{"id":2617,"date":"2021-03-03T16:30:39","date_gmt":"2021-03-03T16:30:39","guid":{"rendered":"https:\/\/lyrabearing.com\/insights\/cuscinetti-in-ceramica-le-tre-cose-da-sapere-sulla-zirconia\/"},"modified":"2026-04-30T16:27:01","modified_gmt":"2026-04-30T14:27:01","slug":"keramiklager-die-drei-wichtigsten-fakten-ueber-zirconia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lyrabearing.com\/de\/insights\/keramiklager-die-drei-wichtigsten-fakten-ueber-zirconia\/","title":{"rendered":"Keramiklager: die drei wichtigsten Fakten \u00fcber Zirkonia"},"content":{"rendered":"

In diesem Artikel sprechen wir \u00fcber Keramiklager \u2013 beziehungsweise Keramiklager aus Zirconia \u2013 mit einem besonderen Fokus auf dem Werkstoff dieser Lager.<\/p>\n

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Z\u00e4higkeitsgesteigerte Keramikwerkstoffe<\/h3>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

Seit der Entdeckung und Entwicklung der stabilisierten Zirconia in den 1960er\u2011Jahren galt die Z\u00e4higkeitssteigerung durch Phasenumwandlung (wie im vorherigen Artikel beschrieben) als eine Eigenschaft der teilweise stabilisierten Zirconia (PSZ) mit Dotierstoffen wie Yttria, Ceria oder Magnesia. Zusammenfassend sind bei PSZ die Partikel bzw. K\u00f6rner der tetragonalen Phase homogen in der kubischen Phase verteilt. Die tetragonale, metastabile \u2013 also instabile \u2013 Phase wandelt sich unter \u00fcberm\u00e4\u00dfiger mechanischer Beanspruchung in die monokline Phase um und erzeugt so den Z\u00e4higkeitssteigerungseffekt im Werkstoff.<\/p>\n

Sp\u00e4ter erkannte man, dass sich dieses Ph\u00e4nomen auch in anderen Werkstoffen nachbilden l\u00e4sst, deren Matrix aus anderen Materialien besteht, zum Beispiel aus Alumina (Aluminiumoxid), in die Zirkoniapartikel als z\u00e4higkeitssteigernde Phase eingelagert werden. Mit anderen Worten: Es existiert eine ganze Familie von Keramikwerkstoffen, die mithilfe von Zirkoniapartikeln tenacisiert werden k\u00f6nnen, wobei die Phasenumwandlung (tetragonal \u2192 monoklin) unter thermo\u2011mechanischer Beanspruchung ausgenutzt wird.<\/p>\n

In der internationalen technisch\u2011wissenschaftlichen Gemeinschaft sind diese mit Zirconia z\u00e4higkeitsgesteigerten Keramikwerkstoffe unter dem Akronym ZTC (Zirconia Toughened Ceramics) bekannt, also mit Zirconia tenacisierte Keramiken, und werden auch als \u201eKeramikst\u00e4hle\u201c bezeichnet.<\/p>\n

Die kritische Herausforderung bei der Herstellung besteht jedoch darin, die Zirkoniapartikel unterhalb einer bestimmten, kritischen Gr\u00f6\u00dfe zu halten, unterhalb derer sich die Zirconia in der metastabilen tetragonalen Phase bewahren l\u00e4sst. Diese kann sich dann, wie zuvor und im vorhergehenden Artikel beschrieben, unter mechanischer Belastung in die monokline Phase umwandeln und so den z\u00e4higkeitssteigernden Effekt ausl\u00f6sen.<\/p>\n

Terminologie der Zirkonia<\/h3>\n

Eine spezifische Terminologie wurde entwickelt, um stabilisierte Zirkonia und zirkoniatenacisierte Keramiken zu beschreiben.<\/p>\n

Ein Material mit tetragonalen Partikeln in einer kubischen Matrix wird als teilweise tenacisierte Zirkonia oder einfach PSZ bezeichnet, zu dem ein Pr\u00e4fix f\u00fcr das Element des Stabilisators hinzugef\u00fcgt wird (z. B. Ca-PSZ, stabilisiert mit CaO, oder Y-PSZ, stabilisiert mit Y\u2082O\u2083, oder Mg-PSZ, stabilisiert mit MgO).<\/p>\n

Wenn gen\u00fcgend Stabilisator hinzugef\u00fcgt wird, enth\u00e4lt das Material nur kubische Phase und wird als vollst\u00e4ndig stabilisierte Zirkonia oder fully stabilized zirconia (FSZ) bezeichnet. Materialien mit ausschlie\u00dflich tetragonaler Phase werden als tetragonale Zirkonia-Polycristalle (TZP) bezeichnet.<\/p>\n

Tabelle 1 enth\u00e4lt die Abk\u00fcrzungen der verschiedenen Versionen von zirkoniastenacisierten Keramiken.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Material<\/td>\nAbk\u00fcrzung<\/td>\n<\/tr>\n
Tetragonales Zirkonia (polycristallines)<\/td>\nTZP<\/td>\n<\/tr>\n
Teilweise stabilisierte Zirkonia<\/td>\nPSZ<\/td>\n<\/tr>\n
Vollst\u00e4ndig stabilisierte Zirkonia<\/td>\nFSZ<\/td>\n<\/tr>\n
Zirkonia-tenacisierte Keramiken<\/td>\nZTC<\/td>\n<\/tr>\n
Zirkoniumoxid-verst\u00e4rkte Aluminiumoxid<\/td>\nZTA<\/td>\n<\/tr>\n
Phasentransformations-verst\u00e4rkte Zirkonia<\/td>\nTTZ<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Wie in Tabelle 2 dargestellt, hat jede Zusammensetzung ihre eigenen Eigenschaften und kann die geeignetste L\u00f6sung f\u00fcr eine spezifische Anwendung darstellen.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Property<\/td>\nY-TZP<\/td>\nCe-TZP<\/td>\nZTA<\/td>\nMg-PSZ<\/td>\n3Y20A<\/td>\n<\/tr>\n
Eigenschaft\u00a0(g.cm-3)<\/td>\n6.05<\/td>\n6.15<\/td>\n4.15<\/td>\n5.75<\/td>\n5.51<\/td>\n<\/tr>\n
H\u00e4rte (HV30)<\/td>\n1350<\/td>\n900<\/td>\n1600<\/td>\n1020<\/td>\n1470<\/td>\n<\/tr>\n
Biegefestigkeit (MPa)<\/td>\n1000<\/td>\n350<\/td>\n500<\/td>\n800<\/td>\n2400<\/td>\n<\/tr>\n
Druckfestigkeit (MPa)<\/td>\n2000<\/td>\n–<\/td>\n–<\/td>\n2000<\/td>\n–<\/td>\n<\/tr>\n
Young-Modul (GPa)<\/td>\n205<\/td>\n215<\/td>\n380<\/td>\n205<\/td>\n260<\/td>\n<\/tr>\n
Poisson-Zahl<\/td>\n0.3<\/td>\n–<\/td>\n–<\/td>\n0.23<\/td>\n–<\/td>\n<\/tr>\n
Kl\u00fcpfelz\u00e4higkeit (MPa.m-1\/2)<\/td>\n9.5<\/td>\n15 – 20<\/td>\n4 – 5<\/td>\n8 – 15<\/td>\n6<\/td>\n<\/tr>\n
Thermische Ausdehnungskoeffizient (x10-6 \u00b0C-1)<\/td>\n10<\/td>\n8<\/td>\n8<\/td>\n10<\/td>\n9.4<\/td>\n<\/tr>\n
W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit (W.m-1.K-1)<\/td>\n2<\/td>\n2<\/td>\n23<\/td>\n1.8<\/td>\n3<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Zusammenfassend lassen sich drei Familien von zirkoniastenacisierten Keramikmaterialien unterscheiden, die durch die tetragonal-monokline Phasentransformation tenacisiert werden.<\/p>\n

1. Keramiken mit dispergierten Partikeln tenacisiert o partikelverst\u00e4rkte Keramiken.<\/strong><\/p>\n

Materialien, bei denen zu einer Matrix (z. B. Tonerde, ZTA) ein Prozentsatz (ca. 15%) Zirkonia hinzugef\u00fcgt wird. In diesem Fall erfolgt die Stabilisierung der tetragonalen Phase nicht durch Dotierstoffe wie Yttria oder Calcia, sondern durch eine W\u00e4rmebehandlung und eine Kontrolle der Partikelgr\u00f6\u00dfe der Zirkonia-Partikel. Die W\u00e4rmebehandlung sorgt daf\u00fcr, dass die tetragonale Phase bei Raumtemperatur erhalten bleibt, indem die Partikel dimensional daran gehindert werden, in monokline Phase \u00fcberzugehen. Die tetragonal-monokline Transformation soll nat\u00fcrlich eintreten, wenn das Material w\u00e4hrend der Nutzung mechanischer Belastung ausgesetzt wird. Dieses Verhalten erinnert an W\u00e4rmebehandlungen und Martensit-Transformationen in St\u00e4hlen.<\/p>\n

2.Teilweise stabilisierte Zirkonia<\/strong><\/p>\n

Zirkonia, die mit Dotierstoffen wie Yttriumoxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid oder Ceroxid dotiert oder stabilisiert ist. Der Dotierstoff f\u00f6rdert die Stabilisierung der tetragonalen Phase, die f\u00fcr die Tenazisierung des Materials verantwortlich ist. Im Allgemeinen handelt es sich um eine kubische Matrixphase mit einem Prozentsatz instabiler tetragonaler Phase.<\/p>\n

3. Vollst\u00e4ndig tetragonales Zirkonia-Polycristall<\/strong><\/p>\n

In den 1970er Jahren wurde berichtet, dass K\u00f6rner kleiner als 0,5 Mikrometer mit sehr niedrigen Konzentrationen von Yttria-Stabilisator Materialien erzeugen konnten, in denen der stabilisierte tetragonale Phase mehr als 98% ausmachte. Damit die Vorteile der Tenazisierung wirksam werden, ist es entscheidend, dass die Korngr\u00f6\u00dfe 0,3 mm nicht \u00fcberschreitet.<\/p>\n

K\u00fcrzlich bahnt sich eine weitere Familie von zirkoniabasierten tenacisierten Keramikmaterialien ihren Weg: die sogenannten Nanomaterialien, bei denen es wichtig ist, die Korngr\u00f6\u00dfe unter 110 nm zu halten, um mechanische Eigenschaften wie die Bruchz\u00e4higkeit zu erreichen, die die Leistung derzeitiger Materialien \u00fcbertreffen.<\/p>\n

Zugfestigkeit der Zirkonia in Abh\u00e4ngigkeit vom Yttria-Gehalt<\/strong><\/h2>\n

Ein grundlegender Aspekt beim Einsatz keramischer Materialien ist ihre begrenzte Zugfestigkeit. Wenn ein Lager auf eine rotierende Welle gepresst wird, unterliegt es der thermischen Ausdehnung derselben, was zu Zugspannungen f\u00fchrt, die bei \u00dcberschreiten der Materialgrenze zum Bruch f\u00fchren.<\/p>\n

Die Zugfestigkeit der Zirkonia in Abh\u00e4ngigkeit von der Yttria-Menge verl\u00e4uft \u00e4hnlich wie im Graphen der Abbildung 1, mit einem Maximum bei ca. 3 mol% (Molverh\u00e4ltnis) und Zugfestigkeitswerten zwischen 600 und 800 MPa.<\/p>\n

\"Zugfestigkeit<\/p>\n

Figura 1. Zugfestigkeit der stabilisierten Zirkonia in Abh\u00e4ngigkeit vom Yttria-Gehalt.<\/p>\n

Zirkoniumoxidlager<\/strong>
\nIm Folgenden sind die Grundeigenschaften von Zirkoniumoxidlagern aufgef\u00fchrt:<\/p>\n

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  • Elektrische Isolation<\/li>\n
  • Niedrige W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit<\/li>\n
  • Hohe Korrosionsbest\u00e4ndigkeit und S\u00e4urebest\u00e4ndigkeit, au\u00dfer gegen HF-S\u00e4ure<\/li>\n
  • Mittlerer Reibungskoeffizient (HV > 1400)<\/li>\n<\/ul>\n

    Hochtemperaturbest\u00e4ndigkeit:<\/p>\n

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    • Ohne K\u00e4fig: \u201efull complement\u201c: 500 \u00b0C<\/li>\n
    • Mit PEEK-K\u00e4fig: 300 \u00b0C<\/li>\n
    • Mit PTFE-K\u00e4fig: 250 \u00b0C<\/li>\n<\/ul>\n

      Abbildung 2 zeigt ein typisches Sintrationsprogramm f\u00fcr ein Zirkonia-Werkst\u00fcck. Nach einer anf\u00e4nglich langsameren Erhitzungsrampen zur Verbrennung eventueller organischer Bestandteile wird die optimale Sintrierungstemperatur erreicht, gefolgt von einem kontrollierten Abk\u00fchlprozess bis zur Raumtemperatur.<\/p>\n

      \"Sintrationsprogramm<\/p>\n

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      Abbildung 2. Sintrationsprogramm der Zirkonia.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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      Die Sintrierung oder das Brennen bewirkt, dass die Pulverpartikel im festen Zustand eine Umwandlung ihrer Konformation erfahren, ohne zu schmelzen. Die durch die Temperatur aktivierte atomare Migration erm\u00f6glicht es den Partikeln, Verbindungsregionen untereinander zu bilden, die sich dann vergr\u00f6\u00dfern, bis eine Struktur entsteht, in der die Hohlr\u00e4ume (Poren) zwischen den Partikeln eliminiert werden und eine hochdichte Struktur erreicht wird.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

      Abbildung 3 zeigt einen Teil eines Zirkonia-Komponents nach der Sintrierung. Die mikroskopische Struktur der Keramik ist sichtbar, mit K\u00f6rnern und ihren Trennbereichen (Korngrenzen).<\/p>\n

      \"Mikrografie<\/p>\n

      Abbildung 3. Mikrografie eines gesinterten Zirkonia-Komponents. Die Wahl der besten Komponenten erfordert ein tiefgehendes Verst\u00e4ndnis der Materialien!<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

      In diesem Artikel sprechen wir \u00fcber Keramiklager \u2013 beziehungsweise Keramiklager aus Zirconia \u2013 mit einem besonderen Fokus auf dem Werkstoff…<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":2618,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"class_list":["post-2617","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2617","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2617"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2617\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":2622,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2617\/revisions\/2622"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/2618"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/lyrabearing.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2617"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}