Werkstoffeigenschaften und Vergleichsdiagramme
Relative Dichte
Die relative Dichte von Keramiken ist weniger als halb so groß, wie die von Metallen. Wolfram hingegen zeichnet sich als außergewöhnlich dichtes Material aus. Es ist schwerer als Blei und verfügt über ein ähnliches Gewicht wie Gold. Aufgrund seiner hohen Dichte wird Wolfram zur Abschirmung gegen Strahlung verwendet.
Vergleichsdiagramm zur relativen Dichte
Härte
Im Vergleich zu klassischen Metallen, verfügen Keramiken über eine höhere Härte. Das bedeutet sie haben eine höhere Verschleißfestigkeit und finden daher breite Anwendung als abriebfeste Materialien.
Vergleichsdiagramm zur Härte
E-Modul
Im Vergleich zu anderen Materialien, haben Keramiken, Wolfram und Molybdän einen hohen E Modul.
Vergleichsdiagramm zum E-Modul
Bruchzähigkeit
Im Allgemeinen sind Keramiken sehr spröde Materialien und damit anfällig für die Bildung von Rissen. Zirkonoxid jedoch verfügt über einen vergleichsweise hohe Bruchzähigkeit und wird daher zum Beispiel für die Herstellung von Küchenmessern und Schären verwendet.
Vergleichsdiagramm zur Bruchzähigkeit
Maximale Einsatztemperatur
Die maximale Einsatztemperatur bestimmt den Temperaturbereich in welchem ein Material verwendet werden kann. Sie variiert stark mit der Atmosphäre in welcher sich das Material befindet.
Materialien mit einem hohen Schmelzpunkt, wie etwa Wolfram, Molybdän und Keramiken eignen sich für Anwendungen die eine hohe Hitzebeständigkeit benötigen, wie etwa Ofenmaterialien, Schmelztiegel und Wärmeabschirmungen.
Vergleichsdiagramm zur maximalen Einsatztemperatur
Temperaturwechselbeständigkeit
Temperaturbereich, in welchem ein Werkstoff plötzlichen Temperaturschwankungen standhalten kann. Desto höher die Temperaturwechselbeständigkeit ist, desto geringer ist die Gefahr, dass ein Werkstoff aufgrund schneller Temperaturänderungen versagt.
Glas und Keramik brechen bei rapiden Temperaturschwankungen leicht. Bornitrid, Quarz und Siliziumnitrid verfügen jedoch über eine sehr hohe Temperaturwechselbeständigkeit. Diese Werkstoffe werden häufig in Bauteilen verwendet, welche extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.
Vergleichsdiagramm zur Temperaturwechselbeständigkeit
Wärmeleitfähigkeit
Bestimmte Keramiken, wie Aluminiumnitrid und Siliziumcarbid besitzen eine hohe Wärmeleitfähigkeit, wohingegen andere keramische Werkstoffe, wie Zirkonoxid eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die metallischen Werkstoffe Wolfram und Molybdän leiten Wärme vergleichsmäßig gut.
Vergleichsdiagramm zur Wärmeleitfähigkeit
Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient
Ausdehnungsrate eines Materials als Resultat einer Temperaturänderung von 1 °C, beziehungsweise 1 K.Da Keramiken, Wolfram und Molybdän geringe Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, hat eine Temperaturänderung bei diesen Materialien nur eine geringe Formänderung zur Folge.
Vergleichsdiagramm zur Wärmeausdehnung
Spezifischer Widerstand
Der spezifische Widerstand beschreibt wie schwierig es für den elektrischen Strom, ist ein bestimmtes Material zu passieren.
Allgemein haben Keramiken einen hohen spezifischen Widerstand und werden daher besonders häufig als Isolatoren verwendet. Einige Keramiken, wie beispielsweise SiC, verfügen jedoch über elektrisch leitende Eigenschaften.
Vergleichsdiagramm zum spezifischen Widerstand
Relative Permittivität
Permittivität beschreibt, wie viel dielektrische Polarisation in einem Material auftritt, wenn auf dieses ein elektrisches Feld einwirkt. Die relative Permittivität (auch bekannt als Dielektrizitätskonstante) ist die Permittivität eines Materials im Verhältnis zur Permittivität des Vakuums.
Desto kleiner die relative Permittivität ist, desto geringer ist die auftretende dielektrische Polarisation im Material. Somit wird das Material durch umliegende elektrische Felder kaum beeinflusst. Aus diesem Grund finden sie breite Anwendung in Anlagen und Maschinen zur Herstellung von Halbleiterprodukten.
Korrosionsbeständigkeit
Korrosionsbeständigkeit beschreibt, wie gut ein Material chemischen oder biologischen Einflüssen standhalten kann, ohne Herabsetzung seiner Eigenschaften oder Schädigung seiner Struktur.
Aufgrund ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit, finden Keramiken Anwendung in Prothesen und diversen anderen korrosionsbeständigen Komponenten.
Wolfram ist in ähnlicher Weise säure- und laugenbeständig wie Keramiken.
Elektrische Leitfähigkeit
Piezoelektrizität
In einigen Materialien kann durch mechanische Verformung elektrische Spannung entstehen. Umgekehrt, tritt ein inverser Piezoeffekt auf, wenn bei Anlegen einer elektrischen Spannung eine Verformung des Materials erfolgt. Piezoelektrische Keramiken haben eine polykristalline Struktur.
Ein Beispiel für piezoelektrisches Material ist Blei-Zirkonat-Titanat (kurz PZT).
