Einführung
Keramikwerkstoffe sind anorganische, nichtmetallische Feststoffe. Sie können kristalliner oder amorpher Natur sein und werden durch geeignete Erhitzungs- und Abkühlbehandlungen dieser Materialien hergestellt. Chemisch können Keramikwerkstoffe als anorganische Oxide oder Non-Oxide definiert werden. Sie bestehen aus Partikelmaterialien, die kristalliner Natur sind. Die am häufigsten gesehenen Keramikwerkstoffe sind Töpferwaren und Ziegelsteine. Obwohl Keramik aus Ton hergestellt wird, finden sie heute in vielen Anwendungen im Ingenieurwesen, in der Halbleiterindustrie, bei Werkzeugen, der Ballistik, Gasturbinenmotoren, Uhren, Zahnimplantaten, Kunstknochen und Raumfahrtantrieb Verwendung.
Keramikoxide
- Keramikoxide (z. B. Alumina oder Zirkonia) sind gegen Oxidation beständig. Sie reagieren nicht chemisch, daher sind sie gute elektrische und thermische Isolatoren. Oxidkeramik muss extrem rein sein, sodass der Herstellungsprozess sehr aufwendig und komplex sein muss, um sicherzustellen, dass keine Verunreinigungen zurückbleiben, die die Eigenschaften dieser Keramik erheblich verändern könnten. Weiterhin sind Wärmebehandlungen für diese Keramikwerkstoffe darauf abgestimmt, ihnen eine bestimmte Kristallstruktur zu verleihen.
Non-Oxide-Keramik
- Non-Oxide-Keramik (z. B. Karbide, Boride, Nitride oder Silicide) neigen typischerweise stärker zur Oxidation. Diese Verbindungen sind sehr hart und chemisch inert, sodass sie gute thermische und elektrische Leitfähigkeitseigenschaften haben. Die Herstellung von Non-Oxide-Keramikwerkstoffen ist im Allgemeinen ein dreistufiger Prozess, bei dem die erforderlichen Non-Oxide zuerst vorbereitet, dann in bestimmten Verhältnissen zu einem Pulvermaterial gemischt und schließlich in einer kontrollierten sauerstofffreien Umgebung erhitzt werden.
Komposite
- Komposite sind eine Kombination aus Oxiden und Non-Oxiden, die mithilfe von Partikelmaterial miteinander verstärkt wurden. Sie sind im Allgemeinen zäh und teuer in der Herstellung. Ihre Leitfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit variiert je nach genauer Zusammensetzung. Es ist möglich, eine Vielzahl von Verbundkeramiken basierend auf der verschiedenen Kombination von Oxiden, Non-Oxiden und Polymeren (d. h. einer chemischen Verbindung, die im Wesentlichen aus sich wiederholenden Struktureinheiten besteht) herzustellen. Die Zähigkeit, Härte und Leitfähigkeit von Kompositen kann je nach ihren zukünftigen Anwendungen angepasst werden.
Ferrit-Magnete
- Ferrit-Magnete sind kostengünstige Keramikwerkstoffe. Sie sind sehr spröde und sollten daher nicht in strukturellen Anwendungen verwendet werden. Ferrit-Magnete haben eine relativ geringe thermische Beständigkeit und beginnen sich bei etwa 300 Grad Celsius zu zersetzen. Diese werden unter Verwendung von Eisenoxid und Strontium- oder Bariumsilizat hergestellt, die zusammen mit einem Keramikbindemittel gepresst werden.
BAM
- BAM ist ein Keramikwerkstoff, der Bor, Aluminium, Magnesium und Titandiborid enthält. Es ist eines der härtesten und glattesten bekannten Keramikwerkstoffe. Es findet überall dort Anwendung, wo harte Materialien benötigt werden, die verschleißfest sind und reibungsfreie Umgebungen erfordern, wie Beschichtungen auf beweglichen Teilen von Geräten und Maschinen.
