Industrielle Cordierit-Keramik zeichnet sich durch Hitzebeständigkeit und Stoßabsorption aus

Cordierit mit der chemischen Formel 2MgO·2Al ₂ O ₃ ·5SiO ₂ ist ein natürlich vorkommendes Silikatmineral, das aus Magnesium, Aluminium, Silizium und Eisen besteht und im orthorhombischen System kristallisiert. Cordierit wurde 1813 vom französischen Geologen Louis Cordier entdeckt, nach dem es benannt wurde. Natürlicher Cordierit bildet sich hauptsächlich in Hochtemperatur-Metamorphgesteinen, Graniten und Rhyolithen. Aufgrund seiner begrenzten natürlichen Häufigkeit basiert die industrielle Produktion auf synthetischen Verfahren.

Die Synthese von Cordierit-Keramiken umfasst vier entscheidende Schritte:

• Rohstoffe sind typischerweise Talk, Kaolin und Aluminiumoxid anstelle von reinen Oxiden, da diese Reaktionen während des Sinterns erleichtern. Die Reduzierung der Partikelgröße erhöht die Reaktivität.
• Eine präzise stöchiometrische Kontrolle ist unerlässlich. Gängige Formulierungen umfassen 34–43 % Talk, 20–30 % Kaolin und 30–40 % Aluminiumoxid.
• Kugelmühlen oder Mischen mit Dispergiermitteln und Bindemitteln gewährleisten Homogenität und verbessern die Formbarkeit.

Das Erhitzen auf etwa 1275°C leitet die teilweise Cordieritbildung ein und erzeugt gleichzeitig Mullit- und Cristobalitphasen. Dieser Schritt stärkt den Grünling für die anschließende Verarbeitung.

Bei 1335°C wandeln sich die restlichen Reaktanten in Cordierit um. Kontrollierte Heizraten und Verweilzeiten verhindern das Schmelzen (Cordierit schmilzt bei 1460°C). Neutrale oder oxidierende Atmosphären verhindern die Zersetzung.

Langsame Abkühlung vermeidet Risse. Die Bearbeitung (Schneiden, Schleifen) erzielt Maßgenauigkeit und Oberflächengüte.

Cordierit-Keramiken zeichnen sich durch ihre einzigartigen Eigenschaften aus:

• Temperaturschockbeständigkeit: Ultra-niedrige Wärmeausdehnung (1,4–2,6 × 10 ⁻⁶ /K) minimiert Risse bei schnellen Temperaturänderungen.
• Geringe Wärmeleitfähigkeit: Effektiv für Isolierung und Wärmemanagement.
• Elektrische Isolierung: Hoher Widerstand und niedrige Dielektrizitätskonstante (ε _r ≈ 5 bei 1 MHz) eignen sich für Hochfrequenzanwendungen.
• Chemische Beständigkeit: Beständig gegen Säuren, Laugen und korrosive Gase.
• Mechanische Leistung: Mohs-Härte ~7; Biegefestigkeit 120–245 MPa.

Leichte Cordierit-Ofenmöbel verbessern die Wärmeübertragungseffizienz beim Sintern von Keramik, Glas und Metall und reduzieren den Energieverbrauch.

Wird in Sicherungshaltern, Thermostaten und Hochfrequenz-Leitersubstraten aufgrund überlegener dielektrischer Eigenschaften verwendet.

Poröse Strukturen mit thermischer Stabilität dienen in der Abgasreinigung von Kraftfahrzeugen und der industriellen Gasaufbereitung.

Filter mit großer Oberfläche entfernen Verunreinigungen aus geschmolzenen Metallen oder Partikel aus Flüssigkeiten.

Umfasst Wärmedämmschichten, Thermoelementschutzrohre und Hochtemperaturdichtungen.

Fortschritte in der Nanotechnologie und bei Verbundwerkstoffen versprechen verbesserte mechanische Eigenschaften und neuartige Funktionalitäten. Da die Industrie Materialien benötigt, die härteren Bedingungen standhalten können, werden sich Cordierit-Keramiken weiterentwickeln und ihre Rolle in der nachhaltigen industriellen Entwicklung festigen.