Keramik Erodierbar und besonders verschleißfest

ZT40 – hinter diesem Kürzel verbirgt sich ein neuer erodierbarer Keramikwerkstoff aus dem Hause Oximatec. Der weist eine erstaunliche Eigenschaft auf: Tribologische Tests hinterlassen ihre Spuren nicht auf dem Material, sondern an der stählernen Testkugel.

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Ursula Mellema Wissenschaftsjournalistin und PR-Beraterin

Basis der neuen Werkstoffformulierung bildet ein tetragonal stabilisiertes Zirkoniumdioxid. Darin dispergierte Titannitrid-Mikropartikel sorgen für die benötigte Leitfähigkeit. Als weiteren Bestandteil enthält die Hochleistungskeramik eine geringe Menge an homogen verteilten, freien Aluminiumoxid-Körnchen. Verarbeitet zu Prüfkörpern oder Bauteilen weist ZT40 einen E-Modul von 240 GPa und eine Biegefestigkeit von 600 MPa auf. Die Wärmeleitfähigkeit beträgt bei Raumtemperatur 7,24 W /m·K und steigt bei 300 °C leicht auf einen Wert von 7,45 W / m·K an.

Kein Verschleiß verzeichnet

Die tribologischen Untersuchungen hat ein anderer mechanischer Kennwert ausgelöst, die Vickers-Härte HV10. Sie wurde mit 1400 bestimmt. Ein Werkstoff dieser Härte sollte verschleißfest gegenüber Stahl sein. Diese These zu überprüfen, wurden Tests mit einer 100Cr6-Stahlkugel ausgeführt, einmal an einer erodierten Platte aus ZT40 und einmal an einer ZT40-Platte mit polierter Oberfläche. In beiden Fällen betrug der Reibungskoeffizient 1,2. Und noch etwas fiel sofort auf: Die keramischen Oberflächen zeigten so gut wie keinen Verschleiß, die Stahlkugel hingegen war deutlich abgeflacht, teilt der Hersteller mit.

Um sicher zu gehen, dass an der neuen erodierbaren Keramik tatsächlich kein Verschleiß zu verzeichnen ist, wurden die Testplatten einer eingehenden Analyse ihrer Oberflächenstruktur unterzogen. Stufenweise Aufnahmen mit dem Raster-Elektronen-Mikroskop mit jeweils um das Zehnfache höherer Auflösung bestätigten den ersten Eindruck. An der Oberfläche beider Keramikplatten ist kein Verschleiß erkennbar.

Für Presswerkzeuge, Zahnräder und Pumpenbauteile

Anwenden lässt sich die neue erodierbare Keramik u. a. für Stempel und Matrizen in Presswerkzeugen, für Zahnräder und Pumpenbauteile sowie für leitfähige Bauteile in medizinischen Instrumenten. Denkbar sind alle Einsatzgebiete, bei denen eine hohe tribologische Belastbarkeit gefordert ist und bei denen die Bauteile wirtschaftlich auf üblichen Werkzeugmaschinen hergestellt werden sollen. Dank der genauen Kenntnis von Materialkennwerten und Verarbeitungsverhalten kann Oximatec aus ZT40 hochpräzise Teile nicht nur im Makro-, sondern auch im Mikrobereich fertigen. (mz)

Hannover Messe 2017: Halle 6, Stand B 16

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