Erweiterte Materialeigenschaften mit Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkoniumdioxid erschließen

Die vielseitigen Eigenschaften von stabilisiertem Zirkoniumdioxid haben es zu einem vielseitigen Werkstoff in zahlreichen Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und dem Energiesektor gemacht. Von seiner überragenden Festigkeit und Zähigkeit bis hin zu ausgewogenen Eigenschaften bietet jede Sorte von stabilisiertem Zirkoniumdioxid eine Reihe von Attributen, die speziell auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten sind.

Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid zeichnet sich durch seine hervorragende thermische Stabilität und Ionenleitfähigkeit aus und eignet sich daher hervorragend als Material für Sauerstoffsensoren und Festoxid-Brennstoffzellen.

Überlegene Stärke und Zähigkeit

Durch den Zusatz von Yttriumoxid wird die Zähigkeit von Zirkoniumdioxid deutlich erhöht, so dass es sehr langlebig und für Anwendungen mit hoher mechanischer Belastung geeignet ist. Darüber hinaus erhöht dieser Zusatz die thermische Stabilität und die Beständigkeit gegen Temperaturschocks sowie die thermische Stabilität zum Schutz vor Temperaturschocks. Darüber hinaus weist Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid eine ausgezeichnete Ionenleitfähigkeit auf, so dass Sauerstoffionen ungehindert durch seine Struktur hindurchtreten können, was es für Anwendungen wie Sauerstoffsensoren und Festoxidbrennstoffzellen nützlich macht.

YSZ zeichnet sich durch eine überragende Verschleißfestigkeit aus und ist daher ideal für Bauteile in rauen Umgebungen wie Gasturbinen oder Düsentriebwerken. Im Vergleich zu kalzium- oder magnesiumstabilisiertem Zirkoniumdioxid, das eine höhere Temperaturschwelle benötigt, um stabil zu bleiben, kann es einer kontinuierlichen Belastung durch abrasive Bedingungen standhalten, ohne sich zu zersetzen.

YSZ kann schnellen Temperaturschwankungen standhalten und eignet sich daher für Werkstoffe in der Luft- und Raumfahrt sowie für Kfz-Sensoren, die Motor- und Abgasparameter überwachen. Außerdem übertrifft seine Temperaturwechselbeständigkeit die von CSZ und MSZ, die niedrigere Temperaturschwellen für die Stabilität haben. Daher wird dieses Material häufig als Grundmaterial für Wärmedämmschichten in Düsentriebwerken und Gasturbinen verwendet.

Hochtemperaturbeständigkeit

Stabilisiertes Zirkoniumdioxid kann hohen Temperaturen standhalten und eignet sich daher für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und der Energieerzeugung. Darüber hinaus kann Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid auch in Sauerstoffsensoren und Festoxidbrennstoffzellen (SOFC oder SOEC) eingesetzt werden.

Durch den Zusatz von Yttriumoxid zu stabilisiertem Zirkoniumdioxid bleibt die kubische Struktur auch bei Raumtemperatur erhalten, wodurch Phasenumwandlungen vermieden werden, die andernfalls zu Rissen führen könnten, wenn es zu Betriebsschwankungen kommt. Diese Eigenschaft macht Yttriumoxid zu einem unschätzbaren Zusatz für die Herstellung von Hochtemperaturkomponenten, die für Düsentriebwerke benötigt werden und intakt bleiben müssen, um den rauen Umweltbedingungen standzuhalten.

Die Herstellung von stabilisiertem Zirkoniumdioxid wirft einige Umweltbedenken auf, da es bei der Herstellung bei hohen Temperaturen gesintert wird und potenziell toxische Stabilisierungsmittel verwendet werden. Außerdem ist Zirkoniumdioxid nicht biologisch abbaubar, so dass die sichere Entsorgung entsprechend gehandhabt werden muss - was sich jedoch aufgrund des begrenzten Deponieraums und der potenziellen Boden-/Wasserkontaminationsrisiken als schwierig erweisen kann.

Biokompatibilität

Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) ist eine hochentwickelte Keramik, die Zirkoniumoxid mit Yttriumoxid als Stabilisator enthält, wodurch die Umwandlung von tetragonaler in monokliner Form, die ohne Stabilisierung auftritt, vermieden wird und die Ionenleitfähigkeit, die thermische Stabilität, die Festigkeit, die Zähigkeit und die Haltbarkeit deutlich erhöht werden.

Die überragende Festigkeit, Zähigkeit und Härte von YSZ macht es ideal für Anwendungen, die eine hohe Stressresistenz erfordern. Darüber hinaus tragen seine Bruchfestigkeit und hohe Ionenleitfähigkeit zu seiner Beständigkeit in rauen, abrasiven Umgebungen bei, die andere Materialien oft beschädigen.

Die thermische Stabilität von YSZ macht es zu einem ausgezeichneten Material für den Einsatz in Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) und Batterien, in denen Sauerstoffionen bei hohen Temperaturen leicht fließen, was die Effizienz verbessert und die Lebensdauer dieser Energiesysteme verlängert.

Leichtgewicht

Stabilisierte Zirkoniumdioxidwerkstoffe bieten fortschrittliche Leistungen in allen Branchen, von der Luft- und Raumfahrt bis zu medizinischen Geräten. Dies liegt an ihrer besonderen Kombination von Eigenschaften - hohe Temperaturstabilität, selektive Sauerstoffionenleitfähigkeit und Sauerstofflücken an der Oberfläche -, die diese Werkstoffe zu einem einzigartigen Vorteil machen.

Yttriumoxidstabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) bietet dank seines Mechanismus der Umwandlungszähigkeit das beste Verhältnis zwischen Festigkeit und Zähigkeit und eignet sich daher für Anwendungen wie industrielle Schneidwerkzeuge und Zahnimplantate. Kalziumoxid- und magnesiastabilisierte Zirkoniumdioxide (CSZ und MSZ) bieten ein ausgewogenes Verhältnis von Festigkeit und Zähigkeit, das ideal für Strukturkeramik und feuerfeste Materialien ist.

Wissenschaftler können die vielseitigen Eigenschaften von YSZ nutzen, um seine Eigenschaften für bestimmte Anwendungen anzupassen. So bietet tetragonales YSZ beispielsweise hervorragende elektrische Eigenschaften, die für Sauerstoffsensoren und Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) benötigt werden. Darüber hinaus trägt sein hoher Schmelzpunkt dazu bei, dass seine Leistung bei Betriebstemperaturen erhalten bleibt. Darüber hinaus wird an der Entwicklung umweltfreundlicherer Herstellungsverfahren gearbeitet, damit Zirkoniumdioxidprodukte effizient hergestellt werden können, während gleichzeitig der Energieverbrauch minimiert und die Umweltbelastung während der Produktion verringert wird.