Hannover Messe 2000

  Treffpunkt Keramik auf der Hannover Messe 2000

Im Treffpunkt Keramik zeigte die TASK GmbH wie bereits in den letzten Jahren welche Möglichkeiten für den Einsatz keramischer Werkstoffe bestehen. Aus dem Fundus der 40 im Treffpunkt Keramik präsentierenden Unternehmen wurde das Werkstoffspektrum von Aluminiumoxid bis Zirkonoxid ebenso präsentiert wie Nitrid- und Karbidkeramiken.



Erstmalig mit eigenem Standkonzept angetreten, konnten über 400 Interessenten am Stand begrüßt werden. Gezeigt wurden Beispiele für hochfeste Maschinenkomponenten, Verschleißschutzanwendungen sowie poröse Strukturen für Filter und Membrantechnik. Auf der Messe standen qualifizierteAnsprechpartnerbereit, um neue Anwendungen zu diskutieren und fachlich zu beraten. Durch die erhebliche Ausweitung der Standfläche gegenüber 1999 bestand in diesem Jahr die Möglichkeit mit Vertretern der Unternehmen CFI, Friatec, Kyocera, Nabertherm, Rath, LWK PlasmaCeramic, Morgan Advanced Ceramics, Rauschert und SLG auf dem Stand zu sprechen.

  Vorträge im Werkstoff-Forum:

Technische Keramik - vom Prototyp zur Serie
Dr.-Ing. Michael Zins, TASK GmbH, Aachen
Hochleistungskeramiken verfügen über Eigenschaften, die das Erschließen neuer, anspruchsvoller Anwendungsgebiete ermöglichen Wer die speziefischen Anforderungen durch das Material beachtet erhält Bauteile mit hoher Härte und Festigkeit, hohem Verschleißwiderstand, guter Korrosionsbeständigkeit niedrigem spezifischen Gewicht, chemischer Beständigkeil bei hohen Temperaturen und je nach Werkstofftyp, niedriger bis hoher elektrischer und thermischer Leitfähigkeit. Die Materialien haben sich heute schon in den Bereichen etabliert, in denen der Funktionserhalt mit anderen Werkstoffen nur schwer erreicht wird. Beispiele hierfür sind Gleitringe, Strahldüsen, Brennerelemente, Werkzeuge für die Metall und Kunststoffverarbeitung, Umformwerkzeuge und Filter für korrosive Medien. Die Übernahme von Konstruktionen aus dem Metall und Kunststoffbereich führt häufig zu teuren Fehlentwicklungen, die dann der vermeidlich ungeeigneten Keramik zugeschrieben werden. Dabei wird das eigentliche Werkstoffpotential nicht ausgenützt. Durch externe Unterstützung durch Keramikspezialisten kann dies vermieden werden.
Neben vorhandenen Anwendungen wird im Rahmen des Vortrages auch der Herstellprozess keramischer Bauteile verdeutlicht, und auch dem ,,Nichtkeramiker einen Einblick in das Machbare zu geben An Beispielen verschiedenster Bauteile werden die erforderlichen Arbeitsschritte vom Pulver bis zum Produkt für Fertigungsalternativen mit kleinen und großen Stückzahlen vorgestellt Auch ein Werkstoffüberblick wird gegeben.

Aluminiumoxidfasern in der Hochtemperaturtechnik
D r. Vera Finke, Rath GmbH, Mönchengladbach
Neben konventionellen Auskleidungswerkstoffen wie z. B. Betonen und Steinen werden zunehmend in diversen Anwendungen Hochtemperaturfasern im Industrieofenbau eingesetzt. Die Gründe, Faserwerkstoffe einzusetzen, sind sowohl auf die exzellenten physikalischen Eigenschaften wie geringe Wärmeleitfähigkeit als auch sehr hohe Temperaturwechselbeständigkeit der Fasern als auch auf Änderungen der Konstruktion im Industrieofenbau zurückzuführen, wie zum Beispiel Einsatz von Hochgeschwindigkeits- bzw. Flachflammenbrennern, automatische Ofensteuerungen, die Verwendung von neuentwickelten Brennhilfsmitteln und der Einsatz von teil- oder vollautomatischen Beschickungssystemen. Aluminiumoxidfasern werden erfolgreich in verschiedensten Industriezweigen eingesetzt wie beispielsweise in der Keramik-, Ferrite-, Eisen- und Graphitfaserindustrie.

Einsatz innovativer Presstechniken für Keramische Werkstoffe und Pulvermetalle
Dipl.-Ing. Jörg Krzoska, TASK GmbH, Aachen
Ein weitverbreitetes Formgebungsverfahren zur Urformgebung von keramischen Komponenten ist das Kalt-Isostatische-Pressen (CIP). Die Technologie wird auch für die Verarbeitung metallischer Pulver angewendet. Je nach Ausgangspulver sind Drucke bis zu 4000 bar notwendig, um die sogenannte Gründichte zu erreichen. Die Qualität in diesem Fertigungsstadium bestimmt wesentlich die erreichbaren Eigenschaften der gesinterten Bauteile. Durch die Variation der Druckfunktion, die zur Verdichtung benutzt wird, können bei dem Standardprozess vergleichbaren Drucken höhere Gründichten erreicht werden.
Außerdem wirkt sich der Verdichtungsmechanismus positiv auf die Reduktion von großen Fehlstellen aus. Es wird erwartet, das die im Bauteil durch Reibung verursachten Eigenspannungen ebenfalls reduziert werden. Daraus resultiert eine geringere Formabweichung. Die in dem EU-Projekt INOCIP involvierten Anlagenhersteller sind heute in der Lage, schwer verpressbare Pulver zu bemustern, und so dringend notwendiges Know-how zur Verfügung zu stellen, um besonders mitteueren Rohstoffen wirtschaftlicher zu arbeiten. Der Beitrag soll interessierte Anwender auffordern, mit der Projektgruppe Kontakt aufzunehmen und mögliche Spin off zu definieren. Arbeiten zum Trockenisostatpressen und zum Axialpressen sind derzeit in der Bearbeitung.

Oxidkeramik, ein Werkstoff für den Einsatz bei extremen Beanspruchungen - Eigenschaften / Anwendungsbeispiele
Dipl.-Ing. Alexander Heitmann, Friatec AG, Mannheim
Zunächst werden die herausragenden Eigenschaften aufgezeigt, die diesem Werkstoff die unterschiedlichsten Einsatzgebiete erschließt. Aus den Bereichen Hochtemperatur-, Elektrotechnik und Maschinenbau werden Anwendungsgebiete vorgestellt und den Materialeigenschaften zugeordnet, die in den Einzelfällen zu dem Einsatz führten. Es werden in magnetgekoppelten Kreiselpumpen Spalttöpfe aus Zirkonoxid eingesetzt. Die außerordentliche Korrosionsbeständigkeit dieses Materials erlaubt einen universellen Einsatz in der chemischen Industrie. Ventileinheiten werden mit Sitzringen, Kugeln und Dichtscheiben aus Keramik ausgestattet um Abrasivverschleiß und Korrosion gering zu halten. Die ausgezeichneten Gleiteigenschaften der polierten Keramikoberflächen führen bei Dichtelementen an Hochdruckkolben zu deutlich erhöhten Standzeiten. Bei magnetisch induktiven Durchflussmessern werden. Rohrkörper aus Oxidkeramik mit eingesinterten Platinelektroden sowohl in der Chemie als auch in der Lebensmittelindustrie erfolgreich eingesetzt. Für den erfolgreichen Einsatz bei spezifischen Problemstellungen ist eine intensive Zusammenarbeit des Keramikherstellers mit dem Anwender/Konstrukteur erforderlich. Gesichtspunkte der Werkstoffeigenschaften sowie der Herstellung sind bei der Auslegung zu berücksichtigen.

Plasmakeramik - rein und in armiertem Zustand
Dr.-Ing. Tiberius Vilics, LWK-PlasmaCeramic GmbH, Wiehl
Bei der Herstellung von Plasmakeramik wird oxidkeramisches Pulver in den ca. 30000 °C heißen Plasmastrahl eines wasserstabilisierten Plasmabrenners eingedüst. Die Keramikpartikel schmelzen im Plasmastrahl bei einer Verweildauer von einigen Millisekunden an ihrer Oberfläche an. Beim Auftreffen auf den rotierenden Werkzeugkörper verformen sich die Partikel und haften fest aneinander. Somit ergibt sich eine laminare Struktur bestehend aus fladen- und nadelförmigen Teilchen, die durch offene oder geschlossene Poren getrennt sind, die Plasmakeramik. Plasmakeramik weist durch ihre typische Lamellenstruktur einige besondere Eigenschaften auf:

1. gleiche Festigkeit und gleicher E-Modul, aber höhere Risszähigkeit als Sinterkeramiken gleicher Porosität
2. mittlere Gefügehärte (200 bis 600 HV) trotz der hohen Partikelhärte (2000 HV) der Rohmaterialien.

Diese seltsam auftretende Kombination von niedriger Festigkeit und hoher Risszähigkeit bewirkt die ausgesprochene Unempfindlichkeit gegenüber extremen Temperaturwechseln. Der Vorteil der mittleren Gefügehärte besteht darin, dass Plasmakeramik mit herkömmlichen Mitteln wie Drehen, Fräsen, Schleifen, Bohren und Läppen leicht mechanisch bearbeitet werden kann. Bedingt durch die hohe Reinheit der Ausgangswerkstoffe und die Abwesenheit jeglicher Sinter- und Bindehilfsmittel sind Plasmakeramiken korrosions-, chemisch- und dauertemperaturbeständig (unbelastet bis 1800 °C, unter Last bis 1250 °C).
Plasmakeramiken werden überall dort eingesetzt, wo bei hohen Temperaturen und in korrosiven Medien aufgrund rasch wechselnder Temperaturen und dem Vorhandensein ausgeprägter Temperaturgradienten nicht nur Metalllegierungen, sondern auch andere keramische Werkstoffe nicht mehr eingesetzt werden können. Besonders bewährt haben sich z. B. Schutzrohre in Induktionserwärmungsanlagen, Vertikal- Horizontal- und Drehrohröfen, Rollen für NE-Metallbäder und Bandglühanlagen, Schmelzrinnen, Lagerschalen, Einblashülsen und Rauchgasführungsrohre.
Hauptproblem bei vielen Anwendungen der Plasmakeramiken ist dennoch die inhärente Sprödigkeit dieser Materialklasse, die im allgemein durch geringe Bruchdehnungen und schnelles Risswachstum gekennzeichnet ist. Diese materialspezifischen Schwächen können durch Armierung mit geeigneten Metallen überwunden werden. Durch die Einlagerung einer höher festen, duktilen Metalllage, die zudem auch bei hohen Temperaturen relativ korrosionsbeständig ist, können Plasmakeramiken mechanisch verstärkt werden. Dadurch werden eine Erhöhung der Energieaufnahme, eine höhere Festigkeit und Risszähigkeit des Werkstoffverbundes bei Verformung erzielt und die gute Thermoschockbeständigkeit bleibt beibehalten. Die Materialeigenschaften dieser Plasmakeramik-Metall-Kombination "Plascerm" hängen ab von den mechanischen Eigenschaften der einzelnen Komponenten, deren Geometrie, Anordnung und Haftung in den Grenzflächen. Plascerm eignet sich für die Herstellung von zugbeanspruchten Hochtemperaturbauteilen bei einer Temperatur unter 1200 °C, freitragenden, langen Thermoschutzrohren, chemischen Prozessrohren mit Temperatur- und Korrosionsbelastung. Durch die Stahllage ergibt sich auch die Möglichkeit einer Schweißverbindung der Plascerm-Bauteile mit Stahlbauteilen.

Die Glaskeramik Zerodur, ein idealer Werkstoff für Präzisionsgeräte
Dr. Thorsten Döhring, Schott Glas, Mainz
Seit mehr als 30 Jahren wird Zerodur mit Erfolg als Spiegelträgermaterial für astronomische Teleskope eingesetzt. Diese Glaskeramik zeichnet sich durch ihren extrem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aus. Bei Zimmertemperatur ist dieser über 1000mal geringer als der von Aluminium. In den letzten Jahren erschließen sich für Zerodur vermehrt neue industrielle Anwendungsgebiete im Bereich des Präzisionsmaschinenbaus. Beispiele sind hierfür der Einsatz in Mikrolithographiesteppern, Lasergyroskopen, Hochleistungslasern, Koordinatenmessmaschinen und Kalibriernormalen. Zerodur ist äußerst homogen und lässt sich über einfache Schleifprozesse auch zu kompliziertesten Geometrien bearbeiten. Herstellungs- und Bearbeitungs-Know-How bis hin zu Abmessungen von Ø 8200 sind bei Schott Glas vorhanden. In optischen Präzisionsanwendungen wie strukturierten Satellitenoptiken, großen astronomischen Spiegeln und Röntgenteleskopen werden dabei excellente Polier- und Beschichtungsresultate erzielt. Eigenschaften und Anwendungsbeispiele der Glaskeramik Zerodur als idealer Werkstoff für Präzisionsgeräte werden diskutiert.