Porentiefe Perfektion

Autoren Ashu Sharma Produktmanagerin, Roland Heinl Anwendungstechniker Geschäftsbereich Chemietechnik, CeramTec

Keramiken von CeramTec kommen in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz. Grundlegend dafür sind die Eigenschaften des Werkstoffs, die sich in Märkten wie beispielsweise Energie- und Umwelttechnik, im Geräte- und Maschinenbau sowie der Medizintechnik bewährt haben.

Eine Eigenschaft, die bei Keramiken eher unerwünscht ist, ist die Porenbildung. Speziell das Vorhandensein von Poren im Material eröffnet der Hochleistungskeramik jedoch weitere Anwendungsfelder, die von CeramTec mit den jeweils passenden Werkstoffen besetzt wurden. Teilweise müssen diese speziellen Werkstoffe in genauester Abstimmung mit dem Kunden entwickelt werden.

Poröse Keramik von CeramTec lässt sich unter anderem in der Analytik von Gasen einsetzen. Speziell in diesem Fall verwenden die Analytiker Zirkonsilikatbauteile, wie Tiegel, deren zwischen 30 und 50 µm große Poren einen Gasdurchtritt erlauben. So werden in die Tiegel Feststoffe eingebracht und erhitzt. Die dabei entstehenden Verbrennungsgase gelangen durch das Porensystem und werden der Analyse unterzogen. Die Porenstruktur wurde so gestaltet, dass auch bei einem mit Verbrennungsrückständen halb gefüllten Behälter noch genügend Verbrennungsgase mit geringem Druckverlust durchdringen können, aber Feststoffe zurückgehalten werden.

In der Glasindustrie ist oftmals eine variable Formgebung erforderlich, um spezifisch gestaltete Produkte herzustellen. Auch hier lässt sich Hochleistungskeramik von CeramTec in den Produktionsprozess dieser Gläser einbinden. Verwendet wird Chrom-Aluminium-Silikat, das sich mit hochfeinen Poren mit einem Durchmesser im Mikrometerbereich besonders für diesen Vorgang eignet, weil das Glas wegen der besonderen Materialzusammensetzung nicht an der Keramik anhaftet. Mithilfe des Porensystems ist es möglich, das heiße, noch biegsame Glas mittels Unterdruck an die Form anzudrücken. So erhält es seine gewünschte Form. Der Vorteil des für diesen Werkstoff angewendeten Formgebungsverfahrens liegt in der Möglichkeit, sehr variable Geometrien herzustellen.

Eine weitere Varianz der porösen Keramik ist das 80-prozentige Aluminiumoxid, das beispielsweise beim Verchromen genutzt wird. Dank seiner sehr guten chemischen Beständigkeit ist es in der Lage, selbst der aggressiven Chrom-Schwefelsäure zu widerstehen. Da in der Galvanik mit Schwefelsäure gearbeitet wird, benötigen die Anlagenführer eine widerstandsfähige Keramik, die obendrein in der Lage sein muss, Chrom-Ionen passieren zu lassen. Metallische Verunreinigungen können mithilfe eines solchen durchlässigen Mediums verhindert werden. Das 80-prozentige Aluminiumoxid erfüllt diese Vorgaben mit einer Porosität von 30 % und einer mittleren Porengröße von 0,4 µm ausgezeichnet.

Die Bauteile eignen sich darüber hinaus auch für die Anwendung in Tensiometerzellen, die bei der Bestimmung der Bodenfeuchte heran-gezogen werden.

Auch Aluminiumoxid mit einer Reinheit größer 99 % lässt sich als poröse Keramik in der Chemietechnik nutzen. Hier ist die Porosität elementar, denn es wird als Katalysatorträger eingesetzt. Je nach Anwendung variiert die Porosität zwischen 30 und 65 %. Die für Oxidationsverfahren eingesetzten Katalysatorträger können in verschiedene Geometrien gebracht werden. In den Poren, die etwa 5 µm groß sind, werden die katalytisch aktiven Edelmetalle während des Reaktionsvorgangs abgeschieden. In der chemischen Industrie werden diese Katalysatorträger zur Herstellung von Basischemikalien im großtechnischen Maßstab eingesetzt.

An ganz anderer Stelle zahlen sich die Eigenschaften von Aluminiumtitanat (ATI, Alutit, Al2TiO5) aus. Diese Keramik mit relativ kleinen Poren von 0,4 µm Durchmesser wird in der Gießereiindustrie und Schmelzmetallurgie eingesetzt, insbesondere für Aluminium. Ihre Vor-teile liegen zum einen in der Tatsache, dass sie von metallischen Schmelzen nicht benetzt wird. Zum anderen hält Aluminiumtitanat selbst den extremen Bedingungen beim Nichteisen-Metall-Schmelzen (NE-Metall-Schmelzen) stand und bewährt sich auch unter anspruchsvollen Bedingungen wie aggressiven Schmelzen, Höchsttemperaturen von 900 °C sowie Temperaturwechseln von mehreren hundert Grad völlig problemlos. Die gute Thermoschockbeständigkeit ist ein Resultat aus der sehr niedrigen Wärmedehnung und einer Porosität von 12 % im Gefüge. Seine geringe Wärmeleitfähigkeit spart Energie, seine sehr gute chemische Beständigkeit und Abtragsfestigkeit gewährleisten Metallschmelzen von sehr hoher Reinheit. Alutit wird insbesondere bei der Produktion von Gießdüsen und rohrförmigen Teilen, zum Beispiel von Steigrohren, eingesetzt. Rohre aus Aluminiumtitanat von CeramTec können bis zu 2 m lang sein und Durchmesser von bis zu 40 cm aufweisen.

prozesstechnik-online.de/cav0415442