Vom Labor zum Leben: Wie Keramikperlen alles verbinden?
(1) Verschleißfeste Keramikperlen
Materialien:Zirkonoxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrid (Si₃N₄).
Eigenschaften:Hohe Härte (beispielsweise ist die Härte von Zirkonia-Perlen nur der von Diamanten unterlegen), starke Verschleißfestigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit (Aluminiumoxid-Perlen können Temperaturen über 1500 °C standhalten).
Anwendungen:Ultrafeines Mahlen und Dispergieren in Branchen wie Beschichtungen, Tinten, Pestiziden und elektronischen Pasten.
Beispielsweise kollidieren Zirkonoxid-Keramikperlen in den rauschenden Mahlwerken einer Beschichtungsfabrik tausende Male pro Sekunde, um Rohstoffe wie Tinten und Pestizide bis in den Nanobereich zu zermahlen. Herkömmliche Glasperlen würden in einer solchen Umgebung innerhalb weniger Stunden zerspringen, während Keramikperlen so stabil wie Mount Tai bleiben und eine Lebensdauer von mehreren Jahren haben. Daten zeigen, dass sich die Mahlleistung durch den Einsatz von Keramikperlen um 300 % steigern lässt, während die Kosten um mehr als die Hälfte sinken.
(2) Isolierte Keramikperlen
Materialien:Aluminiumoxid, Talk, Mullit, Cordierit, Forsterit.
Eigenschaften:Hoher Isolationswiderstand (>10¹²Ω·cm), hohe Spannungsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit.
Anwendungen:Verkapselung elektronischer Bauteile, Isolierung von Hochspannungsgeräten, Abstandshalter für Drähte und Kabel.
Elektronische Geräte wie Smartphones und Fahrzeuge mit alternativen Antrieben enthalten beispielsweise zahlreiche Schaltkreise und Komponenten mit hoher Spannung und Stromstärke. Besonders in extremen Umgebungen wie hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und starken elektromagnetischen Störungen werden extrem hohe Anforderungen an die Isolationsleistung der Geräte gestellt. Dank ihrer hervorragenden Isolationsleistung können Aluminiumoxid-Keramikperlen Fehler wie Kriechströme und Kurzschlüsse wirksam verhindern. Ihr Isolationswiderstand beträgt bis zu 10¹²Ω·cm und ist damit millionenfach höher als der von herkömmlichem Kunststoff. Dadurch können Geräte wie Smartphones und Fahrzeuge mit alternativen Antrieben auch in extremen Umgebungen stabil funktionieren.
(3) Poröse Keramikperlen
Materialien:Korundsand, Siliziumkarbid, Cordierit, Aluminiumoxid, Kieselgur.
Eigenschaften:Hohe offene Porosität (kann mehr als 50 % erreichen), Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und hohen Druck sowie Beständigkeit gegen Säure- und Laugenkorrosion.
Anwendungen:Katalysatorträger, Gas-/Flüssigkeitsfiltration, Packungen für Bioreaktoren.
Beispiel: Bei chemischen Reaktionen können poröse Siliziumkarbid-Keramikperlen nicht nur den Katalysator an ihre Porenwände laden und so hocheffiziente Siliziumkarbid-Mikroreaktoren bilden, sondern auch die Reaktionswärme effektiv ableiten und so den Ablauf chemischer Reaktionen fördern. Im Vergleich zu Metall- oder Oxidträgern können poröse Siliziumkarbid-Keramikperlen die Stabilität der Katalysatorstruktur besser erhalten, die Lebensdauer des Katalysators verlängern, die Reaktionseffizienz und die Reinheit der Produkte verbessern und so breite Anwendungsaussichten eröffnen.