Dichte von Keramik: Wichtiger Faktor bei der Materialwahl

Ein relevanter Parameter bei der Auswahl keramischer Werkstoffe ist die Dichte der Keramik, die weitere Materialeigenschaften – wie Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und elektrische Isolation – beeinflussen kann.

Dichte von Keramik wird in der Regel in Gramm pro Kubikmeter (g/cm³) angegeben und bemisst folglich, wie viel Masse in einem bestimmten Volumen des Materials vorhanden ist.

Übersicht: Werte in g/cm³

 

Vergleichsweise geringe Dichte

Technische Keramik weist im Vergleich zu anderen sehr harten Werkstoffen (Edelstahl: 8 g/cm³, Platin: 21,45 g/cm³) eher eine niedrige Dichte auf – zwischen 2 und 6 g/cm³. So gesehen ist Keramik zugleich recht hart und dafür eher leicht.

Anforderungen an die Dichte der Keramik je nach Anwendung

Die Wahl des passenden keramischen Werkstoffs ist für Ingenieure und Entwickler zentral, um für das gewünschte Bauteil spezifische Anforderungen zu erfüllen. Je nach Dichte eignen sich Keramik-Komponenten für unterschiedliche Industriezweige:

Medizintechnik:
Hochdichte Keramiken wie Zirkonoxid sind biokompatibel und kommen in Zahnimplantaten und Hüftprothesen zum Einsatz, da sie stabil und lange haltbar sind.
Elektronik:
Aluminumoxid (Al₂O₃) mit mittlerer Dichte ist ein beliebtes Substrat für Leiterplatten und Wärmesenken. Dank seiner isolierenden und thermisch stabilen Eigenschaften schützt es elektronische Komponenten.
Automobilindustrie:
Bornitrid wird als hitzebeständiges Schmiermittel in Motoren eingesetzt und verringert durch seine geringere Dichte und chemische Stabilität den Verschleiß in hochthermischen Anwendungen.
Poröse Keramiken:
Keramiken mit geringerer Dichte und hoher Porosität kommen beispielsweise als Filtermaterialien in der Chemie-Industrie zum Einsatz.

 

Einfluss der Dichte auf weitere Eigenschaften der Keramik

• Höhere Dichte bedeutet meist auch höhere Festigkeit, da dichte Keramiken eine kompakte Mikrostruktur mit weniger Porosität aufweisen. Weniger Hohlräume bedeuten, dass das Material höheren Belastungen standhalten kann, was es ideal für Anwendungen macht, bei denen mechanische Stabilität entscheidend ist (z. B. in Schneidwerkzeuge).
• Keramiken mit höherer Dichte haben tendenziell eine höhere Wärmeleitfähigkeit, da weniger Poren vorhanden sind, die als thermische Barrieren wirken.
• Die Dichte wirkt sich auch auf die elektrische Isolationsfähigkeit aus, z. B. wenn eine kompakte Struktur (z. B. Kristallgitter) elektrische Ströme besser blockiert und die Durchschlagsfestigkeit des Materials erhöht.

 

Optimale Materialwahl als Weg zur Innovation

Die gezielte Auswahl einer Hochleistungskeramik anhand der Dichte gehört bei der Neu-Entwicklung oder Optimierung von Bauteilen zu den grundlegenden Überlegungen. Durch die Wahl von Keramik als Baustoff lässt sich oftmals die Gewichtsmasse von Bauteilen signifikant verringern. Gleichzeitig kann die richtige technische Keramik in anderen Eigenschaften ebenfalls die gefragten Voraussetzungen erfüllen oder sogar verbessern – von der Korrosionsbeständigkeit (wichtig für chemische Industrie) bis hin zur Durchschlagfestigkeit, Bruchzähigkeit oder thermischen Leitfähigkeit.

 

Wir fertigen Bauteile aus:

Fertigungs- & Verarbeitungsoptionen bei PCN Ceramic

Für unsere Herstellung und Bearbeitung von CNC-Prototypen & Kleinserien aus technischer Keramik setzen wir bewusst nicht auf die sogenannte Grünbearbeitung (Bearbeitung des ungesinterten Materials). Denn erst durch den Brennprozess, erhält die Keramik ihre finalen Eigenschaften – z. B. ihre maximale Dichte und Härte. Stattdessen setzen wir auf die Weißbearbeitung: Im voll gehärteten Zustand bringen wir das keramische Material durch Verfahren wie Schneiden, Fräsen, Bohren, Sägen oder Schleifen in seine endgültige exakte Form. Das fertige Bauteil hat somit hoch-präzise Abmessungen und ist zugleich frei von möglichen Abweichungen in der Dichte, die durch den Brennprozess nach einer Grünbearbeitung entstehen könnten.

Unsere Kunden aus vielseitigen Branchen schätzen die Vorteile von Keramik-Bauteilen. Haben Sie Fragen zu einer bestimmten Eigenschaft oder zu einem konkreten Anwendungsfall? Nehmen Sie gerne Kontakt zu uns auf!