Lehrgebiet "Hochleistungs- und Funktionskeramik“ in der Fakultät Werkstofftechnik

Prof. Dr. Hannes Kühl

Unter der Hochleistungs- und Funktionskeramik versteht man die sog. oxid- und nichtoxidkeramischen Werkstoffe mit Ausnahme der silikatkeramischen, also „traditionellen“ Keramikwerkstoffe, wie Porzellan oder Steatit. Die Bedeutung der Hochleistungs- und Funktionskeramik hat in den letzten Jahrzehnten enorm an Bedeutung gewonnen. Ohne sie wäre heutzutage kaum eine technische Innovation möglich.

Meist sind es jedoch die versteckten Bauteile, die nicht sofort ins Auge fallen. Denkt man nur ans Automobil, so sind dort mindestens 20 verschiedene hochleistungs- oder funktionskeramische Bauteile verbaut, ohne die kein modernes Fahrzeug auskommen würde. Zu nennen sind hier u.a.:



Beispiele

die Zündkerze, die Glühstiftkerze, der Dieselrußpartikelfilter, Piezosensoren und -aktoren für die unterschiedlichsten Anwendungen (Abstandssensor, Füllstandssensor, Klopfsensor, Diesel-Injektoren), die Lambda-Sonde, PTC-Heizelemente, Platinen und Kondensatoren und vieles mehr. Doch auch außerhalb des Automotive-Bereichs sind Hochleistungskeramiken nicht wegzudenken. Keramische Hüftgelenksimplantate, keramische Schneiden für chirurgische Messer oder Dentalkeramiken sind als Beispiele aus dem Bereich der Medizintechnik zu nennen. Die Liste ließe sich endlos fortsetzen.

Mögliche Einsatzgebiete

Nichtsilikatkeramische Werkstoffe, die die Basis der Hochleistungs- und Funktionskeramiken bilden, finden dort Einsatz, wo sie ihre individuellen Stärken – sei es hohe Verschleißfestigkeit, höchste Temperaturbeständigkeit, hervorragende elektrische Isolation usw. – ausspielen können. Metallische Werkstoffe sind dort an der Leistungsgrenze angelangt. Somit bieten Hochleistungskeramiken DIE Möglichkeiten für die Entwicklungen und Innovationen der Zukunft. Besonders interessant macht diese Werkstoffgruppe besondere physikalische Phänomene wie z.B. die Supraleitung, die Ionenleitung oder der Piezoeffekt.

Im Bachelorstudiengang (BA) Werkstofftechnik werden die Grundlagen der Nichtsilikatkeramik vermittelt. Dazu gehört u.a. die Verfahrenstechnik. Sämtliche keramische Bauteile werden aus Keramikpulvern aufgebaut, die über den sog. Sinterprozess verdichtet werden. Darüber hinaus lernen Sie die verschiedenen Formgebungstechniken (Presstechniken, keramischer Spritzguss, Extrusion) kennen und verstehen, welche Technik man für welche Bauteile am sinnvollsten anwendet. Außerdem wird ein Fokus auf die Grundlagen der wesentlichen Werkstoffeigenschaften gelegt. Sie lernen zu verstehen, warum es sich bei Keramiken um spröde Werkstoffe handelt und wie man diese charakterisieren kann.


Im Schwerpunkt „Nichtsilikatkeramik“ des BA-Studiengangs und im Master wird dieses Grundlagenwissen systematisch um anwendungsbezogenes Spezialwissen aus dem Bereich der Hochleistungs- und Funktionskeramik erweitert. Zunächst werden die Grundlagen im Bereich der Werkstoffeigenschaften vertieft. Wie kommt es z.B. zu einer sog. Umwandlungsverstärkung in Zirkonoxid-Keramik? Warum ist die thermische Leitfähigkeit von Aluminiumnitrid so hoch? Wie kann ich transparente Keramik herstellen? Wie kommt es zum Piezoeffekt in speziellen Funktionskeramiken? Wie kommt es zur Ionenleitung in Zirkonoxid, die die Basis für die Brennstoffzellentechnik ist? All diese interessanten Fragestellungen können Sie nach dem Schwerpunktstudium der Nichtsilikatkeramik beantworten.