Innovationsmotor Technische Funktionskeramik

Ob Automobil- und Anlagenbau, Elektronik oder Medizintechnik – die Funktionskeramik zählt zu den Taktgebern für Innovationen. Welche
neuen Anwendungsfelder und Systemlösungen die Funktionskeramik erobert, zeigt die MATERIALICA 2000 vom 25. bis 28. September 2000 auf dem Neuen Messegelände in München.

Die sogenannte Hochleistungs- oder Funktionskeramik hat mit der traditionellen Keramik nicht mehr viel gemein. Synthetische Rohstoffe ermöglichen ungewohnt enge Qualitätskriterien und erlauben es dem Keramiker, sich Produkte "maßzuschneidern". Die MATERIALICA 2000 bietet einen umfassenden Überblick über diese Produkte, die in den meisten Fällen in Systemen "verschwinden", das heißt dort zwar unersetzliche Dienste tun, aber nur kleinste Volumina einnehmen.
Besonders deutlich stellt sich dies in der so genannten Funktionskeramik dar, die vor allem in elektronischen Bauteilen benötigt wird. Kondensatoren, Widerstände und Substrate, bevorzugt mit minimalen Abmessungen, tragen entscheidend zur Kommunikationstechnik bei. Kein Fernseher, Handy oder Computer würden je einen Laut oder ein Bild von sich geben, wenn nicht Keramikteile ihre speziellen Eigenschaften zur Verfügung stellen würden: isolierend, halbleitend oder leitend, magnetisch, dielektrisch oder piezoelektrisch. Auf der MATERIALICA 2000 wird die gesamte Bandbreite dieser Funktionsvielfalt in Anwendungsumgebungen und Systemlösungen demonstriert sowie neue Einsatzfelder diskutiert.
Der Weltmarkt der Technischen Keramik, zu der auch die Kohlenstoffprodukte gezählt werden, wird derzeit auf 75 Milliarden Mark geschätzt. Er wächst jährlich um durchschnittlich 6 Prozent. Die keramischen Werkstoffe spielen ihre Vorteile zum einen dort aus, wo es auf Temperaturbeständigkeit, Härte, Beständigkeit gegen Korrosion und Verschleiß bei gleichzeitig relativ niedrigem Gewicht ankommt. Zum anderen gibt es viele Eigenschaften, die andere Werkstoffe nur begrenzt oder gar nicht aufweisen: Piezoelektrizität, Supraleitung, Ferromagnetismus oder Bioverträglichkeit sind nur einige Beispiele.

Universelles Einsatzspektrum
Diese Eigenschaften eröffnen für Funktionskeramik und ihren Verbundlösungen ein breites Einsatzspektrum:
* In Kraftfahrzeugen wird Funktionskeramik nicht nur bei Zünd- und Glühkerzen, Dichtscheiben, Dieselrußfiltern, Wabenkatalysatoren und Bremsbelägen aus Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen verbaut. Sie kommt vermehrt auch bei Ventilen und Ventilsitzen, in Sensoren zur Auslösung der Airbags und zur Regelung des Katalysators sowie in der gesamten Automobilelektronik zum Einsatz.
* Die Hochgeschwindigkeitszüge nutzen gleichfalls Keramik-Komponenten, etwa an den Bremsen als auch im elektronischen Schaltbereich.
* Intelligente Verbundsysteme von Keramik und Polymeren werden zur Panzerung von Fahrzeugen und Personen gegen Geschosseinwirkungen eingesetzt.
* Beim Leistungssport setzt die Sportgeräte-Industrie auf ultraleichte und hochfeste Fahrradrahmen aus Kohlenstoff, Schlittschuhen mit extrem belastbaren Keramik-Kufen sowie Tennis- und Golfschläger aus solchen Werkstoffen.
* Keramische Supraleiter realisieren eine quasi verlustfreie Stromleitung bei moderaten Tieftemperaturen. Ihr Einsatz erfolgt bereits in der Raumfahrt und Medizin, die ersten Umspannstationen erhalten supraleitende Kabel.
* Mit der sogenannten Adaptronik können mechanische Belastungen von Bauteilen (Aktuoren) direkt in elektrische Signale umgewandelt werden. In Verbindung mit Sensoren und einem Regler entstehen Systeme, die sensibel durch Verformung den optimalen Zustand beibehalten. Damit werden zum Beispiel bei den K2-Skiern Schwingungen gedämpft oder bei Flugzeugen bestimmte Gleitflächen automatisch strömungsgünstig einreguliert.
* Keramik wird in Verbindung mit Polymeren und Metallen in Hüftgelenken eingesetzt. Sie wird vom Körper angenommen, widersteht den aggressiven Körpersäften, ist verschleißfest und reibungsarm. Zur Biokeramik zählen Zahnimplantate, die stetig verbessert werden und die heute in Aussehen, Härte und Festigkeit den echten Vorbildern in nichts mehr nachstehen.
* Kraftwerksturbinen erreichen bessere Wirkungsgrade, wenn sie höhere Verbrennungstemperaturen aushalten. Dies erreicht man mit Keramik beschichteten oder ganz aus Keramik gefertigten Schaufeln; Brennerrohre bestehen ebenfalls aus Hochleistungskeramik.
* In Brennstoffzellen wird elektrochemische Energie in Wärme umgesetzt. Auch hier gibt es Systeme mit Keramikteilen, die Temperaturen von etwa 1000° C aushalten und dabei als Elektrolyt die Umsetzung vornehmen.
* Hochleistungen bei der Metallbearbeitung erzielt man mit Schneidkeramik, die "wie Butter" den härtesten Stahl zerspant. Auch künstliche Diamanten zählen zu den keramischen Werkstoffen – sie werden in dünnen Schichten auf Werkzeuge aufgebracht und bringen dort ihre hohe Härte zur Wirkung.
* Industriemaschinen weisen zunehmend Keramikteile in ihrem Inneren auf: als Dichtscheiben, Wellen, Walzen, Kolben, Verschleißschutzleisten, Wälz- und Gleitlager.
* In Handys ist eine große Zahl von "passiven" (Kondensatoren, Widerstände, Gehäuse und Substrate für die Schaltungen) und "aktiven" Keramikteilen enthalten, welche die Sprache in Elektroimpulse und beim Empfänger wieder in Sprache verwandeln.

Ideenbörse für innovative Verbundlösungen
Bei diesem weitgefächerten Verwendungsspektrum ist es nicht verwunderlich, dass die Keramikbranche den größten Teil der Aussteller auf der MATERIALICA 99 stellte und sich auch in 2000 im grösseren Umfang präsentiert. Besonders relevant in diesem Kontext ist dabei die materialien-übergreifende Leistungsschau aller modernen High-Tech-Werkstoffe auf der MATERIALICA, die nicht nur Funktionskeramik, sondern auch Metalle, Kunststoffe und Polymere umfasst.
Inzwischen existieren zahlreiche Verbundwerkstoffe, welche die jeweiligen materialspezifischen Vorteile der Einzelkomponenten vereinen und in der Kombination komplett neue Eigenschaften realisieren und damit auch neue Märkte eröffnen – wie beispielsweise Keramikteilchen in Metallmatrices (sog. Hartmetalle) oder Glaskeramik. Spezielle Vorteile bietet auch die Polymerkeramik, bei der die Formgebung zunächst mit einem flüssigen Polymer vorgenommen wird, welches später durch Hitzeeinwirkung in hochfeste Keramik umgewandelt wird. Damit ist die MATERIALICA 2000 das optimale Podium für Produzenten und Zulieferer, die Kontakte zur weiterverarbeitenden Industrie suchen. Und vice versa für die Entwickler und Einkäufer aus allen Fertigungsbranchen, die den geeigneten Werkstoff oder die daraus gefertigten Bauteile suchen und sich neue Materialanregungen für kommende Produktgenerationen von der Messe mitnehmen.

Ausblick auf die Zukunft
Und was ist für die Zukunft in der Hochleistungskeramik zu erwarten? In der Biotechnologie arbeitet man an Mikroimplantaten, die als Mikroreaktoren im Körper wirken sollen – keramische Sensoren im Nanometer-Maßstab sind dabei unverzichtbar. Pflanzenstrukturen mit ihrer optimierten Faser- und Kanalstruktur werden durch intelligente Prozesse in Keramikstrukturen umgewandelt und können so als äußerst wirksame Katalysatorträger eingesetzt werden. Weitere Fortschritte in der Computertechnologie könnte der Ersatz der an Grenzen stoßenden Siliciumchips durch SiSiC-(Silicium-Siliciumcarbid-)Chips bringen. Der Elektronikanteil am Automobil wird laufend erhöht, wobei miniaturisierte Keramikteile für weitgehende Wartungsfreiheit sorgen sollen. Brennstoffzellen, die die Hausversorgung völlig unabhängig vom Netz sicher stellen, sollen 2002 als Prototyp verfügbar sein. Schwingungen am Drehgestell des ICE werden schon demnächst durch die oben erwähnte Adaptronik beseitigt sein. Und das ist nur ein kleiner Ausblick auf die neuen Einsatzpotenziale der Hochleistungskeramik.
Die MATERIALICA 2000, 3. Internationale Fachmesse für innovative Werkstoffe, Verfahren und Anwendungen, findet als europäische Zuliefermesse für Entwickler und Einkäufer mit dem Fachkongress MATERIALS WEEK (vormals WERKSTOFFWOCHE) und erstmalig auch der MAGNESIUM CONFERENCE vom 25. bis 28. September 2000 auf der neuen Messe München statt. Weitere Informationen zur MATERIALICA 2000 finden Sie im Internet unter der Adresse http://www.materialica.de.

Ansprechpartner für die Presse:
Ellen Richter-Maierhofer
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E-mail: richter-maierhofer@messe-muenchen.de

Ansprechpartner für Aussteller:
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Weitere Informationen finden Sie im WWW:

• http://www.materialsweek.org/