Keramer är oorganiska, icke-metalliska material. Porslin, glas, tegel och eldfasta material är exempel på traditionella keramer.
Kiselnitrid, kiselkarbid, aluminiumoxid och zirkoniumdioxid är exempel på keramer som används som konstruktionsmaterial.
Typiska egenskaper
Hårda, högtemperaturtåliga material som inte kan deformeras plastiskt. Keramer kan antingen vara mycket hållfasta eller mycket svaga.
Typiskt är god korrosionstålighet och låg elektrisk ledningsförmåga. Värmeledningsförmågan kan antingen vara hög eller låg.
Framställning
Keramer framställs genom att man kompakterar pulver till en kropp. Pulverkroppen sintras vid hög temperatur. Vid sintringen krymper kroppen, kornen binds samman och ett fast material bildas.
Bearbetning av keramer
Efter sintringen har en keram ofta hög slittålighet och hög hårdhet. De färdiga materialen är svåra att bearbeta. Därför formar man pulverkroppen till så nära slutlig form som möjligt före sintringen.
Formning
Formning av pulverkroppar med enkel geometri sker genom pressning. Komplicerade geometrier kan formas genom slamgjutning eller formsprutning.
Främmande ämnen eller andra defekter som införs vid formningen kommer att påverka hållfastheten efter sintringen.
Högtemperaturegenskaper
För temperaturer över 1000°C i luft är keramer de enda tänkbara konstruktionsmaterialen.
Högtemperaturegenskaperna är emellertid starkt beroende av framställningsmetoderna.
Några intressanta egenskapskombinationer
- Hög slittålighet kombinerat med låg densitet
- Slitagetålighet i korrosiva miljöer
- Korrosionstålighet vid förhöjd temperatur
Konstruktionskeramer
Material som kiselkarbid, kiselnitrid, sialoner och zirkoniumdioxid räknas till gruppen konstruktionskeramer.
Dessa relativt nya keramer har hög hållfasthet, hög temperaturtålighet och slitstyrka samt god korrosionsresistens. Detta gör att materialen endast används i olika mekaniska konstruktioner som t ex i tätningsringar, motordelar, kullager och skärverktyg.
Elektrokeramer
Elektrokeramer används i ett stort antal applikationer där det är de elektriska egenskaperna som efterfrågas och de mekaniska egenskaperna är vanligen av underordnad betydelse.
Några av de viktigaste applikationerna är elektroniksubstrat, kondensatorer, isolatorer, piezoelektriska keramer och magneter.
Elektrokeramområdet svarar idag för 80 % av världsmarknaden för avancerade keramer.
Funktionella keramer
Med begreppet funktionella keramer menar vi i första hand applikationer där keramer inte väljs för sina mekaniska eller elektriska egenskaper. Istället är det andra egenskaper som är kritiska, t ex materialets syre- eller jonledning eller optiska egenskaper.
Gemensamt för många av dessa material är att mikrostruktur och korngränsfaser ofta bestämmer materialens egenskaper. Exempel på applikationer där funktionella keramer används är i sensorer, katalysatorer och bränsleceller.
Detta är ett område som växt allt mer under de senaste åren och vi ser här en tillväxtpotential för keramiska material.
Biokeramer
De keramiska material som används i medicinska tillämpningar varierar från att vara nästan inerta till resorberbara och den biologiska responsen kan till viss del påverkas genom materialvalet.
De biokeramiska material omfattar både oxidkeramer och kalciumfosfater såsom hydroxylapatit och trikalciumfosfat.
Traditionella keramer
Inom detta område brukar man samla hushålls- och sanitetsporslin, elektriska porslin, kakel- och klinkerplattor och eldfasta material. Även cement och betong, glas och emaljer samt olika typer av oorganiska bindemedel kan räknas in i denna grupp.
Detta är keramiska material som är traditionella i den betydelsen att de är väl etablerade och har framställts och använts kommersiellt länge.
De mekaniska egenskaperna hos dessa material är betydligt lägre än för konstruktionskeramerna, men samtidigt används inte dessa material i applikationer där de utsätts för extrema mekaniska belastningar.
I många fall är däremot de termiska egenskaperna (inkl termochockresistens) mycket kritiska. Ofta är också priset en mycket viktig faktor.
Pulvermetallurgi (PM) inkl biometaller
Titan är en intressant metall, då den är vävnadsvänlig och läker bra in i kroppen (s k biometall). Då titan har goda mekaniska egenskaper är den ett attraktivt material i vissa bioapplikationer.
Pressning, formsprutning och direktkonsoliderande tekniker är några exempel på de formningstekniker som används vid formning av metallpulver.
Val av formningsteknik
Valet av formningsteknik vid framställning av komponenter (keramiska eller metalliska) beror på detaljens storlek, dess geometri, krav på materialegenskaper, planerad seriestorlek och eventuella kostnadsbegränsningar. Kompromisser och prioriteringar får oftast göras utifrån dessa olika aspekter för att nå bästa möjliga resultat.
Uppdragsforskning inom processutveckling
Uppdragsforskning inom processutveckling (pulverformningsområdet) kan till exempel bestå av framtagning av en komponent i ett visst material med hjälp av lämplig formningsteknik. Detta kan inkludera design och tillverkning av form, optimering av slammor eller granulat, formning, eventuell bearbetning och slutligen sintring.