Laserbearbeitung technischer Keramik – Schlüsselwerkstoff moderner Hochtechnologie

Technische Keramik zählt heute zu den wichtigsten Werkstoffen für anspruchsvolle industrielle Anwendungen. Im Vergleich zu Metallen oder Kunststoffen überzeugt sie durch außergewöhnliche Eigenschaften wie hohe Härte, Verschleißfestigkeit, Temperaturbeständigkeit und elektrische Isolation. Dadurch kommt Hochleistungskeramik überall dort zum Einsatz, wo klassische Werkstoffe an ihre Grenzen stoßen – beispielsweise in der Leistungs­elektronik, Sensorik, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt sowie im Maschinen- und Anlagenbau. Für die präzise Laserbearbeitung dieser anspruchsvollen Werkstoffe bietet moderne Lasertechnik entscheidende Vorteile.

Was ist technische Keramik?

Technische Keramik – auch Hochleistungskeramik oder Ingenieur­keramik genannt – umfasst keramische Werkstoffe, die speziell für technische Anwendungen entwickelt wurden. Im Gegensatz zu klassischer Gebrauchs- oder Baukeramik stehen hier definierte physikalische, thermische, elektrische und mechanische Eigenschaften im Vordergrund.

Durch ihre hohe Materialperformance eignet sich technische Keramik insbesondere für Bauteile, die extremen Temperaturen, chemischen Medien, Verschleiß oder hohen elektrischen Anforderungen dauerhaft standhalten müssen.

  • Werkstoffgruppen technischer Keramik

    Technische Keramiken werden in verschiedene Werkstoffgruppen unterteilt:

    Oxidkeramiken

    • Aluminiumoxid (Al₂O₃) 
    • Zirkonoxid (ZrO₂) 

    Nichtoxidkeramiken

    • Karbide wie Siliziumcarbid (SiC) oder Borcarbid (B₄C) 
    • Nitride wie Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumnitrid (Si₃N₄) oder Bornitrid (BN) 

    Darüber hinaus zählen auch Silikatkeramiken zu den technischen Keramikwerkstoffen, die für unser Business aber nicht relevant sind.

  • Dickschicht- und Dünnfilmkeramik

    Je nach Anwendung und Materialdicke/Materialstärke werden keramische Substrate mit unterschiedlichen Oberflächen- und Schichteigenschaften eingesetzt.

    • Dickschichtkeramiken besitzen eine vergleichsweise raue Oberfläche und werden überwiegend im Dickschichtdruck zur Herstellung elektronischer Schaltungen verwendet.
    • Dünnfilmkeramiken verfügen über eine besonders feine Oberflächenqualität. Sie eignen sich ideal für aufgedampfte oder gesputterte Funktionsschichten und kommen überall dort zum Einsatz, wo höchste Präzision und feine Leiterstrukturen erforderlich sind.

Eigenschaften und Vorteile technischer Keramik

Mechanische Eigenschaften

  • hohe Härte 
  • hohe Verschleißfestigkeit 
  • Druckfestigkeit 
  • geringe Materialermüdung 

Thermische Eigenschaften

  • hohe Temperaturbeständigkeit 
  • geringe thermische Ausdeh­nung 
  • hohe Wärmeleitfähigkeit (z. B. Aluminiumnitrid) 

Elektrisch und chemisch

  • sehr gute elektrische Isolation 
  • hohe Korrosionsbeständigkeit 
  • chemische Resistenz 
  • hohe Langzeitstabilität

Eine Auswahl unserer Hochleistungskeramiken

Für die unterschiedlichsten Anwendungen bearbeiten wir zahlreiche technische Keramikwerkstoffe.

  • Aluminiumoxid (Al2O3)
    Artikelbeispiele

    A476T
    AD96R
    Keral96
    Rubalit 708S
    Rubalit HP
    A493
    ADS998
    Keral99
    Keralpor99
    PlasmaPure
    Rubalit 710
    Saphir

    Eigenschaften
    • universeller Standardwerkstoff mit hoher Härte und sehr guten Isolationseigenschaften
    • mittlere Wärmeleitfähigkeiten (20 bis 30 W/mK)
    • sehr gute elektrische Isolation (1 x 1014 bis 1 x 1015 Ωcm)
    • Biegefestigkeit (800 MPa), hohe Druckfestigkeit (2 bis 4 GPa)
    • thermoschockbeständig
    • chemisch beständig
    • bioinert und lebensmittelverträglich
    • max. Einsatztemperatur zwischen 1000 bis 1500 °C (ohne mechanische Belastung)
    • Oberfläche as-fired: Ra 0,2–0,8 μm dickschichtgeeignet (DS)
    • Oberfläche as-fired: Ra < 0,1 μm dünnfilmgeeignet (DF)
    • als dichtes und poröses Material erhältlich
    Herstellerauswahl
    • CeramTec
    • CoorsTek
    • Kerafol
    • Kyocera
    • Maruwa
    Ausgangsformate (Auswahl)

    Abmaße: 115 x 115 / 165 x 115 / 190 x 138 mm
    Dicke: 0,12–3,0 mm (+/-10 %)
    Durchbiegung ab Dicke 0,5 mm 0,2–0,3 % der längsten Seite

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  • Aluminiumnitrid (AlN)
    Artikelbeispiele

    AlUNIT
    AlN 170
    AlN 180
    AlN 200
    AlN 230

    Eigenschaften
    • sehr hohe Wärmeleitfähigkeit (170–230 W/mK) für Leistungselektronik
    • gute elektrische Isolation (1 x 105 bis 1 x 109 Ωcm)
    • Biegefestigkeit (300 bis 400 Mpa), Druckfestigkeit > 2 GPa
    • sehr gut thermoschockbeständig
    • chem. Beständigkeit: nicht ggü. Natronlauge; inert gegen Schmelzen der III-V-Verbindungen; weniger geeignet für Anwendungen bei Temperaturen über 1.000°C in wasser- oder sauerstoffhaltiger
    • Umgebung oder unter mechanischer Belastung mit gleichzeitiger Benetzung durch Wasser
    • Herstellverfahren: heißgepresst, trockengepresst, foliengegossen
    Herstellerauswahl
    • CeramTec
    • CoorsTek
    • QSIL
    • Maruwa
    Ausgangsformate (Auswahl)

    Abmaße: 114 x 114 / 150 x 140 / 138 x 190 mm
    Dicke: 0,25–5,0 mm 

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  • Zirkonoxid (ZrO2)
    Artikelbeispiele

    3YSZ
    Dura-Z
    Keralpor99 Z
    Keraprotec
    PSZ
    Rubalit HSS
    YTZP
    ZTA

    Eigenschaften
    • hohe Bruchzähigkeit und Verschleißfestigkeit
    • geringe Wärmeleitfähigkeit (1,5 bis 3 W/mK)
    • gut elektrische Isolation, sauerstoffionenleitend
    • hohe Biegefestigkeit (> 1 GPa) und Bruchwiderstand
    • sehr hohe Druckfestigkeiten (> 4,7 GPa)
    • sehr gute tribologische Eigenschaften
    • chemisch beständig
    • ermüdungsfest wg. Phasenumwandlungshärten
    • bioinert und lebensmittelverträglich
    • max. Einsatztemperatur zwischen 600 und 1100 °C
    • auch als poröse Sinterunterlage mit guter Ebenheit und Reinheit erhältlich
    Herstellerauswahl
    • CeramTec
    • CoorsTek
    • Kerafol
    • Maruwa
    Ausgangsformate (Auswahl)

    Abmaße: 50 x 50 / 100 x 100 / 150 x 150 mm
    Dicke: 0,15–0,5 mm (+/- 10 %)

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  • Siliciumcarbid (SiC)
    Artikelbeispiele

    SiC
    RSiC
    SiSiC
    Ultra-SiC
    UltraClean
    Pure-SiC

    Eigenschaften
    • sehr hohe Wärmeleitfähigkeit (120 bis 200 W/mK)
    • sehr hohe Härte
    • korrosions- und verschleißbeständig
    • gute tribologische Eigenschaften
    • thermowechselbeständig, chemikalienbeständig
    • max. Einsatztemperatur zwischen 1350 und 1600 °C
    • Herstellverfahren: direkt gesintert, rekristallisiert, CVD (hochrein)
    Herstellerauswahl
    • CoorsTek
    • QSIL
    • Kyocera Fineceramics
    • SiCeram
    • CeramTec
    • Fraunhofer IKTS
    Ausgangsformate (Auswahl)

    Abmaße: 150 x 150 / 115 x 115 mm
    Dicke: 2,0–6,0 mm

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  • Siliciumnitrid (Si3N4)
    Artikelbeispiele

    Si3N4

    Eigenschaften
    • mittlere Wärmeleitfähigkeit
    • hohe Druckfestigkeit (3 GPa)
    • gute Bruch- und Risszähigkeit (7 MPa√m)
    • gute tribologische Eigenschaften
    • thermowechsel-, thermoschock- und hochtemperaturbeständig
    • chemisch beständig
    Herstellerauswahl
    • CeramTec
    • Kyocera Fineceramics
    • Kyocera
    • SiCeram
    • QSIL
    • CoorsTek
    • Fraunhofer IKTS
    Ausgangsformate (Auswahl)

    Abmaße: Ø 650 mm bis 700 x 450 mm
    Dicke: 1,0–5,0 mm

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  • Borcarbid (B4C)
    Artikelbeispiele

    B4C

    Eigenschaften
    • einer der härtesten technischen Werkstoffe
    • gute Wärmeleitfähigkeit (31 bis 90 W/mK)
    • sehr hohe Härte
    • sehr hohe Druckfestigkeit
    • thermoelektrisch nutzbar
    • hohe Temperaturbeständigkeit (auch bei > 2000 °C)
    • chemisch beständig
    • geringe Dichte (ca. 2,52 g/cm³)
    Herstellerauswahl
    • auf Anfrage
    Ausgangsformate (Auswahl)

    Abmaße: auf Anfrage
    Dicke: auf Anfrage

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  • Bornitrid (BN)
    Artikelbeispiele

    BN

    Eigenschaften
    • hohe Wärmeleitfähigkeit
    • extrem hohe Härte 
    • korrosionsbeständig
    • thermowechselbeständig
    • hohe Temperaturbeständigkeit (je nach Modifikation 1000–3000 °C)
    • hervorragende elektrische Isolation bei hohen Temperaturen
    • chemisch beständig
    • geringe Dichte (je nach Struktur ca. 2,25–3,45 g/cm³)
    Herstellerauswahl
    • auf Anfrage
    Ausgangsformate (Auswahl)

    Abmaße: auf Anfrage
    Dicke: auf Anfrage

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Anwendungsbereiche technischer Keramik

Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Materialeigenschaften findet technische Keramik in nahezu allen Hightech-Branchen Anwendung.

Elektronik und Leistungselektronik

  • Keramiksubstrate 
  • Schaltungsträger 
  • Kühlkörper 
  • Leistungsmodule 
  • Hochvolt-Anwendungen

Maschinen- und Anlagenbau

  • Lager 
  • Gleitringe 
  • Verschleißbauteile 
  • Schneidstoffe 
  • Präzisionskomponenten 

Medizintechnik

  • chirurgische Implantate 
  • Diagnostiksysteme 
  • medizinische Gerätekomponenten 

Energie-, Umwelttechnik sowie Luft- und Raumfahrt

  • Komponenten für PV-Anlagen 
  • Windkraft 
  • Brennstoffzellentechnik 
  • Hochtemperaturanwendungen 
  • Luft- und Raumfahrtkomponenten

Sensorik und Mikroelektronik

  • Sensorgehäuse 
  • piezokeramische Bauteile 
  • MEMS-Komponenten 
  • LTCC-Bauteile 

Präzise Laserbearbeitung technischer Keramik

Keramik-Lasern von technischer Keramik stellt aufgrund ihrer hohen Härte und Sprödigkeit besondere Anforderungen an das Fertigungsverfahren. Kontaktfreie Laserverfahren, wie beispielsweise Laserschneiden, Laser­bohren, Laserritzen oder Laser Scribing, ermöglichen eine hochpräzise Mikrobearbeitung komplexer Konturen, feiner Bohrungen und filigraner Strukturen – ohne mechanische Belastung des Werkstoffs. Dadurch lassen sich selbst anspruchsvolle Keramikbauteile reproduzierbar und wirtschaftlich herstellen.

Laserprozesse für die Keramikbearbeitung

Vorteile der Laserbearbeitung von Keramik

  • kontaktfreie Bearbeitung ohne mechanische Belastung 
  • minimale thermische Einflusszonen 
  • höchste Präzision bei komplexen Konturen 
  • hohe Kantenqualität und Prozesssicherheit 
  • geeignet für spröde Hochleistungskeramiken 
  • wirtschaftliche Bearbeitung vom Prototyp bis zur Serie

Ob Einzelteil, Prototyp oder Serienbauteil: Wir fertigen anspruchsvolle Komponenten aus Hochleistungskeramik präzise und reproduzierbar. Je nach Anwendung kombinieren wir modernste Laserverfahren mit ergänzenden Bearbeitungsschritten und bieten unseren Kunden eine ganzheitliche Lösung aus einer Hand.

Mehr Informationen zu unseren Keramikwerkstoffen

Für viele der von uns bearbeiteten Hochleistungskeramiken stehen Materialdatenblätter auf Anfrage zur Verfügung. Die aufgeführten Werkstoffe stellen eine Auswahl unseres aktuellen Materialportfolios dar und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Gerne beraten wir Sie persönlich bei der Auswahl der geeigneten Materialien, Leistungen und Technologien für Ihre Anwendnung.

 

 

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