Was ist Zirkoniumoxid?
Zirkoniumoxid ist eine weiße, geruchlose, anorganische Verbindung.
Anwendungen von Zirkoniumoxid
Zirkoniumoxid wird unter Ausnutzung seiner Eigenschaften wie folgt verwendet:
- Sehr hoher Schmelzpunkt, hohe Hitzebeständigkeit und Beständigkeit gegen chemische Erosion
Rohmaterial für Schneid- und Polierwerkzeuge, feuerfeste Materialien usw. - Hohe Härte und Haltbarkeit
Dentalwerkstoffe, Keramikmesser, Schmuck (Imitationsdiamanten) - Guter Leiter von Sauerstoff-Ionen
Festelektrolyt-Brennstoffzellen
Zirkoniumoxid ist so hart, dass es als Diamant bezeichnet wird, und seine Härte ist extrem hoch – etwa 10-mal so hoch wie die von herkömmlichen Keramiken. Darüber hinaus kann Zirkoniumoxid als Material für elektronische Bauteile wie piezoelektrische Elemente und Keramikkondensatoren, als Zusatzstoff für optisches Glas und als Zusatzstoff für Quasi-Arzneimittel wie Katalysatoren und Kosmetika verwendet werden.
Eigenschaften von Zirkoniumoxid
Zirkoniumoxid ist ein Oxid des Zirkoniums mit der Ordnungszahl 40 und zählt zu den Keramiken. Seine chemische Formel ist ZrO2, sein Molekulargewicht beträgt 123,22, seine wichtigsten physikalischen und chemischen Eigenschaften sind: Schmelzpunkt 2715 °C, Siedepunkt 4300 °C, Dichte 5,68 g/cm³ und Brechungsindex 2,13.
Zirkoniumoxid weist eine Reihe von Eigenschaften auf, darunter niedrige Wärmeleitfähigkeit, Wärmebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohe Festigkeit. Andererseits ist Zirkoniumoxid anfällig für eine Zersetzung aufgrund von Veränderungen seiner kristallinen Struktur und einer Volumenveränderung infolge von Temperaturänderungen.
Bei Raumtemperatur bildet es die stabilste monokline Kristallstruktur, aber mit steigender Temperatur geht es nacheinander in tetragonale und kubische Kristalle über. Um die durch diese Kristallstrukturänderung verursachten Volumenänderungen zu unterdrücken, werden Oxide wie Yttriumoxid (Y2O3), Calciumoxid (CaO), Ceroxid (CeO2) und Magnesiumoxid (MgO) als Stabilisatoren verwendet.
Durch die Zugabe und Reaktion der Oxide mit Zirkoniumoxid und ihre feste Auflösung in der Kristallstruktur kann der kubische Kristall bei Raumtemperatur stabil existieren. Zirkoniumoxid mit bei Raumtemperatur stabilen kubischen Kristallen wird als stabilisiertes Zirkoniumoxid oder teilstabilisiertes Zirkoniumoxid bezeichnet, je nachdem, wie viel Stabilisierungsmittel der Mischung zugesetzt wurde. Das Stabilisierungsmittel bewirkt die Bildung von Sauerstofflöchern, wodurch es zu einem guten Leiter für Sauerstoffionen wird.
Weitere Informationen über Zirkoniumoxid
1. Wie wird Zirkoniumoxid hergestellt?
Es gibt zwei Hauptverfahren zur Herstellung von Zirkoniumoxid: Nassraffination und Trockenraffination. Beide beruhen auf Zirkoniumerzen wie Zirkon und Haddelit. Bei der Nassraffination werden die ausgewählten Erze zunächst in Natronlauge geschmolzen und anschließend mit Salzsäure aufgeschlossen und konzentriert.
Nach weiteren Prozessen wie Waschen und Filtern wird das entstandene Zirkoniumhydroxid kalziniert und gemahlen, um Zirkoniumoxid-Pulver herzustellen. Bei der Trockenraffination hingegen wird reines Zirkoniumoxid durch Zerkleinern des Erzes gewonnen, um Verunreinigungen zu entfernen, gefolgt von einer wiederholten Aufbereitung.
2. Unterschied zu Zirkonium
Zirkonium ist ein Metall, bei dem die Atome durch metallische Bindungen miteinander verbunden sind, während Zirkoniumoxid eine Keramik ist, bei der die Atome durch kovalente Bindungen miteinander verbunden sind, die stärker als metallische Bindungen sind. Aufgrund der unterschiedlichen Bindungsart hat Zirkoniumoxid gegenüber Zirkonium folgende Vorteile:
Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion
Zirkonium verbindet sich leicht mit korrosiven Elementen wie Sauerstoff und Schwefel in der Umgebung und korrodiert relativ leicht, während Zirkoniumoxid kaum korrodiert.
Hohe Härte und Hitzebeständigkeit
Zirkoniumoxid wird durch kovalente Bindungen gebildet, die stärker sind als metallische Bindungen, was es extrem hart, zäh und schwer verformbar macht. Sein hoher Schmelzpunkt von 1855 °C macht es außerdem sehr hitzebeständig.