Häufig gestellte Fragen

Keramik kann in traditionelle Keramik und Hochleistungskeramik (technische Keramik) unterteilt werden, die sich in Zusammensetzung, Eigenschaften und Anwendungsgebieten unterscheiden.

Traditionelle Keramik blickt auf eine lange Geschichte zurück und umfasst hauptsächlich:

Keramik für den Haushalt (Schüsseln, Teller, Tassen, Untertassen usw.)

Baukeramik (Bodenfliesen, Wandfliesen, Dachziegel usw.)

Sanitärkeramik (Toiletten, Waschbecken usw.)

Künstlerische Keramik (Porzellankunsthandwerk, Skulpturen usw.)

Industriekeramik (elektrische Isolatoren, feuerfeste Werkstoffe usw.)

Traditionelle Keramik, die hauptsächlich im Alltag, im Bauwesen und in grundlegenden industriellen Anwendungen eingesetzt wird, wird typischerweise aus natürlichen Rohstoffen wie Ton, Quarz und Feldspat hergestellt und durch Mischen, Formen und Sintern verarbeitet. Sie zeichnet sich durch hohe Härte, Korrosionsbeständigkeit und gute Isolationseigenschaften aus, neigt aber zur Sprödigkeit. Hochleistungskeramiken haben sich in den letzten Jahren aufgrund von Fortschritten in der Materialwissenschaft und der industriellen Nachfrage etabliert. Sie finden breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik, der Energiewirtschaft, der Biomedizin, im Maschinenbau und vielen weiteren Bereichen.

Hochleistungskeramiken werden anhand ihrer chemischen Zusammensetzung und Funktion klassifiziert. Chemisch lassen sich Oxidkeramiken wie Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃), Zirkonoxidkeramik (ZrO₂) und Magnesiumoxidkeramik (MgO) unterscheiden. Zu den Nitridkeramiken zählen Siliziumnitridkeramik (Si₃N₄), Aluminiumnitridkeramik (AlN) und Bornitridkeramik (BN). Karbidkeramiken umfassen Siliziumkarbidkeramik (SiC) und Borkarbidkeramik (B₄C). Hinsichtlich ihrer Funktion werden Keramiken in Strukturkeramiken, die mechanischen Belastungen standhalten und in Anwendungen wie Schneidwerkzeugen, Lagern, verschleißfesten Bauteilen und Gasturbinenteilen eingesetzt werden, und Funktionskeramiken unterteilt. Letztere weisen spezifische physikalische oder chemische Eigenschaften auf, wie beispielsweise Hochtemperatur-Supraleiterkeramiken, piezoelektrische Keramiken für Sensoren und dielektrische Keramiken für elektronische Bauteile.

Hochleistungskeramik und traditionelle Keramik unterscheiden sich erheblich in Bezug auf Rohstoffe, Herstellungsverfahren, Eigenschaften und Anwendungsgebiete.

Konventionelle Keramik besteht größtenteils aus natürlichen Rohstoffen mineralischen Ursprungs wie Ton, Feldspat und Quarz. Die Rohstoffe werden nur minimal verarbeitet, und ihre Zusammensetzung und Reinheit variieren je nach Herkunft. Die Herstellung konventioneller Keramik umfasst in der Regel Umformverfahren, Schlickerguss und Trockenpressen, wobei die Sintertemperaturen typischerweise unter 1300 °C liegen. Konventionelle Keramik zeichnet sich durch Härte, Hitzebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und gute Isolationsfähigkeit aus. Allerdings weist sie eine geringe Festigkeit und Zähigkeit auf und ist relativ spröde. Diese Keramik findet breite Anwendung in Gebrauchs-, Konstruktions-, Chemie- und Elektroisolatoren.

Hochleistungskeramiken verwenden hochreine, ultrafeine synthetische anorganische Verbindungen als Rohstoffe, beispielsweise Oxide (wie Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid), Nitride (wie Siliziumnitrid) und Carbide (wie Siliziumkarbid). Die chemischen Eigenschaften und die Reinheit lassen sich präzise steuern, um vorgegebene Leistungsanforderungen zu erfüllen. Hochleistungskeramiken werden in aufwendigeren Produktionsverfahren hergestellt, die Techniken wie isostatisches Pressen, Heißpressen, Spritzgießen und Bandgießen umfassen. Sie werden bei deutlich höheren Temperaturen, in der Regel über 1600 °C, gesintert.

Hochleistungskeramiken zeichnen sich durch verbesserte thermische Stabilität, mechanische Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Darüber hinaus weisen sie außergewöhnliche elektrische Eigenschaften wie Piezoelektrizität, Halbleiterfähigkeit und Leitfähigkeit auf. Aufgrund dieser überlegenen Eigenschaften finden Hochleistungskeramiken breite Anwendung in Hightech-Branchen wie Maschinenbau, Elektronik, Chemie, Metallurgie, Medizintechnik, Militärtechnik und Luft- und Raumfahrt.

Hochleistungskeramiken bieten Vorteile, die Metalle und Kunststoffe nicht erreichen können. Sie zeichnen sich durch hohe Härte und Verschleißfestigkeit, überlegene Festigkeit ohne Verformung, ausgezeichnete Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit, hervorragende Stabilität ohne Reaktion mit anderen Substanzen, hohe Temperaturbeständigkeit, ausgezeichnete Isolationseigenschaften und nichtmagnetische Eigenschaften aus.

Mit der Weiterentwicklung der Technologie, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, hoffen wir auf Materialien, die mehrere wichtige Anforderungen erfüllen: höhere Verschleißfestigkeit als Metalle, Beständigkeit gegenüber extremen Temperaturen von etwa 2000 °C, geringe Dichte und niedriges Gewicht. Unter den traditionellen Werkstoffen wie Stahl, Kupfer, Aluminium, Silber, Gold und verschiedenen Kunststoffen erfüllt jedoch keines diese Anforderungen vollständig. Dies veranlasste Wissenschaftler, Hochleistungskeramiken zu erforschen und damit eine völlig neue Welt von Materialien mit diesen außergewöhnlichen Eigenschaften zu entdecken.

Beispielsweise benötigen wir in Hochleistungselektronikgeräten Materialien, die eine starke Isolation bieten und gleichzeitig Temperaturen bis zu 600 °C standhalten. Metalle leiten naturgemäß Strom, während Kunststoffe zwar isolierend wirken, aber bereits bei etwas über 100 °C weich werden und sich daher nicht eignen. Moderne Keramiken wie Aluminiumoxid-, Aluminiumnitrid- und Siliziumnitrid-Keramiksubstrate lösen diese Herausforderung optimal, indem sie hohe Temperaturbeständigkeit und hervorragende Isolationseigenschaften vereinen.

SSiC (gesintertes Siliciumcarbid) ist gegenüber allen chemischen Substanzen beständig und weist eine Dichte von bis zu 3,16 g/cm³ auf, wodurch es härter als SiSiC ist. Da es kein freies Silicium in seiner Struktur enthält, kann es bis zu einer Temperatur von 1650 °C eingesetzt werden, ohne dass seine Festigkeit beeinträchtigt wird.

Silizium-infiltriertes Siliziumkarbid (SiSiC) hat eine Dichte von bis zu 3,04 g/cm³. Es enthält freies Silizium mit einem Schmelzpunkt von 1350 °C und kann bis zu 1300 °C ohne Festigkeitsverlust eingesetzt werden.

Reaktionsgesintertes Siliciumcarbid: Der Siliciumgehalt begrenzt die maximale Betriebstemperatur auf 1380 °C; die Wärmeleitfähigkeit beträgt 20–30 W/(m·K). Die Biegefestigkeit ist mehr als doppelt so hoch wie die von rekristallisiertem Siliciumcarbid; es ist porenfrei und weist eine hohe Verschleißfestigkeit auf.

Rekristallisiertes Siliciumcarbid: Die maximale Betriebstemperatur beträgt 1650 °C. Es weist Poren auf und ist wenig verschleißfest. Aufgrund der reinen Grenzfläche liegt die Wärmeleitfähigkeit bei über 100 W/(m·K) und ist damit mehr als fünfmal so hoch wie die von Siliciumcarbid-Keramik-Feuerfestmaterialien. Dank des niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist es temperaturwechselbeständig und widersteht schnellen Abkühlungs- und Erwärmungsschüben.

Unter normalen Bedingungen können wir durch Ultrapräzisionsbearbeitung Toleranzen von ±0,5–1 mm erreichen, mit einer minimalen Toleranz von 0,3 μm.

Je nach Produkt können wir Folgendes erreichen: Oberflächenrauheit: Bis zu Ra 0,01 μm. Ebenheit: Bis zu 0,0005 mm.

Ohne spezielle Bearbeitungsbedingungen liegt die Oberflächenrauheit typischerweise bei etwa Ra 3,2. Wenn eine höhere Präzision erforderlich ist, können wir sie mit Hilfe von Präzisionsbearbeitungsmaschinen auf Ra 0,1–0,2 verbessern.

Je nach Produkt können wir Folgendes erreichen:

• Geradheit: 0,0005 mm
• Parallelität: 0,001 mm
• Mindestlochdurchmesser: 0,1 mm

1. Rohstoffvorbereitung;
2. Formenbau;
3. Herstellung von Rohlingen;
4. Trocknen;
5. Reparatur von Rohlingen;
6. Sintern;
7. Sandreinigung;
8. Präzisionsbearbeitung;
9. Qualitätsprüfung;
10. Verpackung.

Üblicherweise liegt die Oberflächenrauheit von Hochleistungskeramikrohren ohne spezielle Bearbeitungsbedingungen bei etwa Ra 3,2; falls der Kunde höhere Anforderungen stellt, können wir durch den Einsatz von Bearbeitungsanlagen eine Oberflächenrauheit von Ra 0,1-0,2 erreichen.