Technisch keramiek

In het industriële tijdperk kwam er een einde aan het overwicht van keramiek op basis van klei. Traditioneel keramiek omvat de silicaatkeramische materialen van aardewerk tot porselein, maar ook producten voor technisch gebruik: bakstenen, tegels en bouwcomponenten, silicaten met lage thermische uitzetting (cordieriet en lithiumaluminiumsilicaten) of met een bepaalde poreusheid, steatiet en ten slotte porselein voor elektrotechniek, sanitair en tandheelkunde.

In het gebruik maken ook de vuurvaste materialen ook deel uit van de keramiektraditie. Maar er zijn ook nieuwe materialen zoals keramische vezeltypes voor thermische isolatie, en zirkoniumsilicaten voor het bekleden van smelttanks in de glasindustrie en in de staalgietsector.

Naarmate de technologie zich naar steeds nieuwe gebieden uitbreidde, nam ook de verscheidenheid aan materialen toe die geen silicaten zijn en niet langer overeenkomen met de keramische traditie, maar wel overeenkomen met de definitie ervan. Deze kunnen worden onderverdeeld in vijf groepen: oxidekeramiek, elektro- en magnetokeramiek, niet-oxide keramiek, glaskeramiek en speciaalkeramiek.

  • De term oxidekeramiek betreft materialen die meestal uit slechts één oxide bestaan en door sinteren worden geproduceerd: aluminiumoxide wordt gebruikt als slijtvast materiaal in de mechanische en installatiebouw, als een corrosiebestendig materiaal in de chemische industrie, als isolatiemateriaal in de elektrotechniek en elektronica of als hoge temperatuurmateriaal in de warmtetechniek. Berylliumoxide wordt gebruikt in de elektronica-industrie. Magnesiumoxide is een materiaal voor hoge temperaturen en wordt gebruikt als vuurvast materiaal en in de elektrotechniek. Yttriumoxide kan poriënvrij worden gesinterd en is daardoor transparant. Zirkoniumoxide wordt in de textielindustrie gebruikt als draadgeleider, bij de metaalproductie als extrusiematrijs, voor het smelten van bepaalde metalen en voor meetinstrumenten in industriële ovens en motoren. Thoriumoxide speelt een belangrijke rol in de nucleaire technologie. Het is met een smeltpunt van 3.220 °C het hoogst smeltende oxide.
  • Elektro- en magnetokeramiek hebben een veelzijdig toepassingsgebied. Deze omvat onder meer bariumtitanaatkeramiek als diëlektrisch materiaal voor condensatoren en als PTC-thermistors voor PTC-weerstanden, loodzirkonaattitanaat als piëzo-elektrisch materiaal voor elektro-optische toepassingen, zinkvaristoren met een spanningsafhankelijke weerstand om apparaten tegen overspanning te beschermen en thermistors op basis van aluminiumoxide / koperoxide voor temperatuurmetingssensoren. Magnetokeramiek omvat zachte en permanente magnetische ferrieten (gemaakt van ijzeroxide met Mn, Ni, Zn, Co, Cu, Mg of met Ba, Sr, Pb) voor bedrade communicatietechnologie of in elektromagnetische omvormers, relais, scheiders, bevestigingssystemen en transportmiddelen.
  • Niet-oxide keramiek omvat carbiden, nitriden, boriden, siliciden, sulfiden en fluoriden. De bekendste van de carbiden is siliciumcarbide. Het heeft een hoge hardheid, een goede thermische geleidbaarheid en een goede temperatuurbestendigheid. Koolstofvezels zijn gemaakt van cellulosepolyacrylonitril en andere organische verbindingen met een lange keten en hebben een hoge elasticiteit. Ze worden gebruikt om composietmaterialen te vervaardigen. Van de nitriden heeft het boornitride Borazon de grootste hardheid na diamant.
  • Glaskeramiek omvat materialen gemaakt van lithium- en bariumsilicaatglazen. De gesmolten en gekoelde glazen mallen worden blootgesteld aan UV-stralen, waarbij ze kristalliseren. De blootgestelde kristallijne fase wordt opgelost met verdund fluorwaterstofzuur, wat resulteert in maatnauwkeurige doorbraken die roosters en schermen bevatten met tot wel 50.000 gaten per vierkante centimeter. Met dit proces kunnen door opnieuw te sinteren ook Pyroceram-producten worden geproduceerd, die worden gebruikt voor raket-punten, kookgerei, astronomische spiegels en fornuizen. In het Fotoceram-proces kristalliseert het voornamelijk lithiumhoudende glas met titaandioxide als kiemvormingsmiddel door het gevormde glasstuk aan een tweede temperingsproces te onderwerpen. Fijn kristallijne miniatuurcomponenten met de hoogste precisie voor elektronica en elektrotechniek worden hierdoor verkregen.
  • Speciaalkeramiek speelt een belangrijke rol in de nucleaire technologie als splijtstof, als bekleding en constructiemateriaal en andere toepassingen. Voor splijtstofelementen wordt de keramische brandstof (uraniumdioxide) gevuld in metalen bekledingsbuizen in de vorm van cilindrische gesinterde lichamen (“pellets”). Het uraniumdioxidepoeder wordt gesinterd bij 1700 °C onder waterstof. Een andere groep speciaalkeramiek bestaat uit keramische coatings op metalen die worden aangebracht door middel van vlamspuiten (met een brandstofgas) of plasmasproeien (in een elektrische boog). De hoge temperaturen in het plasma kunnen oplopen tot 40.000 °C. Oxiden van aluminium, titanium, chroom, zirkonium, maar ook spinellen, carbiden, nitriden, boriden en siliciden worden als coatingmaterialen gebruikt. Aan de andere kant worden suspensies van metaalpoeders in etherische oliën gebruikt om metalen aan keramiek te hechten. Composietmaterialen gemaakt van keramiek en metaal staan bekend als cermets. Ze worden vervaardigd door sinteren of door een poreuze keramiek te infiltreren met een metaalsmelt of door vlamspuiten. Cermets worden gebruikt in hogetemperatuurtechnologie en als contactmaterialen in elektrotechniek. Keramische materialen voor medicijnen worden “biokeramiek” genoemd. Ze zijn onderverdeeld in drie groepen:
  • inerte keramische materialen voor implantaten, vooral aluminiumoxide voor heupgewrichten, pyrolytische koolstof voor hartkleppen,
  • bioactief keramiek voor compatibiliteit met het weefsel. Hiervoor worden silicaatfosfaatglazen gebruikt,
  • opneembaar calciumfosfaatkeramiek.