Keramikfertigung meistern: Prozesse, Herausforderungen und Lösungen

Heute umfasst der Begriff Keramik ein breites Spektrum: Metalloxide, Nitride, Karbide. Anwendungen reichen von Haushaltsartikeln bis zu Hochleistungswerkzeugen.

Neben extremer Härte sind Keramiken thermisch und chemisch beständig – ideal für hohe mechanische/thermische Belastung.

Dieser Beitrag beleuchtet drei Schwerpunkte der Fertigung:

• Keramische Formgebungsverfahren,
• Der Sinterprozess,
• Probleme und Lösungen.

Nach der Lektüre können Sie den Prozess besser steuern und Probleme effektiver lösen.

1. Erforderliche Formgebungsverfahren

Methoden: Drehen, Schlickerguss, Bandgießen, Gefriertrocknung, Spritzgießen, Trockenpressen, Heißisostatisches Pressen (HIP) u. a.

Verfahren für komplexe Formen aus Keramikpulver sind in vielen Technologiefeldern begehrt – z. B. für Hochtemperatur-Bauteile wie Wärmekraftmaschinen-Komponenten und Turbinen.

Hilfsstoffe (Holz, Metall, Wasser, Gips, Epoxid) werden beim Brennen eliminiert.

Diese Techniken liefern dimensionsstabile, oberflächenqualitative, hochdichte und mikrostukturell homogene Bauteile.

2. Der entscheidende Sinterprozess

Das Grundprinzip ist simpel, aber Details sind kritisch.

2.1 Chemisches Prinzip

Brandofen-Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der Keramik.

Nach Formgebung (Grünling) wird im Ofen gebrannt. Diffusion von Atomen/Molekülen bewirkt gravierende Mikrostrukturveränderungen:

• Porosität nimmt ab (Schwindung, Dichtung),
• Porenschluss → höhere Dichte,
• deutliche Steigerung von Festigkeit und Verschleißfestigkeit.

Endmikrostruktur und Eigenschaften hängen vom strukturellen Template bzw. Vorläufer ab, der bei Synthese/Formgebung entsteht. Daher sind chemische Pulver- und Polymerprozesse Schlüsseltechnologien für Industriekeramik, Glas und Glaskeramik.

2.2 Qualitätsverbesserung beim Sintern

Gängige Methoden:

• Druckaufbringung auf den Rohling → höhere Grün-Dichte → kürzere Sinterzeit.
• Organische Binder (z. B. Polyvinylalkohol) ziehen Partikel zusammen; verbrennen bei 200–350 °C.
• Organische Schmiermittel beim Pressen.
• Kombinationen (Binder + Schmiermittel + Pressen).

Chemische Additive sind ein eigenes Fachgebiet – entscheidend für Hochleistungskeramik in Elektronik (Kondensatoren, Induktivitäten, Sensoren).

3. Typische Fertigungsprobleme und Lösungen

A. Verformung

Häufigster/schwerster Fehler: Zylinder nicht rund, geometrische Unregelmäßigkeiten.

Ursachen: falsche Trocknung, zu schnelles Vorheizen/Erhitzen, zu hohe Brandofen-Temperaturen.

B. Rissbildung

Zu schnelles Vorheizen → sofortiges Abkühlen → ungleichmäßiger Schwund innen/außen.

C. Blasenbildung (Schäumen)

Ursachen: unvollständige Oxidation/Zersetzung in Scherben/Glasur, nicht entfernte Brandrückstände. Hoher Sulfat- und organischer Verunreinigungsgehalt in der Engobe.

Das war der Qualitätsüberblick. Kommentare und Fragen willkommen!

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