Was ist Keramikschaum?
Keramikschaum ist eine leichte Struktur, die aus einem geringen Prozentsatz sehr poröser Keramik und einem hohen Prozentsatz gasgefüllter Poren besteht. Typische Keramikschäume sind 75 bis 90% porös, obwohl einige sogar noch poröser sind. Solche Schäume haben wertvolle Materialeigenschaften, die sie für eine Vielzahl von technischen und anderen Anwendungen geeignet machen.
Die meisten Herstellungstechniken für einen solchen Schaum umfassen im Allgemeinen das Imprägnieren einer anderen Schaumstruktur mit Keramikaufschlämmung. Diese Struktur wird dann bei hoher Temperatur in einem Ofen gebrannt. Die Keramik härtet aus, während die Hitze des Ofens die Grundstruktur zerstört, auf der sie gebaut wurde.
Als Endprodukt dieses Herstellungsprozesses entsteht so eine leichte und hochporöse Keramikstruktur. Das erzeugte Material kann einzeln versiegelte Poren aufweisen. Diese Art von Struktur ist als geschlossenzelliger Schaum bekannt. Wenn die Poren des Schaums über die gesamte Struktur miteinander verbunden sind, spricht man von offenzelligem Schaum.
Die spezifischen Eigenschaften des jeweiligen erzeugten Schaums hängen von einer Vielzahl von Faktoren ab, aber diese Materialklasse ist für bestimmte gemeinsame Eigenschaften bekannt. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit eignet sich Keramikschaum besonders als Wärmedämmstoff. Aufgrund seiner Fähigkeit, relativ großen Temperaturschocks standzuhalten, eignet es sich auch für raue Umgebungen wie Industrie- und Luftfahrtanwendungen. Aufgrund ihrer hohen Porosität sind diese Schäume relativ leichte Materialien, die sich für Anwendungen eignen, bei denen ein Übergewicht vermieden werden muss.
Die in den Wärmeschutzsystemen der US-Raumfähren verwendeten Fliesen waren klassische Beispiele für die Verwendung von Keramikschaum für diese Eigenschaften. Raumfahrzeuge, die sich entweder beim Start oder beim Wiedereintritt zwischen Erde und Weltraum bewegen, unterliegen extremen Temperaturschwankungen, während sie mit hoher Geschwindigkeit durch die Atmosphäre fliegen. Die Isolierung vor diesen extremen Veränderungen war erforderlich, um die Shuttles vor dieser extrem rauen Umgebung zu schützen. Es ist jedoch sehr teuer und energieintensiv, die Masse in den Weltraum zu befördern, so dass das Gewicht auf ein Minimum beschränkt werden musste. Die Leichtigkeit des Keramikschaums in Kombination mit seinen thermischen Eigenschaften machte ihn für einige der in der Shuttle-Flotte installierten Fliesen attraktiv.
Zusätzlich zur Verwendung als Isoliermaterial wird Keramikschaum üblicherweise auch bei Filtrationsanwendungen verwendet. Bei der Verwendung zum Raffinieren anderer Materialien bieten Keramikschaumfilter im Allgemeinen drei Filtrationsmodi. Beim Kontakt mit dem Einlass des Filters lagern sich Partikel, die größer als die Porengröße sind, auf der Filteroberfläche ab, da sie zu groß sind, um durch den Filter zu gelangen. Dieses Trägermaterial bildet auf der Oberfläche des Filters eine Schicht, die als Kuchenschicht bezeichnet wird und kleinere Partikel einfängt. Die feinsten Partikel können die Kuchenschicht passieren, werden dann aber in den Poren des Filters eingefangen.
Potenzielle neue Verwendungen von Keramikschaum sind ebenfalls in der Entwicklung. In der medizinischen Industrie wird beispielsweise untersucht, ob eine Stimulierung des Knochenwachstums dort möglich ist, wo Knochen entfernt wurden, beispielsweise bei Krebspatienten. Es werden auch sehr kleine Keramikschaumsegmente in Betracht gezogen, um Medikamente über einen kontrollierten Freisetzungsprozess im Laufe der Zeit an den Körper abzugeben.