Moderne Keramikkomponenten für die Luft- und Raumfahrt

Keramische Teile - Luft- und Raumfahrt - Industrieanwendungen - Großkeramik

Die Luft- und Raumfahrtindustrie ist gleichbedeutend mit extremen Umgebungen - extrem hohe Temperaturen, schnelle Temperaturwechsel, starke mechanische Belastungen und korrosive Atmosphären. Unter diesen anspruchsvollen Bedingungen haben sich Hochleistungskeramiken als wichtige Werkstoffe erwiesen, die die Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit von Luft- und Raumfahrtanwendungen verbessern.

Von Wärmeschutzsystemen in Raumfahrzeugen bis hin zu leichtgewichtigen Strukturbauteilen in Düsentriebwerken werden immer mehr technische Keramiken eingesetzt. Ihre einzigartige Kombination aus hoher Temperaturbeständigkeit, geringer Dichte, chemischer Inertheit und elektrischer Isolierung macht sie in der modernen Luft- und Raumfahrttechnik unverzichtbar.

Warum Hochleistungskeramik in der Luft- und Raumfahrt wichtig ist

Hochleistungskeramiken behalten ihre Festigkeit und Form auch bei hohen Temperaturen, oft über 1000 °C. Das macht sie ideal für Wärmeschutzsysteme, Isolierplatten und Motorkomponenten.

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Keramische Erzeugnisse wie Siliziumnitrid und Siliziumkarbid bieten eine hohe mechanische Festigkeit und sind gleichzeitig deutlich leichter als Metalle, was die Treibstoffeffizienz von Flugzeugen und Raumfahrzeugen erhöht.

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Keramik ist sehr widerstandsfähig gegen Oxidation und chemischen Abbau und eignet sich daher für raue Umgebungen in der Luft- und Raumfahrt, z. B. in Raketenbrennkammern und externen Raumfahrzeugkomponenten.

Sehen Sie sich die Korrosionsbeständigkeit von keramischen Materialien an.

Materialien wie Tonerde und Bornitrid werden aufgrund ihrer elektrischen Isolierfähigkeit und ihrer geringen dielektrischen Verluste in elektronischen Verpackungen und Wärmemanagementsystemen verwendet.

Elektrische Eigenschaften von keramischen Werkstoffen→

Hohe Härte und Verschleißfestigkeit ermöglichen den Einsatz von Keramik in Bauteilen, die enge Toleranzen über lange Betriebszyklen erfordern, wie z. B. Dichtungen, Ventile und Lager.

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Zusammenfassung der Merkmale

  • Stabilität bei hohen Temperaturen
  • Hohe Festigkeit und Härte
  • Geringe Dichte
  • Gute Wärmeleitfähigkeit oder Isolierung
  • Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit
  • Ausgezeichnete elektrische Isolationseigenschaften

Schlüsselmaterialien und ihre Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt

Great Ceramic hat es sich zur Aufgabe gemacht, den Einsatz von Hochleistungskeramik in der Luft- und Raumfahrttechnik voranzutreiben. Wir bieten kundenspezifisch gefertigte Komponenten aus:

Keramisches Material Anwendung in der Luft- und Raumfahrt Wichtige Eigenschaften
Siliziumkarbid (SiC) Spiegelträger in Teleskopen, Triebwerkskomponenten Hohe Wärmeleitfähigkeit, Oxidationsbeständigkeit
Aluminiumnitrid (AlN) Satellitensubstrate, RF-Module Ausgezeichnete Wärmeableitung, Durchschlagfestigkeit
Zirkoniumdioxid (ZrO₂) Wärmedämmschichten Geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe Bruchzähigkeit
Siliziumnitrid (Si₃N₄) Motorlager, Turbinenschaufeln Hohe Festigkeit, Verschleißfestigkeit, Temperaturwechselbeständigkeit
Bornitrid (BN) Hitzeschilde für Raumfahrzeuge Ausgezeichnete thermische Stabilität, elektrische Isolierung
Beryllium-Oxid (BeO) Mikrowellengeräte mit hoher Leistung Hohe Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung
MGC Präzisionsisolatoren, Sensorsockel Leicht zu bearbeiten, hohe Maßhaltigkeit

Typische Anwendungsfälle in der Luft- und Raumfahrt

  • Anwendungen: Hochgeschwindigkeitskreisel, Trägheitsnavigation, rotierende Turbinensysteme
  • Keramisches Material: Siliziumnitrid (Si₃N₄)
  • Beschreibung der Anwendung: Kreiselgeräte für die Luft- und Raumfahrt und Satelliten-Lageregelungssysteme erfordern Lager mit stabiler Rotation, geringer Reibung und Stoßfestigkeit. Siliziumnitrid-Keramikkugellager sind über 40% leichter als Metalllager und weisen selbst im Vakuum eine geringe Reibung auf.
  • Vorteile: Hohe Festigkeit, geringe Dichte, selbstschmierende Eigenschaften und lange Lebensdauer.
  • Beispiel: Keramikkugellager werden in verschiedenen Kreiseln und Aktuatoren von NASA, SpaceX und Boeing verwendet.

  • Anwendungen: Raketentriebwerke, Ionentriebwerke, Kaltgasdüsen
  • Verwendete Keramiken: Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrid (Si₃N₄), ZTA-Keramik, ZrO₂-Keramik
  • Beschreibung der Anwendung: Antriebssysteme müssen unter starken Hitze-, Korrosions- und Schockbedingungen arbeiten. SiC-Keramikdüsen und -auskleidungen können Temperaturen von über 2000 °C standhalten und widerstehen Kavitation und Temperaturschocks.
  • Vorteile: Hohe thermische Festigkeit, hohe Erosionsbeständigkeit und geringes Gewicht.
  • Beispiele: SiC-Auskleidungen werden in den Kaltgas-Schubvektorisierungssystemen der Ariane-5-Rakete und der Falcon 9 verwendet; das elektrische Antriebssystem der NASA verwendet Siliziumnitrid als keramische Isolierauskleidung für die Düse.

  • Anwendungen: Hochfrequenzradar, Satellitenkommunikation und Verpackung von Hochleistungsmodulen.
  • Verwendete Keramiken: Aluminiumnitrid (AlN), Berylliumoxid (BeO), Aluminiumoxid (Al₂O₃)
  • Beschreibung der Anwendung: In Kommunikationssystemen für Raumfahrzeuge und Radarkontrollsystemen erfordern zahlreiche elektronische Hochfrequenzkomponenten eine schnelle Wärmeableitung innerhalb eines begrenzten Volumens. AlN- und BeO-Keramiken haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit (>170 W/m-K), die eine schnelle Wärmeübertragung auf den Chip ermöglicht und eine Überhitzung des Systems verhindert.
  • Vorteile: Hohe Wärmeleitfähigkeit, geringer dielektrischer Verlust und ausgezeichnete thermische Stabilität.
  • Beispiel: Die Leistungsmodule für Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) verwenden Aluminiumnitrid-Substrate für das Packaging von Hochfrequenz-Mikrowellenschaltungen.

  • Anwendungen: Flüssigwasserstoff/Flüssigsauerstoff-Zufuhrsysteme, Hochdruckventile und Dichtungen von Kraftstoffpumpen.
  • Verwendete Keramiken: Tonerde (Al₂O₃), ZTA-Keramik.
  • Beschreibung der Anwendung: Treibstoffe wie Flüssigwasserstoff und Flüssigsauerstoff sind hochkorrosiv und werden in kryogenen Umgebungen eingesetzt, was Metalldichtungen anfällig für Verformung, Korrosion und Leckagen macht. Hochdichte, kompakte Aluminiumoxid-Keramikdichtungen bieten eine extrem geringe Permeabilität und können bei Temperaturen von -250°C bis +400°C stabil arbeiten.
  • Vorteile: Hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit.
  • Beispiele: Mehrstufige keramische Dichtungssysteme in den Treibstoffpumpen von Chinas Langer-Marsch-Raketentriebwerken und in den Treibstoffkreisläufen der NASA.

  • Anwendungen: Interne Wärmekontrollsysteme für Satelliten, Isolierung optischer Sensoren, Wärmeschutz für Instrumentenkabinen
  • Verwendete Keramiken: Schaumkeramik (SiC-Schaum), h-BN, ZrO₂-Verbundkeramik
  • Beschreibung der Anwendung: Präzisionsinstrumente an Bord müssen in extrem kalten und heißen Umgebungen stabile Temperaturen halten. Keramikschaum oder mikroporöse Keramikplatten werden als thermische Isolierschichten verwendet, die mit Bornitrid-Dichtungen kombiniert werden, um eine thermische Isolierung ohne Beeinträchtigung der elektrischen Leistung zu erreichen.
  • Vorteile: Geringe Wärmeleitfähigkeit, hohe Isolierung und geringes Gewicht.
  • Beispiel: In der Kabine der optischen Navigationsinstrumente der Raumstation Tiangong werden SiC-Keramik-Isoliermodule verwendet, um die Temperaturunterschiede zwischen den Geräten unter 1,5 °C zu halten.

  • Anwendungen: Teleskope, Laserkommunikation, Infrarotsysteme
  • Verwendete Keramiken: Siliziumkarbid (SiC), Keramikglas mit geringer Wärmeausdehnung, MACOR
  • Beschreibung der Anwendung: In Weltraumsonden oder weltraumgestützten Infrarotgeräten müssen optische Komponenten für längere Zeit in einem extrem niedrigen Vakuum bleiben. Siliziumkarbid ist mit seinem hohen Modul und niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten ein ideales Material für ultraleichte Reflektoren.
  • Vorteile: Minimale Verformung, hohe optische Präzision und geringes Gewicht.
  • Beispiel: Der Primär- und der Sekundärspiegel des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) bestehen beide aus Siliziumkarbid-Keramikstrukturen; mehrere Laser-Entfernungsmessgeräte verwenden MACOR-Halterungen.

  • Anwendungen: Kundenspezifische keramische Sensorgehäuse, kleine elektronische Trägerkomponenten
  • Verwendete Keramiken: MGC (maschinell bearbeitbare Glaskeramik)
  • Beschreibung der Anwendung: Luft- und Raumfahrtsysteme erfordern häufig maßgeschneiderte Strukturbauteile, aber herkömmliche Keramiken lassen sich nur schwer verarbeiten. MGC-Keramik kann mit konventionellen CNC-Dreh- und Frästechniken schnell bearbeitet werden und eignet sich daher für Testprototypen oder Kleinserienfertigung.
  • Vorteile: Direkte Bearbeitbarkeit, hervorragende elektrische Leistung und Anpassungsfähigkeit an Mikrostrukturen.
  • Beispiele: Keramikgehäuse für Drucksensoren in Flugzeugen und Temperaturmesspunktsockel für elektrische Triebwerke.

  • Anwendungen: Hochfrequenz-Antennenmodule, Phased-Array-Radare, Millimeterwellengeräte
  • Verwendete Keramiken: Aluminiumnitrid (AlN), Berylliumoxid (BeO) und Keramiken mit niedriger Dielektrizität (wie Al₂O₃)
  • Beschreibung der Anwendung: Zivile Flugzeuge sind mit Präzisionsradarsystemen (wie Wetterradar und TACAN-Navigation) ausgestattet, die eine Hochfrequenz- und Hochgeschwindigkeitssignalübertragung erfordern. Keramische Werkstoffe mit ihrer niedrigen Dielektrizitätskonstante, ihrem geringen Verlust und ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit eignen sich für die Verpackung von Hochfrequenzschaltungen, Mikrowellengeräten und Filtern.
  • Vorteile: Hochfrequenzstabilität reduziert Signalverluste; hervorragendes Wärmemanagement verhindert Überhitzung des Geräts; und hervorragende elektrische Isolierung unterdrückt Störungen.
  • Beispiele aus der Praxis: Das Multiband-Kommunikationsmodul der Boeing 787 Dreamliner verwendet ein AlN-Substrat; das Radarsendemodul des Airbus A350 ist in ein BeO-Keramikgehäuse eingekapselt.

  • Anwendungen: Navigationskontrollmodule, Leistungswandler, Flugkontrollplatinen, Lagesensoren
  • Verwendete Keramiken: Aluminiumoxid (Al₂O₃), Aluminiumnitrid (AlN), maschinell bearbeitbare Glaskeramik (MGC)
  • Beschreibung der Anwendung: Moderne Avioniksysteme für Passagierflugzeuge sind hoch integriert und erfordern kompakte Strukturen und eine effiziente Wärmeableitung. Keramische Substrate sorgen für Isolierung und Wärmeleitfähigkeit in elektronischen Steuergeräten wie Leistungsmodulen und DC-DC-Wandlern und verbessern so die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems.
  • Vorteile: Äußerst zuverlässige Verpackung, anpassungsfähig an Temperaturschwankungen in großen Höhen; Material mit hoher thermischer Stabilität, das die thermische Drift minimiert.
  • Beispiel: Im Embraer E-Jet E2 werden keramische Kühlkörper aus AlN verwendet, um die Stabilität der Avionikkomponenten zu verbessern; MGC-Keramikgehäuse werden in großem Umfang für die Verpackung von hochpräzisen Lage- und Steuerkurs-Sensormodulen verwendet.

  • Anwendungen: Halterungen für optische Linsen, Infrarotfenster, LED-Kühlkörper
  • Verwendete Keramiken: Transparentes Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid (h-BN)
  • Beschreibung der Anwendung: Optische Geräte im Cockpit (wie Head-up-Displays und Infrarotsensoren) erfordern stabile optische Trägerstrukturen. Bornitrid- und Aluminiumoxidkeramiken bieten eine geringe Wärmeausdehnung und eine hervorragende elektrische Isolierung, so dass sie sich für das Packaging von Lasern und Beleuchtungsschaltungen eignen.
  • Vorteile: Stabile Lichtdurchlässigkeit und Infrarotleistung; geringe thermische Ausdehnung verhindert optische Abweichung; hohe Wärmebeständigkeit unterstützt hochintensive Beleuchtung.
  • Beispiele aus der Praxis: Die Gulfstream G700 verwendet ein transparentes Keramikfenster, um ihr Infrarot-Nachtsichtgerät zu unterstützen, und mehrere LED-Navigationsleuchten verwenden AlN-Substrate zur Wärmeableitung.

  • Anwendungen: Keramische Ventilsitze, Dichtungsringe, Präzisionsdüsen
  • Verwendete Keramiken: ZTA, Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumnitrid (Si₃N₄)
  • Beschreibung der Anwendung: Hochpräzise Kraftstoffeinspritzsysteme erfordern eine hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Keramische Düsen und Ventilsitze können über einen längeren Zeitraum in einem engen Spalt arbeiten und gewährleisten eine gleichmäßige Kraftstoffzerstäubung und eine dichte Abdichtung.
  • Vorteile: Hohe Härte und Verschleißfestigkeit; chemische Beständigkeit, Kompatibilität mit einer Vielzahl von Flugkraftstoffen; verbesserte Lebensdauer und Stabilität des Systems.
  • Beispiele aus der Praxis: Präzisionskeramikdüsen in den Kraftstoffsystemen von Rolls-Royce-Triebwerken der AE-Serie; ZTA-Dichtringe, die in Regionalflugzeugen der Zivilluftfahrt eingesetzt werden, um Metallkomponenten zu ersetzen und Leckagen zu verringern.

Luft- und Raumfahrtkapazitäten von Great Ceramic

Große Keramik ist ein zuverlässiger Anbieter von Lösungen für die keramische Präzisionsbearbeitung und kundenspezifische hochentwickelte Keramikteile die auf die Bedürfnisse der Luft- und Raumfahrtindustrie zugeschnitten sind. Wir bieten:

  • Unterstützung bei der Materialauswahl: Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, SiC, ZTA, BN, MGC und mehr
  • Kundenspezifisches Komponentendesign: Auf der Grundlage von Zeichnungen, 3D-Modellen oder Anwendungsanforderungen des Kunden
  • Fortgeschrittene maschinelle Bearbeitung: CNC-Schleifen, Polieren, Bohren, Schlitzen und Oberflächenbehandlung
  • Enge Toleranzen: Präzision bis zu ±0,001 mm
  • Prototyping und Kleinserienproduktion: Schnelle Lieferung für Entwicklung und Tests
  • Oberflächenmetallisierung und Hartlöten: Für Keramik-Metall-Verbindungen
  • Vorbereitung des Substrats: AlN- und Aluminiumoxid-Keramikplatten mit Laserschneiden und Metallisierung

Luft- und Raumfahrt-relevante Produkte

Rapid Ceramic Prototyping

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Lösungen für die Präzisionskeramikbearbeitung

Bearbeitung von Sonderteilen

Aluminiumnitrid-Keramiksubstrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit

Aluminiumnitrid-Substrat

Bearbeitbare Glaskeramik

Bearbeitbare Glaskeramik

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

A: Für Anwendungen, die hohe Temperaturstabilität, elektrische Isolierung oder geringes Gewicht erfordern, Hochleistungskeramik übertrifft Metalle wie Stahl und Titan.

A: Durch Metallisierung und AktivlötenKeramik kann sicher mit Metallgehäusen verbunden werden, was eine zuverlässige Integration in hybride Baugruppen ermöglicht.

A: Aluminiumnitrid (AlN) wird wegen seiner hervorragenden Eigenschaften häufig verwendet Wärmeleitfähigkeit und geringer dielektrischer Verlust.

A: Ja, viele technische Keramiken weisen eine Strahlenbeständigkeit, Vakuumstabilitätund thermische BelastbarkeitDadurch sind sie ideal für Weltraummissionen.

A: Ja, Hochleistungskeramik hat die strengen Luft- und Raumfahrttests für Hitzebeständigkeit, mechanische Integrität und Umweltbelastung bestanden.

A: Sie bieten Hochgeschwindigkeitsleistung, Verschleißfestigkeit und geringere Reibung im Vergleich zu herkömmlichen Stahllagern.

A: Wir bieten Kundenspezifisches Keramikdesign, Präzisionsbearbeitung, Oberflächenmetallisierungund Anwendungsunterstützungdie alle auf die Standards der Luft- und Raumfahrt zugeschnitten sind.

Große Keramik

Ihr zuverlässiger Partner in der Luft- und Raumfahrtkeramik

  • Materialkenntnisse - Wir verfügen über fundierte Kenntnisse der keramischen Eigenschaften und stimmen die Materialien auf die Leistungsanforderungen ab.

  • Feinmechanische Bearbeitung - Modernste CNC-Systeme sorgen für maßgenaue, komplexe Geometrien.

  • Kundenspezifische Lösungen - Wir unterstützen Innovationen in der Luft- und Raumfahrt - vom Prototyping eines einzelnen Stücks bis hin zur Serienfertigung.

  • Globale Lieferfähigkeit - Reaktionsschneller Service und zuverlässige Logistik für Kunden aus der Luft- und Raumfahrt in Nordamerika, Europa und darüber hinaus.

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