Der Unterschied zwischen Glaskeramik und Hochleistungskeramik

Obwohl sowohl Glaskeramik als auch Hochleistungskeramik anorganische, nichtmetallische Werkstoffe sind, handelt es sich im Wesentlichen um zwei verschiedene Materialien. Hochleistungskeramik wird aus gesinterten Pulvern hergestellt, und ihre Mikrostruktur ist ungleichmäßig und von Natur aus porös, was ihre endgültigen mechanischen und thermischen Eigenschaften begrenzt. Im Gegensatz dazu sind Glaskeramiken komplexe technische Werkstoffe. Im Bereich der superharten Werkstoffe und High-End-Materialien ist die Erforschung der wesentlichen Unterschiede zwischen Glaskeramik und Hochleistungskeramik von großer Bedeutung für die Werkstoffauswahl, die Prozessgestaltung und die Leistungsoptimierung Ihres Projekts. Ich werde sie unter den Gesichtspunkten der Mikrostruktur, des Aufbereitungsprozesses, der Anwendungsszenarien und der Auswahl analysieren.

Unterschiede im Mikrogefüge

Die Ausgangsform von Glaskeramik ist amorphes Glas. Nach einer kontrollierten Kristallisation wachsen mikrometergroße Kristalle in der Matrix und bilden schließlich eine Koexistenz von Kristall- und Glasphase, die den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials erheblich verringern und gleichzeitig die allgemeine Rissfestigkeit und die einfache Verarbeitung verbessern kann.

Hochleistungskeramiken (z. B. Oxide oder Karbide) werden bei hoher Temperatur durch Pulversinterung hergestellt. Die Körner sind durch Korngrenzen fest verbunden, die Struktur ist dicht, aber die Anisotropie ist deutlicher. Das dichte Gefüge macht es weniger bruchanfällig, und die relative Härte ist extrem hoch.

Unterschied im Aufbereitungsprozess

Glaskeramik

Schmelzen und Abschrecken: Bildung von gleichmäßigem Glas;
Kontrollierte Kristallisation: Sekundäres Erhitzen, Zugabe von Keimbildnern zur Förderung einer gleichmäßigen Ausscheidung von Mikrokristallen;
Formgebung/Fertigbearbeitung: Drehen und Fräsen können im glasigen oder teilkristallinen Zustand durchgeführt werden

Hochleistungskeramik

Pulveraufbereitung: Kugelmahlen von hochreinen Oxiden/Nitriden/Karbiden;
Formgebung: Trockenpressen, isostatisches Pressen, Verpressen, Dünnfilmbeschichtung, 3D-Druck;
Sintern: Atmosphärendrucksintern, Heißpressen, Gasdrucksintern oder SPS;
Nachbearbeitung: mit Präzisionsverfahren wie Diamantschleifen und Laserbearbeitung

Anwendungsszenario

Industrie	Glaskeramik	Hochleistungskeramik
Halbleiter & Lithographie	Optische Tische mit geringer Ausdehnung, Maskensubstrate (Zerodur)	Wärmeleitende Platten, Spannarme, Vakuumsauger, etc.
Luft- und Raumfahrt	Stabile Spiegelhalterungen, Strukturen zur Wärmekontrolle von Satelliten, Hohlräume für Laserkreisel	Si₃N₄-Hochtemperaturlager, SiC-Reflektoren
Präzisionsinstrumente	Interferometerhalterungen, Ionenfallenhalterungen	Rotoren aus Siliziumnitrid, keramische Messfüße
Medizin und Biotechnologie	Röntgentransparente Plattformen, menschliche Implantate	Zirkoniumoxid-Implantate, medizinische Infusionspumpen

Auswahlhilfe

Benötigt geringe Wärmeausdehnung und gute Bearbeitbarkeit → Glaskeramik

Präzisionsoptik, komplex geformte Kavitäten, schnelles Prototyping.

Extreme Härte/Verschleißfestigkeit, Funktionalität (piezoelektrisch, Wärmeleitfähigkeit, Isolierung) → Hochleistungskeramik

Hochgeschwindigkeits-/Hochtemperaturbedingungen, elektronische Verpackungen, Sensoraktuatoren, usw.

Kosten und Chargenfaktoren

Glaskeramik hat hohe anfängliche Schmelzkosten, aber eine günstige Nachbearbeitung;

Hochleistungskeramik hat lange Sinterzyklen und eine teure Nachbearbeitung, aber eine lange Lebensdauer und extreme Leistung.

Kontakt

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