Gruppen av tekniska keramer är stor, och utökas kontinuerligt. De konventionella basmaterialen blir allt bättre och förfinade undergrupper växer fram. Det utvecklas också nya legeringssystem, liksom nya armerings- och härdningstekniker ger keramer som visar sig hålla måttet som konstruktionsmaterial. Som en allmän orientering om de vanligaste och grundläggande materialen kan nämnas följande:

Aluminiumoxid, Al₂O₃
Den vanligaste tekniska keramen är aluminiumoxid, Al2O3, i varierande grad av renhet och täthet. Att den är vanlig beror inte minst på att den kan fås till förhållandevis lågt pris, speciellt vid enkla former utan bearbetning efter sintringen.

De renaste kvaliteterna väljs för temperaturer upp till ca 1900°C liksom för de mest korrosiva miljöerna; de täta (med låg porositet) väljs vid hög belastning och de porösa kvaliteterna för applikationer med högre grad av termochocker, till förbättrad termisk isolation, som filter mm.

För användning inom områden med kraftigt slitage brukar sammansättningar med 92-98% Al2O3 vara lämpliga. De ska då alltid vara tätsintrade.

Al2O3 ingår dessutom tillsammans med bl.a. MgO och SiO2 i flera tekniska keramer, med mycket bra egenskaper för speciella situationer. T ex kordierit med låg termisk expansionskoefficient vilket ger utmärkt termochockstålighet, och som gör att den med fördel kan användas som bärarmaterial för katalysatorer.

Kiselnitrid, Si₃N₄
Kiselnitridbaserade keramer utgör en tämligen ny grupp av material som lämpar sig för konstruktionsändamål. Här har man lyckats förena flera goda egenskaper som gör att de kan användas i krävande applikationer. I hetpressat skick har Si3N4 bland de högsta varmhållfastheter som uppmätts hos keramer. De har liten termisk expansion och förhållandevis hög värmeledningsförmåga, vilket gör att de passar bra för applikationer med kraftiga termochocker och samtidigt hög belastning.

En sidogrupp är Sialonerna; legeringar av Si3N4 och Al2O3, som förenar många av de bästa egenskaperna hos respektive material.

Zirkoniumdioxid, ZrO₂
Denna keram kan fås härdad som "partiellt stabiliserad" ZrO2, och erhåller då en för keramer ovanligt hög seghet, samtidigt som det har mycket god hållfasthet. De ska dock i detta tillstånd inte användas vid några högre temperaturer, max ca 300°C. Fullt stabiliserad zirkoniumdioxid är inte lika stark, men kan å andra sidan användas uppemot 2400°C. Bland konstruktionskeramer har detta material också ovanligt hög densitet, ca 6 g/cm3.

De höghållfasta varianterna används som skäreggar och andra högt påkända detaljer, t ex insatser i drag- och extruderingsverktyg.

Eftersom ZrO2 är en god värmeisolator, och har nästan lika stor termisk expansion som stål, har det befunnits lämpligt som temperaturtålig värmebarriär i förbränningsmotorer. Det är dessutom god ledare för inte bara elektroner utan också syrejoner vid temperaturer över ca 500°C vilket medfört att de används som syresonder för övervakning av olika förbränningsprocesser.

Kiselkarbid, SiC
Kiselkarbid utmärks för sin höga hårdhet och låga friktion. Den har hög smältpunkt, i ren form ca 2700°C, och är även en god värmeledare. Vidare finns det kiselhaltiga varianter som dessutom är ganska bra elektriska ledare. Tillverkningsmetoderna för s.k. Si-SiC el. RBSC (Reaction Bonded Silicon Carbide) gör att man kan få komplicerade former med god måttolerans till förhållandevis låg kostnad.

Sintrade och hetpressade kvaliteter utan fritt kisel är möjliga att använda uppemot 2200°C och i förhållandevis korrosiva miljöer. P g a den höga halten SiC blir de dock relativt sköra med dålig kant- och egghållfasthet etc.

SiC passar bra som lagermaterial, mot sig självt, andra keramer liksom mot stål, grafit etc. De används därför gärna som tätningsringar i högt påkända pumpar. Detta inte minst därför att de tål kortvarig torrkörning innan vätskesmörjningen kommit igång.

I enklare sammansättningar och mer eller mindre porösa används de ofta som degelmaterial, mufflar, rör mm inom den metallurgiska sektorn.

Glaskeramer
Dessa har genomgående låg termisk expansion, vissa kan dessutom bearbetas med konventionella verktyg. Används bl a som värmehällar till hushållsspisar.

Borkarbid, B₄C; titandiborid, TiB₂
Extremt hårda och lätta keramer, de används bl a som blästerdysor och keramiska pansar.

Aluminiumnitrid, AlN
Denna keram är en mycket god värmeledare och har samtidigt hög elektrisk resistivitet. Används bl a som substratmaterial inom mikroelektroniken när vanlig aluminiumoxid inte längre förslår.

Aluminiumtitanat, Al₂TiO₅
Mycket god värmeisolator. Då den också har bra beständighet mot smält aluminium och andra lättmetaller, koppar m fl. används den som gjutrännor, stigrör, dysor etc. Materialet har dessutom god termochocktålighet vilket gör att det med stor framgång används som ingjuten värmebarriär i förbränningsmotorers avgaskanaler, på kolvtoppar, i turboaggregat mm.

Framtagning av tekniska keramer
Med olika produktionsmetoder gör man så nära slutlig form som möjligt före sintring. Eftersom keramerna vanligtvis är mycket hårda måste all slutbearbetning normalt ske med diamantverktyg. Tyvärr är sådan bearbetning både kostsam och tidskrävande, och en av huvudanledningarna till att tekniska keramer blir väsentligt dyrare än konventionella konstruktionsmaterial.

Vidare medför bearbetningsbetingelserna att man bör välja så okomplicerad form och geometri som möjligt, och att antal, storlek och kvalitet hos de bearbetade ytorna hålls på ett minimum. Ofta är det t.o.m bättre totalekonomiskt att utgå från keramens produktionsförutsättningar och ändra designen på de vidhängande metalliska komponenterna.

Flera av keramerna finns som standardsortiment av rör, stänger, deglar, plattor mm. Det är som regel lämpligt att utgå ifrån dessa vid framtagning av prototyper och andra mindre serier under utvecklingsarbete.

I enbart sintrat skick har keramerna ganska stor oplanhet och grov yta. Då erhålls detaljer med toleranser ca ±2% eller ±2 mm, och ytfinhet Ra 5-10µm. För bättre toleranser, till ca ±0.1 mm, räcker normal slipning, vilket också ger ytfinhet Ra ca 0.1-1µm. Detta innebär att det blir varken enklare eller billigare att producera till toleransen ±0.5 mm eller Ra-värde 3µm.

Tack vare keramernas ofta mycket fina kornstorlek (0.1-10 µm) och höga hårdhet, kan de slipas, läppas och poleras till mycket hög ytfinhet. Återigen är det fråga om kostsam bearbetning med diamantverktyg, och ytfinheten ska inte drivas längre än absolut nödvändigt.

I polerat skick förbättras keramernas kemiska beständighet och mekaniska hållfasthet. Dock kan två motstående ytor sugas fast mot varandra om de är för plana och blanka, och man måste därför ge t ex paret med tätningsringar en viss grad av ojämnhet för att de inte ska kärva ihop.

När bara keramer duger, sedan 1990.

Keranova AB, Emmylundsvägen 16, 194 54 Upplands Väsby
Tel 08-590 919 77

BankGiro: 5663-3035, momsreg.nr SE556396144901
Bolaget innehar F-skatt
e-post: info@keranova.se