Funktionskeramiken

Funktionskeramik bezeichnet keramische Werkstoffe, die gezielt funktionale Eigenschaften bereitstellen, die über rein mechanische Trag- oder Formstabilität hinausgehen. Typische Anwendungsbereiche umfassen elektrische, optische, chemische oder biomedizinische Funktionen. Zu den bekanntesten Gruppen gehören keramische Dielektrika, piezoelektrische und ferroelektrische Materialien, katalytische Keramiken, bioaktive Keramiken sowie optische und elektrochemische Keramiken.

Zu den elektrischen/elektronischen Funktionskeramiken zählen piezoelektrische und ferroelektrische Materialien (beispielsweise PZT) sowie keramische Dielektrika für Kondensatoren und Sensoren. Optische Funktionskeramiken umfassen sowohl fortgeschrittene transparente Keramiken als auch lichtleitende Bauteile. Biokompatible Keramiken wie Hydroxyapatit dienen Implantaten, während katalytische Keramiken in Abgastechnik und Chemieprozessen eingesetzt werden. Zusätzliche Klassen umfassen keramische Elektrolyte für Brennstoffzellen, Festoxidbatterien und elektrochemische Bauteile.

Herstellung erfolgt überwiegend durch Pulververarbeitung, Sintern und feine Formgebung. Jüngste Entwicklungen nutzen Nanostrukturierung, Schicht- und Mikrofertigung sowie additive Herstellungsverfahren, um Funktionalität und Integration zu verbessern. Wichtige Materialkennwerte sind die Dielektrizität, Piezoelektrizität, harte chemische Beständigkeit, Temperaturstabilität und Biokompatibilität, wobei viele Funktionskeramiken spröde sind und spezifische Verarbeitungswege erfordern.

Anwendungen finden sich in Sensoren und Aktoren, Mikrosystemtechnik, Lautsprechern, Kondensatoren, Abgasreinigung, Brennstoffzellen, Elektrolysezellen, medizinischen Implantaten und optischen Bauteilen. In der Energie- und Umwelttechnik ermöglichen keramische Elektrolyte und Katalysatoren effizientere Prozesse. Zudem spielen keramische Beschichtungen und Bauteile eine Rolle in der Medizintechnik.

Der Forschungsstand der Funktionskeramik fokussiert auf Leistungsfähigkeit, Haltbarkeit, Herstellkosten und Zuverlässigkeit. Herausforderungen bleiben Sprödigkeit, Spannungsrisse und hohe Temperaturkosten, während interdisziplinäre Ansätze aus Werkstoffkunde, Mikrosystemtechnik und Oberflächentechnologie Fortschritte bringen.