Praxisberichte

Keramikblech: Ein Enabler unter fordernden Bedingungen

Faserverstärkte Keramik für Hochtemperaturanwendungen

Auf den cleveren Materialmix kommt es an: Wenn einzelne Werkstoffe an ihre Grenzen stoßen, etwa hinsichtlich ihrer thermischen oder mechanischen Belastbarkeit, können Verbundwerkstoffe neue Möglichkeiten eröffnen. Ein treffendes Beispiel dafür ist Keramikblech. Hinter diesem Markennamen der Pritzkow Spezialkeramik verbergen sich oxidkeramische Faserverbundwerkstoffe, die längst mehr als ein Geheimtipp für besonders fordernde Anwendungsbedingungen sind.

Für seine wegweisende Entwicklung im Bereich der Faserverbundwerkstoffe erhielt der Unternehmensgründer Walter Pritzkow bereits 1995 den Techtextil-Innovationspreis des internationalen Techtextilkomitees. Mit einer Anwendungshistorie von über einem Vierteljahrhundert kann die Technologie also getrost als ausgereift und bewährt gelten – und ist dennoch ein „Hidden Champion“, dessen Eigenschaften und Vorteile vielfach noch als Geheimtipp gehandelt werden. Dabei eröffnet Keramikblech viele Vorteile und kann thermisch sowie mechanisch hochbelastete Metallblechstrukturen ersetzen.

Vorteile faserverstärkter Keramik

Leichtbau und Faserverbundwerkstoffe beschäftigen Walter Pritzkow spätestens seit seinem Studium der Luft- und Raumfahrttechnik. „Parallel hatte ich mich schon mit erneuerbaren Energien und Windenergieanlagen auseinandergesetzt. Dabei ist zunehmend ein Verständnis dafür entstanden, auf welche Weise Ingenieure technisch mit Keramik umgehen und welche Mehrwerte sie daraus ziehen können.“ Schon früh befasste er sich auch mit faserverstärkter Keramik und den daraus resultierenden Vorteilen. „Damit lassen sich gänzlich neue Dinge tun, die etwa mit monolithischer Keramik nicht möglich sind“, so Pritzkow weiter: „Ein Beispiel dafür sind große und hochfeste Bauteile, die dank dünner Wandstärken von nur wenigen Millimetern eine enorme Gewichtseinsparung ermöglichen.“

Keramikblech: Ein Enabler für zahlreiche Anwendungen

Als „Enabler“ versteht Pritzkow seine Keramikblech-Technologie bis heute: „Die Herausforderung ist es dabei, Ingenieure davon zu überzeugen, dass dieser Werkstoff etwas kann, was sie auf der einen Seite nicht kennen und was auf der anderen Seite ein Problemlöser für die spezifischen Anforderungen sein kann.“ Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt in der Entwicklung und Konstruktion von Leichtbaustrukturen, die im Hochtemperaturbereich unter extremen Bedingungen zur Anwendung kommen. In enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, Bayreuth, wurden seit 2001 dazu verbesserte oxidkeramische Faserverbundwerkstoffe basierend auf den Fasern 3M™ Nextel™ 610 entwickelt. Diese keramischen Fasern sind bekannt für ihre Festigkeit und Stabilität sowie die hervorragende Hitzebeständigkeit.

Temperaturfest, korrosionsbeständig und mechanisch belastbar

Das Resultat sind echte Enabler, bei denen sich die positiven Eigenschaften von Metallen wie Schadenstoleranz und Thermoschockbeständigkeit mit den vorteilhaften Eigenschaften der Keramik wie Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit vereinen. Schon ein kurzer Blick auf den Leistungskatalog macht die Vorteile von Keramikblech deutlich:

  • Bewährt und robust für den Langzeiteinsatz bis 1.300 °C
  • Extrem hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen, gleichzeitig sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit
  • Hohe mechanische Belastbarkeit durch den textil-keramischen Verbund
  • Ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit auch bei hohen Anwendungstemperaturen
  • Sehr gute Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen
  • Geringe Wärmedehnung – nur etwa die Hälfte von Stahl

Erstklassiges Preis-Leistungs-Verhältnis durch lange Standzeiten

Den zunächst höheren Materialkosten steht somit eine überzeugende Bilanz über den gesamten Lebenszyklus des jeweiligen Bauteils gegenüber. Keramikblech hilft, ungeplante Stillstandszeiten zu vermeiden und somit den Anwendern bares Geld über die gesamte Nutzungszeit hinweg zu sparen. „Das Preis-Leistungs-Verhältnis ist unschlagbar gut“, zeigt sich Pritzkow überzeugt. „Um die Materialkosten richtig einordnen zu können, müssen Anwender die Robustheit und Langlebigkeit einfach selbst erlebt haben.“

Ein breites Feld an Anwendungen

Daher überrascht es nicht, dass laufend neue Anwendungen in der Industrie oder auch im Maschinen- und Anlagenbau hinzukommen. Die Hochleistungskeramik ist eine gute Wahl, wenn dünnwandige, thermoschockbeständige und oxidationsbeständige Keramikbauteile benötigt werden. „Schließlich gibt es immer mehr Anwendungsfelder, in denen leichte Strukturen benötigt werden, die sich zudem leicht aufheizen und abkühlen lassen – bei gleichzeitig hoher Materialverlässlichkeit“, führt der Spezialkeramik-Fachmann weiter aus. So entwickelt sein Unternehmen beispielsweise Chargiergestelle in gewichtsparender Ausführung, die enorme Gewichte tragen können.

Laufend kommen neue Anwendungsfelder hinzu – beispielsweise als Thermoschutzrohre in Müllverbrennungsanlagen, die eine hohe Stabilität aufweisen, dauerhaft die hohen Temperaturen meistern und dazu noch enorm korrosionsbeständig sind. Ebenso bewähren sich Keramikblech-Bauteile in unterschiedlichen Induktionsanwendungen, der Brennstoffzellenfertigung, der chemischen Verfahrenstechnik bis zur Petrochemie und viele weiteren Industrieanwendungen.

Aus der Raumfahrt für irdische Zwecke

Bemerkenswert: Die Entwicklung der 3M™ Nextel™ Keramikfasern selbst geht ursprünglich auf das Raumfahrtprogramm der NASA zurück. Die vielseitigen Materialien wurden verwendet, um Space Shuttles vor der Hitze beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre zu schützen. Noch heute werden die Keramikfasern genutzt, um die Internationale Raumstation vor dem Einschlag von Mikrometeoriten zu bewahren. Darüber hinaus sind sie aber auch für eine Vielzahl höchst irdischer Anwendungen gefragt. Die Hochtemperaturwerkstoffe aus kontinuierlichen polykristallinen Metalloxidfasern kommen für thermisch, mechanisch oder elektrisch anspruchsvolle Anwendungen zum Zuge. Mit dem vielfältigen 3M™ Nextel™ Portfolio lassen sich unterschiedlichste Anforderungen abdecken – die vielfältigen Keramikblech-Anwendungen sind das beste Beispiel dafür.

Sie möchten mehr erfahren? Dann besuchen die Website www.keramikblech.com/.

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Die Produktbroschüre finden Sie hier: 3M™ Nextel™ Ceramic Textiles and Composites.
Oder besuchen Sie die Website: 3M™ Ceramic Fibers & Textiles.

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