Technische Keramik Gefügedesign optimiert Hochleistungskeramik

Der Leistungsschlüssel keramischer Hochleistungswerkstoffe liegt in der Zusammensetzung der Rohstoffe. Die Rohstoffgüte kann bestimmte Eigenschaften extrem verändern. Bei technischer Keramik findet daher ein Gefügedesign statt.

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Mit der Erfindung der Glühlampe Mitte des 19. Jahrhunderts hat die technische Keramik Einzug in die Welt der Technik gefunden. Die ersten Sorten basierten noch auf natürlich vorkommenden silikatkeramischen Rohstoffen und zeichneten sich im Vergleich zu anderen Werkstoffen durch ihre sehr gute elektrische Isolationsfähigkeit aus. Doch schon bald war der Wunsch nach keramischen Werkstoffen mit noch höheren Festigkeiten und einer noch besseren Schadenstoleranz geboren und der Know-how-Erwerb zum Gefügedesign von Hochleistungskeramik begann. Er wird wohl auch nie abgeschlossen sein, weil es stets neue, anspruchsvollere Anforderungsprofile zu meistern gilt.

Aufbereitung der Rohstoffmasse ist der Schlüssel bei der Keramik-Herstellung

Dabei gibt es eine Vielzahl von Parametern, die das Gefüge eines Werkstoffes und somit das entstehende Werkstoffprofil beeinflussen, wie es Bild 1 skizziert. Ausgewählte Roh- und Hilfsstoffe legen die Grundlage für einen Werkstoff und dessen mögliche Potenziale. Zusätzlich zur Werkstoffreinheit nehmen zum Beispiel auch die strukturelle Feinheit, die freie Oberfläche und die Herstellungsgeschichte einen Einfluss auf das Resultat. Als Schlüsselprozess bei der Herstellung technischer Keramik ist aber die Aufbereitung der Rohstoffe anzusehen. Hier werden die wesentlichen Grundlagen für ein homogenes und einwandfrei zu verarbeitendes Granulat gelegt, das wiederum eine wichtige Voraussetzung für eine möglichst fehlerfreie Keramik ist.

Vielfältige Einflussmöglichkeiten auf die Werkstoffkennwerte

Die Art des Mahlprozesses und die Art des Sprühprozesses sowie deren Führung beeinflussen deutlich das resultierende Gefüge und somit dessen Eigenschaften. Ist die Masse hergestellt, schließen sich die Formgebung und die Sinterung dem Mahl- und den Sprühprozess an. Sowohl die Auswahl des Formgebungsverfahrens als auch die Sinterkurve wird dabei hauptsächlich durch die Bauteilgeometrie bestimmt. Und auch diese Prozessschritte haben einen Einfluss auf die Ausbildung des Gefüges und müssen beherrscht werden, um das vollständige Potenzial eines Werkstoffkonzeptes ausnutzen zu können.

Die Anzahl der Einflussmöglichkeiten ist groß und die Kenntnisse zur Einflussnahme wachsen ständig. So gibt es in jeder Keramikgruppe eine Vielzahl von Werkstofftypen, deren physikalische oder mechanische Eigenschaften sich zum Teil deutlich voneinander unterscheiden können. Im Folgenden werden ausgewählte Beispiele vorgestellt, um den Einfluss der Rohstoffe und der Zusammensetzung auf die Werkstoffkennwerte zu erläutern.

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