Gängige Arten von Hochleistungskeramik
Beschreibung
Hochleistungskeramik, auch technische Keramik genannt, wird aufgrund ihrer im Vergleich zu herkömmlichen Keramiken überlegenen mechanischen Eigenschaften, thermischen Stabilität und chemischen Beständigkeit zunehmend in verschiedenen Branchen eingesetzt. Zu den wichtigsten Beispielen für Hochleistungskeramik gehören Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Bornitrid und Borkarbid. Jedes dieser Materialien bietet aufgrund seiner unterschiedlichen Eigenschaften spezielle Lösungen für anspruchsvolle industrielle Bedingungen.
Tonerde
Tonerde, chemisch bekannt als Aluminiumoxid (Al₂O₃), ist eine der vielseitigsten Hochleistungskeramiken. Aluminiumoxid-Keramik zeichnet sich durch hohe Härte, ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, hervorragende elektrische Isolierung und thermische Stabilität auch bei hohen Temperaturen aus. Aluminiumoxid-Keramik wird häufig in der Elektronik für isolierende Substrate, in mechanischen Dichtungen, biomedizinischen Implantaten und Schneidwerkzeugen verwendet. Aufgrund seiner hohen Durchschlagsfestigkeit und mechanischen Robustheit ist Aluminiumoxid in der Halbleiterindustrie für Substrate und isolierende Komponenten unverzichtbar.
Zirkoniumdioxid
Zirkoniumdioxid (Zirconiumoxid, ZrO₂) ist für seine bemerkenswerte Zähigkeit und mechanische Festigkeit bekannt. Diese Keramik ist vor allem für ihre Eigenschaft der Umwandlungszähigkeit bekannt, die sie resistent gegen Rissausbreitung und Schlagbeanspruchung macht. Zirkoniumdioxid wird aufgrund seiner Biokompatibilität und seiner hervorragenden ästhetischen Eigenschaften häufig in der Medizintechnik eingesetzt, insbesondere für Zahnkronen und -implantate. Darüber hinaus findet Zirkoniumdioxid Verwendung in Hochleistungslagern, Schneidwerkzeugen und verschleißfesten Komponenten in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.
Bornitrid
Bornitrid (BN)-Keramik ist aufgrund ihrer Kombination aus hoher Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Isolierung einzigartig. Sie wird oft mit Graphit verglichen, ist aber elektrisch isolierend. Bornitrid kommt hauptsächlich in zwei Formen vor: hexagonales Bornitrid (hBN) und kubisches Bornitrid (cBN). Hexagonales Bornitrid, oft auch als "weißer Graphit" bezeichnet, wird häufig als Schmiermittel und Hochtemperaturisolator verwendet. Kubisches Bornitrid, das in seiner Härte nur von Diamant übertroffen wird, wird für Schleifanwendungen verwendet, darunter Schneidwerkzeuge und Schleifscheiben für die Bearbeitung von gehärteten Stählen und Legierungen.
Borkarbid
Borcarbid (B₄C) gehört zu den härtesten bekannten Werkstoffen und rangiert knapp hinter Diamant und kubischem Bornitrid. Aufgrund seiner außergewöhnlichen Härte, geringen Dichte, hohen chemischen Beständigkeit und Neutronenabsorptionsfähigkeit werden Borcarbidkeramiken in der Verteidigungsindustrie als leichte Panzerungen für Fahrzeuge und Schutzwesten eingesetzt. Darüber hinaus eignet sich Borcarbid aufgrund seiner Neutronenabsorptionseigenschaften ideal für Abschirmungen und Steuerstäbe in Kernreaktoren. Borkarbid wird auch in großem Umfang für Schleifanwendungen wie Polieren und Schleifen eingesetzt.
Tabelle der Eigenschaften und Verwendungsdaten
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Keramischer Werkstoff |
Wichtigste Eigenschaften |
Häufige Anwendungen |
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Tonerde |
Hohe Härte, thermische Stabilität, hervorragende elektrische Isolierung |
Elektronische Substrate, mechanische Dichtungen, biomedizinische Implantate |
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Hohe Zähigkeit, Rissfestigkeit, Biokompatibilität |
Zahnimplantate, Lager, Schneidwerkzeuge |
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Bornitrid |
Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung, Schmierfähigkeit |
Hochtemperatur-Isolatoren, Schmiermittel, Schleifmittel |
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Extreme Härte, geringe Dichte, Neutronenabsorption |
Panzerung, Nuklearabschirmung, Schleifmittel |
Diese Tabelle fasst die kritischen Eigenschaften und allgemeinen Anwendungen der einzelnen Keramiken zusammen und zeigt auf, warum jedesMaterial für bestimmte Anwendungsfälle strategisch ausgewählt wurde. Weitere Informationen finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).
Häufig gestellte Fragen
Wodurch unterscheidet sich Hochleistungskeramik von herkömmlicher Keramik?
Hochleistungskeramik unterscheidet sich von herkömmlicher Keramik durch ihre außergewöhnlichen Eigenschaften wie hohe Festigkeit, thermische Stabilität, elektrische Isolierung und chemische Beständigkeit, die spezielle industrielle Anwendungen ermöglichen.
Warum wird Zirkoniumdioxid für Zahnimplantate bevorzugt?
Zirkoniumdioxid wird wegen seiner Biokompatibilität, seines ästhetischen Aussehens, seiner hohen Festigkeit und seiner Rissbeständigkeit bevorzugt für Zahnimplantate verwendet, die den natürlichen Zähnen sehr ähnlich sind.
Kann Aluminiumoxid-Keramik Strom leiten?
Nein, Tonerdekeramik besitzt hervorragende elektrische Isolationseigenschaften und wird häufig als elektrischer Isolator in elektronischen Geräten verwendet.
Was sind die Vorteile von Bornitrid gegenüber Graphit?
Bornitrid ist im Gegensatz zu Graphit ein elektrischer Isolator und behält auch bei hohen Temperaturen eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Schmierfähigkeit bei, wodurch es sich ideal für elektronische Anwendungen eignet, die eine Isolierung und Wärmeableitung erfordern.
Warum wird Borcarbid für Panzerungen verwendet?
Aufgrund seiner extremen Härte, seines geringen Gewichts und seiner Widerstandsfähigkeit gegen Durchdringung eignet sich Borcarbid hervorragend als Schutzpanzerung für persönliche Schutzwesten und Militärfahrzeuge.
