Oxidkeramiken:
Aluminiumoxidkeramik (Al2O3):
Aluminiumoxid ist einer der wichtigsten oxidkeramischen Werkstoffe, da er in vielen technischen Gebieten Anwendung findet. Er zeichnet sich vor allem durch folgende Eigenschaften aus:
- hohe Härte und Festigkeitswerte
- hohe Temperaturbeständigkeit
- hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit selbst bei aggressiven Medien und hohen Temperaturen
- gute elektrische Isoliereigenschaften
- mittlere Wärmeleitfähigkeiten
Aluminiumoxidkeramik wird dank ihrer elektrischen und thermischen Eigenschaften als elektrischer Isolator, Verschleißschutz oder Hitzeschutz bzw. Wärmeleiter eingesetzt. Durch ihre mechanischen Eigenschaften, wie die hohe Biegefestigkeit und die relativ geringe Wärmeausdehnung kommt sie aber auch in rein mechanischen Anwendungen zum Einsatz.
Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit den wichtigsten Materialeigenschaften:
Eigenschaft | Einheit | 95% Al2O3 | 99,5% Al2O3 |
Aluminiumoxidgehalt | % | 95,20 | 99,5 |
Dichte | g / cm³ | ≥ 3,55 | ≥ 3,85 |
Härte | HRA | ≥ 85 | ≥ 88 |
Biegefestigkeit | MPa | 250 | 350 |
max. Einsatztemperatur ohne mech. Last | °C | 1500 | 1500 |
linearer Ausdehnungskoeffizient | x 10-6 / K | 7,5 | 8,0 |
spezif. Widerstand (20°C /1000°C) | Ω x cm | 1014 / 109 | 1014 / 109 |
Wärmeleitfähigkeit | W / m x K (20°C) | 20 | 26 |
Zirkoniumdioxid (ZrO2):
Zirkoniumdioxid (auch als Zirkonoxid bezeichnet) hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Dies liegt vor allem an folgenden Eigenschaften:
- sehr gute Biegebruch - und Zugfestigkeit
- hohe Bruch- und Risszähigkeit
- sehr gute Korrosions- und Verschleißbeständigkeit
- Sauerstoffionenleitfähigkeit (Einsatz in Lamdasonden)
- niedrige Wärmeleitfähigkeit
- relativ hoher Wärmeausdehungskoeffizient, ähnlich zu einigen Metallen bzw. Stahllegierungen
- sehr gute tribologische Eigenschaften (sehr gut für Gleitpaarungen geeignet)
Durch die Zugabe von Stabilisatoren können die Hochtemperaturmodifikation der Kristallstruktur auch bei tiefen Temperaturen stabilisiert und somit die Materialeigenschaften an die jeweiligen Anwendungsanforderungen angepasst werden. Als Stabilisatoren kommen zum Beispiel Yttriumoxid (Y2O3), Magnesiumoxid (MgO), oder Calciumoxid (CaO) zum Einsatz, welche dem Zirkoniumdioxid zugesetzt werden.
Durch die oben beschriebenen Eigenschaften wird Zirkoniumdioxid bei mechanisch stark belasteten Bauteilen eingesetzt. Außerdem wird es in Sensoren als Ionenleiter angewendet ( z.B. Lamdasonde). Durch die guten Gleiteigenschaften kommt es auch in der Lagertechnik in Form von Hybrid- oder Vollkeramikkugellagern zum Einsatz.
Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit den wichtigsten Materialeigenschaften:
Eigenschaft | Einheit | teilstabilisiertes ZrO2 |
Zirkoniumdioxidgehalt ZrO2 | % | 94,6 |
Yttriumgehalt Y2O3 | % | 5,4 |
Dichte | g / cm³ | ≥ 5,95 |
Härte HV | GPa | ≥ 12 |
Biegefestigkeit | MPa | >1150 |
Bruchzähigkeit | MPa x √m | 7-10 |
Korngröße | µm | <0,5 |
linearer Ausdehnungskoeffizient | x 10-6 / K (20-400°C) | 9,6 |
Elastizitätsmodul | GPa | 205 |