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Keramische Materialien:
Bedeutung und Anwendung

Keramik ist ein anorganischer, nichtmetallischer Werkstoff. Er wird mit Zugabe von Wasser geformt, bei Raumtemperatur getrocknet und in einem Brennprozess gehärtet. Keramische Werkstoffe können sowohl natürlichen Ursprungs sein, als auch synthetisch hergestellt. Mithilfe von hochreinen synthetischen keramischen Materialien können die Materialeigenschaften je nach Bauteil oder Anwendung individuell eingestellt werden.

Typische keramischen Rohstoffe sind zum einen Silikat-Rohstoffe, die meist natürlichen Ursprungs sind. Dabei zählen Tonminerale und deren Gemische, Kaoline (Porzellanerde) oder nichtplastische Rohstoffe dazu. Ein weitere Rohstoffklasse der Keramik sind die oxidischen Rohstoffe, die insbesondere in der technischen Keramik viele Anwendungen finden. Sie werden zum Teil synthetisch hergestellt und typische Vertreter sind Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Berylliumoxid und Titanoxid. Daneben gibt es noch nichtoxidische keramische Rohstoffe, die ebenso in der technischen Keramik eingesetzt werden und vollständig synthetisch hergestellt werden. Hierzu zählen insbesondere Siliziumcarbid, Bornitrid und Borcarbid.

Die wichtigsten Eigenschaften von Materialien aus der technischen Keramik sind:

  • Hitzebeständigkeit bis weit über 1000 °C
  • Elektrisches Isolationsvermögen (je nach Typ)
  • Hohe Dielektrizitätskonstanten
  • Abrieb- und Verschleißfestigkeiten
  • Große Härte und Formstabilität
  • Korrosionsbeständigkeit
  • Hohe mechanische Festigkeit
  • Geringe thermische Ausdehnung

Keramische Materialien werden heute oft anstelle von Metallen verwendet. Beispielweise werden sie im Bereich der Medizin bei Ersatz für Knochen und Zähnen verwendet. Ein weiteres bedeutendes Anwendungsgebiet sind die sogenannten Heißanwendungen wie z.B. der Ofenbau, Heiz- oder Brennelemente mit bis zu 2500 °C. Weiterhin werden keramische Rohstoffe häufig in elektrischen Bauelementen wie Keramikkondensatoren oder auch als Isolatormaterial eingesetzt. Aufgrund der vielen positiven Eigenschaften von keramischen Materialien gibt es eine große Bandbreite an verschiedenen Anwendungen. Einzig nachteilig gegenüber Metall wird sich die geringe Bruchzähigkeit aus, wodurch keramischen Materialien im Vergleich schneller spröde werden.

Aufgrund der großen Hitzebeständigkeit eignen sich diese Rohstoffe auch für Markierungslösungen wie keramische Tinten. Diese können insbesondere in sehr harschen Produktionsbedingungen, wie z.B. im Presshärten in der Automobilindustrie (Temperaturen über 900 °C) eine lückenlose Kennzeichnung von Bauteilen ermöglichen.