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Technische Keramik - Werkstoffe mit überzeugenden
Eigenschaften
Keramische Werkstoffe haben in der Technik einen festen Platz. Die
Weiterentwicklung dieser Werkstoffe öffnet der Technischen Keramik auch stetig
neue Anwendungen. Technische Lösungen mit Keramik sind in der Regel überzeugend,
weil sie die besonderen Eigenschaften und Eigenschaftskombinationen nutzen,
die nur keramische Werkstoffe bieten.
Technische Keramik begegnet uns auf Schritt und Tritt. Ohne keramische Isolierteile
würden viele Haushaltsgeräte nicht funktionieren. Ebenso wäre ohne Isolatoren und
Sicherungsbauteile aus Technischer Keramik eine zuverlässige Stromversorgung nicht
denkbar. Keramische Substrate und Bauteile bilden die Grundlage für Komponenten und
Baugruppen in allen Bereichen der Elektronik, und in Armaturen sorgen Gleit- und
Regelelemente für verschleißfreie Dichtigkeit. Schon diese wenigen Beispiele zeigen
deutlich, daß Technische Keramik eine wichtige Rolle in unserer Welt spielt. Allerdings
sind keramische Bauteile - als Bestandteile von Funktionsgruppen in Geräten und Anlagen,
Maschinen und Fahrzeugen - normalerweise nicht sofort sichtbar. So verlassen wir uns
tagtäglich auf Technische Keramik - meist ohne dies zu wissen.
| Traditionelle
keramische Werkstoffe |
Schon 1849 vertraute Werner von Siemens beim Bau der Telegrafenleitung
von Frankfurt/M. nach Berlin auf Isolatoren aus Porzellan. Als
Werkstoff für Sicherungen, Schalter, Lampenfassungen und viele
andere Bauteile wurde Porzellan zum wichtigen Wegbegleiter der
Elektrotechnik. Porzellan, genauer Quarzporzellan, wird aus
wenigen, ganz natürlichen Rohstoffen hergestellt: Quarz, Feldspat
und Kaolin. Dieser traditionelle Werkstoff der Silikatkeramik
verfügt über die wesentlichen Eigenschaften der Technischen
Keramik, wie Isolationsvermögen, Formstabilität, Härte, Hitze-
und Korrosionsbeständigkeit.
Gestiegene Anforderungen an die keramischen Bauteile für
die Stromerzeugung und -verteilung sowie im Maschinenbau führten
zur Verbesserung der Werkstoffe und zur Entwicklung neuer
Herstellungsmethoden. So entstand z.B. durch den Austausch
von Quarz gegen Aluminiumoxid aus Porzellan das hochfeste
Tonerdeporzellan. Eine ähnliche Entwicklung nahmen die Werkstoffe
auf Basis des Specksteins. „Steatit" und „Cordierit"
entstanden. Silikatkeramische Werkstoffe ermöglichen heute
in der elektrischen Installations- und Sicherungstechnik sowie
bei Hochtemperaturanwendungen sehr wirtschaftliche und zuverlässige
Lösungen.
Die breite Anwendung Technischer Keramik in der Elektrotechnik
erforderte die Bestimmung und Beschreibung der Werkstoffe
und ihrer Eigenschaften. Schon sehr früh erfolgte deshalb
die Normung für die Elektrotechnik. Bekannt ist die Norm VDE
0335. Darauf aufbauend entstand die internationale Norm IEC
672. |
| Werkstoffe der Oxid-Keramik |
Synthetische Rohstoffe - Oxide und Mischoxide - bilden die
Grundlage dieser Gruppe von keramischen Werkstoffen. Der bedeutendste
oxidkeramische Werkstoff ist das Aluminiumoxid (Al2O3). Es vereint
in sich die wichtigsten Eigenschaften Technischer Keramik und
erfüllt auf breiter Basis die hohen Anforderungen beim Einsatz
in der Elektronik, Elektrotechnik, der Meß- und Regeltechnik
sowie im Maschinen- und Anlagenbau. Andere Werkstoffe der
Oxid-Keramik erschließen mit speziellen Eigenschaften wie
hoher Zähigkeit, Temperatur- und Temperaturschockbeständigkeit
heute einzigartige Anwendungsmöglichkeiten und bieten interessante
Perspektiven für die Zukunft. |
| Keramik sorgt für Bewegung |
Piezokeramik kann Druckkräfte in elektrische Impulse umwandeln
- und umgekehrt. Als Sensoren, Generatoren und Aktoren sind
piezokeramische Bauteile in mannigfaltigen Bereichen im Einsatz.
In der Fahrzeugtechnik lösen sie z.B. den Airbag rechtzeitig
aus und im Nierensteinzertrümmerer erzeugen sie die Ultraschall-Schockwellen,
die eine unblutige Behandlung ermöglichen. |
| Werkstoffe der Nichtoxid-Keramik |
Diese Hochleistungswerkstoffe werden aus synthetischen, nichtoxidischen
Pulvern hergestellt. Unter den Carbiden, Nitriden, Boriden und
Siliciden zählen Siliciumcarbid (SiC) und Siliciumnitrid (Si3N4)
zu den gebräuchlichsten Werkstoffen. Siliciumcarbid eignet sich
hervorragend für Bauteile, die, neben starken mechanischen und
korrosiven Belastungen, Temperaturen bis weit über 1400 °C ausgesetzt
sind. Konstruktionsbauteile im Maschinen- und Anlagenbau sind
dafür typische Beispiele. Andere nichtoxidische Keramiken vereinen
niedriges spezifisches Gewicht und hohe Zähigkeit. Testfahrzeuge
mit Motorventilen aus Siliciumnitrid sind bereits erfolgreich
unterwegs. Aluminiumnitrid sorgt durch seine hohe Wärmeleitfähigkeit
bei Leistungshalbleitern für effektive Kühlung. |
| Das Know-how der Hersteller
Technischer Keramik |
Erst die wohlüberlegte Integration des keramischen Bauteils
in das Gesamtsystem läßt die Vorteile der Werkstoffe zur Geltung
kommen. Die Beratung durch die Hersteller kann dabei eine wertvolle
Hilfe sein. Schon in der Entwicklungsphase von Bauteilen gewähren
Werkstoff- und Anwendungsfachleute gerne Unterstützung bei der
Analyse und Definition der Anforderungskriterien und konstruktiven
Voraussetzungen. Die Einsatzbedingungen wirken sich auf die
Werkstoffauswahl und die Formgebung des Bauteiles sowie auf
seine Vorbereitung für den Einbau aus. Ziel der Hersteller ist
es, die Endkontur eines Bauteiles schon nach dem Brennprozeß,
dem sogenannten Sintern, zu erreichen. Auf diese Weise verlassen
heute über 80% der gefertigten Teile die Produktion, sind einbaufertig
und müssen nicht weiter nachbearbeitet werden. |
| Systemlösungen gehört die
Zukunft |
Die Möglichkeiten keramischer Werkstoffe sind sicherlich noch
lange nicht ausgereizt, denn mit ihren vielseitigen Eigenschaften
bieten sie eine gute Grundlage für innovative Lösungen. Keramikgerechte
Konstruktionen, die das keramische Bauteil materialgerecht in
seine Umgebung integrieren, führen in der Regel zu Produkten,
die funktionaler, zuverlässiger und langlebiger sind als traditionelle
Lösungen. |
| September
1996 |
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03. Juli 2003
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Technische
Keramik 