Zirkonium vs. Zirkoniumdioxid, Aluminium vs. Aluminiumdioxid: Was ist der Unterschied zwischen Metall und Keramik?

> Ist Zirkoniumdioxid (Zirkonoxid) ein Metall?

> Was sind Eigenschaften von Zirkoniumdioxid?

> Ist Aluminiumdioxid ein Metall?

> Welche Rolle spielt Aluminiumdioxid bei der Herstellung von dentalen Implantaten?

Ist Zirkoniumdioxid ein Metall?

Zirkoniumdioxid (ZrO₂) ist kein Metall, sondern ein Oxid des Metalls Zirkonium (Zr) (Greenwood & Earnshaw 1997), und gehört zur Gruppe der Oxidkeramiken. Oxide besitzen nicht die typischen Eigenschaften von Metallen wie elektrische Leitfähigkeit oder Verformbarkeit (Elsner 2019; Schatt 2015). Keine dieser Eigenschaften ist in Zirkoniumdioxid vorhanden. Stattdessen weist Zirkoniumdioxid isolierende und hochtemperaturbeständige Eigenschaften auf (Müller, 2016).

Reines Zirkoniumdioxid kommt üblicherweise in Pulverform vor und wird zwecks besserer Materialstabilität und höherer Biegefestigkeit durch die Zugabe von Aluminiumoxid und Yttriumoxid für heissisostatisches Pressen (HIP) zu Rohlingen verarbeitet, aus denen im Hartbearbetiungsverfahren Zeramex XT Implantate und Abutments hergestellt werden. 

Reines Zirkonium (chemisches Symbol: Zr, Ordnungszahl: 40) hingegen ist ein silbrig glänzendes Übergangsmetall, das in der 5. Periode und der 4. Gruppe (Titangruppe) des Periodensystems steht.

Was sind Eigenschaften von Zirkoniumdioxid?

Die wichtigen Eigenschaften von Zirkoniumdioxid:

• Zirkoniumdioxid liegt in verschiedenen Modifikationen bzw. Allotropen oder Phasen vor: monoklin, tetragonal oder kubisch (Greenwood & Earnshaw 1997)
• Zirkoniumdioxid besitzt eine hohe Mohs-Härte von etwa 8-8,5 (Müller 2016)
• Zirkoniumdioxid hat hohe Hitzebeständigkeit (sein Schmelzpunkt liegt bei etwa 715 °C (Greenwood & Earnshaw 1997)
• Zirkoniumdioxid wird häufig als Hochleistungskeramik in der Medizintechnik/Implantologie eingesetzt, z.B. als Verbundwerkstoff von > ATZ & TZP-A für Implantate und Implantatversorgungen

Ist Aluminiumdioxid ein Metall?

Aluminiumdioxid (Al₂O₃) ist kein Metall, sondern eine chemische Verbindung aus Aluminium und Sauerstoff. Es gehört zur Klasse der Oxide und zeigt typische Eigenschaften von Keramiken, wie z.B. eine hohe Härte und chemische Stabilität (Callister & Rethwisch 2020). Das Metall Aluminium hingegen zeichnet sich durch metallische Bindungen und Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Duktilität und metallischen Glanz aus. Aluminiumdioxid ist aber fest und elektrisch isolierend, was es vom Metall Aluminium unterscheidet (Greenwood & Earnshaw 1997).

Welche Rolle spielt Aluminiumdioxid bei der Herstellung von dentalen Implantaten?

Aluminiumdioxid findet Anwendung in der Medizintechnik, beispielsweise in Form von Aluminiumdioxid-verstärkter Zirkonia (ATZ), um die mechanischen Eigenschaften von dentalen Implantaten zu verbessern. Studien zeigen, dass solche Verbundwerkstoffe eine erhöhte Beständigkeit gegenüber Alterungsprozessen aufweisen, was sie für biomedizinische Anwendungen geeignet macht (Deville et al., 2018).

Referenzen

Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. (2020). Materials Science and Engineering: An Introduction (10th ed.). Wiley.

Deville, S., Chevalier, J., Fantozzi, G., Bartolomé, J., Requena, J., Moya, J., Torrecillas, R., & Diaz, L. A. (2018). Low-temperature ageing of zirconia-toughened alumina ceramics and its implication in biomedical implants. arXiv preprint arXiv:1803.10465. Abgerufen von arxiv.org.

Elsner, A. (2019). Werkstoffe der Elektrotechnik: Grundlagen – Eigenschaften – Anwendungen (6. Auflage). Springer Vieweg. DOI: 10.1007/978-3-662-57846-9

Greenwood, N.N., & Earnshaw, A. (1997). "Chemistry of the Elements" (2nd ed.)

Müller, W. (2016). "Technische Keramik: Werkstoffe, Verfahren, Anwendungen".

Schatt, W. (2015). Werkstoffwissenschaft: Struktur und Eigenschaften von Metallen, Keramiken, Polymeren und Verbundwerkstoffen. Springer Vieweg. DOI: 10.1007/978-3-662-57763-9