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Spanish Keramische Werkstoffe: Leitfaden zu Eigenschaften und Anwendungen
Einführung
Keramische Werkstoffe, anorganische und nichtmetallische, werden durch Hochtemperatursinterung hergestellt und bieten außergewöhnliche Härte, thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit. Diese Eigenschaften machen Keramik in allen Branchen unverzichtbar, von der Luft- und Raumfahrt bis hin zu biomedizinischen Anwendungen. In diesem Artikel werden die wichtigsten Eigenschaften und Anwendungen von keramischen Werkstoffen anhand einer detaillierten Tabelle untersucht, um ihre Vielseitigkeit in der Industrie zu verdeutlichen.
Eigenschaften von keramischen Werkstoffen
Keramische Werkstoffe weisen eine breite Palette mechanischer, thermischer und elektrischer Eigenschaften auf, die sie für verschiedene Anwendungen geeignet machen. Nachstehend sind ihre wichtigsten Eigenschaften aufgeführt:
- Hohe Härte: Von 2,3 GPa (Macor) bis 33 GPa (Borkarbid), was die Verschleißfestigkeit gewährleistet.
- Thermische Stabilität: Maximale Betriebstemperaturen bis zu 1750°C (Aluminiumoxid 99.95%), ideal für Umgebungen mit hoher Hitzeentwicklung.
- Elektrische Isolierung: Volumenwiderstand bis zu >10¹⁷ Ohm-cm (Macor), geeignet für elektronische Anwendungen.
- Mechanische Festigkeit: Die Biegefestigkeit reicht von 94 MPa (Macor) bis 1800 MPa (Zirconia 3YZ) und unterstützt die strukturellen Aufgaben.
- Geringe thermische Ausdehnung: WAK von nur 2,5 × 10-⁶/K (Siliziumnitrid), was Dimensionsstabilität gewährleistet.
Detaillierte Eigenschaftstabelle
Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Eigenschaften verschiedener keramischer Werkstoffe auf der Grundlage von Branchendaten zusammen.AS
| Material | Dichte (g/cm³) | Biegefestigkeit (MPa) | Härte (GPa) | Wärmeleitfähigkeit (W/mK) | CTE (10-⁶/K) | Maximale Temperatur (Luft) (°C) | Dielektrizitätskonstante | Volumenwiderstand (ohm-cm) |
| Tonerde 96% | 3.75 | 200-300 | 12 | 25 | 6.3 | 1600 | 9.8 | >10¹⁴ |
| Tonerde 99,7% | 3.95 | 250-350 | 14 | 33 | 6.5 | 1700 | 9.9 | >10¹⁴ |
| Tonerde 99.95% | 3.98 | 500-600 | 18 | 45 | 7.5 | 1750 | 9.9 | >10¹⁶ |
| ZTA | 4.1 | 600 | 16 | 20 | 7 | 1500 | 10 | >10¹⁶ |
| ATZ | 4.18 | 850 | 21.5 | 20 | 7.5 | 1500 | 10 | >10¹⁶ |
| Zirkoniumdioxid 3YZ | 5.5 | 1800 | 14 | 6 | 8 | 1200 | 25 | >10¹² |
| Aluminiumnitrid | 3.32 | 350 | 10 | 170 | 4.5 | 1200 | 8.8 | >10¹³ |
| Siliziumkarbid | 3.1 | 410 | 28 | 102.6 | 4.02 | 1200 | K.A. | 10²-10¹¹ |
| Borkarbid | 2.52 | 420 | 33 | 20-40 | 90 | 1800 | 5-8 | K.A. |
| Siliziumnitrid | 3.2-3.4 | 730 | 15 | 25 | 2.5 | 1200 | 8 | >10¹⁴ |
| Shapal Hi M Weich | 2.88 | 300 | 3.8 | 92 | 4.8 | 1000 | 6.8 | >10¹⁵ |
| Macor | 2.52 | 94 | 2.3 | 1.5 | 9 | 800 | 6 | >10¹⁷ |
| Bornitrid | 1.9 | 13-29 | K.A. | 21 | K.A. | 850 | K.A. | >10¹⁴ |
Tabelle Anmerkungen
- Mechanische Eigenschaften: Hohe Härte (z. B. 33 GPa bei Borcarbid) gewährleistet Haltbarkeit bei abrasiven Anwendungen.
- Thermische Eigenschaften: Eine hohe Wärmeleitfähigkeit (z. B. 170 W/mK bei Aluminiumnitrid) unterstützt die Wärmeableitung.
- Elektrische Eigenschaften: Ein hoher Durchgangswiderstand (z. B. >10¹⁷ Ohm-cm bei Macor) gewährleistet eine zuverlässige Isolierung.
Anwendungen von keramischen Werkstoffen
Keramische Werkstoffe werden aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften in verschiedenen Branchen eingesetzt. Nachstehend sind ihre wichtigsten Anwendungen aufgeführt:
- Hochtemperaturanwendungen: Siliziumkarbid und Bornitrid (bis 1800°C) werden für Ofenauskleidungen und Bauteile für die Luft- und Raumfahrt wie Turbinenschaufeln verwendet.
- Elektrische Isolierung: Aluminiumoxid (>10¹⁴ Ohm-cm) und Aluminiumnitrid (170 W/mK) sind ideal für elektronische Substrate und Kühlkörper.
- Verschleißbeständige Komponenten: Siliziumnitrid (15 GPa Härte) und Zirkoniumdioxid (1800 MPa Festigkeit) werden in Lagern und Schneidwerkzeugen verwendet.
- Biomedizinische Anwendungen: Zirkoniumdioxid (Bruchzähigkeit bis zu 17 MPa m¹/²) eignet sich für Zahnimplantate und Gelenkersatz.
- Herstellung von Halbleitern: Shapal Hi M Soft (92 W/mK) unterstützt Präzisionsbauteile in Halbleiteranlagen.
- Prototyping: Die maschinelle Bearbeitbarkeit von Macor ermöglicht die schnelle Herstellung von Prototypen mit komplexen Formen.
Schlussfolgerung
Keramische Werkstoffe bieten eine außergewöhnliche Härte, thermische Stabilität und elektrische Isolierung, was sie für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik und der biomedizinischen Industrie unverzichtbar macht. Ihre vielfältigen Eigenschaften gewährleisten Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Umgebungen.
Zentrum für Hochleistungskeramik ist ein führender Hersteller und Lieferant von hochwertigen keramischen Produkten in Form von Platten, Blechen, Stäben, Rohren, Tiegeln, Substraten und kundenspezifischen Teilen und bietet maßgeschneiderte Lösungen für verschiedene Anwendungen in Industrie und Forschung.