Maximale Betriebstemperatur von Hochleistungskeramiken
Die maximale Betriebstemperatur von Hochleistungskeramiken liegt weit über der von herkömmlichen Metallen oder technischen Kunststoffen. Im Gegensatz dazu können einige Hochleistungskeramiken anhaltenden Betriebstemperaturen von bis zu 2200 °C standhalten, während herkömmliche Metalle bei 1200 bis 1500 °C zu schmelzen beginnen. Dies macht Hochtemperaturkeramik ideal für industrielle Hochtemperaturanwendungen.
Bei der Auswahl von Werkstoffen für den Einsatz bei Temperaturen um 2000 °C muss jedoch die Anwendungsumgebung sorgfältig berücksichtigt werden. Viele ultrahochtemperaturfähige Keramiken, wie Bornitrid und Siliziumkarbid, benötigen eine inerte oder reduzierende Umgebung. In einer oxidierenden Umgebung kann sich ihre maximale Betriebstemperatur erheblich verringern.
Dieser Artikel befasst sich mit den maximalen Betriebstemperaturen der wichtigsten keramischen Werkstoffe, vergleicht sie mit Metallen und Kunststoffen und erläutert, wie ihre Eigenschaften in Hochtemperaturanwendungen genutzt werden können.
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Warum Hochtemperaturkeramik wichtig ist
Hochleistungskeramik bewahrt die strukturelle und chemische Integrität bei extremen Temperaturen, was für Anwendungen wie z. B. in der Automobilindustrie von entscheidender Bedeutung ist:
Sie bieten eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit, Oxidationsstabilität und geringe Wärmeausdehnung, insbesondere im Vergleich zu Metallen und Polymeren. Dies macht sie in vielen Hightech- und Industrieanwendungen unersetzlich.
Was ist die maximale Betriebstemperatur?
Die maximale Betriebstemperatur bezieht sich auf die höchste Temperatur, die ein Material über einen längeren Zeitraum ertragen kann, ohne dass es zu einer signifikanten Leistungsverschlechterung kommt, wie z. B. Erweichung, Schmelzen, Oxidation oder Strukturversagen.
Bei Keramiken wird diese Temperatur von folgenden Faktoren beeinflusst
Keramische Werkstoffe und ihre Höchsttemperaturen
Keramisches Material | Maximale Betriebstemperatur (°C) | Anmerkungen |
---|---|---|
Bornitrid (BN) | 2000 | Nur inerte Atmosphäre |
Aluminiumoxid (Al2O3) | 1650 | Am häufigsten verwendete Hochleistungskeramik |
Siliziumkarbid (SSiC) | 1400 | Ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit |
ZTA20 | 1400 | Verbundwerkstoff aus gehärtetem Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxid |
Siliziumnitrid (Si3N4) | 1300 | Hohe Temperaturwechselbeständigkeit |
Aluminiumnitrid (AlN) | 1200 | Ideal für elektronische Substrate |
Beryllium-Oxid (BeO) | 1200 | Hohe Leitfähigkeit, giftig bei der Bearbeitung |
MGC | 900 | Einsatz im Prototyping, Elektronik |
Zirkoniumdioxid (YPZ) | 850 | Begrenzt durch Phaseninstabilität |
*Die Daten dienen nur als Referenz.
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Vergleich der maximalen Betriebstemperatur: Keramik vs. Metalle und Kunststoffe
Das nachstehende Balkendiagramm zeigt die maximalen Betriebstemperaturen verschiedener technischer Werkstoffe - von Hochtemperaturkeramiken bis hin zu gewöhnlichen Industriekunststoffen - in der Reihenfolge vom höchsten zum niedrigsten Wert.
*Die Daten dienen nur als Referenz.
Anwendungen auf Basis von Keramik Höchsttemperatur
Hochleistungskeramik wird aufgrund ihrer außergewöhnlichen Wärmebeständigkeit in vielen anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt, wobei die strukturelle Integrität und die funktionelle Stabilität oft über 1000°C erhalten bleiben. Nachfolgend finden Sie Anwendungsbeispiele nach Industriezweigen, in denen keramische Materialtypen und ihre typischen maximalen Betriebstemperaturen hervorgehoben werden.