Chemische Zusammensetzung: Hauptbestandteil ist Al₂O₃, dessen Reinheit typischerweise zwischen 75% und 99,9% liegt (angepasst an die Anwendungsanforderungen).
Kristallstruktur: Die bei hohen Temperaturen stabile Phase ist α-Al₂O₃ (Korundstruktur), die eine hohe Härte und einen hohen Schmelzpunkt aufweist.
Farbe: Typischerweise weiß oder elfenbeinfarben; wird bei hohen Reinheitsgraden durchscheinend.
Wichtigste Eigenschaften
Hohe Härte: Mohs-Härte von 9, nur Diamant und kubisches Bornitrid weisen eine höhere Härte auf.
Aluminiumoxidkeramik ist ein Hochleistungskeramikwerkstoff, dessen Hauptbestandteil α-Aluminiumoxid (α-Al₂O₃) ist. Aufgrund seiner hervorragenden physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften findet es breite Anwendung in Industrie, Elektronik, Medizin und anderen Bereichen.
Vorbereitungsprozess
1. Rohstoffaufbereitung: Reinigung von Bauxit oder chemische Synthese zur Herstellung von hochreinem Aluminiumoxidpulver.
2. Formgebung:
Trockenpressen (einfache Formen)
Schlickerguss (komplexe Formen)
Isostatisches Pressen (Hochleistungsbauteile)
3. Sintern: Hochtemperaturverdichtung (1600°C–1800°C) durch atmosphärisches oder Heißpresssintern.
4. Nachbearbeitung: Präzisionsschleifen und Polieren (hohe Bearbeitungskosten aufgrund der extremen Härte).
Klassifizierung (nach Al₂O₃-Gehalt)
Standard-Aluminiumoxidkeramiken: 75%–95% Al₂O₃, verwendet für allgemeine korrosionsbeständige und verschleißfeste Bauteile.
Hochreine Aluminiumoxidkeramik (≥99%): Anwendung in der Elektronik und Biomedizin, z. B. als isolierende Substrate, künstliche Gelenke.
Transparente Aluminiumoxidkeramik: Reinheit >99,9%, verwendet in Hochdruck-Natriumdampflampen und Infrarotfenstern.
Reichlich vorhandene Rohstoffquellen und vergleichsweise niedrige Kosten (verglichen mit Siliziumnitrid, Siliziumkarbid usw.).
Nachteile:
Hohe Sprödigkeit und geringe Temperaturwechselbeständigkeit (kann durch Modifizierung des Verbundwerkstoffs verbessert werden).
Die Bearbeitung mit hoher Präzision gestaltet sich schwierig. Aluminiumoxidkeramiken, die ein ausgewogenes Verhältnis von Wirtschaftlichkeit und Leistung bieten, zählen zu den am weitesten verbreiteten Strukturkeramiken. Sie bergen weiterhin ein erhebliches Wachstumspotenzial in Zukunftsfeldern wie der neuen Energietechnik und der Halbleiterindustrie.
Parameter
Typischer Wert
Einheit
Anmerkungen
Reinheit
92%, 95%, 96%, 99%, 99.5%, 99.9%
%
Höhere Reinheit führt im Allgemeinen zu überlegener Leistung
Dichte
3.6 3.98
g/cm³
Eine Reinheit von 99% wird erreicht
Biegefestigkeit
300 400 (96%) / 350 450 (99%)
MPa
Beeinflusst durch den Sinterprozess
Druckfestigkeit
2000 3000
MPa
Material mit hoher Härte
Elastizitätsmodul
300 380
GPa
Hohe Steifigkeit
Vickers-Härte (HV)
1500 1800
kgf/mm²
Hohe Verschleißfestigkeit
Bruchzähigkeit (KIC)
3.5 4.5
MPa·m¹/²
Relativ geringe Festigkeit, sprödes Material
Wärmeausdehnungskoeffizient
7 8 (20-1000°C)
×10⁻⁶/K
Temperaturabhängig
Wärmeleitfähigkeit
20 30 (25°C)
W/(m·K)
Den meisten Keramiken überlegen
Maximale Betriebstemperatur
1500 1700
°C
Unter Leerlaufbedingungen
Dielektrizitätskonstante (1 MHz)
9 10
-
Häufig verwendet in der Elektronikverpackung
Volumenwiderstand (20°C)
>10¹⁴
Ω·cm
Hervorragende Isoliereigenschaften
Durchschlagsfestigkeit
10 15
kV/mm
Hochspannungsisolationsanwendungen
Anwendung
Elektronikindustrie: Substrate für integrierte Schaltkreise, Isolatoren, Sensoren. Maschinenbau: Schneidwerkzeuge, Lager, verschleißfeste Auskleidungen. Medizintechnik: Künstliche Hüftgelenke, Zahnimplantate (ausgezeichnete Biokompatibilität). Chemische Industrie: Korrosionsbeständige Pumpen und Ventile, Katalysatorträger. Energiesektor: Natriumdampflampen, Beschichtungen für Lithiumbatterie-Separatoren. Militär/Luft- und Raumfahrt: Ballistische Panzerung, Raketendüsen.
Noko
Schwerpunkt auf Keramikforschung und -entwicklung sowie Innovation
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