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Keramik - Typische Eigenschaften

 

Typische Eigenschaften

Da im vorliegenden Fall Beschichtungen im Zentrum des Interesses stehen, konzentriert sich die folgende Übersicht im wesentlichen auf Eigenschaften von technischer Keramik (dies bedeutet nicht, dass Sanitär- oder Gebrauchskeramik vergleichbare Eigenschaften fehlen). Technische Keramiken sind bzw. haben:

  • Hitzebeständigkeit bis weit über 1000°C (Heizelemente)

  • elektrisch isolierend (Zündkerzen, Hochspannung, elektronische Miniatur- und Hochfrequenzschaltungen)

  • hohe Dielektrizitätskonstanten, ferroelektrisch (elektronische Kondensatoren)

  • abrieb- und verschleißfest (Gleitflächen, Wasserjet, Schneiddüsen, Gleitlager in Pumpen, Kolben und Zylinder)

  • hart (z.B. in Kugellagern, Verwendung als Schneidstoff in der spanenden Bearbeitung. Keramik ist leichter und härter als Stahl)

  • korrosionsbeständig (Salzwasser, Chemieanwendungen (speziell in Pumpen der chemischen Industrie), Oberflächenveredelung)

  • biokompatibel (Medizin)

  • geringe thermische Ausdehnung

  • niedrige Dichte

  • hohe mechanische Festigkeit, verbunden mit geringer Bruchzähigkeit

  • formstabil (hohe spezifische Steifigkeit beziehungsweise hoher E-Modul)

  • stark oder auch schwach wärmeleitend

  • in vielen Fällen Halbleitereigenschaften (besonders Übergangsmetalloxide)

  • Ebenso wie Metalle und Legierungen können manche Keramiken beim Unterschreiten einer kritischen Temperatur Tc sprunghaft ihren elektrischen Widerstand vollständig verlieren. Tc, heißt aus diesem Grund auch Sprungtemperatur oder kritische Temperatur. Ihr Wert ist materialabhängig und kann durch (von außen anliegende) Magnetfelder gesenkt werden.

  • Supraleiter zeigen den Meißner-Ochsenfeld-Effekt: Magnetfelder unterhalb eines kritischen Wertes werden wegen des verschwindenden Widerstandes aus dem Leiter gedrängt.

  • Ein von außen angelegtes Magnetfeld induziert sofort einen Kreisstrom, der im Inneren des Supraleiters ein entgegengesetztes Feld aufbaut, welches das äußere kompensiert. Aufgrund des nicht vorhandenen elektrischen Widerstandes wird der Kreisstrom nicht mehr schwächer, das Magnetfeld bleibt erhalten. Durch den Effekt kann eine kleine supraleitende Probe im Magnetfeld zum Schweben gebracht werden.

  • Keramiken sind in der Regel Supraleiter 2. Art; sie befinden sich nur bis zu einem unteren kritischen Magnetfeld Bc1 in der Meissner-Phase, darüber können magnetische Feldlinien in Form so genannter Flussschläuche in das Material eindringen (Shubnikov- oder Mischphase), ehe der supraleitende Zustand bei einem oberen kritischen Magnetfeld Bc2 vollständig zerstört wird. Der magnetische Fluss in den Flussschläuchen beträgt immer ein ganzzahliges Vielfaches des magnetischen Flussquants. Oberhalb ihrer Sprungtemperatur sind Supraleiter 2. Art Isolatoren.



Tabelle 6: Supraleiter 2. Art und ihre Sprungtemperaturen

Substanz

Sprungtemperatur/K

Sprungtemperatur/°C

K3C60

19,00

-254,15

Nb3Ge

23,00

-250,15

La2CuO4

35,00

-238,15

MgB2

39,00

-234,15

Cs3C60

40,00

-233,15

YBa2Cu3O7-x;x~0,2

93,00

-180,15

HgBa2Ca2Cu3O8+x

133,00

-140,15

 

 

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