Korrosionsbeständigkeit und chemische Stabilität von Hochleistungskeramiken
Hochleistungskeramik hat aufgrund ihrer außergewöhnlichen Korrosionsbeständigkeit und chemischen Stabilität in kritischen Industriezweigen wachsende Aufmerksamkeit erlangt, insbesondere unter rauen Bedingungen wie hohen Temperaturen, starken Säuren/Basen und korrosiven Gasen. Im Vergleich zu Metallen und technischen Kunststoffen bieten Hochleistungskeramiken eine unübertroffene Langlebigkeit und Leistung unter chemisch aggressiven Bedingungen, was sie in der Halbleiterverarbeitung, der chemischen Industrie, der Luft- und Raumfahrt und im Energiesektor unverzichtbar macht.
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Was ist Korrosionsbeständigkeit und warum ist sie wichtig?
Die Korrosionsbeständigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit eines Materials, seine Struktur und Leistung beizubehalten, wenn es chemischen Umgebungen - wie Säuren, Laugen und Salzen - ausgesetzt ist, ohne sich zu zersetzen.
Hochleistungskeramiken wie Tonerde (Al₂O₃), Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Siliziumkarbid (SiC)und Siliziumnitrid (Si₃N₄) sind anorganische, nichtmetallische Werkstoffe mit starker ionischer oder kovalenter Bindung. Dies verleiht ihnen eine viel bessere Korrosionsbeständigkeit als den meisten Metalle und technische Kunststoffe.
Für Hochleistungskeramik ist diese Eigenschaft von entscheidender Bedeutung, denn:
Chemische Stabilität Vorteile von Hochleistungskeramik
Faktoren, die die Korrosionsbeständigkeit von Keramiken beeinflussen
Auflösungsrate von Keramik in aggressiven Medien (experimentelle Daten)
Die folgende Tabelle zeigt gemessene Auflösungsraten der wichtigsten keramischen Werkstoffe in gängigen korrosiven Medien, was auf ihre langfristige chemische Beständigkeit hinweist:
| Material | Mittel | Temperatur | Dauer | Auflösungsrate (mg/cm²/Tag) |
|---|---|---|---|---|
| Tonerde (Al₂O₃) | HCl (10%) | 100°C | 24 h | ~0.02 |
| Zirkoniumdioxid (ZrO₂) | H₂SO₄ (30%) | 150°C | 24 h | ~0.015 |
| ZTA20 | HCl (10%) | 100°C | 24 h | ~0.025 |
| Siliziumnitrid (Si₃N₄) | NaOH (20%) | 80°C | 72h | ~0.01 |
| Aluminiumnitrid (AlN) | DI-Wasser (pH 7) | Raumtemperatur | 7 Tage | ~0.5 |
| Siliziumkarbid (SiC) | HNO₃ (50%) | 120°C | 48 h | <0.01 |
| Beryllium-Oxid (BeO) | HCl (10%) | 90°C | 24 h | ~0.02 |
| Hexagonales BN (h-BN) | H₂SO₄ (98%) | 100°C | 24 h | ~0.15 |
| MGC (maschinell bearbeitbare Glaskeramik) | NaOH (10%) | 80°C | 24 h | ~0.2 |
Hinweis: Materialien wie AlN und MGC sind in Wasser oder alkalischen Lösungen reaktionsfreudiger, während SiC und Al₂O₃ sowohl in Säuren als auch in Basen extrem träge sind.
*Die Daten dienen nur als Referenz.
Keramische Schlüsselwerkstoffe: Eigenschaften und Anwendungsfälle
Klicken Sie auf die blaue Schrift, um detaillierte Informationen zu den einzelnen keramischen Werkstoffen anzuzeigen:
| Material | Chemische Stabilität Highlights | Gemeinsame Anwendungen |
|---|---|---|
| Tonerde (Al₂O₃) | Äußerst inert in sauren und basischen Medien | Halbleiterbefestigungen, medizinische Implantate |
| Zirkoniumdioxid (ZrO₂) | Stabil in Säuren; begrenzte Alkalibeständigkeit | Pumpen, Ventile, Sensoren |
| ZTA20 | Verbesserte Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit | Strukturelle Komponenten, Verschleißteile |
| Siliziumnitrid (Si₃N₄) | Stark gegen Säuren und thermische Oxidation | Gasturbinen, Kfz-Motorenteile |
| Aluminiumnitrid (AlN) | Gute chemische Beständigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit | Elektronische Substrate, Wärmesenken |
| Siliziumkarbid (SiC) | Hervorragende Beständigkeit gegen praktisch alle Chemikalien | Chemische Reaktoren, Dichtungen, Wärmetauscher |
| Beryllium-Oxid (BeO) | Chemisch stabil, thermisch überlegen | Militärelektronik, Raumfahrtsysteme |
| Bornitrid (BN) | Inert, auch bei hohen Temperaturen nicht reaktiv | Schmelztiegel, Isolatoren in reaktiven Atmosphären |
| Bearbeitbare Glaskeramik (MGC) | Gute chemische Beständigkeit, leicht zu bearbeiten | Prototypen, Vakuumteile |
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Vergleichende Korrosionsbeständigkeit gängiger Materialien
Diese Abbildung zeigt den Vergleich der Auflösungsrate (Einheit: mg/cm²/Tag) verschiedener keramischer Werkstoffe in drei typischen korrosiven Medien, was ein intuitives Verständnis der chemischen Stabilität verschiedener keramischer Werkstoffe in sauren, alkalischen und salzhaltigen Umgebungen ermöglicht.
*Die Daten dienen nur als Referenz.
