Hochleistungskeramiken bieten viele Vorteile gegenüber Metallen und Kunststoffen.

• Sehr hart und verschleißfest
• Robust und formstabil
• Unempfindlich gegenüber Rost und Chemikalien
• Stabil und reagiert nicht mit anderen Dingen
• Kann sehr hohen Temperaturen standhalten
• Hervorragend geeignet, um Elektrizität abzuschirmen
• Nicht magnetisch

In Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt benötigen wir Materialien, die:

• Hält länger als Metall
• Hält Temperaturen bis zu 2000°C stand.
• Sind leicht

Herkömmliche Materialien wie Stahl, Kupfer, Kunststoff oder Gold erfüllen jedoch nicht alle diese Anforderungen. Deshalb begannen Wissenschaftler, Hochleistungskeramik zu verwenden.

In der Hochleistungselektronik benötigen wir beispielsweise Materialien, die Strom abschirmen und Temperaturen um 600 °C standhalten. Metalle leiten Strom, Kunststoffe schmelzen bei etwa 100 °C. Moderne Keramiken wie Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid und Siliziumnitrid hingegen können beides: Sie sind hitzebeständig und isolieren elektrisch.

Woraus sie bestehen:

Für traditionelle Keramik werden natürliche Materialien wie Ton, Quarz und Feldspat verwendet. Diese kommen im Boden vor und sind nicht sehr rein.

Hochleistungskeramiken verwenden künstlich hergestellte Pulver wie Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Siliziumkarbid und Siliziumnitrid. Diese sind sehr rein und sauber.

Wie sie hergestellt werden:

Traditionelle Keramik wird mit einfachen Werkzeugen hergestellt. Sie wird geformt und anschließend bei niedrigerer Temperatur (unter 1300 °C) gebrannt.

Hochleistungskeramiken werden mit speziellen Werkzeugen und Maschinen hergestellt. Sie werden bei sehr hohen Temperaturen (über 1600 °C) gebrannt.

Was sie tun können:

Traditionelle Keramik ist hart und schmilzt nicht leicht, aber sie zerbricht leicht.

Hochleistungskeramiken sind wesentlich widerstandsfähiger. Sie verschleißen nicht, brechen nicht und rosten nicht. Manche können sogar Strom leiten oder sich bei Erhitzung oder Druck verändern.

Wo sie verwendet werden:

Traditionelle Keramik wird für Dinge wie Geschirr, Fliesen und einfache elektrische Bauteile verwendet.

Hochleistungskeramiken werden in modernen Maschinen, Elektronik, medizinischen Geräten, Flugzeugen und Weltraumraketen eingesetzt.

Einige Hochleistungskeramiken, wie Siliziumnitrid und Aluminiumnitrid, kommen in der Natur nicht vor. Sie müssen im Labor durch komplexe chemische Prozesse hergestellt werden, was sie kostspielig macht.

Die verwendeten Pulver müssen sehr rein sein. Beispielsweise muss Aluminiumoxid in der Regel mindestens einen Reinheitsgrad von 951 µg/m² aufweisen, manchmal sogar über 991 µg/m².

Auch wenn das Endprodukt nicht den Reinheitsgrad 99% erreicht, müssen die Ausgangspulver diesen aufweisen. Sie werden mit anderen Bestandteilen vermischt, um die Endqualität zu verbessern.

Die Pulverpartikel sind extrem klein. Zirkonoxid beispielsweise verwendet Pulver mit einer Partikelgröße von etwa 0,0005 mm. Herkömmliche Keramiken verwenden deutlich größere Partikel.

-Sie müssen bei sehr hohen Temperaturen – etwa 1600 °C – gebacken werden. Dafür benötigt man spezielle Öfen, deren Betrieb sehr teuer ist.

Diese Keramiken sind sehr hart, daher ist das Schneiden oder Formen langsam und teuer. Spezialwerkzeuge wie Diamantschleifer sind erforderlich.

Die Herstellung ist ein langwieriger Prozess mit vielen Schritten wie Mischen, Formen, Backen und Veredeln. Jeder Schritt erhöht die Kosten.

Sie werden nach wie vor hauptsächlich in Spezialbereichen wie der Luft- und Raumfahrt sowie dem Militär eingesetzt. Da sie noch nicht in großen Mengen produziert werden, sind die Kosten weiterhin hoch. Mit zunehmender Verbreitung dürften die Preise jedoch in Zukunft sinken.

Bestellen Sie gleich mehr. Größere Bestellungen bringen oft bessere Preise.

-Wenn das Produkt nicht besonders präzise oder robust sein muss, kann man die Leistungsstufe reduzieren, um Kosten zu sparen.

-Das Produktdesign so verändern, dass die Produktion einfacher wird und weniger Abfall entsteht.

-Verwenden Sie nach Möglichkeit günstigere Materialien wie Aluminiumoxid.

-Verwenden Sie Standarddesigns anstelle von individuellen Designs. Dadurch werden die Produktionskosten gesenkt.

-Fabriken können auch ihre Produktionsprozesse optimieren, um bessere Produkte mit weniger Abfall herzustellen, was ebenfalls die Kosten senkt.