Im Einsatz, wo andere Materialien versagen. Technische Keramik
Keramikwerkstoffe, die auf technische Anwendungen hin optimiert wurden, bezeichnet man als technische Keramik. Sie zeichnen sich unter anderem durch ihre Reinheit und die enger tolerierte Korngrösse sowie durch spezielle Brennverfahren wie das Sintern aus. Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften sind sie anderen Werkstoffen in vielen Einsatzbereichen überlegen.
Verschleissfestigkeit. Maximale Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb
Temperaturbeständigkeit. Hitzebeständigkeit bis weit über 1000 Grad Celsius
Minimale Wärmeausdehnung. Reduktion mechanischer Spannungen im Bauteil
Geringe Dichte. Leichtes Material bei hoher Festigkeit
Grosse Härte. Keramik ist wesentlich härter als Stahl
Biokompatibilität. Ideal für den Einsatz in der Medizintechnik
Elektrisches Isoliervermögen.
Hohes elektrisches Isoliervermögen, Halbleiter- oder piezoelektrische Eigenschaften
Material: ATZ HIP (80% ZrO₂ / 16% Al₂O₃ / 4% Y₂O₃), Korngrösse: 0.36 µm,
Vergrösserung: × 20 000
Material: ZrO₂ TZP-A HIP (94.75% ZrO₂ / 5% Y₂O₃ / 0.25% Al₂O₃), Korngrösse: 0.34 µm, Vergrösserung: × 20 000
Eine Frage des Zusammenspiels
Die jeweiligen Charakteristika der Keramikkomponenten werden durch die individuelle Zusammensetzung der Rohstoffe und die unterschiedlichen Herstellungsverfahren definiert. Dabei spielen die Art, Reinheit und Korngrösse der Ausgangsmaterialien und der gewählte Prozess der Formgebung – zum Beispiel isostatisches Pressen oder Spritzgiessen – eine zentrale Rolle. So vereint der Keramikwerkstoff Aluminiumnitrid (AlN) beispielsweise beste Wärmeleitungseigenschaften mit minimaler Wärmeausdehnung, während Zirkonoxid (ZrO₂) das gleiche Elastizitätsmodul wie Stahl besitzt.
Der Herstellungsprozess
Bei Produkten aus technischer Keramik sind Werkstoffeigenschaften, Form und Grösse untrennbar mit den einzelnen Produktionsschritten verbunden. Die Herstellung des Rohmaterials inklusive der gezielten Beeinflussung der Mikrostrukturen im Sinterprozess sind ebenso entscheidend für die fertige Komponente wie die finale präzise Bearbeitung im Schleifprozess.
Herstellungsprozess im Detail
Für individuelle Ansprüche
Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften wie Verschleissfestigkeit und Temperaturbeständigkeit kommen Bauteile aus technischer Keramik überall dort zum Einsatz, wo andere Materialien den Ansprüchen nicht genügen – zum Beispiel als Lager bei Gasturbinen, elektrische Isolatoren, Heizelemente, Ersatz für Knochen oder Zähne in der Medizintechnik, als Elemente für die Garnveredelung in der Textilindustrie sowie in der Uhren- und Schmuckproduktion.
Oxid- oder Nichtoxidkeramik – auf die Bindung kommt es an
Oxidkeramik Oxidkeramiken bestehen mehrheitlich aus Metalloxiden und weisen einen vergleichsweise höheren ionischen Bindungsanteil als sogenannte Nichtoxidkeramiken auf. Dies bedeutet, dass der Aufwand bei der Herstellung ihrer Rohstoffe vergleichsweise geringer ist. Zu den Oxidkeramiken zählen zum Beispiel Aluminiumoxid (Al₂O₃), Bariumtitanat (BaTiO₃), Magnesiumoxid (MgO), Zirkonoxid (ZrO₂), sowie Mischkeramiken wie Bleizirkonattitanat (PZT), mit Aluminiumoxid verstärktes Zirkonoxid (ATZ) und mit Zirkonoxid verstärktes Aluminiumoxid (ZTA).
Nichtoxidkeramik Nichtoxidkeramiken werden aus synthetischen Rohstoffen hergestellt. Diese bestehen meist aus Nitriden oder Carbiden und besitzen teilweise sehr aussergewöhnliche Eigenschaften, welche durch den hohen kovalenten Bindungsanteil begründet sind. Dies hat zur Folge, dass die Herstellung des entsprechenden Rohstoffpulvers sehr aufwendig und kostenintensiv ist. Zu den Nichtoxidkeramiken zählen zum Beispiel Aluminiumnitrid (AlN), Borcarbid (B₄C), Siliziumcarbid (SiC) und Siliziumnitrid (Si₃N₄).
