Keramik

- hohe Festigkeit, Stefigkeit, Härte bis zu hohen Temperaturen (hohe Formstab., hohe Härte)

- hohe Abrasions- und Korrosionsbeständigkeit (gute chem. Bestädigkeit)

- geringe Dichte (Leichtbau)

- Biakompatibel

- Sprödigkeit, Zug- und Schlagempfindlichkeit (begrenzte Duktilität, niedrige Bruchdehnung, niedrige Risszähigkeit)

- Eigenschaftsstreuung, Zuverlässigkeit

- hohe Fertigungskosten

- Thermoschockempfindlichkeit

- Basis auf natürlichen Rohstoffen

- relativ hohe mech. Festigkeit

- vielfache Anwendung in der Elekrotech.

- Sondersteatite für verlustarme Hochfrequenzbauteile

- z.B. Magnesiumsilikate, Niederspannungssteatite, Standardstetite ect.

Cordierit

- hohe Temperaturwechselbeständigkeit, niedriger Wärmeausdehnungskoe.

- sind in der Wärme und Elektrowärmetechnik zu finden

- Anwendung in Filter- und Katolysatorentechnik

- ionisch

-metallisch

- kovalent

- gemischt

kfz- Ag, Cu, Al, Gamma Eisen

hdp: Mg, Be, altha Ti

krz: W, Mo, Ta, alpha Eisen

min. 2 Atomsorten

Bindung durch Elektronenübergang→ Anionen, Kationen (es gilt die 8- Regel)

Kristallstruktur über Ionenradienverhältnise und Koordinationen→ sehr große Strukturvielfalt→ große Eigenschaftsvielfalt

ri/ra    <0,225 ; KZ=3 ; Koordinationspolyeder: Dreieck

0,225-0,414; KZ =3; Tetraeder

0,414- 0,732; KZ= 6; Hexaeder

0,732-0,0904; KZ = 8; Oktaeder

>0,904              KZ= 12; Ikosaeder

Erklärung über Gitterenergie

setzt sich zusammen aus 1. elektost. Anziehung→Coulomb

2. Abstoßende Kräft (kurze Reichweite) Bon Meyer

3. Induktionsladung van der Waals

4. Nullpktenergie

Ionenbindung: starke gerichtete Bindung

Kovalente Bindung: geringe symmetrie wenig gerichtet (Elekronenpaare)

Atome nehemen dirskrete Energieniveaus an→Ausbildung von Bändern

durch Hypridisierung Übergang in p oder n leitend

Isolatoren Energielücke> 1,2 eV

Halbleiter LB→leer bei 0 K; VB→voll bei 0K

Metall: LB halbvoll VB voll

- Zinkblende- Gitter, ecken verknüpfte Tetraeder, Vertreterbetha SiC

- Wurzit- Gitter,  Vertreter: AlN

- NaCl- Gitter, gestapelter Oktaeder, Vertreter: MgO, CaO, FeO

Tetraeder: Ecke. Kante, Fläche

Kationen Koordinationszahl(KN): 4

Vertreter: SiO2

Oktaeder: Kationen KN: 6

Vetreter: TiO2

Hexaeder: Kationen KN: 8

Vertreter: CaF2, ZrO2, CeO2

Durch Phasenumwandlungen können Keramiken stabilisiert werden z.B ZrO

Durch Einbringen von Partikeln Erhöhung von Bruchzähigkeit, Rissbildung wird gestoppt

A- Kation kubisches Gitter

B- Kation auf den Flächenzentriert

O- Anion im Raum zentriert

Oxitationsstufe: A2+, B4+: BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3

A+,B5+: KTaO3

A3+,B3+: LaMnO3

besondere Eigenschaften: invers (durch elek. Spannung) oder direkter (durch Druck) piezoelekrischer Effekt

Orientierungspolarisation

Ferroelectrische Keramik (jedes Ferroelektrikum = Piezoelektrikum aber nicht umgekehrt)

- Spinell bildnede Magnete: Anwendung: nichtmetallische, polykristalline, magnetische Materialien

Komponenten fur A: Mg, Mn,Co,Ni,Zn

Komponenten für B: Al, Fe, Cr, Mn, Co

MgAl2O4(spinell); Fe3O4 (inverser spinell)

z.B Supraleiter YBaCuO

Merkmal: erxtrem unsymetrisch, komplexe Struktur

Subraleiter verdrängen Magnetfeld

Brosonen→ halber Spin, Fermionen→ganzer Spin

komplexere Struktur als Metalle→mit geringer Symmetrie→weniger Gleitebenen, höhere Bindungsenergie

- Keramiken besitzen geringe Duktilität

- hohe Härte und Temperaturabhängigkeit

Lakalisierte Ionen→keineLeitung

Ionenbindung

Nb2O5, ZrO2 aus Schalenverteilunng

zwi freie e- →Elektronen Gas→metallisches Verhalten

Temperaturabhängigkeit der Leerstellen?

LSM→Lantan Sr Mn

Kathodenseitiger Leitungsmechanismus

Hopping Leitung: Elektronen Hoppin z.B LaMnO3

Ladungsträgerbeweglichkeit ist temperaturgesteuert

Erhöhung elek. Leitfähigkeit durch Dotierung mit Sr auf La Plätzen→ Oxitationstufen werden geändert→Elektronenneutralität muss gewahrt werden

YSZ→ Yttrium basierendes Zirkonoxid

Ähnlicher Mechanismuss wie bei LSM aber Ionen- Hopping

- Strukturaufbau:

Verbindung von Metall- und Nichtmetallatomen mit ionischer und kovalenter Bildung

ergibt: hohe Härte, Festigkeit,Sprödigkeit, in der Regel niedrige elek und therm. Leitfähigkeit

- Herstellungsprozess: erfolgt über pulvermaterialugische Verfahren→wegen hohem Schmelzpkt keine schmelzmetallurgischen Verfahren

Umformung aufgrund fehlender Plastizität nicht mgl.

therm. Ausdehnung: Keramik niedrig, Metall hoch

Duktilität: Keramik sehr niedrig, Metall hoch

Hochtemp.festigkeit: Keramik sehr hoch, Metall niedrig

Dichte: Keramik niedrig, Metall hoch

Korrosionsbeständigkeit: Keramik sehr hoch, Metall niedrig

Verschleißfestigkeit: Keramik sehr hoch, Metall niedrig

Härte: Keramik sehr hoch, Metall niedrig

Wärmeleitfähigkeit: Keramik niedrig, Metall hoch

elek. Leitfähigkeit: Keramik niedrig, Metall hoch

Hip...Heißisostatisches Pressen

HP...heißgepresst

S...gesintert

Si...siliciuminfiltriert meist SiSiC

RB... reaktionsgebunden

- Keramik hat rein elastisches Verhalten→steiler Anstieg→hohes Emodul

- Fläche unter der Kurve→Energie→Keramik kann wenig Energie aufnehmen

durch Faserverstärkte Keramik

- relativ geringer Abfall der Härte

- erhöhtes Maß an Dehnung

zur Berechnung des E- Moduls bzw. der theoretischen Spannung

- große Eigenschaftsstreuungen

- durch verarbeitungsbedingte Fehler, können min. werden

- durch strukturelle Fehler, schwerer zu minimieren

-Pulversynthese: Fesetkörperaktionen, Schmelvverfahren, Gasphasenreaktionen

- Masseaufbereitung: Mahlen, Mischen, Granulieren, Trocken

- Formgebung: Trocken- ,Naß-, isostatisch, Strangpressen, Schlickergießen, Spritzgießen

- Sintern: HIP,Reaktionssintern, in versch. Atmosphären, Heißpressen

- Entbearbeitung: Schleifen, Läppen, Lasertrennen