Entwicklung eines schädigungstoleranten, zirkoniumoxidbasierten Verbundwerkstoffs für medizintechnische Anwendungen

Zirkoniumoxidbasierte Werkstoffe setzen sich aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften und der Biokompatibilität für medizin- und dentaltechnische Anwendungen auf dem Markt immer stärker durch. Verantwortlich für den Erfolg ist die Umwandlungsverstärkung der Werkstoffe, die zu moderaten Bruchzähigkeitswerten führt. Allerdings führt ein nicht fachgerechter Umgang mit den Werkstoffen zur Schädigung und viele mögliche Anwender fühlen sich unsicher und schrecken vor einer Verwendung zurück. Aus diesem Grund war das Ziel dieser Arbeit, dem Markt einen verbesserten zirkoniumoxidbasierten Werkstoff zur Verfügung zu stellen, der sich schädigungstoleranter und schleifrobuster bei der Bearbeitung und in der späteren Anwendung verhält. Durch die Zugabe unterschiedlicher Stabilisatoren und geeigneter, biokompatibler Sekundärphasen zur Zirkoniumoxidgrundmatrix konnte das schädigungstolerante Verhalten des Werkstoffes gezielt eingestellt werden und ein Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden. Zur Charakterisierung der Schädigungstoleranz wurden auf drei unterschiedliche Weisen definierte Schädigungen auf der Zugseite von Biegestäbchen eingebracht - zum einen statisch durch Vickershärteeindrücke und dynamisch über Kratzer mit Hilfe eines Rockwelldiamanten, und zum anderen über einen reproduzierbaren Schleifprozess. Die Schädigungsintensität wurde dabei sukzessive erhöht. Die gemessenen Restfestigkeitswerte als Funktion der Schädigungsintensität liefern somit Informationen über die Schädigungstoleranz des Werkstoffes. Der stetige Drang, Herstellkosten durch die Reduzierung von Prozesszeiten zu verringern, macht ein schädigungstolerantes Verhalten des Werkstoffes extrem wichtig. Letztendlich können somit Herstellkosten bei gleichbleibender Bauteilqualität verringert und die Patientensicherheit für die Zukunft gewährleistet werden.