Maßgeschneiderte Mikrostrukturen: Schlüssel zu neuen Keramiken
Aluminiumoxid-Matrix: Die bewährte Grundlage
Moderne oxidische Hochleistungskeramiken basieren überwiegend auf Mischkeramiken mit einer Aluminiumoxid- oder Zirkoniumdioxidmatrix. Bei Aluminiumoxidmatrixwerkstoffen erfolgt die Steigerung von Festigkeit und Bruchzähigkeit durch die gezielte Zulegierung von Zirkoniumdioxid. Dieses kann über die Zulegierung von Yttrium- und/oder Ceriumoxid in seinen Eigenschaften als metastabile Komponente entsprechend beeinflusst werden.
Ein weiterer bewährter Verstärkungsmechanismus ist die Einlagerung von hexagonalen Plättchen. Durch entsprechende Prozessführung beim Sintern werden festkörperchemische Reaktionen eingeleitet, die letztendlich zu maßgeschneiderten Gefügen führen. Diese kontrollierten Reaktionen ermöglichen es, die Mikrostruktur präzise auf die gewünschten Eigenschaften abzustimmen.
Komplexere Systeme für höhere Leistung mit Zirkoniumdioxid-Matrix
Ähnliche Mechanismen spielen bei Zirkoniumdioxidmatrixwerkstoffen eine entscheidende Rolle. Allerdings muss in diesem Fall zunächst die Matrix durch Zulegierung von entsprechenden Oxiden stabilisiert werden. Durch die Zulegierung von Aluminiumoxid und plateletbildenden weiteren Oxiden, wie beispielsweise Strontiumoxid oder Lanthanoxid, können die Mikrostrukturen der einzelnen Werkstoffe durch geeignete Prozessführung gezielt beeinflusst werden.
Besonders interessant ist die Möglichkeit, durch die Einlagerung von hexagonalen Plättchen und globularen Körnern eine spezielle Mikrostruktur mit bimodalem Charakter zu erzeugen. Diese duale Struktur kombiniert die Vorteile beider Kornformen und führt zu einer optimierten Balance zwischen Festigkeit und Zähigkeit.
Maßgeschneiderte Eigenschaften durch kontrollierte Prozessführung
Über die chemische Zusammensetzung und entsprechende Prozessführung können maßgeschneiderte Werkstoffe mit beeindruckenden mechanischen Eigenschaften hergestellt werden. Die erreichbaren Festigkeiten liegen bei bis zu 1500 MPa, während Bruchzähigkeiten von bis zu 15 MPa√m realisiert werden können. Diese Werte übertreffen viele konventionelle Werkstoffe deutlich.
Ein entscheidender Vorteil dieser neuen Keramikgenerationen liegt in ihrer hydrothermalen Beständigkeit. Im Gegensatz zu Y-TZP-Keramiken (Yttrium-stabilisiertes tetragonales Zirkoniumdioxidkeramik) zeigen diese Werkstoffe eine deutlich verbesserte Langzeitstabilität in feuchten Umgebungen, was ihre Anwendungsmöglichkeiten erheblich erweitert.
Die Zukunft der Hochleistungskeramiken
Die Entwicklung dieser maßgeschneiderten Keramiken zeigt das enorme Potenzial moderner Werkstofftechnik. Durch die gezielte Kontrolle der Mikrostruktur auf verschiedenen Längenskalen können Eigenschaften erreicht werden, die weit über das hinausgehen, was mit konventionellen Keramiken möglich war.
Unsere Werkstoffachleute arbeiten kontinuierlich an der Weiterentwicklung dieser innovativen Materialien, um ihre Leistungsfähigkeit stetig zu optimieren.
Dies eröffnet neue Anwendungsfelder in der Hochtemperaturtechnik, der Medizintechnik und anderen anspruchsvollen Bereichen, wo sowohl mechanische Festigkeit, Bruchzähigkeit als auch Langzeitstabilität gefordert sind.
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