Wie bereits im letzten Beitrag von unserem Entwickler Dominik Zug hervorgehoben, ist unser Ziel Bornitrid Keramiken zu entwickeln, die es so am Markt nicht gibt bzw. besondere Anforderungen erfüllen, welche mit gängigen Materialien nicht oder nur unzureichend erfüllt werden können. Mit unserem HeBoSint® SL-N 300, einer Komposit–Keramik, bestehend aus Bornitrid und einem Silizium-Aluminiumoxynitrid, ist es uns gelungen einen Werkstoff mit starkem Charakter zu entwickeln.
Was macht das HeBoSint® SL-N 300 so besonders?
Ein starker Charakter in jeder Hinsicht, doch was bedeutet dies konkret? Wenn wir einen Blick auf die Spinnennetzgrafik werfen, wird schnell ersichtlich wo die Stärken unseres BN-SiAlON's liegen.
hohe Verschleißfestigkeit
hohe Biegefestigkeit
gutes Thermoschockverhalten
geringe Wärmeausdehnung
hervorragende Gasdichtigkeit,
sehr gutes Trennverhalten
und exzellentes elektrisches Isolationsvermögen.
Zu guter Letzt sorgt diese Materialkombination für eine sehr gute chemische Beständigkeit. All diese Eigenschaften formen einen starken Charakter.
Die mechanischen Eigenschaften
Biegefestigkeit [MPa]: Die Biegefestigkeit stellt den maximalen Wert dar, den ein Bauteil bei Druck oder Zug aushält, bevor es unter Belastung durch Biegung bricht. Es ist mit eine der wichtigsten Eigenschaften zum Abschätzen der Festigkeit und Dimensionierung von Bauteilen. Einflussgrößen für die Biegefestigkeit am Bauteil sind Gefügehomogenität, Korngröße, Kornmorphologie und auch die Oberflächengüte. Im Allgemeinen zeichnet sich technische Keramik durch sehr hohe Biegefestigkeiten bei hohen Temperaturen aus. Deshalb bietet sich der Einsatz unter anderem in Hochtemperaturprozessen besonders gut an. Unser HeBoSint® SL-N 300 weist senkrecht zur Pressrichtung üblicherweise einen Wert von etwa 120 MPa und parallel zur Pressrichtung etwa 95 MPa auf. Dies ermöglicht eine Vielzahl an Geometrien und auch geringe Wandstärken, was bei der Auslegung des Bauteils viele Freiheitsgrade zulässt.
Elastizitätsmodul [GPa]: Der E-Modul ist eine weitere Kenngröße zur Einschätzung der Festigkeit und gibt vereinfacht gesagt die Elastizität an, sozusagen wie gut ein Material einer Verformung durch Krafteinwirkung Stand hält.
Hier liegen die Werte senkrecht zur Pressrichtung bei 45 GPa und parallel zur Pressrichtung bei 30 GPa. Zum Vergleich: Eine reine Bornitrid Keramik liegt hier bei ca. bei 23 GPa bzw. 20 GPa.
Druckfestigkeit [MPa]: Diese Größe gibt an wie gut ein Werkstoff einer Druckkraft von einer oder auch mehreren Seiten standhält. Die Druckfestigkeit von technischer Keramik ist häufig 5-10 Mal höher als die Biegefestigkeit, weshalb bei der Einsatzplanung des Werkstoffes eine Druckbelastung zu bevorzugen ist.
Die Werte der Druckfestigkeit liegen mit HeBoSint® SL-N 300 bei 270 MPa senkrecht zur Pressrichtung und bei 315 MPa parallel zur Pressrichtung.
Vergleich mit anderen Keramikmaterialien auf dem Markt
Wie bereits erwähnt, zeichnet sich technische Keramik meist durch hohe mechanische Eigenschaften aus. Hier sind die oben genannten Werte für die Biegefestigkeit, den E-Modul und für die Druckfestigkeit unseres Materials im Vergleich zu anderen Keramiken als moderat einzuordnen. Im Vergleich zu oxidkeramischen Materialien, wie zum Beispiel Aluminiumoxid und Zirkonoxid liegen die Vorteile beim Werkstoff HeBoSint® SL-N 300 vor allem bei der Thermoschockbeständigkeit und dem Trennvermögen gegenüber metallischen Schmelzen. Während beispielweise Aluminiumoxid Temperaturen von maximal 1600 °C standhält, können für das HeBoSint® SL-N 300 Temperaturen von bis zu 1800 °C in der Anwendung erreicht werden. Ebenso ist die thermische Ausdehnung von 2,5 bis 4,6·10-6 K-1 deutlich geringer als bei Aluminniumoxid (ca. 7·10-6 K-1) oder Zrikonoxid (ca. 10·10-6 K-1), was nicht zuletzt zu der erwähnten hohen Thermoschockbeständigkeit führt. Im direkten Vergleich zu karbidischen Werkstoffen, wie zum Beispiel das Siliziumkarbid, welches eine ähnlich geringe Wärmeausdehnung (ca. 3,5·10-6 K-1) und ebenfalls eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist, ist neben der höheren Reaktivität gegenüber Stahlschmelzen beispielsweise der spezifische elektrische Widerstand hervorzuheben. Dieser beträgt beim Siliziumkarbid etwa 105 Ωcm und ist damit deutlich geringer als beim HeBoSint® SL-N 300 mit einem Wert von etwa 1015 Ωcm.
Kundenerfahrungen und Ausblick
Die ersten Kundenerfahrungen zeigen, dass wir mit der Entwicklung dieser Keramik einen echten Mehrwert bieten können. In den nächsten Wochen werden wir auf die weiteren Eigenschaften eingehen, um so am Ende einen möglichst umfassenden Überblick zu geben, wie die einzelnen Eigenschaften zu interpretieren sind und wie diese in Verbindung stehen. Denn nur das Zusammenspiel der verschiedenen Parameter macht es möglich den passenden Werkstoff auszuwählen.
https://www.henze-bnp.de/service/technischer-vertrieb.php
