zirkoniumoxidegebaseerde

Zirkoniumoxidegebaseerde materialen, in vaktermen zirconia-gebaseerde keramieken, zijn keramische systemen waarvan zirkoniumoxide (ZrO2) de hoofdcomponent vormt. Doorgaans wordt ZrO2 gedoped met oxide-additieven zoals yttria (Y2O3) of magnesia (MgO) om de kristallijne fasen te stabiliseren en de mechanische eigenschappen te verbeteren. Deze dopings maken het mogelijk dat de tetragonale fase op kamertemperatuur behouden blijft, wat de materiaaleigenschappen zoals slagvastheid en taaiheid verhoogt door transformatie-taaiing bij belaging.

De belangrijkste eigenschappen van zirkoniumoxidegebaseerde materialen zijn onder meer hoge hardheid, uitstekende slijtvastheid, chemische inertie en een hoog kookpunt. Door fase-stabilisatie vertonen ze ook een combinatie van taaiheid en sterkte die beter is dan conventionele keramiek. Een kenmerkend punt is de mogelijkheid van transformatie-taaiing: onder mechanische stress kan de tetragonale ZrO2-vorm transformeren naar monoclinisch, wat schadewiden decreased en scheurgroei tegengaat. Er kan echter sensibilidad zijn voor hydrothermale veroudering bij vochtige omgevingen, wat de stabiliteit op lange termijn beïnvloedt.

Varianten bestaan onder meer uit yttria-stabilized zirconia (YSZ), veel gebruikt in de elektrochemie en in beveiligde medische toepassingen; magnesia-stabilized zirconia en ca-stabilized vormen worden toegepast in leidende keramieken en resistente coatings. Dopings, porositeit en kristalstructuur bepalen eigenschappen zoals elektrische geleidbaarheid (bij hoge temperaturen), breuktaaiheid en flexibiliteit van dunne films.

Toepassingen variëren van tandheelkundige kronen en implantaten tot keramische coatings voor turbines, draagbare sensoren en solid oxide fuel cells. Fabricage gebeurt via sinteren, hot pressing, en technieken zoals sputteren of pulsed laser deposition voor dunne films.

Zirkoniumoxidegebaseerde materialen bieden zo een combinatie van sterkte, taaiheid en chemische stabiliteit die ze geschikt maakt voor high-performance keramiektoepassingen, terwijl ze tegelijk aandacht vereisen voor verouderingseffecten en compatibiliteit in specifieke omgevingen.