| Der Rohstoff | | |
| Im biomedizinischen Fach wird das ZIRKONOXID (ZrO2) als der leistungsfähigeren Werkstoff für prothesische Restaurationen betrachtet. Das ZIRKONOXID – üblicherweise ZIRCONIA genannt – ist ein metal-free keramisches Oxyd, was nicht mit dem Zirconium (Zr) verwechselt werden darf, das stattdessen ein Metall ist. Das Zirkonoxid ZrO2 wird aus dem Mineral Zirkoniumsilicat gewonnen, das sich in Lagerstätten befindet, die in Australien, Russland, USA, Indien und Südafrika gelegen sind, oder aus der Baddeleyte, deren Lagerstätten sich vorwiegend in Südafrika und Sri Lanka befinden. Die Rohstoff-Eigenschaften Das ZIRKONOXID (ZrO2) hat die Eigenschaft, eine polymorphe Substanz zu sein, d.h. es hat die Fähigkeit, die eigene Kristallstruktur zu verändern unter Beibehaltung der chemischen Zusammensetzung wie am Anfang.
Bei normalem Luftdruck zeigt der Werkstoff ZIRCONIA drei polymorphischen Phasen:
1. Monoklin (zwischen Raumtemperatur und 1170°C)
2. Tetragonal (zwischen 1170 und 2370°C)
3. Kubisch (über 2370°C)
Die Phasenumwandlungen sind umkerbar und beeinflussen die Werkstoffleistungen: diese sind sehr bescheiden in den monoklinen und kubischen Phasen. In der tetragonalen Phase sind die Werkstoffleistungen dagegen sehr interessant. Die Umwandlung von tetragonal zu monoklin ist eine martensitische Umwandlung: während der Abkühlung, die tertragonale Struktur wandelt zu monoklin, mit einer Volumenausdehnung zwischen 3 und 5% über die Elastizitätsgrenze der Baddeleyte hinaus, wodurch Mikrorisse in der Struktur verursacht werden. Dieser Mechanismus, der in erster Annäherung die Ursache einer negativen Auswirkung auf die Materialleistungen scheinen könnte, wird andererseits ausgenutzt, um sowohl die Festigkeit als auch die Zähigkeit zu steigern. In der Tat, wenn unter Belastung Mikrorisse in der Keramik entstehen, die Zirkonoxidkristalle, die sich in unmittelbarer Nähe befinden, verformen sich zur monoklinen Struktur. Die Druckspannungen, die in der Nähe der Mikrorisse wegen Materialausdehnung entstehen, wirken stattdessen gegen der Ausbreitung der Risse. Diese Riss-Sperrfunktionen sind diejenigen, die die hohen Werte der Festigkeit und der Bruchzähigkeit bestimmen. Es ist möglich, die tetragonale Phase bei Raumtemperatur zu behalten durch Teilstabilisierung des Zirkonoxides mittels Zugabe von 3-6% Magnesiumoxid (MgO), Yttriumoxid (Y2O3), Calciumoxid (CaO) und Ceriumoxid (Ce2O3).
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