Keramiken bieten zahlreiche Vorteile wie hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Sie haben jedoch auch einige Nachteile, die ihre Anwendung und Leistung beeinträchtigen können. Diese Nachteile beziehen sich in erster Linie auf ihre mechanischen Eigenschaften, die Verarbeitungsprobleme und die konstruktiven Einschränkungen.
Gibt es Nachteile von Keramik? (5 wichtige Punkte, die zu beachten sind)
1. Mechanische Eigenschaften
Keramiken sind für ihre Sprödigkeit bekannt, was einen erheblichen Nachteil darstellt.
Im Gegensatz zu Metallen weisen Keramiken keine Duktilität oder die Fähigkeit auf, sich plastisch zu verformen, ohne zu brechen.
Dies macht sie anfällig für katastrophales Versagen bei Belastung oder Aufprall.
Die Bruchzähigkeit von Keramiken kann durch Hinzufügen von energieabsorbierenden Elementen verbessert werden, doch ist dies keine Universallösung und kann den Herstellungsprozess verkomplizieren.
2. Herausforderungen bei der Verarbeitung
Der Sinterprozess für Keramik ist komplex und erfordert eine präzise Steuerung von Temperatur, Druck und Atmosphäre.
Materialien mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) haben oft einen engen Sintertemperaturbereich und neigen zur Bildung glasartiger Phasen, was zu Keramiken mit geringen mechanischen Eigenschaften und niedrigem Elastizitätsmodul führt.
Techniken wie das Heißpresssintern und das Entladungsplasmasintern (SPS) können die Verdichtung und die mechanische Festigkeit verbessern, aber diese Verfahren sind komplexer und kostspieliger als das herkömmliche Sintern.
3. Konstruktionseinschränkungen
Die Entwicklung von Keramik ist aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften eine größere Herausforderung als die von Metallen oder Polymeren.
Keramiken erfordern spezielle Designüberlegungen, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden und sicherzustellen, dass das Design für den Herstellungsprozess geeignet ist.
Dies bedeutet oft eine Vereinfachung der Formen und die Vermeidung einer Überspezifikation der Oberflächeneigenschaften und enger Toleranzen.
Keramische Teile lassen sich nicht auf die gleiche Weise konstruieren wie metallische Teile, so dass ein anderer Konstruktionsansatz erforderlich ist, der den Eigenschaften des Materials Rechnung trägt.
4. Empfindlichkeit gegenüber Atmosphären
Keramiken, die empfindlich auf die Atmosphäre reagieren, erfordern besondere Sinterbedingungen, wie z. B. die Verwendung von Atmosphärensinteröfen.
Diese Öfen benötigen spezielle Gase und stellen höhere Anforderungen an die Gaszufuhr und die Emissionsbehandlung, was den Prozess komplexer und ökologisch anspruchsvoller macht.
5. Kornwachstum
Bei transparenten Keramiken ist das Kornwachstum ein kritischer Punkt, der die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigen kann.
Hohe Sintertemperaturen und lange Haltezeiten können zu unzureichenden mechanischen Eigenschaften führen.
Techniken wie SPS können dieses Problem zwar entschärfen, sind aber nicht universell anwendbar und können durch die erforderlichen spezifischen Bedingungen eingeschränkt werden.
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