Anwendung von ZTA-Keramik

ZTA-Keramik (Zirconia-Toughened Alumina Ceramic), eine Verbundkeramik, die die hohe Härte/Verschleißfestigkeit von Aluminiumoxid mit der Zähigkeit/Wärmeschockbeständigkeit von Zirkonoxid kombiniert, wird häufig in der Verschleißfestigkeitstechnik, der Automobilindustrie, dem Bergbau und der Medizin eingesetzt. Ihre spezifischen Anwendungen sind wie folgt:

1. Verschleißfeste Maschinenbau- und Industriemaschinen (Kernanwendung)

• Gleitringdichtungen und Pumpenteile: Wird zur Herstellung von Gleitringdichtungsflächen (für Kreiselpumpen, Schlammpumpen) und Pumpenlaufrädern verwendet. Seine hohe Härte (Mohs 9,1, höher als reines Aluminiumoxid) und verbesserte Zähigkeit (Bruchzähigkeit ~6 MPa·m¹/², 2- bis 3-mal so hoch wie Aluminiumoxid) widersteht dem Verschleiß durch schnell fließende Flüssigkeiten und Feststoffpartikel und verlängert die Lebensdauer der Dichtung im Vergleich zu Dichtungen aus Metall oder reinem Aluminiumoxid um das 4- bis 6-fache.

• Schleif- und Mahlkomponenten: Produziert Mahlkugeln, Auskleidungen für Kugelmühlen und Sandstrahldüsen (für Bergbau, Baumaterialien). Es hat eine geringe Verschleißrate (0,02–0,05 %/1000 h) und eine hohe Schlagfestigkeit, geeignet zum Mahlen harter Materialien (Erze, Keramik, Glas), ohne das Rohmaterial zu verunreinigen (keine Metallionenfällung).

• Förder- und Rohrleitungsteile: Herstellung von Keramikauskleidungen für Materialförderer (Bandförderer, Schneckenförderer) und Bogenauskleidungen für pneumatische Förderleitungen. Es widersteht Stößen durch Schüttgüter (Kohle, Kies) und reduziert die Reibung, wodurch das Problem des schnellen Verschleißes bei herkömmlichen Metallrohrleitungen gelöst wird.

2. Automobilindustrie (Hochbeanspruchte Bauteile)

• Motor- und Getriebeteile: Wird in Motorventilführungen, Nockenstößeln und Getriebesynchronringen verwendet. Seine hohe Temperaturbeständigkeit (Dauereinsatz bis 1200 °C) und Verschleißfestigkeit verringern die Reibung zwischen beweglichen Teilen, verbessern die Motoreffizienz und verlängern die Lebensdauer (z. B. Lebensdauer der Ventilführung bis zu 300.000 km).

• Bremssystemzubehör: Wird als Verstärkungsphase in Keramikbremsbelägen und leichten Bremsscheibeneinsätzen verwendet. Es verbessert die Hochtemperaturstabilität des Bremsbelags (widersteht Fading bei 800–1000 °C) und reduziert Bremsgeräusche, während seine geringe Dichte (3,7–3,9 g/cm³) zur Reduzierung der ungefederten Masse des Fahrzeugs beiträgt.

• Komponenten für Fahrzeuge mit neuer Antriebstechnik (NEV): Produziert Isolierhüllen für Hochspannungskabel und verschleißfeste Ringe für Batteriekühlsysteme. Die elektrische Isolierung (Durchgangswiderstand ≥10¹⁴ Ω·cm) und Korrosionsbeständigkeit (beständig gegen Kühlmittel/Elektrolyt) sind an die Hochspannung und die feuchte Umgebung des NEV angepasst.

3. Bergbau- und Baumaschinen

• Bohrer und Schneidwerkzeuge für den Bergbau: Produziert Einsätze für Gesteinsbohrer (Tunnelbau, Bergbau) und Schneidzähne für Teilschnittmaschinen. Seine hohe Druckfestigkeit (≥3500 MPa) und Schlagzähigkeit verhindern Brüche beim Bohren in hartem Gestein (Granit, Basalt) und verdoppeln die Lebensdauer des Bohrers im Vergleich zu Hartmetall.

• Baumaschinenteile: Herstellung von Verschleißplatten für Baggerschaufeln, Brecherbackenplatten und Kolbenbechern für Betonpumpen. Es hält dem Abrieb durch Sand, Kies und Beton stand und reduziert so die Häufigkeit des Teileaustauschs (z. B. Lebensdauer der Auskleidung von Baggerschaufeln auf bis zu 2.000 Betriebsstunden).

4. Medizinischer und biomedizinischer Bereich

• Orthopädische Implantatkomponenten: Wird in künstlichen Gelenkspacern und Knochenfixierungsplatten verwendet. Seine hohe Biokompatibilität (keine toxischen Verunreinigungen) und Verschleißfestigkeit (Verschleißrate < 0,08 mm³/10⁶ Zyklen) vermeiden Gewebeabstoßungen und langfristigen Abrieb, geeignet für Patienten mit hohem Aktivitätsniveau.

• Zahnärztliche und chirurgische Instrumente: Zur Herstellung von Zahnkronengerüsten (für Backenzähne) und chirurgischen Reibahlen (zum Bohren von Knochen). Seine Härte gewährleistet Kaubeständigkeit (für Kronen) und Bohrpräzision (für Reibahlen), während seine glatte Oberfläche leicht zu sterilisieren ist (autoklavierbar bis 134 °C).

5. Weitere Spezialgebiete

• Zusatzteile für die Luft- und Raumfahrt: Wird als verschleißfeste Auskleidung für Flugzeugfahrwerkskomponenten und Isolierhülsen für Triebwerksdüsen verwendet. Sein geringes Gewicht und seine Hochtemperaturstabilität erfüllen die strengen Gewichts- und Leistungsanforderungen von Luft- und Raumfahrtgeräten.

• Teile für elektronische Geräte: Stellt Wärmeableitungssubstrate für Hochleistungs-LEDs und Isolierscheiben für industrielle Wechselrichter her. Seine Wärmeleitfähigkeit (~25 W/(m·K)) und Isolierung sorgen für ein Gleichgewicht zwischen Wärmeableitung und elektrischer Sicherheit und eignen sich für elektronische Hochleistungsgeräte.

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