Hochleistungskeramik

Mikroteile – nicht klein zu kriegen

Sie sind spritzgegossen, weisen vielfach komplizierte Geometrien mit feinen Details auf und halten dennoch hohen thermischen, mechanischen und tribologischen Belastungen stand: Mikrobauteile aus Hochleistungskeramiken.

Vermessung eines keramischen Kleinstbauteils

Um diese Ziel zu erreichen, sind auf die jeweiligen bauteilspezifischen Anforderungen zugeschnittene Rezepturen und Verarbeitungsparameter erforderlich. Nur dann kann das Keramik-Spritzgießen seine Stärken ausspielen. Anders als beim Spritzen von Kunststoffen handelt es sich hier um einen mehrstufigen Prozess. Nach dem Aufbereiten muss das Keramikpulver zunächst mit einem Bindersystem spritzfähig gemacht werden. Auf den eigentlichen Spritzvorgang folgen zwei weitere Prozessschritte, das Entbindern und das Sintern, bei denen die zum Spritzen erforderlichen Zusätze entfernt werden und das Bauteil zu seiner endgültigen Struktur verfestigt wird. Das fertige Bauteil weist noch etwa 50 Prozent des Volumens des Grünlings auf.

Mikrospritzgussteile aus Hochleistungskeramik

Damit sehen sich die Werkstoffentwickler zwei Herausforderungen gegenüber. Zum einen muss die Hochleistungskeramik den Anforderungen des späteren Einsatzes genügen und die dauerhafte Funktion des Bauteils gewährleisten, beispielsweise bruchzäh sein, schnell wechselnden Temperaturen standhalten oder biokompatibel sein. Zum anderen sollen trotz der hohen Volumenreduktion präzise Bauteile gefertigt werden. Und das nicht nur während einer Produktionscharge, sondern über die gesamte Herstellzeit des Produktes. Dazu sind nicht nur auf die jeweilige Anwendung abgestimmte Hochleistungskeramiken zu entwickeln, sondern auch die zugehörigen Bindersysteme. Das bietet laut Hersteller den Vorteil, dass einerseits die Zusätze nach dem Spritzvorgang vollständig entfernt und andererseits auch Submikron-Pulver plastifiziert werden können.

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Zudem sind unterschiedliche Formgebungsverfahren zu berücksichtigen, um die sichere und reproduzierbare Verarbeitungsfähigkeit der Werkstoffe sicher zu stellen. Die Ergebnisse entsprechender Tests geben der Entwicklungsarbeit wiederum neue Impulse. Und der Teilehersteller erhält neben dem maßgeschneiderten Keramikgranulat detaillierte Verarbeitungshinweise. Womit Mikroteile resultieren können, die länger halten als das Produkt, in das sie eingebaut sind.

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