Natürlicher Cordierit

Keramikstücke aus natürliche Cordierit

Cordierit ist eine Naturkeramik aus Pyrophyllitgestein, die mit herkömmlichem Werkzeug bearbeitet werden kann. Das von uns ausgewählte mineralische Gestein weist außergewöhnliche mechanische und thermische Leistungen auf. Nach einer Hochtemperaturbehandlung erhält der Werkstoff ähnliche Eigenschaften wie bekannte Synthesekeramiken.

Dieser Werkstoff, der über eine bemerkenswerte Anwendungsflexibilität verfügt, eignet sich zur Lösung der Probleme der Laboratorien und Planungsbüros in allen Bereichen, in denen Keramiken aufgrund folgender Eigenschaften unverzichtbar sind :

  • Dielektrische Isolierung und Wärmedämmung
  • Temperaturwechselbeständigkeit
  • Abriebfestigkeit
  • Chemikalienbeständigkeit
  • Stabilität und Formgenauigkeit
  • Metallisierbarkeit
  • Hitzebeständigkeit bis 1300°C
  • Nichtbrennbarkeit
  • Geringer Feuchtigkeitszuschlag
  • Ausgezeichnete Hochvakuumbeständigkeit (bis zu 10-8 Torr)
  • Kurze Fertigungszeit
  • Kompatibilität mit dem Schmelzen von Aluminium, Zink, Blei, Natrium oder Gusseisen
  • Hinterlässt keine Spuren an Glas

Eine sehr geringe und konstanter Schrumpfung bei hoher Temperatur (≤ 1%) ermöglicht den Einsatz dieses Werkstoffs bis 1300°C, vorbehaltlich einer spezifischen Wärmebehandlung.

Anwendungen

  • Bearbeitung von Komponenten und Werkzeugen
  • Prototypenfertigung
  • Herstellung von Kleinserien aus Keramik
  • Spulenkerne
  • Elektrische Isolierung
  • Montageschablone
  • Injektoren, Düsen
  • Vakuumteile
  • Wärmedämmstoffe, induktive Isolatoren
  • Löt- und Schweißschablone
  • Sensoren

Wirtschaftliche Alternative

Natürlicher Cordierit bietet eine sehr wirtschaftliche Alternative zum Einsatz von Sinterkeramik bis 1300°C :

  • Für die Herstellung eines Werkstücks aus 99,7 % Aluminiumoxid (oder aus einer anderen Sinterkeramik) wird von einem Rohling ausgegangen, der vollständig mit einer Diamantscheibe bearbeitet wird, wobei der Rohstoff und die Bearbeitung sehr teuer sind.

  • Unbehandeltes Aluminiumoxid-Silikat kann mit einem herkömmlichen Werkzeug sehr einfach und kostengünstig bearbeitet werden. Anschließend wird der thermische Widerstand durch ein Brennen bei 940°C, 1100°C oder 1300°C erreicht. Bei sehr engen Toleranzen kann eine Nachbearbeitung mit einer Diamantschleifscheibe erforderlich sein. Werkstoff und Verarbeitung sind wirtschaftlicher.

Abhängig von den Abmessungen und den Bearbeitungstoleranzen des zu fertigenden Teils ist natürlicher Cordierit auch eine interessante Alternative zu Macor®.

In der Glasindustrie und für Anwendungen, bei denen ein mechanisches Teil mit Glas in Berührung kommt und keine Spuren hinterlassen darf, liefert Aluminiumoxid-Silikat bessere Ergebnisse als Bornitrid bei deutlich geringeren Kosten.

Chemische Zusammensetzung

  • SiO2: 67,78 %
  • Al2O3: 27,83%
  • TiO2: 0,41%
  • Fe2O3: 0,048%
  • CaO: 0,10%
  • K2O: 2,96%
  • Na2O: 0,87%

Brennverfahren

Um Temperaturen über 650 °C standzuhalten, müssen die Teile durch Sintern im Ofen vorbereitet werden. Das Verfahren beginnt im kalten Ofen und die Hitze wird stufenweise um maximal 260°C pro Stunde erhöht. Für den Erhalt der endgültigen Abmessungen ist die Ausdehnung zu berücksichtigen (ca. 2 %). Diese Heizstufen müssen auf 150°C pro Stunde abgesenkt werden, wenn die Teile mehr als 12 mm dick sind. Die maximale Temperatur darf nicht mehr als 1010°C bis 1100°C betragen und wird 30 Minuten bei einer Materialdicke von 6 mm bis zu 45 Minuten bei einer Materialdicke von 20 mm gehalten (berechnen Sie den richtigen Wert durch Hochrechnung). Anschließend wird das Teil allmählich abgekühlt, bis es mit etwa 90 °C aus dem Ofen genommen wird.

Tipps zur Bearbeitung

Dieser Werkstoff wird für alle Bearbeitungen, d.h. Sägen, Fräsen, Bohren, Drehen mit herkömmlichen Werkzeugen bearbeitet. Es handelt sich um eine bemerkenswert gut bearbeitbare technische Keramik. Die homogene Struktur des Minerals ermöglicht den Einsatz von Standardwerkzeugen, die üblicherweise für die Metallbearbeitung verwendet werden. Diese Eigenschaft macht es besonders geeignet für die Herstellung von Prototypen und Werkstückserien mit relativ hohen Toleranzen (standardmäßig ±0,1 mm, mehr Präzision ist schwierig).

Die nachstehenden Verfahren sind anzuwenden und regelmäßig zu kontrollieren. Ferner sind optimal geschliffene Werkzeuge zu verwenden und häufig zu überprüfen: Diese Werkstoffe sind sehr hart und abrasiv, sie beschädigen schnell den Schliff der Werkzeuge. Es ist wichtig, sanft, ohne Vibrationen und ohne Hast zu arbeiten.

Abschmieren

Verwenden Sie NIEMALS Schmiermittel oder Kühlflüssigkeiten.

Schneiden

Mit Diamant- Siliziumkarbid-Kreissägen, Drehzahlen von 2000 bis 2500 U/min, von oben nach unten.

Feilen

Mit durchgehend mit Karbidpulver beschichteten Bändern, maximale Geschwindigkeit 30 m/min.

Bohren

Mit Karbidbohrern, Typ Carbolloy 883. Reduzieren Sie die für HSS-Bohrer angegebenen Geschwindigkeiten. Bohren Sie niemals in einem einzigen kontinuierlichen Arbeitsgang, unterbrechen Sie und bohren Sie dann weiter. Verwenden Sie einen Schlagbohrer, schleifen Sie alle 3 bis 4 Löcher nach.

Reiben

Geschwindigkeit (m/min) 2,2 bis 3,8 - Spanlast (mm/Zahn) 0,051 - Tiefe 4 bis 5 mm.

Gewindeschneiden

Verwenden Sie ein Diamantwerkzeug mit Spanauffang oder ein kleines Werkzeug aus Wolframkarbid.

Gewindebohren

Sowohl HSS- als auch Karbidwerkzeuge eignen sich. Führen Sie eine Lochvorbereitung mit 70 % des Enddurchmessers durch. Mit Kerosin schmieren.

Drehen

Mit kleinen Karbidwerkzeugen oder Siliziumkarbidscheiben mit Spanauffang.

  • Schneidgeschwindigkeit (m/min): 2,7 bis 4,5
  • Vorschub (mm pro Umdrehung): 0,051 bis 0,08
  • Tiefe (mm): 4 bis 6

Schleifen

Mit epoxidharzgebundenen Karbidscheiben bei empfohlenen Geschwindigkeiten. Verwenden Sie weiche Scheiben mit gut verteilter Körnung; bei wichtigen Arbeiten sollten Sie mit harten und feinkörnigen Scheiben abschließen. Schmieren Sie mit einer 1%igen Öllösung. Polieren Sie mit einem Polierpulver auf einem Klotz oder mit einem weichen Tuch.

Metallisierung

Für dicke Schichten verwenden Sie Metallic-Farben (Silber, Gold und Silber, Platin). Dünne Schichten sind aufzusprühen.

Spezielle Anweisungen

  • Planen Sie eine Ausdehnung um 1,8 bis 2 % während des Erhitzens ein: Aus einem bearbeiteten Maß von 9,8 mm wird ein Endmaß von 10 mm. Diese Ausdehnung gilt auch für die Durchmesser.

  • Reinigen Sie die Maschinen nach der Arbeit sehr sorgfältig: Aluminiumoxid-Silikat ist Pulverform ist abrasiv.

  • Wenn die Anwendung eine sehr hohe Präzision erfordert, kann die Keramik nach dem Brennen im Nassverfahren mit Hilfe von Siliziumkarbidscheiben nachbearbeitet werden.

  • Die Teile dürfen nicht dicker als 12 mm sein, wenn Risse vermieden werden sollen; bei dickeren Teilen sind Entlastungslöcher zu bohren.

  • Beim Brennen dehnt sich die Keramik um 1,9 % bei 980°C bis 2 % bei 1040°C aus. Darüber hinaus können die Schwankungen vernachlässigt werden und die Präzision kann ± 0,05 mm erreichen.

  • Abschließend können die Teile noch geglättet werden.

  • Zum Verkleben dieser Keramik ist der Keramikkleber Resbond® 919 Cotronics aus unserem Katalog vorzuziehen.

Bei Fehlschlagen dieser Verarbeitung: Denken Sie daran, die am häufigsten beobachteten Ursachen zu überprüfen: Ist die Brenntemperatur korrekt eingestellt ? Gibt es einen Fehler bei der Berechnung der Ausdehnung ? Hat das geschaffene Modell scharfe Kanten und „harte“ Übergänge ?

Technische Daten

WERKSTOFFE

Unbehandelter natürlicher Cordierit

Natürlicher Cordierit 940°C

Natürlicher Cordierit 1100°C

Natürlicher Cordierit 1250°C

 

 

Art.-Nr.

080- Aluminiumoxid-Silikat

 

Physikalische Eigenschaften

Dichte g/cm3

2,2

2,9

2,4

2,5

 

Porosität %

1,5 - 2

0 - 0,5

0 - 0,5

0 - 0,5

 

Feuchtigkeitszuschlag:

1,5 - 2

1,5 - 2

0 - 0,5

0 - 0,5

 

Mechanische Eigenschaften

Härte

Mohs: 2,5

 

Mohs: 5,5

Mohs: 7,5

 

Druckfestigkeit N/mm²

6

115

150

800

 

Biegefestigkeit N/mm²

12

30

50

80

 

Elastizitätsmodul GPa

/

/

/

/

 

Thermische Eigenschaften

Maximale Verarbeitungstemperatur °C

900

1000

1100

1400

 

Dauerverwendungstemperatur °C

700

940

1100

1300

 

Spezifische Wärme bei 20°C J/kg.K

/

950 (1160 bis 1000 °C)

/

/

 

Wärmeleitfähigkeit bei 100 °C W/mK

1,07

/

1,7

2,2

 

Ausdehnungskoeffizient 10-6 /°K

 

20 - 40 °C

/

/

/

/

 

20 - 600 °C

/

/

2,9 - 3,6

6-8

 

20 - 800 °C

/

/

/

/

 

20 - 1000 °C

7-12

/

/

4-10

 

Elektrische Eigenschaften

Spezifischer Widerstand bei 20°C Ohm.cm

1010

/

1012

1012

 

Dielektrizitätskonstante bei 20°C

bei 1 KHz

/

/

/

6.1

 

Dielektrischer Verlust

bei 1 KHz

/

/

/

9x10-5

 

Durchschlagsfestigkeit bei 20°C kV/mm

8-10

/

6-7

12-17

 

Chemische Eigenschaften

Korrosionsbeständigkeit bei 20°C

B

B

B

B

 

Beständigkeit gegen Basen bei 20°C

B

B

B

B

 

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Aluminiumsilikat (411.97k)

Technisches Datenblatt Aluminiumsilikat.