Das feuerfeste Hochtemperatur-Keramikmaterial 3YSZ oder das, was wir tetragonales Zirkonoxid-Polykristall (TZP) nennen können, besteht aus Zirkoniumoxid, das mit 3 Mol-% Yttriumoxid stabilisiert wurde.
Diese Zirkonoxidsorten haben bei Raumtemperatur die kleinsten Körner und die größte Härte, da sie fast alle tetragonal sind. Und seine winzige Korngröße (im Submikrometerbereich) ermöglicht es, hervorragende Oberflächengüten zu erzielen und eine scharfe Kante beizubehalten.
Zirkonoxid wird häufig als Stabilisator mit MgO, CaO oder Yttriumoxid verwendet, um die Übergangszähigkeit zu fördern. Anstatt dass die erste Entladung eine vollständig tetragonale Kristallstruktur erzeugt, entsteht eine teilweise kubische Kristallstruktur, die beim Abkühlen metastabil ist. Tetragonale Ausscheidungen erfahren beim Aufprall einen spannungsinduzierten Phasenwechsel in der Nähe einer fortschreitenden Rissspitze. Durch diesen Prozess dehnt sich die Struktur aus und absorbiert gleichzeitig eine erhebliche Menge an Energie, was für die bemerkenswerte Zähigkeit dieses Materials verantwortlich ist. Hohe Temperaturen verursachen auch eine erhebliche Umformung, die sich negativ auf die Festigkeit auswirkt und eine Dimensionsausdehnung von 3–7 % verursacht. Durch die Zugabe der oben genannten Mischungen kann die Menge an Tetragonalen so gesteuert werden, dass ein Gleichgewicht zwischen Zähigkeit und Festigkeitsverlust erreicht wird.
Bei Raumtemperatur zeigt tetragonales Zirkonoxid, stabilisiert mit 3 Mol-% Y2O3 (Y-TZP), die beste Leistung in Bezug auf Zähigkeit und Biegefestigkeit. Es weist außerdem Eigenschaften wie Ionenleitfähigkeit, geringe Wärmeleitfähigkeit, Zähigkeit nach der Umwandlung und Formgedächtniseffekte auf. Tetragonales Zirkonoxid ermöglicht die Herstellung von Keramikbauteilen mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit, hervorragender Verschleißfestigkeit und hervorragender Oberflächenveredelung.
Diese Art von Eigenschaften ermöglichen einen breiten Einsatz in Bereichen wie dem biomedizinischen Bereich für Hüfttransplantationen und Zahnrekonstruktionen sowie im Nuklearbereich als Wärmedämmschicht in Brennstabverkleidungen.
