Welche Materialien werden beim Keramikspritzgießen verwendet?

Häufige Materialien beim CIM

Zusammenfassend kann CIM komplexe Keramikkomponenten aus Materialien wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumkarbid und Siliziumnitrid in Massenproduktion herstellen. Jedes Material bietet außergewöhnliche Leistung, wie hohe Härte, Festigkeit, Temperaturbeständigkeit oder Korrosionsbeständigkeit. CIM erweitert die Designoptionen und ermöglicht neue Anwendungen mit fortschrittlichen Struktur- und Funktionskeramiken.

Das Keramikspritzgießen (CIM) nutzt Keramikpulver und Bindemittel als Formmasse. Die Zusammensetzung und Eigenschaften der Ausgangspulver bestimmen die Eigenschaften der fertigen Keramikkomponente. Die am häufigsten verwendeten Keramikmaterialien beim CIM sind:

Aluminiumoxid (Al2O3)

Aluminiumoxid ist eines der vielseitigsten Keramikmaterialien beim CIM. Es verfügt über ausgezeichnete Härte, Verschleißfestigkeit und Temperaturstabilität. Es werden Aluminiumoxidpulver mit fein abgestimmter Partikelgrößenverteilung und hohen Reinheitsgraden verwendet. Einige grundlegende Eigenschaften sind:

- Hohe Härte - Vickershärte von 1600-1800 HV

- Druckfestigkeit über 4000 MPa

- Biegefestigkeit um 330 MPa

- Schmelzpunkt von 2050°C

- Ausgezeichnete Korrosions- und Verschleißbeständigkeit

Aufgrund seiner hohen Festigkeit und Verschleißfestigkeit ist Aluminiumoxid ideal für Automobilkomponenten wie Kolben, Stößel, Dichtflächen und Düsenführungen. Es wird auch für Schneidwerkzeuge, Lager, Zahnräder und Verschleißplatten verwendet. Bioinertes Aluminiumoxid eignet sich für Zahnimplantate und orthopädische Prothesen.

Zirkonoxid (ZrO2)

Zirkonoxid bietet im Vergleich zu anderen Keramiken eine sehr hohe Bruchzähigkeit und Biegefestigkeit. Feine Zirkonoxidpulver, die in der tetragonalen Phase stabilisiert sind, werden beim CIM verwendet. Wichtige Eigenschaften sind:

- Vickershärte über 1200 HV

- Biegefestigkeit bis zu 1000 MPa

- Bruchzähigkeit um 7-8 MPa√m

- Geringe Wärmeleitfähigkeit

- Korrosionsbeständig

Die Festigkeit und Zähigkeit von Zirkonoxid machen es wertvoll für hochbelastete Komponenten wie Ventile, Strangpressmatrizen, Messer und Mischerblätter. Es wird auch für Sauerstoffsensoren, Brennstoffzellenmembranen und medizinische Implantate wie Hüftgelenke verwendet.

Siliziumkarbid (SiC)

Siliziumkarbid verfügt über eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Es hat hohe Härte und Festigkeit bei erhöhten Temperaturen. Reaktionsgebundene SiC-Pulver werden häufig beim CIM verwendet. Wichtige Eigenschaften sind:

- Härte ähnlich wie Aluminiumoxid

- Biegefestigkeit um 550 MPa

- Wärmeleitfähigkeit 90-120 W/mK

- Schmelzpunkt 2700°C

- Beibehaltung der Festigkeit bei hohen Temperaturen

Durch CIM hergestellte SiC-Komponenten sind ideal für Automobilanwendungen wie Partikelfilter, Keramikturbinenschaufeln und Abgaswärmetauscher. Es eignet sich auch für Heizelemente, ballistische Panzerplatten und Luft- und Raumfahrtkomponenten.

Siliziumnitrid (Si3N4)

Siliziumnitrid bietet hohe Temperaturfestigkeit und Kriechbeständigkeit. Seine Eigenschaften umfassen:

- Härte von 1700 HV

- Festigkeit über 650 MPa bei 1000°C

- Bruchzähigkeit um 6 MPa√m

- Schmelzpunkt 1900°C

- Ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit

Si3N4 eignet sich für Automobilmotorkomponenten, Gasturbinenteile, Turboladerrotoren, Raketenspitzen und Düsen für Raumfahrttriebwerke. Es ist beständig gegen Oxidation und thermischen Schock.

Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Verbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe aus Aluminiumoxid und Zirkonoxid kombinieren wünschenswerte Eigenschaften wie hohe Härte, Festigkeit und Zähigkeit. Je nach Anforderungen können unterschiedliche Verhältnisse verwendet werden. Einige Beispieleigenschaften sind:

- Härte von 1500 HV

- Festigkeit um 1200 MPa

- Zähigkeit 4-6 MPa√m

- Gute Verschleißfestigkeit

- Hohe Temperaturstabilität

Diese Verbundwerkstoffe sind ideale Schneidwerkzeuge, Strangpressmatrizen, Rollenführungen und medizinische Implantate, die ein Gleichgewicht aus Festigkeit, Zähigkeit und Bioinertheit erfordern. Die Eigenschaften können auf spezifische Bedürfnisse zugeschnitten werden.

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