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Keramische Verbundwerkstoffe auf der ceramitec

Verbundwerkstoffe schaffen Lösungen. In nahezu unerschöpflichen Kombinationen durchziehen sie ganze Industrien mit echter Innovation. Wir geben Ihnen einen umfassenden Überblick: Von der grundlegenden Definition bis zur konkreten Anwendung zeigen wir praxisnahe Informationen über die Leistungsfähigkeit dieser vielseitigen Materialien. Entdecken Sie auf der ceramitec, was keramische Verbundwerkstoffe heute schon alles leisten können.

Der Klimawandel zwingt zu einem effizienten Umgang mit Ressourcen und ist einer der stärksten Treiber für neue Technologien und Lösungen. Dies gilt insbesondere für die energieintensive Keramikindustrie. Ein starker Hebel für mehr Energieeffizienz sind keramische Verbundwerkstoffe. Für Hersteller, Anwender und Wissenschaftler, die sich mit Rohstoffen, Herstellungsverfahren und Anwendungen dieses noch jungen Werkstoffs beschäftigen, wird die ceramitec zur Plattform. Im Fokus der Messe stehen vor allem CMC-Werkstoffe (Ceramic Matrix Composite), auch als Faserverbundwerkstoffe bezeichnet. Sie finden in vielen Branchen zukunftsweisende Anwendungen. Mit der Sonderschau „Smart Materials & Energy Hub“ bündelt die ceramitec aktuelle Forschungsergebnisse, innovative Technologien und neue Lösungen für aktuelle Herausforderungen der Keramikindustrie.

Keramische Verbundwerkstoffe gelten als Multitalente. Je nach Zusammensetzung bieten sie bemerkenswerte Eigenschaften wie Temperaturbeständigkeit, Formstabilität sowie elektrische und thermische Leitfähigkeit oder Isolierung. Besonders unter extremen Bedingungen übertreffen sie andere Werkstoffe. Beispiele hierfür sind die leichten und zugfesten Faserverbundwerkstoffe, die wärmeleitenden Metallmatrix-Composites (MMC), der robuste Beton oder die nahezu unverwüstlichen Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (WPC).

Verbundwerkstoffe bestehen aus zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien, die sich in ihren Vorteilen verstärken oder Nachteile ausgleichen. Dazu werden metallische, mineralische, organische und keramische Werkstoffe in Schichten, über Fasern oder Partikel miteinander verbunden. Das englische Wort composite – mit Betonung auf der zweiten Silbe – bedeutet zusammengesetzt, weshalb man auch von Kompositwerkstoffen spricht.

Unter den keramischen Verbundwerkstoffen sind die Ceramic Matrix Composites - kurz CMC-Werkstoffe - die wahren Alleskönner. Diese Faserverbundwerkstoffe bestehen aus keramischen Fasern, die von einer keramischen Matrix umgeben sind. Ähnlich wie ein Kernmantelseil im Bergsport puffern die beiden Komponenten extrem beweglich Schäden ab. Zudem sind CMC-Werkstoffe temperaturbeständig und damit prädestiniert für extreme Umgebungen wie in Gasturbinen, Flugzeugtriebwerken oder Raumfahrzeugen.

Die Vielseitigkeit keramischer Verbundwerkstoffe spiegelt sich im Fortune Business Marktbericht für Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe wider. Eine hohe Nachfrage aus der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigungsindustrie sowie dem Energiesektor treibt den Markt an. Besonders gefragt sind Komponenten für Hitzeschutzsysteme, Brennkammern und Turbinenschaufeln.

Einziger limitierender Faktor für das Marktwachstum sind die hohen Produktionskosten. Fortschritte in Forschung und Entwicklung sowie bei den Fertigungsverfahren werden von Herstellern, Anwendern und Wissenschaftlern auf der ceramitec in München intensiv diskutiert.

Nordamerika stellt aufgrund der großen Anzahl an Herstellern den größten und am schnellsten wachsende Markt dar, gefolgt von Europa. Laut Fortune gehören General Electric, Rolls-Royce, CFC Carbon, SGL Carbon, Kyocera Corporation oder Axiom Materials zu den größten Akteuren auf dem globalen Markt für Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe.

Auf der ceramitec in München präsentieren Aussteller Lösungen und Technologien aus dem gesamten Spektrum der keramischen Verbundwerkstoffe. Unter anderem zeigen Hersteller von Metallkeramik, auch Metal Matrix Composite (MMC) genannt, Anwendungen, bei denen geringes Gewicht entscheidend ist. Aussteller von besonders festen und hitzebeständigen Glaskeramiken erobern weitere Bereiche in der Medizintechnik. Kohlenstofffaserverstärkte Carbonkeramik, ein Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff, wird mit innovativen Anwendungen und neuen Herstellungsverfahren vor Ort vorgestellt. Im Verbund mit Beton zeigt Keramik nicht nur mit Terrassenplatten ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten.

Die ceramitec bietet somit einen umfassenden Überblick über aktuelle Entwicklungen und Innovationen im Bereich der keramischen Verbundwerkstoffe und CMC-Keramik, von der Luft- und Raumfahrt bis hin zur Medizintechnik.

Im Vergleich zu konventionellen Werkstoffen ist die Herstellung keramischer Verbundwerkstoffe noch sehr aufwendig und teuer. Angesichts der nahezu unbegrenzten Möglichkeiten diskutieren Hersteller, Anwender und Forscher auf der ceramitec mit aktuellem Know-how die neuesten Fortschritte bei Materialien, Verfahren und Anlagen. Die Messe bietet Innovationen, mit denen sich Fasern besser ablegen und fixieren, keramische Matrixmaterialien einbringen oder fertige Bauteile nachbehandeln lassen. Forschungsinstitute zeigen in aktuellen Anwendungen, wie die Matrix aufgebaut wird und die Fasern beschichtet werden müssen.

Keramische Verbundwerkstoffe, insbesondere in Form von CMC-Keramiken, bewähren sich in vielen Anwendungen aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften. Je nach Materialzusammensetzung sind sie besonders:

  • hitzebeständig auch bei schnellen Temperaturwechseln
  • formstabil und fest, mit hoher Schadenstoleranz durch nicht sprödes Bruchverhalten
  • verschleißfest auch unter korrosiven, chemischen oder mechanischen Einflüssen
  • leicht und trotzdem fester als viele andere Werkstoffe
  • leitfähig oder isolierend, sowohl elektrisch als auch thermisch

Auf der ceramitec verbinden sich Welten. Keramikkompetenz trifft auf die Herausforderungen unterschiedlichster Branchen. Führende Institute, allen voran das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, teilen neue Forschungsergebnisse. Vom Start-up bis zum führenden Anbieter vernetzen sich Anlagenbauer, Hersteller und Anwender auf der ceramitec, die als Netzwerkplattform zum One-Stop-Shop für keramische Lösungen wird.

In welchen Anwendungsgebieten werden keramische Werkstoffe aufgrund ihrer Eigenschaften bevorzugt eigesetzt?

Keramische Verbundwerkstoffe werden überall dort eingesetzt, wo extreme Bedingungen herrschen. Große Nachfrage kommt aus der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigungsindustrie und dem Energiesektor. Auch die Automobilindustrie und Medizintechnik setzen verstärkt auf diesen noch jungen, innovativen Werkstoff.

Welche Eigenschaften haben (keramische) Verbundwerkstoffe?

Je nach Zusammensetzung der Materialien sind keramische Verbundwerkstoffe besonders temperaturbeständig, formstabil, verschleißfest, leicht und leitfähig oder isolierend, sowohl elektrisch als auch thermisch.

Was sind Beispiele für keramische Verbundwerkstoffe?

Keramische Verbundwerkstoffe finden in Verbindung mit Glas, Metall, Carbon aber auch Beton und anderen Materialien vielfältige Anwendungen. Die Beispiele reichen vom Ceranfeld im Haushalt über den Zahnersatz im Mund bis hin zu einer Vielzahl von industriellen Anwendungen und Raketen im All.

Zwischen welchen Typen von keramischen Werkstoffen wird grundsätzlich unterschieden?

Grundsätzlich besteht ein keramischer Verbundwerkstoff aus zwei oder mehr Materialien. Sie verbinden sich in Schichten oder über ihre Fasern und Teilchen.