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Die BCE Special Ceramics GmbH hat ihren Sitz in Mannheim und fertigt komplexe Bauteile aus Hochleistungskeramiken &md...
Die Firma hightech ceram® Dr. Steinmann + Partner GmbH wurde am 19.10.1990 gegründet und hat sich auf dem Gebiet der Industriekeramik mit den Sparten Ingenieurkeramik,...
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Keramikteile - Hochleistungskeramik
Was ist Hochleistungskeramik und wie wird sie hergestellt?
Andere Bezeichnungen für Hochleistungskeramik sind technische Keramik, Industriekeramik, Ingenieurkeramik oder auch industrielle Keramik. Hochleistungskeramik ist ein spezieller Werkstoff, der für industrielle Anforderungen optimiert wurde. Er zeichnet sich durch Formstabilität, mechanische Festigkeit und Hitzebeständigkeit aus. Dauerbeanspruchung, hohe Temperaturen, Thermoschock sind nur einige dieser Anforderungen, die an diese technischen Werkstoffe gerichtet werden. Einsatzbereiche sind in Geräten, Anlagen und Maschinen als Zentrierstifte, Schneidwerkzeuge, Lager oder Düsen, etc.
Industriekeramik erhält ihre Eigenschaften erst durch den Herstellungsprozess, dem „Sintern“. Ausgangsmaterialien sind Aluminiumoxid, Siliziumnitrid und Zirkonoxid.
Für die Herstellung diese Art von Keramik wird zunächst das Basispulver benötigt. Dieses wird durch ein thermisches Verfahren, das ein zielorientiertes Partikeldesign ermöglichen soll, hergestellt. Dadurch lassen sich maßgeschneiderte Produkteigenschaften erreichen.
Die Prozessparameter für die Pulverherstellung sehen wie folgt aus:
- homogene und vorgegeben einstellbare Verweilzeit von 100 ms bis 10 s
- einstellbare Gasatmosphäre sauerstofffrei oder oxidierend
- einstellbare Frequenz und Amplitude des pulsierenden Heißgasstroms
- homogene Prozesstemperatur zwischen 200 und 900°C
- Rohmaterial: Feststoffe, Lösungen oder Suspensionen.
Auf diese Art und Weise lassen sich die Eigenschaften vom Ausgangspulver für technische Keramiken zielorientiert erreichen.
Aluminiumnitrid (AIN) – Werkstoff für Industriekeramiken
Das Besondere an diesem Ausgangsprodukt ist die sehr gute elektrische Isolationsfähigkeit sowie die sehr hohe Wärmeleitfähigkeit.
Zu den Eigenschaften dieses Werkstoffes gehören:
- Sehr hohe Wärmeleitfähigkeit (>200 W/mK)
- Hohes elektrisches Isolationsvermögen (>1.1012 Ωcm)
- Festigkeit nach der Doppelringmethode >320 MPa (Biaxialfestigkeit)
- Wenig Wärmedehnung 4 bis 6x10-6K-1 (zwischen 20 und 1000 °C)
- Sehr gute Metallisierbarkeit
Aluminiumnitrid eignet sich daher besonders für Mikro- und Leistungselektronik. Einige Anwendungen sind z. B. Kühlkörper in der LED-Lichttechnik, Schaltungsträger für den Halbleiterbau oder Hochleistungselektronik.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind:
- Brennunterlagen
- Doppelseitige Kühlung
- Flüssigkühlung
- Extrudierte Keramik
- Kühlkörper
- Entwärmung
- Gelaserte Substrate (Keramik)
- Gepresste Substrate (Keramik)
- Gestanzte Substrate (Keramik)
- LED-Technik / LED-Keramik
- Leiterplatten, keramisch
- Metallisierte Aluminiumnitrid-Keramik
- Rohre aus Hochleistungskeramik
- Rohre für Sonderanwendungen
- Sandwich Kühler
- Setterplatten
- Sinterunterlagen
- Substrate
- Wärmemanagement.
Hochleistungskeramik aus Silizium-Aluminiumoxid-Nitrid (SiAlON)
Dies ist die jüngste Generation von technischen Keramiken und zählt zur Gruppe der Siliziumnitride. Diese Art von technischen Keramiken besteht aus den Phasen α-SiAlON, β-SiAlON sowie einer teilkristallinen oder amorphen Korngrenzphase. Bezeichnend für diesen Werkstoff ist die weitaus höhere Härte bei gleicher Zähigkeit als bei Siliziumnitrid. Die drei Phasen garantieren eine hohe, gezielte Anpassungsfähigkeit an die Anforderungsprofile unterschiedlicher Anwendungen.
Die Herstellung eines Gradienten Werkstoffes ist unter bestimmten Bedingungen möglich. Dabei enthält die Oberfläche einen höheren Anteil an α-SiAlON als das Innere. Dies ist besonders bei hochverschleißfesten Schneidkeramiksorten für die Metallzerspanung nützlich. Dadurch entsteht eine sehr hohe Verschleißfestigkeit. Die Risszähigkeit im Inneren erreicht somit einen sehr hohen Level. Diese Art von Keramik kommt vor allem bei tribologisch hoch beanspruchten Baukomponenten in der Papierindustrie zum Einsatz.
Zu den Produkten, die auf diesem keramischen Werkstoff basieren, gehören:
- Keramische Schneidstoffe
- Hochleistungsschneidstoffe
- Schneidplatten
- Schneidstoffe
- Schneidkeramik
- Zerspanungstechnik
- Wendeschneidplatten
Wo findet Hochleistungskeramik Anwendung?
Technische Keramik kommt vor allem in der Hochtemperaturtechnik, dem Maschinenbau, der Oberflächenbearbeitung sowie der Elektrotechnik zum Einsatz. Gerade mit diesem Werkstoff lassen sich kundenspezifische Bauteile sehr gut umsetzen. Innovatives Engineering, selbst entwickelte Werkstoffe, breit gefächertes Hintergrundwissen sowie jahrelange Erfahrung ermöglichen hervorragende Maßanfertigungen für den industriellen Dauereinsatz.
Im Elektrotechnikbereich wird technische Keramik für
- Isolierrohre für Flüssigkeiten,
- Ultrahochvakuum und Gase,
- Stützisolatoren,
- Bauteile für die Beschleunigungstechnik,
- Sensorkomponenten für Temperatur,
- Druck und Sauerstoffgehalt sowie
- Hochdruckführungen für Offshore-/Onshore-Technik
sehr erfolgreich eingesetzt.
Fazit
Hochleistungskeramik ist eine andere Bezeichnung für technische Keramik, industrielle Keramik und Ingenieurkeramik. Je nach Ausgangsstoffen verfügt dieser äußerst hochwertige Ausgangswerkstoff über spezielle Eigenschaften, sodass die Endprodukte je nach Kundenwunsch präzise gefertigt werden können. Verschleißfestigkeit, Zähigkeit, Wärmebeständigkeit und Formstabilität sind nur einige der benötigten hohen Anforderungen, denen dieser Werkstoff gerecht werden muss. Die Langlebigkeit dieses technischen Werkstoffes ist hervorragend und spart hohe Verschleißkosten, die gerade im Dauereinsatz mit hohen Anforderungen entstehen würden.