Die Verarbeitung von Zirkonoxid (Zirkoniumdioxid, ZrO₂) umfasst mehrere Schritte, um das Rohmaterial in eine nutzbare Form zu bringen. Hier ist ein allgemeiner Überblick über die wichtigsten Schritte bei der Zirkonoxidverarbeitung:
1. Extraktion und Raffination
- Bergbau: Zirkonoxid wird typischerweise aus Zirkonsand (ZrSiO₄) gewonnen, der aus Strandsand oder Flussbetten abgebaut wird.
- Konzentration: Der abgebaute Zirkon wird dann mithilfe von Schwerkraft-, Magnet- und elektrostatischen Trenntechniken konzentriert, um Verunreinigungen zu entfernen.
- Chemische Verarbeitung: Das konzentrierte Zirkon wird dann einer chemischen Verarbeitung unterzogen, um Zirkonoxid herzustellen. Dabei wird Zirkon normalerweise in Zirkonoxidchlorid (ZrOCl₂) umgewandelt und anschließend Zirkonoxidhydroxid (Zr(OH)₄) daraus ausgefällt. Das Hydroxid wird dann kalziniert, um Zirkonoxid herzustellen.
2. Pulveraufbereitung
- Zerkleinern und Mahlen: Das kalzinierte Zirkonoxid wird gemahlen, um ein feines Pulver zu erhalten. Dieser Schritt ist entscheidend, um die gewünschte Partikelgröße und -verteilung zu erreichen.
- Mischen: Um bestimmte Eigenschaften zu erzielen, kann das Zirkonoxidpulver mit anderen Materialien gemischt werden. Dazu können Bindemittel, Weichmacher und andere keramische Materialien gehören.
3. Formgebung
- Drücken: Das Pulver kann durch verschiedene Verfahren, wie zum Beispiel durch uniaxiales Pressen oder isostatisches Pressen, in Form gepresst werden, um Grünkörper (ungebrannte Formen) zu bilden.
- Spritzguss: Für komplexere Formen kann Pulverspritzguss (PIM) verwendet werden.
- Extrusion: Durch Extrusion können lange Formen wie Stangen und Rohre hergestellt werden.
- Schlickerguss: Eine Aufschlämmung aus Zirkonoxidpulver kann in Formen gegossen werden, um komplexe Formen zu bilden.
4. Trocknen und Entbinderung
- Trocknen: Die geformten Grünkörper werden getrocknet, um die Feuchtigkeit zu entfernen.
- Entbinderung: Bei Teilen, die unter Verwendung von Bindemitteln geformt werden (z. B. Spritzguss), ist vor dem Sintern ein Entbinderungsschritt erforderlich, um die organischen Bestandteile zu entfernen.
5. Sintern
- Sintern: Die Grünkörper werden dann bei hohen Temperaturen (normalerweise zwischen 1400 und 1600 Grad) gesintert, um das Material zu verdichten. Dieser Schritt ist entscheidend, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen.
6. Nachbearbeitung
- Schleifen und Polieren: Nach dem Sintern müssen die Teile möglicherweise geschliffen und poliert werden, um die gewünschten Abmessungen und die gewünschte Oberflächengüte zu erreichen.
- Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen: Durch verschiedene Oberflächenbehandlungen können Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit oder Biokompatibilität verbessert werden.
7. Qualitätskontrolle
- Inspektion und Prüfung: Fertige Zirkonoxidteile werden auf Defekte untersucht und auf mechanische Eigenschaften, Phasenzusammensetzung und andere kritische Parameter getestet.
8. Verpackung
- Verpackung: Abschließend werden die verarbeiteten Zirkonoxidprodukte entsprechend den Industriestandards verpackt, um sie während des Transports und der Lagerung zu schützen.