Verbundwerkstoffe schaffen Lösungen. In nahezu unerschöpflichen Kombinationen durchziehen sie ganze Industrien mit echter Innovation. Wir geben Ihnen einen Überblick. Von der grundlegenden Definition bis zur konkreten Anwendung zeigen wir praxisnahen Informationen, was dieser Alleskönner heute schon leisten kann und was sie auf der ceramitec entdecken können.
Der Klimawandel zwingt zu einem effizienten Umgang mit Ressourcen. Er ist einer der stärksten Treiber für neue Technologien und Lösungen. Dies gilt insbesondere für die energieintensive Keramikindustrie. Ein starker Hebel für mehr Energieeffizienz sind keramische Verbundwerkstoffe. Für Hersteller, Anwender und Wissenschaftler, die sich mit Rohstoffen, Herstellungsverfahren und Anwendungen dieses noch jungen Werkstoffs beschäftigen, wird die ceramitec zur Plattform. Im Fokus der Messe stehen vor allem Faserverbundwerkstoffe. Sie finden in vielen Branchen zukunftsweisende Anwendungen. Mit der Sonderschau „Smart Materials & Energy Hub“ bündelt die ceramitec aktuelle Forschungsergebnisse, innovative Technologien und neue Lösungen für aktuelle Herausforderungen der Keramikindustrie.
Keramische Verbundwerkstoffe gelten als Multitalente. Je nach Zusammensetzung sind sie temperaturbeständig, formstabil, leiten oder isolieren Strom und Wärme. Vor allem unter extremen Bedingungen übertreffen sie andere Werkstoffe. Dazu gehören die leichten und zugfesten Faserverbundwerkstoffe, die wärmeleitenden Metallmatrix-Composites (MMC), der robuste Beton oder die unverwüstlichen Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (WPC).
Verbundwerkstoffe bestehen aus zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien, die sich in ihren Vorteilen verstärken oder Nachteile ausgleichen. Dazu werden metallische, mineralische, organische und keramische Werkstoffe in Schichten, über Fasern oder Partikel miteinander verbunden. Das englische Wort composite – mit Betonung auf der zweiten Silbe – bedeutet zusammengesetzt, weshalb man auch von Kompositwerkstoff spricht.
Unter den keramischen Verbundwerkstoffen sind die Ceramic Matrix Composites - kurz CMC-Werkstoffe - die Alleskönner unter den Multitalenten. Als Faserverbundwerkstoffe sind ihre keramischen Fasern von einer keramischen Matrix umgeben. Ähnlich wie ein Kernmantelseil im Bergsport puffern die beiden Komponenten extrem beweglich Schäden ab. Zudem sind CMC-Werkstoffe temperaturbeständig und damit prädestiniert für extreme Umgebungen wie in Gasturbinen, Flugzeugtriebwerken oder Raumfahrzeugen.
Die Vielseitigkeit der Alleskönner spiegelt sich im Fortune Business Marktbericht für Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe wider. Eine hohe Nachfrage aus der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigungsindustrie, aber auch aus dem Energiesektor treibt den Markt an. Vor allem Komponenten für Hitzeschutzsysteme, Brennkammern und Turbinenschaufeln sind gefragt.
Einziger limitierender Faktor für das Marktwachstum sind die hohen Produktionskosten. Welche Fortschritte es in Forschung und Entwicklung sowie bei den Fertigungsverfahren gibt, diskutieren Hersteller, Anwender und Wissenschaftler auf der ceramitec in München.
Nordamerika ist aufgrund der Präsenz einer großen Anzahl von Herstellern der größte und am schnellsten wachsende Markt, gefolgt von Europa. Nach Fortune sind die größten Akteure auf dem globalen Markt für Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe General Electric, Rolls-Royce, CFC Carbon, SGL Carbon, Kyocera Corporation oder Axiom Materials.
Auf der ceramitec in München finden Besucher Lösungen und Technologien aus dem gesamten Spektrum der keramischen Verbundwerkstoffe. Unter anderem zeigen Hersteller von Metallkeramik, auch Metal Matrix Composite (MMC) genannt, Anwendungen, bei denen es auf geringes Gewicht ankommt. Aussteller der besonders festen und hitzebeständigen Glaskeramik erobern weitere Bereiche in der Medizintechnik. Die kohlenstofffaserverstärkte Carbonkeramik als Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff ist mit innovativen Anwendungen und neuen Herstellungsverfahren vor Ort. Im Verbund mit Beton zeigt Keramik nicht nur mit Terrassenplatten, was in ihr steckt.
Im Vergleich zu konventionellen Werkstoffen ist die Herstellung keramischer Verbundwerkstoffe noch sehr aufwendig und teuer. Vor dem Hintergrund der nahezu unbegrenzten Möglichkeiten diskutieren Hersteller, Anwender und Forscher auf der ceramitec mit aktuellem Know-how die neuesten Fortschritte bei Materialien, Verfahren und Anlagen. Die Messe bietet Innovationen, mit denen sich Fasern besser ablegen und fixieren, keramische Matrixmaterialien einbringen oder fertige Bauteile nachbehandeln lassen. Forschungsinstitute zeigen in aktuellen Anwendungen, wie die Matrix aufgebaut wird und die Fasern beschichtet werden müssen.
Als noch junger Werkstoff bewähren sich keramische Verbundwerkstoffe, insbesondere in Form von CMC-Keramiken, in vielen Anwendungen. Je nach Materialzusammensetzung sind sie besonders
Welten verbinden sich auf der ceramitec. Keramikkompetenz trifft auf die Herausforderungen unterschiedlichster Branchen. Führende Institute, allen voran das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, teilen neue Forschungsergebnisse. Vom Start-up bis zum führenden Anbieter vernetzen sich Anlagenbauer, Hersteller und Anwender auf der ceramitec, die als Netzwerkplattform zum One-Stop-Shop für keramische Lösungen wird.
Keramische Verbundwerkstoffe werden überall da eingesetzt, wo extreme Bedingungen herrschen. Große Nachfrage kommt aus der Luft- und Raumfahrt, der Verteidigungsindustrie und dem Energiesektor, aber auch Automobilindustrie und Medizintechnik setzen auf den noch jungen Werkstoff.
Je nach Zusammensetzung der Materialien sind keramische Verbundwerkstoffe besonders temperaturbeständig, formstabil, verschleißfest, leicht und leitfähig.
In Verbindung mit Glas, Metall, Carbon aber auch Beton oder anderen Materialien finden sich keramische Verbundwerkstoffe auf ganzer Bandbreite vom Ceranfeld im Haushalt über den Zahnersatz im Mund, einer Vielzahl von industriellen Anwendungen bis zur Rakete im All.
Grundsätzlich besteht ein keramischer Verbundwerkstoff aus zwei oder mehr Materialien. Sie verbinden sich in Schichten oder über ihre Fasern und Teilchen.