Maßgeschneiderte Oxidkeramiken mit hoher Bruchzähigkeit durch spezielle Verstärkungsmechanismen

Dr. Wolfgang Burger a Stefan Pfadenhauer, Rauschert Heinersdorf-Pressig GmbH

Moderne oxidische Hochleistungskeramiken sind überwiegend Mischkeramiken auf Basis einer Aluminiumoxid- oder Zirkoniumdioxidmatrix. Zur Steigerung von Festigkeit und Bruchzähigkeit bedient man sich bei Aluminiumoxidmatrixwerkstoffen der Zulegierung von Zirkoniumdioxid, welches über die Zulegierung von Yttrium- und/oder Ceriumoxid in seinen Eigenschaften als metastabile Komponente entsprechend beeinflusst werden kann. Als weiterer Verstärkungsmechanismus hat sich die Einlagerung von hexagonalen Plättchen bewährt. Durch entsprechende Prozessführung beim Sintern werden festkörperchemische Reaktionen eingeleitet, welche letztendlich zu maßgeschneiderten Gefügen führen.

Ähnliche Mechanismen spielen bei Zirkoniumdioxidmatrixwerkstoffen eine Rolle. Allerdings muss in diesem Fall zunächst die Matrix mit den entsprechenden stabilisierenden Oxiden zugrunde gelegt werden. Durch die Zulegierung von Aluminiumoxid und plateletbildenden weiteren Oxiden, wie z. B. Strontiumoxid oder Lanthanoxid können wiederum die Mikrostrukturen der einzelnen Werkstoffe durch geeignete Prozessführung beeinflusst werden. Durch die Einlagerung hexagonaler Plättchen und globularer Körner kann hier eine spezielle Mikrostruktur mit bimodalem Charakter erzeugt werden.

Über die chemische Zusammensetzung und entsprechende Prozessführung können maßgeschneiderte Werkstoffe mit Festigkeiten bis 1500 MPa bzw. Bruchzähigkeiten bis zu 15 MPaÖm hergestellt werden. Im Gegensatz zu Y-TZP-Keramiken sind diese Werkstoffe hydrothermal beständig.