Definition Was ist technische Keramik?

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Als technische Keramik werden Werkstoffe bezeichnet, die hinsichtlich ihrer Eigenschaften auf spezifische technische Anwendungen hin optimiert sind. Was genau ist unter technischer Keramik zu verstehen? Was macht sie so besonders, welche Eigenschaften weisen sie auf? Dieser Beitrag liefert einen Überblick über eine Technologie mit hohem Zukunftspotenzial.

Vielen Entwicklungen im Bereich der Forschung ist es zu verdanken, dass die technische Keramik in den letzten Jahrzehnten zunehmend Einzug in die Industrieproduktion gehalten hat und daher ihr Einsatz in verschiedensten Anwendungen stetig zunimmt. Anders als sogenannte Gebrauchskeramik wie etwa Geschirr für den Haushalt oder Fliesen für den Sanitärbereich, zeichnet sich technische Keramik u.a. durch eine hohe Reinheit und vergleichsweise engere Toleranzen bei der Korngröße ihrer Ausgangsstoffe aus.

Wo wird technische Keramik eingesetzt?

Aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften ist sind die potenziellen Einsatzbereiche von technischer Keramik sehr breitgefächert, z. B.:

• im Maschinen- und Anlagenbau,

• in der Elektrotechnik, speziell der Sensortechnik

• der Mess- und Analysetechnik,

• in der Luft- und Raumfahrt und

• in der Medizintechnik.

Keramik

Metal like Ceramics – Leicht wie Keramik, härter als Stahl

Technische Keramik wird teilweise als Ersatzprodukt zu Metall genutzt. Vor allem in der Lager- und Dichtungstechnik finden sich hier vielfältige Anwendungen. Zu den Bauteilen aus technischer Keramik gehören bspw. Rohre, Kühlkörper, Werkzeuge, Verbindungsstücke, Stecker und Durchführungen.

Weitere Begriffe für technische Keramik

In der Literatur und auch in der Praxis finden sich eine ganze Reihe an Synonymen für technische Keramik:

• Hochleistungskeramik: Gemäß DIN V ENV 12212 (Hochleistungskeramik – Einheitliches Verfahren zur Klassifizierung) wird diese Keramik als „hochentwickelter, hochleistungsfähiger keramischer Werkstoff, der überwiegend nichtmetallisch und anorganisch ist, und über bestimmte zweckmäßige Eigenschaften verfügt“ klassifiziert. Diese Definition dient der Abgrenzung zur konventionellen Keramik und umfasst alle Werkstoffe der technischen Keramik.

• Die Begriffe Industriekeramik, Industrielle Keramik sowie Ingenieurkeramik lassen sich im Grunde unter Strukturkeramik subsummieren. Hierunter fallen alle Bauteile, die vor allem hohe mechanische Kräfte wie z. B. Biegemomente sowie Zug- und Druckbeanspruchungen aufnehmen müssen.

• Elektrokeramik bezeichnet die Gesamtheit aller Bauteile aus keramischen Werkstoffen für den breitgefächerten Bereich der Elektrotechnik.

• Funktionskeramik wiederum besteht aus Werkstoffen, die über spezifische elektrische oder piezoelektrische Eigenschafen verfügen.

• Schneidkeramik sind Werkstoffe, die für die Herstellung von Schneidstoffen z. B. im Bereich der Zerspanung verwendet werden. So sind keramische Schneidstoffe wesentlich härter als Stahl.

• Biokeramik besteht aus Werkstoffen für den Einsatz in vielfältigen Produkten für die Medizintechnik, z. B. Hochleistungskeramik mit bioaktiven bzw. bioresorbierbaren Eigenschaften.

Technische Keramik

Neue Keramik aus China ist so biegsam wie Metall

So wird technische Keramik klassifiziert

Obwohl die bislang genannten Begriffe häufig für die Gruppierung von technischer Keramik verwendet werden, zeigen die einzelnen Erklärungen jedoch, dass hierdurch eine eindeutige Abgrenzung im Grunde nicht möglich ist. Eine wesentlich bessere Klassifizierungsmöglichkeit bietet indes die Gliederung der Werkstoffe für technische Keramik nach ihrer chemischen Zusammensetzung, wobei hier primär vier Werkstoffgruppen genannt werden können:

• Silikat-Keramik

• Oxid-Keramik

• Karbide (Nichtoxid-Keramik)

• Nitride (Nichtoxid-Keramik)

Es würde den Rahmen dieses Beitrags sprengen, auf alle Stoffgruppen im Detail einzugehen, daher nachfolgend einige ihrer wesentlichen Eigenschaften und Einsatzfelder:

Silikat-Keramik (technische Porzellane, Steatit, Cordierit)
Die natürlichen Ausgangsstoffe für „technisches Porzellan“ sind Quarz, Feldspat und Kaolin. Quarzporzellan bzw. Tonerdeporzellan wird bereits seit dem 19. Jahrhundert als technische Keramik genutzt und in der Folge entwickelte man verschiedenste Porzellane mit neuen mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften. Zur Silikat-Keramik gehören außerdem Steatit und Cordierit.

• Technisches Porzellan hat eine hohe Festigkeit selbst bei thermischer Dauerbelastung und ist u.a. sehr wiederstandfähig gegenüber Witterungseinflüssen. Technisches Porzellan wir vor allem als Freileitungsisolatoren im Bereich der Stromversorgung eingesetzt.

• Steatite sind anorganische Werkstoffe auf Basis natürlicher Rohstoffe. Der Hauptbestandteil ist Speckstein. Steatite haben u.a. eine hohe bzw. sehr hohe mechanische Festigkeit und werden als Sondersteatit z. B. für verlustarme Hochfrequenzbauteile sowie für Bauteile mit dünnen und gleichmäßigen Wandstärken eingesetzt.

• Cordierite sind Magnesiumsilikate, die beim Sintern von Speckstein (Zusätze: Ton, Kaolin, Korund und Mullit) entstehen. Dieser Werkstoff hat eine hohe Beständigkeit gegenüber Temperaturwechsel und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Codierite sind vor allem in der Wärmetechnik und insbesondere in der Elektrowärmetechnik zu finden.

Metall-Keramik-Verbund

Wie Werkstoffverbund-Bauteile 3D-gedruckt werden können

Oxid-Keramik
Grundlage für Oxid-Keramik sind ausnahmslos und im Vergleich zur Silikat-Keramik teurere synthetische Rohstoffe.

• Zu einer der ersten und heutzutage nach wie vor weitverbreiteten Oxid-Keramik gehört Aluminiumoxid. Aufgrund der hohen Verschleißfestigkeit wird sie z. B. in Kugellager verwendet. Die geringe elektrische Leitfähigkeit macht sie außerdem als Isolator interessant.

• Vor rund 40 Jahren entdeckte mal überdies die Potenziale von Zirconiumoxid (auch als Zirkonoxid bezeichnet) als Oxikd-Keramik, die über eine geringe elektrische Leitfähigkeit verfügt und aus der z. B. Zahnersatz gefertigt wird.

Nichtoxid-Keramiken
Zu den Nichtoxid-Keramiken gehören:

• Nitride,
  

• Karbide (konkret: Werkstoffe basierend u.a. auf Siliziumkarbid, einer extrem harten Keramik),

• Siliziumnitrid und

• Aluminiumnitrid.

Siliziumkarbid bietet neben der erwähnten hohen Festigkeit verschiedene Vorteile:

• Es ist korrosionsbeständig,

• es verfügt über eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Temperaturwechsel

• es hat hervorragende mechanische Hochtemperatureigenschaften.

Siliziumnitrid überzeugt durch besondere Werkstoffeigenschaften, darunter z. B.

• extrem hohe Festigkeit,

• sehr niedrige Wärmeausdehnung,

• hohe Wärmeleitfähigkeit und sehr gute chemische Beständigkeit.

Das ebenfalls zu den Nitriden zählende Aluminiumnitrid ist ein Werkstoff, der einige wesentliche Eigenschaften in sich vereint, z.B.:

• eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit

• ein hohes Isolationsvermögen

• eine hoher Steifigkeit

Ende des ersten Teils. Im zweiten Teil lernen Sie die einzigartigen Eigenschaften der Technische Keramik kennen und welch vielfältigen Möglichkeiten diese eröffnet:

Definition

Die besonderen Eigenschaften technischer Keramik

Anbieter technischer Keramik

• Advanced Ceramics

• AKG Hochleistungswerkstoffe

• Aliaxis

• Alumina Systems

• CC ceramic components

• Ceramaret

• FCT Systeme

• Felix Vuckovic

• Hilgenberg-Ceramics

• Kager Industrieprodukte

• Keraguss

• Klein & Becker

• Kyocera Fineceramics

• Moeschter Group

• Nabaltec

• Sczesny Werkzeugbau

• Sembach

• Stecher Ceramicparts

• Steinbach

• Vogt

• Zell Quarzglas und technische Keramik

Bei der Aufzählung handelt es sich um einen Auszug ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

Quellen: www.wiki.induux.de, www.keramverband.de, www.ceramtec-industrial.com, https://wzr.cc/, www.chemie.de, www.wikipedia.org

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