Siliciumcarbid

Was bedeutet Industriekeramik?

Bei der Familie der Funktionskeramiken hingegen handelt es sich um Werkstoffe, deren innewohnenden Eigenschaften für eine aktive Funktion Anwendung finden. Dazu gehören zum Beispiel keramische Bauelemente mit elektrischen, magnetischen, optischen oder dielektrischen Kennwerten.
Siliziumkarbid Buchse

Im täglichen Leben begegnet uns Keramik in den unterschiedlichsten Formen. Verbrauchern ist sie in erster Linie als Geschirrporzellan oder in Form von Sanitärkeramik präsent. In diesen Bereichen stehen Hygiene und Ästhetik im Vordergrund. Hochleistungs- oder Industriekeramik hingegen verrichtet ihre zahlreichen Aufgaben eher im Verborgenen. Sie wird wegen ihrer zahlreichen positiven Eigenschaften geschätzt.


Zirkonoxid Industriekeramik – die verschiedenen Begrifflichkeiten


Vor mehr als drei Jahrzehnten wurde der Begriff der Hochleistungskeramik geprägt. Ziel war es, eine Abgrenzung zu traditionellen Keramiken auf Tonbasis zu ziehen. Gleichzeitig diente der Begriff dazu, die Werkstoffe zusammenzufassen, welche auch für technische Anwendungen geeignet sind. Daher wird auch häufig das Synonym «Technische Keramik» verwendet.


Verschiedene Bezeichnungen mit ähnlichen Bedeutungen


In diesem Zusammenhang finden für die unterschiedlichen Teilgebiete weitere, meist historisch gewachsene Begriffe mit teilweise überlappender Bedeutung Anwendung. Werkstoffe, deren Fokus darauf liegt, mechanischen Belastungen standzuhalten, werden der Gruppe der Struktur- oder Konstruktionskeramiken zugeordnet. Die Bezeichnungen Ingenieur- oder Industriekeramik haben eine praktisch identische Bedeutung.


Funktionskeramik


Bei der Familie der Funktionskeramiken hingegen handelt es sich um Werkstoffe, deren innewohnenden Eigenschaften für eine aktive Funktion Anwendung finden. Dazu gehören zum Beispiel keramische Bauelemente mit elektrischen, magnetischen, optischen oder dielektrischen Kennwerten.


Elektrokeramik


Die sogenannte Elektrokeramik bezeichnet Werkstoffe, die aufgrund ihrer ausgesuchten Eigenschaften in der Elektronik und der Elektrotechnik eingesetzt werden. Vor mehr als einem Jahrhundert wurde Porzellan erstmals als elektrischer Isolator eingesetzt. Dies war ihre erste technische Anwendung.


Schneidekeramik


Bohren, Drehen oder Fräsen: Die Erledigung dieser Aufgaben wird längst nicht mehr von metallischen Werkzeugen dominiert. Aufgrund extrem hoher Beständigkeit gegenüber Verschleiss und Hitze ist die Schneidekeramik prädestiniert für die Herstellung von Werkzeugen zur Hartbearbeitung.


Unterschiedliche Eigenschaften, eine Gemeinsamkeit


Abhängig von ihrer Zusammensetzung besitzen die verschiedenen Hochleistungskeramiken unterschiedliche Eigenschaften. Doch eines haben alle Werkstoffe gemein: Sie werden überwiegend aus nichtmetallischen, anorganischen, synthetischen Rohstoffen hergestellt.
Molekülstruktur technische Keramik

Abhängig von ihrer Zusammensetzung besitzen die verschiedenen Hochleistungskeramiken unterschiedliche Eigenschaften. Doch eines haben alle Werkstoffe gemein: Sie werden überwiegend aus nichtmetallischen, anorganischen, synthetischen Rohstoffen hergestellt. Dafür ist es notwendig, dass sie zunächst einen speziellen Aufbereitungsprozess durchlaufen. Anschliessend kann der Werkstoff in die gewünschte Form gebracht werden.


Um dem Produkt die benötigte Festigkeit zu verleihen, steht am Ende der Herstellung ein Hochtemperatur- oder Brennprozess. Gilt es, die geforderten Toleranzen in der Masshaltigkeit oder eine gewünschte Oberflächengüte zu erzielen, schliesst sich daran häufig ein zusätzlicher Bearbeitungsschritt an.


Wie bestimmen sich die Eigenschaften der Industriekeramik?


Die stoffliche Zusammensetzung und das jeweilige Gefüge bestimmen die individuellen Eigenschaften der Hochleistungs- oder Industriekeramik. Der Grössenmassstab verschiebt sich dabei immer weiter bis auf wenige Nanometer.


Schon kleine Beimengungen oder Dotierungen spielen eine entscheidende Rolle. Ähnlich sieht es mit den Vorgängen an den Korngrenzen aus. Dort gilt es, spezifische dielektrische oder elektrische Eigenschaften konstant zu erzeugen.


Werkstoffe für extreme Bedingungen: moderne Industriekeramik


Moderne Fortbewegungsmittel werden immer effizienter und leistungsfähiger. Das stellt auch steigende Anforderungen an die verwendeten Materialien. So ist es nicht verwunderlich, dass auch in der Luftfahrt die technische Keramik permanent auf dem Vormarsch ist.


Ein besonders spannender Werkstoff, der zukünftig immer häufiger als leistungsstarker Ersatz für metallische Bauteile in Turbinen dienen könnte, sind textil verstärkte Keramiken – sogenannte Ceramic Matrix Composites oder kurz CMC.


Ein besonders spannender Werkstoff, der zukünftig immer häufiger als leistungsstarker Ersatz für metallische Bauteile in Turbinen dienen könnte, sind textil verstärkte Keramiken – sogenannte Ceramic Matrix Composites oder kurz CMC.
Ceramic Matrix Composites

Weitläufig gelten Keramiken als sehr harte und gleichzeitig spröde Werkstoffe. Kommt es zu Fehlern im Korngefüge, kann dies zu katastrophalem Versagen der Werkstoffe führen. Für Einsätze in dynamischen Belastungsszenarien bedeutete dies eine Einschränkung.


Oxidkeramische Faserverbundkeramiken (Oxide Ceramic Matrix Composites oder O-CMC) setzen genau an diesem Punkt an. Daher finden sie vor allem im Bereich der Anlagen- und Energietechnik in den letzten Jahren verstärkt Anwendung.


Der Werkstoff überzeugt mit einer hohen Oxidationsbeständigkeit und weist gegenüber metallischen Werkstoffen eine geringe Dichte auf. Des Weiteren besitzt er in Verbindung mit einem schadentoleranten Bruchverhalten eine hohe Festigkeit. All diese Eigenschaften bergen ein hohes Potenzial, um den Werkstoff unter anderem in Gasturbinensystemen einzusetzen.


Des Weiteren besitzt er in Verbindung mit einem schadentoleranten Bruchverhalten eine hohe Festigkeit. All diese Eigenschaften bergen ein hohes Potenzial, um den Werkstoff unter anderem in Gasturbinensystemen einzusetzen.
Al2O3 Aluminiumoxid

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