Tonerde-Keramik: Eigenschaften für technische Anwendungen

Einführung

Aluminiumoxid-Keramik (Al₂O₃) oder Aluminiumoxid ist ein fortschrittliches nichtmetallisches Material, das für seine mechanische Festigkeit, thermische Stabilität und elektrische Isolierung bekannt ist. Erhältlich in den Reinheitsgraden 95%, 97,5%, 99% und 99,5% Al₂O₃, sind diese Keramiken ideal für technische Anwendungen in der Elektronik, in mechanischen Systemen und im Wärmemanagement. In diesem Artikel werden die wichtigsten Eigenschaften von Aluminiumoxidkeramiken anhand einer Vergleichstabelle erläutert, um ihre Eignung für technische Lösungen zu unterstreichen.

Eigenschaften von Aluminiumoxid-Keramik

Aluminiumoxidkeramik bietet eine Reihe von mechanischen, thermischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften, die sie für anspruchsvolle technische Anwendungen geeignet machen. Nachstehend sind ihre wichtigsten Eigenschaften aufgeführt:

• Hohe Härte: Die Vickershärte reicht von 13,7 GPa (95% Al₂O₃) bis 17,5 GPa (99,5% Al₂O₃), ideal für verschleißfeste Bauteile.
• Mechanische Festigkeit: Biegefestigkeit von 310 MPa (97,5% Al₂O₃) bis 400 MPa (99,5% Al₂O₃), geeignet für tragende Anwendungen.
• Wärmeleitfähigkeit: Der Bereich reicht von 24 W/(m-K) (95% Al₂O₃) bis 34 W/(m-K) (99,5% Al₂O₃) und unterstützt die Wärmeabfuhr.
• Elektrische Isolierung: Durchgangswiderstand >10¹⁴ Ohm-cm bei allen Sorten, was die Zuverlässigkeit elektronischer Systeme gewährleistet.
• Korrosionsbeständigkeit: Minimaler Gewichtsverlust in Säuren (z. B. 0,03 mg/cm²/Tag in HNO₃ für 99,5% Al₂O₃), ideal für raue Umgebungen.

Detaillierte Eigenschaftstabelle

In der nachstehenden Tabelle werden die Eigenschaften von Aluminiumoxidkeramik der Sorten 95%, 97,5%, 99% und 99,5% Al₂O₃ verglichen.

Eigentum	95% Al₂O₃	97.5% Al₂O₃	99% Al₂O₃	99.5% Al₂O₃
Wichtigste Merkmale
Farbe	Weiß	Weiß	Weiß	Weiß
Wichtigste Anwendungen	Metallisierung, Verschleißfestigkeit	Hohe Verschleißfestigkeit	Hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit	Hohe Temperatur- und Verschleißfestigkeit
Merkmale	Hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Isolierung	Hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit	Hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit	Hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit
Mechanische Eigenschaften
Schüttdichte (g/cm³)	3.7	3.8	3.9	3.9
Wasserabsorption (%)	0	0	0	0
Vickers-Härte (GPa)	13.7	15.2	17.2	17.5
Biegefestigkeit (MPa)	350	310	380	400
Druckfestigkeit (MPa)	-	-	-	3800
Elastizitätsmodul (GPa)	320	360	380	380
Querkontraktionszahl	0.23	0.23	0.23	0.23
Bruchzähigkeit (MPa m¹/²)	3-4	5-6	-	-
Thermische Eigenschaften
Spezifische Wärmekapazität (J/(kg-K) × 10-³, 400°C)	7.2	7.2	7.2	7.2
Wärmeleitfähigkeit (W/(m-K))	24	25	32	34
Thermoschockbeständigkeit (ΔT°C)	200	200	200	200
Elektrische Eigenschaften
Volumenwiderstand (ohm-cm)	>10¹⁴	>10¹⁴	>10¹⁴	>10¹⁴
Durchschlagfestigkeit (kV/mm)	15	15	15	15
Dielektrizitätskonstante (1 MHz)	9.4	9.9	9.9	9.9
Dielektrischer Verlust (×10-⁴)	38	20	10	10
Chemische Eigenschaften
Salpetersäure (60%) Gewichtsverlust (mg/cm²/Tag)	0.10	0.05	0.03	0.03
Schwefelsäure (95%) Gewichtsverlust (mg/cm²/Tag)	0.33	0.22	0.19	0.19
Ätznatron (30%) Gewichtsverlust (mg/cm²/Tag)	0.06	0.04	0.03	0.03

Tabelle Anmerkungen:

• Mechanische Eigenschaften: Höherreine Sorten (99% und 99,5% Al₂O₃) bieten eine höhere Härte (17,2-17,5 GPa) und Biegefestigkeit (380-400 MPa).
• Thermische Eigenschaften: Die Wärmeleitfähigkeit verbessert sich mit zunehmender Reinheit, von 24 W/(m-K) auf 34 W/(m-K).
• Chemische Beständigkeit: Ein höherer Reinheitsgrad verringert den Gewichtsverlust in Säuren und verbessert die Korrosionsbeständigkeit.

Schlussfolgerung

Aluminiumoxid-Keramik bietet außergewöhnliche mechanische Festigkeit, thermische Stabilität und elektrische Isolierung und ist damit ideal für technische Anwendungen in der Elektronik, in mechanischen Systemen und im Wärmemanagement. Das Angebot an Reinheiten ermöglicht maßgeschneiderte Lösungen für anspruchsvolle Umgebungen.

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