Die Zukunftsaussichten der Feinkeramik oder technischen Keramik
In der Zukunft kommt der technischen Keramik eine Schlüsselrolle in allen bewährten und neuen Berufsgattungen zu. Die technische Keramik ist heute schon bekannt und wird gezielt dort eingesetzt wo die Lösung mit Metallen nicht möglich ist. Die Keramik bietet im Bereich des Innovationsgrades sehr viele Möglichkeiten zur Verbesserung bestehender Lösungen, wo Langlebigkeit und andere für die technische Keramik typische Eigenschaften wie oben erwähnt sind. Einige wichtige Industrien möchte ich mit Beispielen speziell erwähnen.
Technische Keramik für die Energietechnik
Es wird seit Jahren an der Entwicklung von Faserkeramiken mit höher Belastungsgrenze und Belastungstoleranz, sowie die Einsatzlebensdauer zu erhöhen geforscht. Dies könnte einen wesentlichen Beitrag zur Ressourcenschonung fossiler Energieträger und zum Klimaschutz tragen. Diese Technologie hat in vereinzelten Anwendungen den Zugang zum Markt gefunden. Wichtig dabei zu erwähnen wären die Raumfahrt, die Bremsscheibentechnik sowie im Maschinenbau. Es gibt Bestrebungen die faserverstärkte Keramiken in stationäre Gasturbinen und Flugturbinen einzusetzen.
Eine sehr aktuelle Thematik ist die Energiespeicherung in mobile oder stationäre Batteriesystemen, was neben der Lithiumbatterien insbesondere die Natrium-Schwefel- und Natrium-Nickelchlorid-Batterien sehr gefragt sein werden. Es gibt jedoch noch hohe Hürden diese Technologie massentauglich zu produzieren. Einige dieser sind die komplexe Formen der keramischen Elektrolyte, die nicht optimale keramischen Fertigungsverfahren, die Kleinheit der Batteriezellen sowie die Kosten für den Nickel könnte auf Dauer zu Kostenhindernissen kommen. Wir dürfen gespannt sein wie sich in Zukunft die Batterietechnik mit der technischen Keramik entwickelt.
Bei der erneuerbaren Energien im speziellen bei den Magnetwerkstoffen stellt insbesondere der Bereich Windenergie neue und für die Keramiktechnologie attraktive Entwicklungspotenziale dar, was zu einer entsprechender Priorisierung der Thematik führt. Die Entwicklung, Optimierung und Applikationen von Magnetwerkstoffen ist ein zementiertes Forschungsfeld in der EU insbesondere in Deutschland. Es wird intensiv an keramischen Hartmagneten geforscht, wobei man sich gezielt auf die werkstoffliche und prozesstechnische Technologien fokussiert.
Technische Keramik für die Chemie, Maschinen und Anlagenbau
Das Anwendungsfeld Chemie, Maschinen und Anlagebau ist in besonderem Masse gekennzeichnet durch eine grosse Breite der spezifischen Anforderungen an die keramischen Materialeigenschaften, aber vor allem durch wachsende Herausforderungen hinsichtlich Bauteildesign, kostengünstiger adäquater Fertigungstechnologien sowie der Systemeinbindung der keramischen Komponenten. Hochleistungskeramiken stehen im starken Wettbewerb mit anderen Werkstoffklassen und sind aufgrund ihrer Kostenstruktur stets auf den Nachweis ihrer überlegenen Eigenschaften angewiesen. Typische Anwendungsfelder der technischen Keramik findet man heute in Pumpenanwendungen, wie z.B. in keramische Gleitlager, Dichtungen, und Ventile. Folgende Vorteile oder Lösungsansätze ergeben sich in Zukunft für die technische Keramik im Maschinen und Anlagebau. Inspektionsintervalle können verlängert werden, die keramischen Gleitlager benötigen keine Ölschmierung und tribologische Eigenschaften können erreicht werden.
Die Keramikindustrie ist dem Kostendruck gleich ausgesetzt wie andere Industrien. Durch klare Positionierung haben keramische Unternehmen vor allem dann wirtschaftlichen Erfolg, wenn die Leistungsvorteile der Keramik gegenüber anderen Materiallösungen voll ausgeschöpft werden können. Sie müssen stets durch Bilanzierung der gesamten Lebenszyklus vom Rohstoff bis zum „End of Life Szenario“ erfolgen.
Zukünftige Schwerpunkte werden im Energieeffizienz von Pumpen liegen, welche die EU-Vorgaben erreichen. Keramische Werkstoffe welche, sowohl Oxide und Nichtoxide, die Reibwerte optimieren. Es werden Werkstoffe für hochbelastete trockenlaufende Pumpen entwickelt, speziell Verbundwerkstoffe zwischen Metall und Keramik oder Kunststoff und Keramik. Es wird grundlegende Untersuchungen zum Einfluss der Oberflächengüte auf die tribologische Eigenschaften der Keramik geben. Es wird im Bereich der keramikgerechten Konstruktion und Design von Bauteilen unterschiedlichen Materialien untersucht und Lösungsansätze erarbeitet.
Die keramischen Herstelltechnologien werden grundsätzlich überarbeitet, beginnend bei Pulveraufbereiten bis zum Nachbearbeitung nach dem Sinterprozess. Die heutige Kenntnisse der technischen Keramik sind ausreichend um diese Parameter in der CAM Technologie zu implementieren um Bearbeitungsverfahren im Sinne der technischen Keramik zu entwickeln. Dadurch könnte der Kostendruck auf die einzelnen Unternehmen gesenkt werden.
Technische Keramik für Life Sciences
In den Lebenswissenschaften, speziell im Bereich der medizinischen Implantologie und Prothetik spielen nichtmetallisch- anorganische Werkstoffe eine bedeutende Rolle. Die wichtigsten Werkstoffe sind in diesem Anwendungsfeld die Strukturkeramiken. Seit mehr als 40 Jahre wurden Oxidkeramiken in der Endoprothetik eingesetzt. Zu Beginn kamen lediglich nur Aluminiumoxid Keramiken zum Einsatz, welche heute von Mischoxiden basierend auf Aluminiumoxid und Zirkonoxid grösstenteils verdrängt wurde. Im dentalen Bereich kommt vor allem Zirkonoxid (Y-TZP) als Zahnkronen- und Zahnbrücken zum Einsatz. Es gibt mittlerweile vollkeramische Zahnimplantate, welche aus Zirkonoxid bestehen und bessere Festigkeitswerte als Zahnimplantate aus Titanlegierungen aufweisen.
BSQ TECH GmbH
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