Überraschende Fakten über Keramik, die Sie nicht wussten

Keramik ist allgegenwärtig - von Haushaltskeramik bis hin zu fortschrittlichen Komponenten für die Luft- und Raumfahrt. Während die meisten Menschen Keramik mit zerbrechlichem Geschirr oder Fliesen assoziieren, haben diese Materialien unglaubliche Eigenschaften, die weit über das hinausgehen, was Sie vielleicht erwarten. Hier sind einige überraschende Fakten über Keramik, die Ihre Sichtweise verändern werden.

10 überraschende Fakten über Keramik

1. Heiße Temperaturen machen ihnen nichts aus. Einige Keramiken schmelzen selbst bei Temperaturen von über 2.000 °C (3.600 °F) nicht. Diese Eigenschaft von Keramik macht sie sehr wichtig für Weltraumsatelliten und Düsentriebwerke.
2. In einigen Bereichen härter als Stahl. Siliziumkarbid und Borkarbid gehören zu den Materialien, die härter als Stahl sind. Sie sind nicht so hart wie Diamanten, aber nahe dran.
3. Leichte Panzerung. Durch die Entwicklung von Hochleistungskeramiken, die die Komponenten Aluminiumoxid und Borkarbid verwenden, können nun leichte Schutzwesten hergestellt werden. Diese Panzerungen kombinieren Leichtigkeit mit der Fähigkeit, Kugeln abzuwehren.
4. Biomedizinische Implantate sind körperfreundlich. Zirkoniumdioxid-Keramik und Hydroxylapatit-Keramik werden aufgrund ihrer Verträglichkeit und Härte für Zahnkronen, Gelenkersatz und Knochentransplantate verwendet.
5. Es gibt sie in durchsichtigen Varianten. Es gibt transparente Keramiken mit der Bezeichnung Aluminiumoxynitrid (ALON), deren Eigenschaften stärker sind als die von Glas und die sich für gepanzerte Fenster und moderne optische Systeme eignen.
6. Sie werden für die Stromversorgung von Elektronik verwendet. Ihr Smartphone, Ihr Computer und Ihr Fernseher verwenden alle keramische Bauteile wie Kondensatoren, Halbleiter und Isolatoren, da sie einen hohen elektrischen Widerstand haben.
7. Eines der ältesten bekannten von Menschen hergestellten Materialien. Keramik wird seit über 10.000 Jahren von Menschen hergestellt, von Töpferwaren bis hin zu Schreibunterlagen.
8. Man kann diese Materialien auch viel härter machen. Keramik ist ein zerbrechliches Material, aber technische Keramik kann stoßfest gemacht werden. Daher werden technische Keramiken in der Raumfahrt und für militärische Anwendungen eingesetzt.
9. Sie helfen bei der Bekämpfung der Umweltverschmutzung. Keramische Filter reinigen Wasser und Luft, und in Autos gibt es Katalysatoren, die mit Hilfe von Keramik die Emissionen senken.
10. Einige Materialien besitzen die Fähigkeit zur Selbstreparatur. Forscher arbeiten an selbstheilenden Materialien, die in der Lage sind, winzige Risse in keramischen Materialien zu reparieren, was potenzielle Anwendungen in Flugzeugen ermöglicht.

Hinweis: In den Erläuterungen wird näher darauf eingegangen, warum die einzelnen Keramiken bei bestimmten Anwendungen den anderen vorzuziehen sind. Weitere Informationen finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Hochleistungskeramik: Tonerde, Zirkoniumdioxid und andere Sorten

Tonerde

Tonerde oder Aluminiumoxid ist ein geläufiger Name im Bereich der Hochleistungskeramik. Die Verbindung wird wegen ihrer Härte, Verschleißfestigkeit und elektrischen Isolationseigenschaften sehr geschätzt. Es ist hochtemperaturbeständig und wird häufig bei der Herstellung von Komponenten für Öfen und anderen feuerfesten Gegenständen verwendet. In der Elektronikindustrie ist es ein stabiles Basismaterial für die Herstellung integrierter Schaltkreise. Im medizinischen Bereich wird es aufgrund seiner Biokompatibilität implantiert.

Zirkoniumdioxid

Zirkoniumdioxid, auch "keramischer Stahl" genannt, zeichnet sich durch seine Festigkeit und Duktilität aus und kann nicht brechen oder zerbrechen. Obwohl es nicht biologisch abbaubar und relativ teuer ist, findet Zirkoniumdioxid sehr wichtige Anwendungen als Strukturkeramik, Zahnkronen und Hüftgelenke, die zyklischen Belastungen standhalten und stark genug sind, um Dauerbelastungen standzuhalten, ohne zu brechen oder zu zerbrechen.

Bornitrid

Bornitrid hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig hoher elektrischer Isolierung; es wird oft als "weißer Graphit" bezeichnet. Bornitrid ist sehr oxidationsbeständig bis 1000°C. Es dient als Schmiermittel und Formtrennmittel bei Hochtemperaturanwendungen wie der Metall- und Glasbearbeitung.

Borkarbid

Borkarbid ist eines der härtesten bekannten Materialien, weshalb es in Panzerungen, kugelsicheren Westen und Fahrzeugpanzern eingesetzt wird. Seine relative Leichtigkeit in Verbindung mit seiner Härte macht es auch zu einer wichtigen Verbindung für Strahlen, Schneidwerkzeuge und dergleichen.

Häufig gestellte Fragen

Aus welchen Gründen werden Keramiken in medizinischen Implantaten verwendet?

Keramiken wie Aluminiumoxid oder Zirkoniumdioxid sind biokompatibel, korrosionsbeständig, nicht abrasiv und daher für den Einsatz in Implantaten geeignet.

Sind alle Keramiken von Natur aus spröde?

Herkömmliche Keramiken sind von Natur aus spröde, doch moderne oder technische Keramiken, insbesondere Zirkoniumdioxid, sind so konzipiert, dass sie weniger spröde sind und eine höhere Zähigkeit aufweisen.

Wie unterscheidet sich Bornitrid von Graphit?

Bornitrid ist ein hervorragender elektrischer Isolator, im Gegensatz zu Graphit. Es verfügt über die gleiche Schmierfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit.

Warum wird Borcarbid für die Herstellung von Panzern verwendet?

Da es sehr hart und ballistisch beständig ist, eignet es sich hervorragend zur Absorption und Ableitung von Stoßenergie.

Leiten Keramiken Elektrizität?

Keramiken sind meist Isolatoren, aber es gibt auch leitfähige Oxide, die Elektrizität gut leiten können.