Keramik

Denken Sie mal in Keramik

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Besonders formstabil und druckfest

Ein weit verbreitetes Vorurteil ist auch, dass Keramik leicht breche und daher Metall oder Kunststoff vorzuziehen seien. Tatsächlich ist dies bei Technischer Keramik nicht der Fall. Dazu muss man die Biege- und Druckfestigkeit sowie den kritischen Spannungsintensitätsfaktor (K1c) der Werkstoffe betrachten. Letzterer gibt an, wie hoch die Spannung eines Materials sein darf, bevor kritisches Risswachstum erzeugt wird. Grundsätzlich gilt: Je höher der K1c-Wert ist, desto größer ist die Spannung, die die Keramik aushält, bevor Sprödbruch eintritt. Bestimmte Keramikzusammensetzungen wie die mit Yttriumoxid stabilisierte Variante von Zirkoniumoxid verfügen über einen besonders hohen Spannungsintensitätsfaktor. Daneben ist die Biegefestigkeit eine Materialkenngröße, die der Abschätzung der Festigkeit und der Dimensionierung von keramischen Werkstoffen dient. Die Biegefestigkeit von Aluminiumoxid, einem häufig eingesetzten keramischen Werkstoff, beträgt bis zu 580 MPa bei einer Temperatur von 25° Celsius; die von Zirkoniumoxid liegt sogar bei 1.000 MPa. Im Vergleich dazu: Hochleistungskunststoff Polyetheretherketon (PEEK) hat eine Biegefestigkeit von maximal 170 MPa und handelsüblicher Baustahl (S235JR) von 180 MPa. Zu beachten ist: Die Druckfestigkeit von Keramik beträgt das 5- bis 10-fache der Biegefestigkeit. Deshalb sollte Keramik vorzugsweise auf Druck belastet werden.

Formenvielfalt möglich

War Keramik zu Zeiten des üblichen Schlickergussverfahrens nur für geometrisch einfache Teile geeignet, hat sich die Formenvielfalt mit der Weiterentwicklung der Formgebungsverfahren deutlich erhöht. Das Extrudieren, auch Strangpressen genannt, wird für achsensymmetrische Bauteile wie Stäbe, Profile und Rohre verwendet. Trockenpressen eignet sich gut für Teile, die eine hohe Maßgenauigkeit haben müssen und in hohen Stückzahlen gefertigt werden. Größte Freiheiten hinsichtlich Teilegeometrie und Flexibilität bei der Formgebung bietet das Keramikspritzgussverfahren (Ceramic Injection Moulding – CIM). Damit können auch sehr kleine, komplex geformte, filigrane Bauteile gefertigt werden. Und das mittlerweile auch in Millionenstückzahlen, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gewährleistet. Zusammen mit den genannten Materialvorteilen ist Technische Keramik somit eine mehr als zwingende Alternative zu Komponenten aus Metall oder Kunststoff.

„Technische Keramik ist ein Werkstoff, mit dem Vieles möglich ist“, resümiert Martin Sembach, „es kommt immer darauf an, welche individuellen Anforderungen der Auftraggeber hat: die geforderten Stückzahlen, die Komplexität der Teilegeometrie, die Einhaltung gewisser Materialeigenschaften von Temperaturfestigkeit bis Korrosionsbeständigkeit. Wägt man die Vorteile und Einschränkungen (wie Initialkosten) gründlich ab, landet man häufig bei einem Bauteil aus Technischer Keramik.“ (qui)

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