• elektrische Isolation: 1×10¹⁴ – 1×10¹⁵ Ωcm
• Härte HV10: 18 GPa
• Druckfestigkeit: 2500 MPa
• 4-Pkt.-Biegefestigkeit: 300 MPa
• Elastizitätsmodul: 320 GPa
• Dichte: 3,90 g/cm³
• max. Anwendungstemp.: 1700°C

Zirkonoxidverstärkte Aluminiumoxidkeramik (ZTA)

Durch Zugabe von Zirkoniumoxid zu dem Aluminiumoxid  kann man die Eigenschaften von reinem Aluminiumoxid verbessern. So kann die Bruchzähigkeit und Festigkeit deutlich gesteigert werden. Es gibt verschiedene Varianten mit Zirkonoxidgehalten von 5 % – 20 %.

Eigenschaften ZTA:

• Bruchzähigkeit: 7 MPa*m^1/2  (vgkl. Al₂O₃: 4,3 MPa*m^1/2)
• Druckfestigkeit: 2600 MPa
• 4-Pkt.-Biegefestigkeit: 440 – 800 MPa
• Härte HV10: 17 GPa

Zirkonoxidkeramik (ZrO₂)

Eine weitere häufig eingesetzte Oxidkeramik ist Zirkoniumoxid. Das Besondere an ZrO₂ ist seine Polymorphie, d.h. es tritt in drei Kristallmodifikationen auf. Beim Abkühlen bildet sich zunächst die kubische Phase, welche mit weiterer Abkühlung in die tetragonale Phase umwandelt. Als letztes bildet sich die monokline Phase, welche dann bei Raumtemperatur vorliegt. Bei dieser letzten Umwandlung kommt es zu einer Volumenzunahme, welche Spannungen und somit Risse im Bauteil verursacht. Um dies zu verhindern, wird ZrO₂ mit verschiedenen Oxiden stabilisiert. Am häufigsten wird Yttriumoxid (Y₂O₃) oder Magnesiumoxid (MgO) verwendet, aber auch Calciumoxid (CaO) und Ceroxid (CeO₂) kommen zum Einsatz. Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Stabilisierung: zum einen kann die kubische Phase vollstabilisiert werden, dann spricht man von sog. FSZ-Keramiken (Fully Stabilized Zirconia). Zum anderen gibt es die teilstabilisierten ZrO₂-Keramiken (PSZ, Partly Stabilized Zirconia), bei denen neben der kubischen Phase auch die tetragonale Phase vorliegt. Dadurch können z. B. die mechanischen Eigenschaften der Keramik verbessert werden. Eine weitere deutliche Verbesserung dieser Eigenschaften kann erzielt werden, wenn die tetragonale Phase vollständig stabilisiert wird, dann handelt es sich um TZP-Keramiken (Tetragonal Zirconia Polycrystals). Technische Anwendung finden hauptsächlich die letzten beiden Varianten aufgrund ihrer guten Eigenschaften.

erhöhte Zugabemenge an

Zirkoniumoxid weist eine gute Verschleißbeständigkeit und eine hohe Bruchzähigkeit auf, welche vergleichbar mit Hartmetall ist. Im Vergleich zu anderen ingenieurkeramischen Werkstoffen hat ZrO₂ die niedrigste Wärmeleitfähigkeit und höchste Festigkeit und bietet sehr gute tribologische Eigenschaften. Des Weiteren besitzt es die Fähigkeit, Sauerstoffionen zu leiten, was z.B. bei der Messung von Sauerstoff. Partialdrücken in Lambdasonden Anwendung findet.

Verarbeitet wird hier im Haus Yttrium- sowie Magnesiumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid (PSZ), welches in verschiedenen Farben geliefert werden kann.

Eigenschaften Zirkoniumoxid:

ATZ – Aluminiumoxid verstärktes Zirkoniumoxid

Das Pendant zu ZTA ist Aluminiumverstärktes Zirkoniumoxid. Auch hier werden die Eigenschaften von reinem Zirkoniumoxid durch die Zugabe von Aluminiumoxid positiv beeinflusst.

Eigenschaften:

• Härte HV10: 14 GPa
• Druckfestigkeit: 2100 MPa
• 4-Pkt.-Biegefestigkeit: 820 MPa
• Elastizitätsmodul: 220 GPa
• max. Anwendungstemp.: 1200°C