Herstellung und Verarbeitung von nanoskaligem (stabilisiertem) ZrO2 über einen kolloid-chemischen Prozeß

Abstract

Nanokristallines zrO2 sowie Y2O3-stabilisiertes (8 Mol-%) ZrO2 mit einer Primärpartikelgröße um 10 nm wurde in Lösung über eine Wachstumsreaktion hergestellt. Die Aggregation der über den Wachstumsprozeß entstehenden nanoskaligen Teilchen konnte durch Adsorption eines nichtionischen oberflächenaktiven Tensids an die Partikeloberfläche verhindert werden, das seine stabilisierende Wirkung auch in einem nachfolgenden Kalzinierschritt beibehält. Auf diese Weise gelang es, redispergierbares und kristallines ZrO2 Pulver (tetragonal mit 5 Mol %, kubisch mit 8 Mol % Y2O3) mit Teilchengrößen um 10 nm bei Temperaturen unterhalb 300°C herzustellen. Aus diesen Pulvern waren nanodisperse Suspensionen herstellbar, die über kolloidale Verarbeitungstechniken (Foliengießen, Schlicker(druck)guß, Extrusion) zu kompakten Formkörpern verarbeitet werden konnten. Die Formkörper besitzen ein gleichmäßiges Grüngefüge mit mittleren Porendurchmessern um 5 nm bei Gründichten bis zu 55% der Theorie. Sinterversuche zeigten, daß eine Verdichtung von monoklinem sowie stabilisiertem (tetragonalem, kubischem) ZrO2 auf ca. 99 % des theoretischen Wertes bei Temperaturen unterhalb 1070°C erreicht wird. Gefügeuntersuchungen ergaben sehr gleichmäßige Sintergefüge mit Korngrößen unterhalt 100 nm.