inocermic ®

Polymerkeramiken - neuartige anorganisch-organische Kompositwerkstoffe

Unsere Entwicklung

Als Polymerkeramiken werden anorganisch-organische Kompositmaterialien bezeichnet, die aus keramischen Füllstoffen und einer Matrix aus organischen Polymeren bestehen. Die Bildung der Polymerkeramiken basiert auf der chemischen Wechselwirkung von reaktiven Gruppen auf der Oberfläche der Füllstoffpartikel mit funktionellen Gruppen der organischen Polymere. Polymerkeramiken vereinen vorteilhafte Gebrauchs- und Verarbeitungseigenschaften wie eine keramiktypische hohe thermische Stabilität und kunststofftypische hochleistungsfähige und energiesparende Verarbeitungstechnologien (plastische Formgebung, sinterfreie Härtung bei Temperaturen bis 200 °C).

Es wurden zwei Typen polymerkeramischer Kompositmaterialien entwickelt. Die Polymerkeramik CERMOPOL^® lässt sich als Trockenpressgranulat verarbeiten. CERMOPOL^® weist eine thermische Dauerstabilität von 200 °C auf.
Zur Steigerung der thermischen Stabilität bis über 600 °C wurden die CERMOSIL^®- Polymerkeramiken entwickelt. Zur Verarbeitung dieses Polymerkeramiktyps kann neben dem Trockenpressen eine breite Palette plastischer Formgebungsmethoden wie keramischer Spritzguß, Heiß- und Kaltextrusion angewandt werden.
Beide Typen der Polymerkeramik zeichnen sich durch eine geringe Schwindung und damit hohe Formstabilität und Maßhaltigkeit, eine einfache mechanische Bearbeitbarkeit und eine problemlose Recyclebarkeit aus. Außerdem weisen sie gute elektrische Isolationseigenschaften auf.
Gebrauchseigenschaften und Verarbeitungsparameter können durch die Auswahl geeigneter funktioneller Füllstoffe und Bindersysteme kundenspezifisch angepasst werden. Auf diese Weise gelang es z.B., elektrisch oder thermisch leitfähige Werkstoffe bzw. Systeme mit metallähnlichen Ausdehnungskoeffizienten, Nullschwindung und präziser Maßhaltigkeit zu entwickeln.

Durch den Einsatz geeigneter Schäummittel lässt sich das polymerkeramische Schaumsystem CERMOPOR^® aus dem Basismaterial CERMOSIL^® ableiten. CERMOPOR^®-Schäume sind nicht brennbar, besitzen keine toxischen Bestandteile und verbinden inhärente Klebkraft und variable Verarbeitung mit hoher Temperaturstabilität und Festigkeit.
Die schäumbaren Massen können als pulverförmige, fließfähige oder spachtelbare Materialien aufbereitet werden. CERMOPOR^®-Schäume weisen gute Wärme- und elektrische Isolationseigenschaften und eine geringe Verarbeitungsschwindung auf. Wichtige Kenndaten der Schäume wie Porenvolumen, -größe und -struktur, die Dichte, mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften können kundenspezifisch angepasst werden.


Durch plastische Formgebung hergestellte Musterbauteile aus CERMOSIL^®		Grobporiger Schaum des Systems CERMOPOR^®

Technische Parameter

Parameter	Einheit	CERMOPOL^®	CERMOSIL^®*	CERMOPOR^®
Dichte	g·cm^-3	1,9-2,1	1,9-2,1	0,5 - 1,2
offene Porosität	vol.-%	< 5	< 1 - 15
lineare Schwindung	%	0,4-0,6	0 - 5	0 - 1,2
Biegefestigkeit	MPa	50-70	60 - 120
Zugfestigkeit	MPa	50	30
Druckfestigkeit	MPa		90	10 - 38
E-Modul	GPa	15	15 - 60
Schlag-Biegefestigkeit	kN·m^-1	4-5	5
Wärmeleitfähigkeit (20 °C)	W·m^-1·K^-1	1,1-1,6	0,7 - 8	0,1 - 0,7
thermischer Ausdehnungskoeffizient	10^-6·K^-1	3,4-4,5	5 - 50
Temperaturbeständigkeit	°C	200	350 - > 600	1800
Entflammbarkeit		UL-94 V-0 (1,6mm)	UL-94 V-0 (1,6mm)	nicht entflammbar
Elektrischer Widerstand	Ω·cm	5·10¹³	2·10¹⁴
Oberflächenwiderstand	Ω	10¹⁴	10¹⁵
Durchschlagsspannung	kV·mm	10	> 23	0,9 - 1,6
Kriechstromfestigkeit		CTI - 175	CTI - 525
dielektrische Konstante		6,7	3,7 - 4,6

* starke Abhängigkeit der Kenndaten vom thermischen Behandlungszustand

Anwendungen

Der Einsatz polymerkeramischer Werkstoffe zahlt sich überall dort aus, wo eine kostengünstige, einfache Verarbeitung des Materials bzw. plastische Formgebung für komplizierte Formen gefordert ist und die thermischen Eigenschaften von Kunststoffen nicht ausreichen.
Kommerzielle Anwendung findet die Polymerkeramik CERMOSIL^® bei der Herstellung von Hochleistungswiderständen für Werkzeugmaschinen durch eine direkte Ummantelung des Widerstandselements durch Spritzguß, wobei das Problem der thermischen Überlastung und Zerstörung der traditionell gefertigten Bauelemente gelöst wurde. Die Inocermic GmbH beliefert dabei den Hersteller der Widerstandselemente mit dem sofort einsetzbaren polymerkeramischen Spritzgussgranulat.
Polymerkeramik eignet sich weiterhin zur Herstellung von Kohlebürstenhaltern in Elektromotoren und Sockeln, Steckern und Trägerelementen im Bereich der Elektrotechnik wegen ihrer elektrischen Isolationseigenschaften, thermischen Beständigkeit, guten Wärmeleitfähigkeit, hohen Maßhaltigkeit und den vielfältigen Formgebungsmöglichkeiten.

Applikationsmöglichkeiten des polymerkeramischen Schaums CERMOPOR^® bestehen vor allem im Ausschäumen von thermisch belasteten Hohlräumen zur Wärme- und Schallisolation und als Wärmedämmplatten in Hochtemperaturöfen.


Anlaufwiderstand für Werkzeugmaschinen - links und Mitte: bisherige Lösung - rechts: polymerkeramisches Bauteil		Wärme- und Schalldämmmaterial aus CERMOPOR^® im Automobilabgassystem