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). Nichtoxidker