oxidkeramische Werkstoffe

oxidkeramische Werkstoffe,

 

zu den nichtmetallisch-anorganischen Werkstoffen zählende Materialien, v. a. die hochschmelzenden Oxide Aluminium-, Zirkon- und Magnesiumoxid, deren günstige Eigenschaften (hohe Härte, Festigkeit und Isolierfähigkeit) auch noch in Temperaturbereichen oberhalb 1 000 ºC erhalten bleiben. Oxidkeramische Werkstoffe finden als Magnetwerkstoffe, als Brennelement, in der Halbleitertechnik und als Hochtemperatur-Supraleiter Verwendung. Hauptvertreter ist das Aluminiumoxid, das zusätzlich noch eine sehr gute chemische Beständigkeit aufweist.

 

In den letzten Jahren wurden speziell Aluminium- und Zirkonoxid mit dem Ziel weiterentwickelt, diese Werkstoffe für Bauteile im Maschinenbau als Konstruktionswerkstoffe einzusetzen. Hierbei werden hochreine, feine Pulver (Teilchengröße < 1 μm) pulvertechnologisch verdichtet. Zur Steigerung der mechanischen Festigkeit nutzt man dabei die Volumenvergrößerung bei der Umwandlung von der monoklinen in eine tetragonale Struktur bei Zirkonoxid aus, die es ermöglicht, in das feinkörnige Gefüge gezielt Mikrorisse einzubringen, sodass ein katastrophales Rissversagen bei hoher mechanischer Belastung oder Wechselbelastung nicht eintritt. Da reines monoklines Zirkonoxid nicht herstellbar ist, wird die tetragonale Phase durch Zusätze von Calcium, Magnesium, Yttrium teilweise oder ganz stabilisiert. Die dadurch eintretende Verschlechterung der Wärmeleitfähigkeit, kombiniert mit einem ansteigenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten, wird kompensiert durch Zugabe von Aluminiumoxid, sodass ein Verbundwerkstoff entsteht.