Keramik

Keramiken sind durch ihre positiven chemischen Eigenschaften besonders im Anlagenbau von großer Bedeutung. Auch für die Energietechnik qualifizieren sich keramische Werkstoffe durch ihre außergewöhnliche Härte und Temperaturbeständigkeit auch unter Beaufschlagung mit aggressiven Medien wie Säuren, Laugen oder Gasen. Durch die Zugabe von Legierungs- und Faserwerkstoffen lassen sich extrem unterschiedliche Eigenschaften erreichen.

Grundsätzlich werden Keramiken in oxidische und nichtoxidische Keramiken unterschieden. Bei den oxidischen Keramiken kommen dazu noch die möglichen Whisker-, also Faserverstärkungen als Additiv zur Festlegung der chemischen und physikalischen Eigenschaft mit in Betracht. Bekannte Werkstoffe sind hier z.B. Zirkonoxid ZrO2, Aluminiumoxid, Al2O3 oder auch die Gruppe der Sialone auf der Basis von Siliziumnitrid Si3N4 (einer nicht-toxischen Keramik). Diese Werkstoffe sind im Allgemeinen härter und damit verschleißfester, wie z.B. Hartmetalle, aber auch deutlich spröder. Als Substrat für Zerspanungswerkzeuge sind diese Werkstoffe durch diese Eigenschaften nur unter ganz speziellen Einsatzbedingungen einsatzfähig. Es können hier nicht so scharfe Schneiden ausgebildet werden wie bei Hartmetall oder auch Diamant. Dadurch bauen sie deutlich höhere Schnittdrücke und Zerspanungstemperaturen auf.

Die nicht-toxischen Keramiken haben eine noch deutlich höhere Temperatur und vor allem Korrosionsbeständigkeit als die oxidischen Keramiken. Auch sie besitzen dabei eine gegenüber Hartmetall deutlich höhere und auch eine höhere Härte als die oxidischen Keramiken. Die wichtigsten Vertreter der nicht-toxischen Keramik sind Siliziumnitrid Si3N4 oder auch Wolfram WC oder Borcarbid BC oder Siliziumcarbid SiC. Eine Untergruppe der nicht-toxischen Keramiken sind die faseverstärkten CMC-Keramiken, bei denen Kohlenstofffasern die in einen Werkstoff eingelagert und dann siliziert werden. So entstehen z.B. die bekannten Keramik-Bremsscheiben, die eine enorm hohe Härte und einen enorm hohen Verschleißwiderstand haben, durch ihre Temperaturbeständigkeit. Gerade CMC-Werkstoffe werden in der Zukunft einen hohen Verwendungsgrat in hocheffizienten Triebwerken oder Gasturbinen haben, da nur diese Werkstoffe die Anforderungen der Verschleißbeständigkeit unter hohen Temperaturen erfüllen können.

Grünbearbeitung nah an der Endkontur

In der Grünbearbeitung liegt Keramik in nicht gebranntem Zustand vor. Dieser Arbeitsschritt ist besonders bei der Herstellung von Bauteilen mit komplexer Geometrie von Bedeutung. Dabei wird versucht, die Form des herzustellenden Bauteils möglichst endkonturnah vor dem Sinterbrand herzustellen. Wir empfehlen hier den Einsatz unserer diamantbeschichteten Piranha-Fräser in Vollradius-, Schaft-, oder Torus-Version. Hufschmied Mini-Fräser in Kugel- oder Torus-Fräser-Version.

Weißbearbeitung mit minimaler Krafteinwirkung

Bei der Weißbearbeitung wird die gebrannte Grünkeramik zerspant. Dieser Vorgang lässt sich durch die Werkzeuge der Hufschmied Sharp-Line optimieren. Die sehr scharfe Schneidengeometrie übt nur eine minimale Krafteinwirkung auf das Bauteil aus. So wird zuverlässig verhindert, dass kleine Partikel aus dem Bauteil ausbrechen. Dies ist sehr wichtig, da nach dem Weißbrand fast das gesamte Bindemittel aus der Grünkeramik entfernt worden ist, und die Struktur nur durch die kovalente Bindung der Keramik-Kristallstruktur erhalten wird. Da diese Kräfte leider nur sehr geringer Natur sind, muss hier auf einen möglichst geringen Schnittdruck geachtet werden.

Schadensfreie Hartbearbeitung

Die Hartbearbeitung von technischen Keramiken erfolgt im fertig gebrannten Zustand. Hier kommt es darauf an, bei der Bearbeitung keine Risse oder Schäden in das Bauteil einzubringen. Perfekt geeignet für den Arbeitsschritt sind unsere PKD-Fräser sowie unsere Spezialbohrer mit Voll-PKD-Spitze oder eingesinterten PKD-Schneiden. Nur diese Werkstoffkombination ist in der Lage eine Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide hinreichend gut auszuführen. Die einzig andere Art der Bearbeitung stellen dann Zerspanungsverfahren mit unbestimmter Schneide dar, die jedoch meist sehr langsam und damit ineffizient sind. 

Unterstützt werden können diese Bearbeitungen wie Fräsen und Bohren dabei durch den Einsatz von Ultraschallschwingsystemen, da durch die Mikroschwingungen kleine Mikrorisse in den Materialverbund einbringen, welche die Zerspanung teilweise deutlich erleichtern. Gerade die Diamantwerkzeuge mit den gesinterten Schneiden oder mit Voll-Kopf-PKD können unter Ultraschallbeaufschlagung deutliche Effizienzvorteile bieten. Unsere Diamantschneidwerkzeuge sind Diamantbeschichtete oder PKD bestückte Hochleistungswerkzeuge für die Bearbeitung komplexer Materialien.