Was sind die wichtigsten Eigenschaften von Aluminiumoxid-Keramik?

Aluminiumoxidkeramik, auch bekannt als Aluminiumoxid (Al2O3), ist eines der weltweit am häufigsten verwendeten keramischen Hochleistungsmaterialien. Seine einzigartige Mischung aus mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften macht es zur ersten Wahl für verschiedene anspruchsvolle Anwendungen in verschiedenen Branchen, darunter Elektronik, Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte und Fertigung. Doch was genau verleiht Aluminiumoxid seine außergewöhnliche Leistungsfähigkeit, und wie schneidet es im Vergleich zu anderen technischen Werkstoffen ab? In diesem Artikel gehen wir auf die wichtigsten physikalischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften von Aluminiumoxid ein, betrachten seine typischen Anwendungen und sehen, wie es sich im Vergleich zu anderen Hochleistungskeramiken wie Zirkoniumdioxid und Siliziumnitrid schlägt.

Unter Advanced Ceramic HubWir haben uns auf Aluminiumoxid-Keramik mit hoher Dichte spezialisiert, die eine optimale Leistung für industrielle und wissenschaftliche Anwendungen gewährleistet.

Was sind die Eigenschaften von Aluminiumoxid?

Die nachstehende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Eigenschaften der verschiedenen Aluminiumoxid-Keramiksorten:

Mechanische Eigenschaften:

Material	Einheit	95% Al2O3	96% Al2O3	99% Al2O3	99.5% Al2O3	99.7% Al2O3	99.95% Al2O3
Dichte	g/cm3	3.7	3.7	3.85	3.9	3.95	3.98
Biegefestigkeit (20℃)	Mpa	300	300	330	360	380	500-600
Druckfestigkeit (20℃)	Mpa	2000	2000	2000	2350	2000	3500
Elastizitätsmodul (20℃)	Gpa	270	275	370	370	380	400
Bruchzähigkeit (20℃)	MPam½	3.5	3.5	4	4	4	4.5
Querkontraktionszahl(20℃)	\	0.2	0.22	0.22	-	0.23	0.23
Mohs-Härte(20℃)	HRA	8.0-8.5	8.0-8.5	8.5-9.0	9.0	9.0-9.5	9.0-9.5
Vickers-Härte (HV1)	kg/mm2	1600	1600	1600	1650	1750	1800

Thermische Eigenschaften:

Material	Einheit	95% Al2O3	96% Al2O3	99% Al2O3	99.5% Al2O3	99.7% Al2O3	99.95% Al2O3
Wärmeausdehnungskoeffizient (25-300 ℃）	10-6K-1	6.5	6.5	7.6	7.2	7.2	7.5
Wärmeleitfähigkeit (20℃)	W/mk	20	25	27.5	32	32	45
Widerstandsfähigkeit gegen thermische Schocks	△T-℃	200	200	200	250	-	400
Spezifische Wärmekapazität	J/g-k	-	-	0.79	0.78	0.79	0.80
Maximale Betriebstemperatur (unter Sauerstoffbedingungen)	℃	1600	1600	1650	1650	1700	1750

Elektrische Eigenschaften:

Material	Einheit	95% Al2O3	96% Al2O3	99% Al2O3	99.5% Al2O3	99.7% Al2O3	99.95% Al2O3
Volumenwiderstand (20℃)	Ω-cm	1014	1014	1014	1014	1014	1014
Dielektrische Festigkeit	KV/mm	10	10	10	15	15	16
Dielektrizitätskonstante (1 MHz, 25℃)	\	9	9	9.1	9.9	9.9	9.9
Dielektrischer Verlusttangens (1MHz, 20℃)	tanδ	3*10-4	2*10-4	3*10-4	1*10-4	1*10-4	1*10-4

Diese Eigenschaften können je nach Sorte und Form der Tonerde, wie gesintert, heißgepresst oder spritzgegossen, leicht variieren.

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Warum ist Aluminiumoxid-Keramik so weit verbreitet?

Aluminiumoxid-Keramik zeichnet sich durch hohe Härte, starke thermische Stabilität, chemische Inertheit und elektrische Isolierung aus. Diese Eigenschaften machen es für Umgebungen geeignet, in denen Metalle oder Polymere versagen würden. Von verschleißfesten Komponenten in mechanischen Systemen bis hin zu Substraten in der Mikroelektronik - die Vielseitigkeit von Aluminiumoxid wird durch seine Materialeigenschaften bestimmt.

Wie verhält sich Tonerde in Hochtemperaturumgebungen?

Tonerde eignet sich gut für Hochtemperaturanwendungen und ist in oxidierenden Umgebungen bis zu 1500 °C stabil. Es behält seine Festigkeit, Formbeständigkeit und chemische Inertheit auch bei extremen Temperaturwechseln bei, was es zu einem bevorzugten Material für Ofenauskleidungen, Heizelemente und wärmeisolierende Teile macht.

Eigentum	Wert	Auswirkungen auf die Leistung bei hohen Temperaturen
Maximale Betriebstemperatur	Bis zu 1500°C	Ermöglicht langfristigen Einsatz in Motoren, Öfen, Reaktoren
Schmelzpunkt	Über 2000°C	Verhindert Schmelzen oder Verformung bei extremer Hitze
Wärmeausdehnungskoeffizient	7-8 × 10-⁶ /°C	Minimiert thermische Spannungen und Rissbildung
Wärmeleitfähigkeit	20-35 W/m-K	Unterstützt effiziente Wärmeableitung und Isolierung
Chemische Beständigkeit	Ausgezeichnet in oxidierenden und korrosiven Umgebungen	Widersteht der Zersetzung und verlängert die Lebensdauer der Komponenten
Mechanische Festigkeit (Biegefestigkeit)	300-600 MPa	Behält die Tragfähigkeit bei Temperaturschwankungen bei

Was sind gängige Anwendungen von Aluminiumoxid-Keramik?

• Elektronik und Halbleiter: Aluminiumoxid dient aufgrund seiner hervorragenden dielektrischen Eigenschaften und seiner Wärmeleitfähigkeit als isolierendes Substrat in integrierten Schaltungen und LED-Gehäusen.
• Mechanische Teile: Wird für verschleißfeste Dichtungen, Ventilsitze und Lager in Pumpen und Motoren verwendet.
• Biomedizinische Geräte: Dank seiner Biokompatibilität wird Aluminiumoxid für Zahnimplantate, Prothesen und chirurgische Instrumente verwendet.
• Luft- und Raumfahrt: Komponenten wie Düsenauskleidungen, Isolatoren und Halterungen profitieren vom Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und thermischer Beständigkeit von Aluminiumoxid.
• Chemische Verarbeitung: Seine Korrosionsbeständigkeit ist ideal für Rohre, Tiegel und Auskleidungen, die Säuren und Laugen ausgesetzt sind.

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Wie verhält sich Tonerde im Vergleich zu anderen technischen Keramiken?

Material	Härte (HV)	Wärmeleitfähigkeit (W/m-K)	Durchschlagfestigkeit (kV/mm)	Max. Temperatur (°C)
Tonerde (Al2O3)	1500 – 2000	20 – 35	12 – 15	~1500
Zirkoniumdioxid (ZrO2)	1000 – 1300	2 – 3	8 – 12	~1200
Siliziumnitrid	1300 – 1600	15 – 30	10 – 14	~1400
Bornitrid	~500	60 - 200 (je nach Form)	5 – 10	~1000

Unter den Oxidkeramiken bietet Aluminiumoxid die beste Kombination aus mechanischer und elektrischer Leistung, obwohl Siliziumnitrid eine bessere Bruchzähigkeit aufweisen kann.

Vorteile von Aluminiumoxid-Keramik

Aluminiumoxid-Keramik bietet eine leistungsstarke Kombination aus Haltbarkeit, thermischer Beständigkeit und chemischer Stabilität, die es zu einem herausragenden Material in verschiedenen Branchen macht. Seine Härte und Verschleißfestigkeit tragen dazu bei, dass Komponenten unter rauen mechanischen Bedingungen länger halten, während seine Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten, eine zuverlässige Leistung in Motoren und Umgebungen mit hoher Hitze gewährleistet. Außerdem schützt seine chemische Inertheit die Teile vor Korrosion und Zersetzung, selbst wenn sie aggressiven Chemikalien ausgesetzt sind. Diese Kombination von Eigenschaften, zusammen mit der ausgezeichneten elektrischen Isolierung und dem relativ geringen Gewicht, macht Aluminiumoxidkeramik zu einer ausgezeichneten Wahl für Anwendungen, die Festigkeit, Stabilität und Langlebigkeit erfordern.

• Außergewöhnliche Härte und Verschleißfestigkeit
• Hohe thermische Stabilität mit einem Schmelzpunkt über 2000°C
• Hohe chemische Beständigkeit gegen Säuren, Laugen und geschmolzene Salze
• Ausgezeichnete elektrische Isolierung und Durchschlagfestigkeit
• Hohe mechanische Festigkeit und Bruchzähigkeit
• Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient, der die thermische Belastung reduziert
• Korrosionsbeständig für lange Haltbarkeit
• Leichtes Gewicht im Vergleich zu Metallen, was die Effizienz der Konstruktion unterstützt
• Biokompatibel für den sicheren Einsatz in medizinischen Anwendungen

FAQ

Frage	Antwort
Ist Aluminiumoxid-Keramik elektrisch isolierend?	Ja, es bietet eine hervorragende elektrische Isolierung und eignet sich daher für Hochspannungs- und elektronische Anwendungen.
Wie beständig ist Aluminiumoxid-Keramik gegen Korrosion?	Es widersteht der Korrosion durch Säuren, Laugen und geschmolzene Salze selbst bei hohen Temperaturen.
Kann Aluminiumoxidkeramik in biomedizinischen Anwendungen eingesetzt werden?	Ja, es ist biokompatibel und wird häufig für Implantate und zahnmedizinische Geräte verwendet.
Ist Aluminiumoxid-Keramik spröde?	Obwohl es sehr hart und widerstandsfähig ist, kann es bei Stößen oder plötzlichen Erschütterungen spröde werden.
Kann Aluminiumoxid-Keramik individuell angepasst werden?	Ja, es kann mit unterschiedlichen Reinheitsgraden, Dichten und Formen hergestellt werden, um spezifischen Anforderungen gerecht zu werden.

Warum Aluminiumoxid-Keramik?

Aluminiumoxid-Keramik vereint hervorragende mechanische Festigkeit, elektrische Isolierung, chemische Beständigkeit und Hochtemperaturleistung. Seine Anpassungsfähigkeit und bewährte Zuverlässigkeit in kritischen Anwendungen machen es zu einem Eckpfeiler in der modernen Technik.

Advanced Ceramic Hub liefert hochreine Aluminiumoxid-Keramikteile und Substrate für anspruchsvolle Anwendungen. Wir bieten kundenspezifische Geometrien, enge Toleranzen und gleichbleibende Qualität, um Ihre technischen und Leistungsanforderungen zu erfüllen.

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