Zirkoniumdioxid är en keram som består av zirkonium och syre (ZrO2), som finns i naturen i oren form eller erhålls syntetiskt som en mellanprodukt vid renframställning av zirkonium.
Kristallformer
Zirkoniumdioxid förekommer i tre olika kristallina former med olika temperaturstabilitetsområden:
- <1 170 °C råder monoklin fas
- ≥1 170 °C – 2 370 °C tetragonal fas
- ≥2 370 °C – 2 680 °C kubisk fas.
Med tillsats av yttriumoxid (Y2O3), kalciumoxid (CaO) eller magnesiumoxid (MgO) kan keramen helt eller delvis stabiliseras i en viss kristallin form.
Egenskaper
Vid rumstemperatur har partiellt stabiliserad zirkoniumdioxid hög brottseghet, hållfasthet och nötningsmotstånd. Zirkoniumdioxid som stabiliserats med yttrium är en av de starkaste keramerna, men hållfastheten avtar vid temperaturer över 300 °C. Magnesiumstabiliserad zirkoniumdioxid har i jämförelse lägre hållfasthet, men denna påverkas först vid temperaturer över 800 °C. Fullt stabiliserad zirkoniumdioxid har lägre hållfasthet än partiellt stabiliserad zirkoniumdioxid, men kan i gengäld användas vid högre temperaturer, upp till cirka 2 400 °C.
Generellt gäller att alla kristallformer av zirkoniumdioxid har god kemisk beständighet.
Användning
Föremål av zirkoniumdioxid tillverkas vanligen genom trycklös sintring av pulveriserad zirkoniumdioxid.
Vanliga användningsområden:
- Skärverktyg för metaller
- Saxar
- Implantat
- Zirkoniumdioxid har ovanligt stor motståndskraft mot kemikalier och mot att rent mekaniskt brytas sönder - särskilt i dess kubiska kristallstrukturvariant; används därför ofta som substitut för diamant.
- Används ibland i eldfast tegel.
- Vid temperaturer över cirka 500 °C är zirkoniumdioxid en god ledare för syreatomer, och används därför i lambdasonder.
- Zirkoniumdioxid blir elektriskt ledande utan att smälta när temperaturen överstiger 1 500 °C. Denna keram kan därför användas som motståndsmaterial i högtemperaturugnar.