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Keramische Komponenten

Keramik-Kompetenz @Georg Rutz AG

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Keramische Komponenten

Was ist technische Keramik oder auch Industriekeramik?

Dieser Bereich ist ein Steckenpferd von uns und so konnten wir uns in den letzten Jahren zum führenden Keramik-Kompetenz-Zentrum der Region entwickeln.

Wenn man Keramik erwähnt, denken die meisten Menschen automatisch an Töpfer- und Porzellanwaren. Tatsächlich kann die Geschichte der Keramik mehr als 10'000 Jahre zurück verfolgt werden. Heute stellen diese anorganischen, nichtmetallischen Materialien eine Revolution in der Material-Technologie dar.
Neue Prozesse und Fortschritte im Formen und den Produktionstechniken haben dazu geführt, dass heute Probleme gelöst werden können, die früher als unüberwindbare technische Herausforderung galten.
Die heutige Industriekeramik hat aber nur noch wenig Ähnlichkeit mit ihren Ursprüngen.
Die einzigartigen und erstaunlichen physischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften öffnen die Türen zu einer neuen Entwicklungswelt. Keramik stellt eine rentable und leistungsfähige Alternative zu Materialien wie Glas, Metall und Kunststoff dar.
Die Vorteile keramischer Bauteile (technische Keramik oder auch Hochleistungskeramik) auf einen Blick: 
•    Elektrische Isolation
•    Mechanische Festigkeit
•    Geringe Dichte
•    Verschleissfestigkeit und Härte
•    Kriechstromfest
•    Hochtemperaturbeständig
•    Temperaturwechselbeständig
•    Klima- und alterungsbeständig
•    Umweltverträgliche Entsorgung
•    Chemische Beständigkeit
•    Lebensmittelecht
•    Keine Korrosion
•    Vibrationsbeständig
•    Leichter als Metalle
•    Benötigen keine Schmierung

 

JBC – Ihr Experte für keramische Komponenten und Industriekeramik

Seit 2003 produziert JBC Wälzlager, keramische Kugeln und keramische Komponenten für zahlreiche Industriekunden.
Obwohl zahlreiche weitere Materialien angeboten können, hat sich unser Fokus auf 3 Werksstoffe gelegt:

•    Siliciumnitrid (Si3N4)
•    Zirkonoxid (ZrO2)
•    Aluminiumoxid (Al2O3)

Die meisten unserer Produkte werden durch isostatisches Kaltpressen geformt.

Siliciumnitrid-Produkte werden im Gas-Sinter-Verfahren hergestellt, während Zirkonoxid-Produkte im normalen Druck-Sinter- Prozess verarbeitet werden.

Die Vorteile des isostatischen Kaltpressens stellen die gleichbleibende Qualität unserer Produkte sicher. Gleichzeitig sind wir auch in der Lage, andere Formmethoden wie z.B. Trockenpressen, Schlick- ergiessen oder Spritzgiessen anzuwenden. Unsere Fertigung ist mit modernsten Maschinen ausgerüstet und kann nahezu jede Verarbeitungsmethode anwenden.

Unser hauseigenes Prüfcenter stellt sicher, dass jedes Produkt, egal mit welcher Methode hergestellt, unser Werk in einwandfreier Qualität bereits für die Anwendung durch den Kunden verlässt.

Siliciumnitrid (Si3N4)

Siliciumnitrid (Si3N4) spielt unter den Nitridkeramiken eine derzeit klar dominierende Rolle und verfügt über eine bislang von anderen Keramiken nicht erreichte Kombination von hervorragenden Werkstoffeigenschaften, wie
•             hohe Zähigkeit
•             hohe Festigkeit, auch bei hohen Temperaturen
•             ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit  
•             hervorragende Verschleissbeständigkeit
•             niedrige Wärmedehnung
•             mittlere Wärmeleitfähigkeit
•             gute chemische Beständigkeit umfasst.
Diese Eigenschaftskombination ergibt eine Keramik, die extremsten Einsatzbedingungen gerecht wird. Siliciumnitridkeramik ist somit prädestiniert für Maschinenbauteile mit sehr hohen dynamischen Beanspruchungen und Zuverlässigkeitsanforderungen.
Um dichte Siliciumnitridkeramik herzustellen, wird von einem mit Sinteradditiven (Al2O3, Y2O3, MgO etc.) versetzten Submicron-Si3N4-Pulver ausgegangen, das nach dem Formgebungsprozess bei Temperaturen zwischen 1.750 bis 1.950 °C gesintert wird. Bedingt durch die Zersetzung von Si3N4 zu (Si und N2) ab ca. 1.700 °C bei Normaldruck der Sinteratmosphäre wird während des Sinterns der N2- Druck erhöht, um der Zersetzung entgegenzuwirken.
Siliciumnitrid wird als Sonderwerkstoff in der Lagertechnik für Hybridlager (Wälzkörper aus Si3N4) und Vollkeramiklager (Wälzkörper und Laufringe aus Si3N4) eingesetzt.

Zirkonoxid (ZrO2)

Zirkonoxid ist ein äusserst widerstandsfähiges Material. Es verträgt Temperaturen weit über dem Schmelzpunkt von Aluminium und korrodiert nicht. Ausserdem hat es eine geringe Thermoleitfähigkeit. Bei Temperaturen von über 600°C ist es elektrisch leitend und wird oft in Sauerstoff-Sensorzellen in hohen Temperaturinduktionsbrennöfen verwendet. Seine Eigenschaften sind:
•             höchste Kantenfestigkeit
•             Temperaturbeständig bis zu 2400 °C
•             Hohe Dichte
•             hohe Biegefestigkeit (zäh)
•             schlechte Thermalleitfähigkeit (20% von Aluminium)
•             chemisch träge
•             höchste Oberflächenqualität
•             hohe Masse (Dichte 6,0 g/cm3)
•             hohe Wärmeausdehnung (ähnlich Stahl)
•             extrem Wärmeisolierend
•             elektrisch isolierend
•             Farbe: gelb, weiss oder elfenbein

Aluminiumoxid (Al2O3)

Der meistverbreitete und kostengünstigste Werkstoff für keramische Komponenten. Die Rohstoffe für diesen Werkstoff sind ausreichend verfügbar und deshalb preiswert. Die Kombination aus ausgezeichneten Eigenschaften mit dem guten Preis sorgen dafür, dass Aluminiumoxid eine breite Anwendungspalette hat.
•             Hohe Festigkeit
•             Hohe Biegefestigkeit 
•             Thermisch stabil
•             Exzellente dielektrische Eigenschaften
•             Tiefe elektrische Konstante

 

Anwendungsschwerpunkte

Anwendung

Si3N4

ZrO2

Al2O3

Gleitringe

 

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Kugeln

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Kolben, Plunger

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Lager, Wellen

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Spalttöpfe

 

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Wellenschutzhülsen

 

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Dichtscheiben

 

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Ventilsitze, -kegel

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Düsen

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Führungselemente

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Schneidwerkzeuge

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Maschinenbeläge

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Messrohre

 

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Umformwerkzeuge

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Zentrierungen

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+

 

 

Keramikkugeln

Materialien: Siliciumnitrid (Si3N4), Zirkonoxyd (ZrO2) und Aluminiumoxid (Al2O3)

Im Vergleich zu Stahl:
•             leichter
•             grösseres Elastizitätsmodul
•             tieferer Reibungskoeffizient
•             tieferer Temperatur-Ausdehnungskoeffizient
•             sauberere Oberflächenbearbeitung
•             grössere Härte bei Hochtemperaturen
•             Kein Rosten
•             Schmierungsfrei
•             Korrosionsbeständig.

 Anwendungsbeispiele: Ventilkugeln, Vakuumpumpen, Kugellager, Präzisionskalibrierung, Isolatoren, Schaltkugeln, u.v.m.


Keramikkugellager

Verfügbar als Voll-Keramikkugellager oder als Hybrid-Kugellager mit keramischen Kugeln und Metallkäfig.  
Materialien Käfig : PTFE, NYLON, PEEK, Stahl oder ohne (vollrollig)

Im Vergleich zu reinen Stahl-Lagern:
•             höhere Geschwindigkeit durch leichteres Gewicht
•             Präziser durch grössere Härte
•             Langlebiger dank weniger Abrieb
•             Einsatz bei höheren Temperaturen möglich
•             Geringere thermische Ausdehnung
•             Geringere thermische Deformation
•             Braucht keine Schmierung
•             Rostfrei
•             Säure– Basen– und Salzresistent
•             Lebensmittelgeeignet
•             Nicht-Magnetisch

Während die Hybrid-Kugellager vor allem durch Geschwindigkeit/Gewicht, Präzision/Härte und Langlebigkeit überzeugen, bieten Voll-Keramikkugellager auch alle anderen oben genannten Vorteile. 
Siliciumnitrid-Lager weisen eine etwas höhere Qualität aus als Zirkonoxidlager, da sie höheren Temperaturen standhalten und resistenter gegenüber Säuren, Basen und Salzen sind.

Anwendungsbeispiele: Hochleistungsmotoren, Hochpräzisionsmaschinen, Dentalinstrumente, Inline-Skates, u.v.m.

Keramische Komponenten

Es gibt noch zahlreichere weitere Möglichkeiten, Industriekeramik einzusetzen:  

Dichtscheiben 
Die diamantähnliche Härte verhindert, dass Schmutz, Metallspäne, Rost, Sand oder Kalk Schäden an der Scheibe hervorrufen. Die extrem gute Korrosionsbeständigkeit sichert den Dichtelementen eine lange Lebensdauer.

Ventilgarnituren 
Die Ventilgarnituren aus Kugel und Sitz werden durch Klemmen, Schrauben oder Schrumpfen befestigt und tragen zur Lösung von Abrasions– und Kavitationsproblemen in Regel– und Absperrarmaturen bei.

Kolben und Plunger
Dank der hochglanzpolierten Oberfläche der Keramikteile ist die Reibung und da- mit die auftretende Reibungswärme minim. Festkörper können die diamantharte Oberfläche nicht angreifen. Durch das geringe spezifische Gewicht müssen geringere Massen beschleunigt bzw. abgebremst werden und der Antrieb kann entsprechend kleiner ausgelegt werden.

Düsen 
Der gleichbleibende Düsenquerschnitt verbunden mit optimaler Sprühmittelverteilung (selbst bei aggressiven Medien problemlos) überzeugen. Stillstandzeiten und Reparaturkosten der Prozesseinheiten werden auf ein Minimum reduziert.

Spalttöpfe 
Aufgrund magnetischer Kopplung wird die Chemiepumpe hermetisch abgedichtet. Die Gleiteigenschaften der Keramikkolben sorgen bei Hochdruckpumpen für längere Standzeiten der Dichtelemente.

Gleitringe 
Besonders bei trockenlaufgefährdeten Schmutz– und Chemiepumpen sowie bei Gleitringdichtungen ohne Sperrflüssigkeit und Fremdspülung bewährt.

Wellenschutzhüllen 
Die exzellente chemische Beständigkeit, die gute Wärmeleitfähigkeit und die Gewichteinsparung machen keramische Werkstoffe zur idealen Wahl im Pumpenbau zum Lagern, Stützen und Führen.

 

Sind Sie sich sicher?