Einführung in Aluminiumoxid-Keramikwerkstoffe
Aluminiumoxidkeramiken sind industrielle Oxidkeramiken, die aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) bestehen. Je nach Al₂O₃-Gehalt und Art der verwendeten Additive lassen sich verschiedene Aluminiumoxid-Werkstoffe herstellen. Nach dem Al₂O₃-Gehalt werden die Sorten beispielsweise 75%, 85%, 95% und 99% unterschieden. Basierend auf den Unterschieden in der Kristallphase lassen sich die Typen Mullit, Korund-Mullit und reiner Korund einteilen. Durch die Zugabe verschiedener Additive und den Einsatz geeigneter Herstellungsverfahren können Aluminiumoxidkeramiken in unterschiedlichen Größen und Formen gefertigt werden.
Aluminiumoxidkeramik wird typischerweise aus Bauxit hergestellt und kann durch verschiedene Verarbeitungsverfahren geformt werden. Spritzgießen, Formpressen, isostatisches Pressen, Schlickergießen, Diamantbearbeitung und Extrusion sind gängige Techniken zur Herstellung von Aluminiumoxidkeramik. Ähnlich wie andere wichtige technische Werkstoffe, beispielsweise Aluminiumnitrid, kann Aluminiumoxid durch Trockenpressen mit anschließendem Sintern oder Heißpressen mit geeigneten Additiven verarbeitet werden.
Eigenschaften von Aluminiumoxid-Keramikwerkstoffen
Aluminiumoxidkeramiken zeichnen sich durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit, außergewöhnliche mechanische Festigkeit und ausgezeichnete elektrische Isolationseigenschaften aus und gehören daher zu den am häufigsten verwendeten Keramiken in strukturellen, verschleißbeanspruchten und korrosiven Umgebungen.
1. Elektrische Isolierung: Aluminiumoxidkeramiken besitzen hervorragende elektrische Isolationseigenschaften und sind in der Lage, extrem hohen Strömen standzuhalten. Ihr elektrischer Widerstand steigt mit zunehmender Reinheit, wodurch sie sich für Leiterplatten, Isolatoren, Elektronikgehäuse und ähnliche Anwendungen eignen.
2. Mechanische Festigkeit: Aluminiumoxidkeramiken zeichnen sich durch außergewöhnliche Härte und Festigkeit sowie hervorragende Verschleißfestigkeit und Langlebigkeit aus. Sie werden häufig in abrasiven Umgebungen eingesetzt, beispielsweise für Schneidwerkzeuge, Lager und verschleißfeste Bauteile.
3. Chemische Inertheit: Aluminiumoxidkeramiken sind chemisch inert und korrosionsbeständig und eignen sich daher für korrosive chemische Umgebungen. Zu den Anwendungsgebieten gehören Anlagen für die chemische Verfahrenstechnik, Laborgeräte und korrosionsbeständige Beschichtungen.
4. Hochtemperaturbeständigkeit: Aluminiumoxidkeramiken zeichnen sich durch hervorragende thermische Stabilität aus, wodurch sie extremen Temperaturen standhalten, ohne ihre strukturelle Integrität zu beeinträchtigen. Diese Eigenschaft macht sie ideal für Ofenauskleidungen, Heizelemente und Tiegelanwendungen.
Anwendungen von Aluminiumoxid-Keramikwerkstoffen
1. Biomedizinische Anwendungen: Im Gesundheitswesen werden Aluminiumoxidkeramiken aufgrund ihrer Biokompatibilität, Verschleißfestigkeit und Inertheit für Zahnimplantate, künstliche Gelenke und chirurgische Instrumente verwendet.
2. Elektronik- und Halbleiterindustrie: Aluminiumoxidkeramiken dienen aufgrund ihrer Wärmeleitfähigkeit, elektrischen Isolationsfähigkeit und Kompatibilität mit Halbleiterprozessen als Substrate für elektronische Bauteile wie integrierte Schaltungen, Sensoren und Mikroelektronik.
3. Automobilkomponenten: Aluminiumoxidkeramiken werden aufgrund ihrer thermischen Stabilität, mechanischen Festigkeit und Beständigkeit gegen Temperaturschocks im Automobilbau für Zündkerzenisolatoren, Katalysatorsubstrate und Sensoren eingesetzt.
4. Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt: Aluminiumoxidkeramiken spielen eine entscheidende Rolle in der Luft- und Raumfahrttechnik. Ihre geringen Eigenschaften, ihre Hitzebeständigkeit und ihre mechanische Robustheit machen sie geeignet für Raketenkomponenten, Wärmebarrieren und Hitzeschilde.
Produktionsprozessablauf für Aluminiumoxid-Keramikmaterialien
Der Herstellungsprozess von Aluminiumoxidkeramik variiert je nach spezifischer Anwendung und den geforderten Eigenschaften des Endprodukts. Der allgemeine Prozess umfasst typischerweise die folgenden Schritte:
1. Pulverpräparation: Die Produktion beginnt üblicherweise mit der Herstellung von Aluminiumoxidpulver durch verschiedene Verfahren wie Fällung, Sol-Gel-Verfahren oder mechanisches Mahlen.
2. Gestaltung: Das vorbereitete Aluminiumoxidpulver wird dann je nach Komplexität des Endprodukts durch Techniken wie Pressen, Gießen oder Extrudieren in die gewünschte Form gebracht.
3. Sintern: Die so entstandenen Aluminiumoxidkomponenten werden gesintert. Dabei werden sie in einer kontrollierten Atmosphäre auf hohe Temperaturen erhitzt, um die Partikel zu verschmelzen und eine dichte Keramikstruktur zu bilden.
4. Abschluss: Nach dem Sintern können die Aluminiumoxidkeramiken weiteren Bearbeitungsschritten wie Zerspanen, Schleifen oder Polieren unterzogen werden, um die erforderlichen Abmessungen, Oberflächengüte und Präzision zu erreichen.
Das Produktsortiment von Norke umfasst spezialisierte Keramikwerkstoffe, darunter Aluminiumoxidkeramik. Diese Produkte finden breite Anwendung in verschiedenen High-End-Branchen, darunter Elektronik, Maschinenbau, Chemie, Metallurgie, neue Energien und Halbleiter.