Technische Keramiken im Vergleich

Was technische Keramik ausmacht

Technische Keramiken sind Hochleistungswerkstoffe für Aufgaben, bei denen Metalle und Kunststoffe an ihre Grenzen kommen: Sie sind sehr hart und verschleißfest, halten hohe Temperaturen aus und sind gegen die meisten Chemikalien beständig. Dafür sind sie spröde, verformen sich vor dem Bruch also nicht. In diesem Ratgeber stellen wir Ihnen die vier wichtigsten Werkstoffe vor: Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumnitrid und Siliziumcarbid. Alle Zahlen sind Richtwerte, die genauen Werte hängen von Reinheit und Herstellung ab.

Aluminiumoxid (Al₂O₃)

Aluminiumoxid ist die meistverwendete technische Keramik. Sie ist hart, verschleißfest, isoliert elektrisch sehr gut und hält hohe Temperaturen aus. Typische Bauteile sind Isolatoren, Schutzrohre für Thermoelemente, Führungen und Verschleißteile.

• Hohe Härte und Verschleißfestigkeit
• Sehr gute elektrische Isolation, auch bei hohen Temperaturen
• Hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit
• Günstigste der vier Keramiken

• Spröde, empfindlich gegen Schläge
• Nur mäßig beständig gegen schnelle Temperaturwechsel

Zirkonoxid (ZrO₂)

Zirkonoxid ist die zäheste der vier Keramiken. Ein Riss verändert an seiner Spitze das Kristallgefüge, das bremst ihn ab. Dadurch verträgt Zirkonoxid Schläge und Biegung besser als Aluminiumoxid. Es leitet Wärme sehr schlecht und dehnt sich ähnlich wie Stahl aus. Typische Bauteile sind Messer, Mahlkörper, Ventilteile und Implantate.

• Höchste Bruchzähigkeit der vier Keramiken
• Gute Verschleißfestigkeit und sehr glatte Oberflächen
• Wärmedehnung ähnlich wie Stahl, gut mit Metallteilen kombinierbar
• Wärmedämmend

• Altert in heißer, feuchter Umgebung, etwa bei Dampf, das Gefüge wandelt sich langsam um
• Verliert bei hohen Temperaturen deutlich an Festigkeit
• Schwerer und teurer als Aluminiumoxid

Siliziumnitrid (Si₃N₄)

Siliziumnitrid verbindet hohe Festigkeit und gute Zähigkeit mit geringer Dichte und einer sehr guten Beständigkeit gegen Temperaturwechsel. Bekannt ist es vor allem aus Wälzlagern: Kugeln aus Siliziumnitrid sind leichter als Stahlkugeln, kommen auch mit knapper Schmierung länger aus und isolieren elektrisch.

• Sehr hohe Festigkeit, auch bei hohen Temperaturen
• Sehr gute Beständigkeit gegen Temperaturwechsel
• Geringe Dichte, etwa 40 % leichter als Stahl
• Elektrisch isolierend

• Teurer in der Herstellung
• Oxidiert bei sehr hohen Temperaturen an der Luft

Siliziumcarbid (SiC)

Siliziumcarbid ist extrem hart, leitet Wärme sehr gut und ist gegen fast alle Säuren und Laugen beständig. Durch die gute Wärmeleitung verträgt es auch Temperaturwechsel gut. Anders als die anderen drei Keramiken isoliert es nicht, sondern ist ein Halbleiter. Typische Bauteile sind Gleitringdichtungen, Düsen, Schleifmittel, Brennhilfsmittel und Wärmetauscher.

• Sehr hohe Härte und Verschleißfestigkeit
• Sehr gute Wärmeleitung und hohe Temperaturbeständigkeit
• Hervorragende chemische Beständigkeit

• Spröder als Zirkonoxid und Siliziumnitrid
• Kein Isolator, für elektrische Isolation ungeeignet

Die vier Keramiken im Vergleich

Bearbeitung

Technische Keramiken werden in Form gepresst oder gegossen und dann bei hohen Temperaturen gesintert. Danach sind sie so hart, dass sie sich nur noch mit Diamantwerkzeugen schleifen, bohren oder trennen lassen. Planen Sie Bauteile deshalb möglichst so, dass Sie fertige Rohre, Stäbe oder Platten nur noch ablängen oder einbauen müssen. Gebohrt und geschliffen wird nass, mit wenig Druck und ohne Schläge, sonst platzen Kanten aus.