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Material Engineering

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Dr.-Ing. Henri Cohrt

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1. Aktivitäten
1.1 Zahnersatzwerkstoffe
1.1.1 Der Werkstoff
1.1.2 Der Hersteller
1.1.3 Qualitätsphilosophie
1.1.4 Verpackung
1.1.5 Produktpalette
1.2 Farbiges Zirkoniumdioxid
1.2.1 Herstellungsverfahren
1.2.1 Simpliart
1.2.2 Uhrengehäuse
1.3 Consulting
2. Know How
3. News & Events
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6. Kontakt
7. Impressum

News and Events

Neu im Programm:
Hochwertige Sinterkugeln aus ZrO2 zur verzugsfreien Lagerung von keramischen Bauteilen während der Sinterung.

Neue Möglichkeiten zur Einfärbung von vorgesin- tertem ZrO2 wurden auf der IDS2011 vorgestellt.

Erfolgreiche Entwicklung eines Prozesses zur Her- stellung kostengünstiger Uhrengehäuse aus farbigem Zirkoniumdioxid.

11.04.20 Bildleiste Hompage

1.1.1 Der Werkstoff

Vorgesinterte, Yttrium-teilstabilisierte Zirkoniumdioxid-Blöcke von logo Metec zeichnen sich aus durch:

  • hohe Dichte und dadurch kleine Schrumpfungswerte beim Sintern,
  • sehr hohe Belastbarkeit durch optimale Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit,
  • geringe Festigkeitsstreuung (hoher Weibulmodul),
  • sehr gute Maßhaltigkeit der gesinterten Gerüste,
  • geringste Verunreinigungen durch Verwendung hochwertiger, nano-skaliger Vormaterialien und kontrollierte Produktionsprozesse,
  • sehr hohe Reproduzierbarkeit.

Block_004-aDas transluzente Material kann mit allen üblichen Methoden eingefärbt und  mit den am Markt verfüg- baren Verblendmaterialien ästhetisch gestaltet  wer- den. Zirkoniumdioxid (chemische Formel ZrO2) zeichnet sich durch seine hohe Festigkeit bei für keramische  Werkstoffe ungewöhnlich hoher Zähigkeit aus. Es findet daher nicht nur in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt und im Maschinenbau  zahlreiche Anwendungen, sondern wird seit einigen Jahren gerade in der Medizintechnik für Implantate und Zahnrestaurationen in zunehmendem  Maße eingesetzt. Neben den ungewöhn- lichen mechanischen Eigenschaften spielt das vollkommen inerte Verhalten gegenber dem menschlichen  Organismus eine entscheidende Rolle.

Die für die Anwendung als Zahnersatzwerkstoff entscheidenden Materialeigen- schaften im fertig gesinterten Zustand sind:

Biegefestigkeit

1.065 ± 65 MPa

Weibulmodul

11

Bruchzähigkeit

7 MPa*m1/2

Dichte

6,06 g/cm³

Restporosität

0 %

Härte

12,7 GPa

Elastizitätsmodul

220 GPa

Wärmeausdehnungskoeffizient

10,5 * 10-6 K-1

Wärmeleitfähigkeit
zum Vergleich Gold

2,5 W/mK
314 W/mK

Bild_007aDurch das spezielle Herstellverfahren zeichnen sich die logo Metec -Blöcke durch geringste Dichte- schwankungen im vorgesinterten Zustand aus, eine  wichtige Voraussetzung für maßgenaues Fertigsintern insbesondere von langen, mehr- gliedrigen Gerüsten.

ZrO2 tritt in verschiedenen Modifikationen (Bauarten der Kristalle) auf,  die von der Temperatur und von Legierungsbestandteilen abhängen. Reines  ZrO2 hat bei

           T < 1.173°C eine monokline,
    1.170 < T < 2.370°C eine tetragonale und bei
    2.370 < T < 2.690°C eine kubische Kristallstruktur.

    Der Schmelzpunkt liegt bei 2.690°C.

Die monokline Modifikation hat eine geringere Dichte (ein größeres Volumen) als die tetragonale Modifikation.

Durch Substitution von Zirkonium durch Yttrium im Kristallgitter des  Oxids wird die Umwandlung von der tetragonalen in die ZrO2-Phasenmonokline  Modifikation zu niedrigeren Temperaturen hin verschoben. Bei einem  Gehalt von mehr als etwa 3,5 mol-% Yttriumoxid (Y2O3) ist die tetragonale Modifikation auch bei Raumtemperatur stabil. Die  Umwandlung von der tetragonalen in die monokline Modifikation  erfolgt durch eine koordinierte Bewegung der Atome im Kristallgitter im  subatomaren Maßstab und benötigt eine hinreichende Zeit und ein  hinreichendes Volumen. Ist die Abkühlge- schwindigkeit zu groß, kann  keine Bewegung der Atome stattfinden. Die tetragonale Modifikation  wird dann “unterkühlt”. Sie liegt im “metastabilen” Zustand vor.

Durch Einwirkung von äußeren Kräften kann die Umwandlung der tetragonalen  Modifika- tion in die monokline initiiert werden. Man spricht dann von einer “spannungsinduzier- ten Umwandlung”. Liegt Zirkoniumdioxid in diesem unterkühlten, tetragonalen Zustand vor, spricht man von  “teilstabili- siertem” Zirkoniumdioxid.

Neben Yttrium haben auch Kalzium, Magnesium, Hafnium und Cer vergleichbare  Einflüsse auf das Umwandlungsverhalten von Zirkoniumdioxid. Sie sind  jedoch wesentlich teurer (Hf und Ce) als Yttrium und werden daher nur  ergänzend eingesetzt oder haben negative Effekte, die einen Einsatz  besonders als Zahnersatzwerkstoff stark einschränken (z.B.  gelb-Färbung bei Magnesium).

Weitere Informationen zum Werkstoff und insbesondere zur Wirkung der  tretragolal-monoklinen Umwandlung auf das Festigkeitsverhalten von  Zirkoniumdioxid können Sie hier als Download erhalten.

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