Kohlenstoffwerkstoffe
Kohlenstoff als sechstes Element im Periodensystem ist nicht nur der Ausgangsstoff für die gesamte organische Chemie und allen Lebens auf der Erde, sondern findet auch in Form von Kohlenstoffwerkstoffen in zahllosen technischen Bereichen Anwendung. Dabei lassen sich grundsätzlich drei natürlich vorkommende Modifikationen des Kohlenstoffs unterscheiden, der hexagonale Graphit, der kubische Diamant sowie die hochsymmetrischen Fullerene. Abgrenzend von organischen oder anorganischen kohlenstoffhaltigen Verbindungen bezeichnet man als Kohlenstoffwerkstoffe anorganische Materialien, die überwiegend aus elementarem Kohlenstoff in einer der drei Modifikationen bestehen. Dazu zählen Graphitwerkstoffe (rein, imprägniert oder im Verbund mit Metallen), Kohlenstoffschäume, Diamant, Aktivkohle, Glaskohlenstoff und Carbon Nanotubes.
Die Modifikationen des Kohlenstoffs unterscheiden sich in zahlreichen Materialkenngrößen auf Grund ihrer unterschiedlichen Bindungsverhältnisse grundlegend. So ist reiner Diamant ein hervorragender elektrischer Isolator, während Graphitwerkstoffe mehr oder minder gute elektrische Leiter sind, je nach Zusammensetzung und Vorbehandlung. Schäume aus Kohlenstoff bzw. Graphit sind sehr gute thermische Isolatoren auch bei sehr hohen Temperaturen; Diamant wird dagegen wegen seiner sehr hohen Wärmeleitfähigkeit für Wärmesenken in der Elektronik eingesetzt. Auch die mechanischen Eigenschaften unterscheiden sich je nach Art des Kohlenstoffwerkstoffes erheblich.
Dementsprechend hoch ist auch die Vielfalt an Anwendungsgebieten. Da die Eigenschaften von Graphitwerkstoffen in sehr weiten Grenzen variierbar sind, finden Komponenten und Bauteile aus Graphit in zahlreichen industriellen Segmenten Anwendung, als Kohlebürsten in Elektromotoren, zur Stromübertragung bei Haushalts- und Elektrogeräten oder in der Bahntechnik, im Ofenbau, der Halbleitertechnik, der Medizin- und Analysetechnik, als verschleißarme Komponenten in Dichtungen, Lagern und Pumpen oder in Kern- und Fusionsreaktoren, um nur einige zu nennen. Abseits von Schmucksteinen finden sich Diamanten auch in technischen Anwendungen wider, als Hartstoff in Schneid- und Schleifwerkzeugen oder Polierpasten, als verschleißbeständige Schicht oder in dotierter, elektrisch leitfähiger Form in der Hochfrequenzelektronik, der Synthesechemie oder der Abwasserbehandlung. Aktivkohle wird als Adsorptionsmittel in der Prozessgas- und Abwasserbehandlung, in der Lüftungs- und Klimatechnik sowie im Bereich der ABC-Schutztechnik eingesetzt. Kohlenstoffschäume dienen zur Hochtemperaturisolation in Ofenbau und Wärmebehandlung oder als hochporöse Katalysatorträger. Schichten aus Glaskohlenstoff (glassy carbon) finden wegen ihrer hohen Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit sowie ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit Anwendungen in der Elektrochemie und in der chemischen Verfahrenstechnik.
Die Modifikationen des Kohlenstoffs unterscheiden sich in zahlreichen Materialkenngrößen auf Grund ihrer unterschiedlichen Bindungsverhältnisse grundlegend. So ist reiner Diamant ein hervorragender elektrischer Isolator, während Graphitwerkstoffe mehr oder minder gute elektrische Leiter sind, je nach Zusammensetzung und Vorbehandlung. Schäume aus Kohlenstoff bzw. Graphit sind sehr gute thermische Isolatoren auch bei sehr hohen Temperaturen; Diamant wird dagegen wegen seiner sehr hohen Wärmeleitfähigkeit für Wärmesenken in der Elektronik eingesetzt. Auch die mechanischen Eigenschaften unterscheiden sich je nach Art des Kohlenstoffwerkstoffes erheblich.
Dementsprechend hoch ist auch die Vielfalt an Anwendungsgebieten. Da die Eigenschaften von Graphitwerkstoffen in sehr weiten Grenzen variierbar sind, finden Komponenten und Bauteile aus Graphit in zahlreichen industriellen Segmenten Anwendung, als Kohlebürsten in Elektromotoren, zur Stromübertragung bei Haushalts- und Elektrogeräten oder in der Bahntechnik, im Ofenbau, der Halbleitertechnik, der Medizin- und Analysetechnik, als verschleißarme Komponenten in Dichtungen, Lagern und Pumpen oder in Kern- und Fusionsreaktoren, um nur einige zu nennen. Abseits von Schmucksteinen finden sich Diamanten auch in technischen Anwendungen wider, als Hartstoff in Schneid- und Schleifwerkzeugen oder Polierpasten, als verschleißbeständige Schicht oder in dotierter, elektrisch leitfähiger Form in der Hochfrequenzelektronik, der Synthesechemie oder der Abwasserbehandlung. Aktivkohle wird als Adsorptionsmittel in der Prozessgas- und Abwasserbehandlung, in der Lüftungs- und Klimatechnik sowie im Bereich der ABC-Schutztechnik eingesetzt. Kohlenstoffschäume dienen zur Hochtemperaturisolation in Ofenbau und Wärmebehandlung oder als hochporöse Katalysatorträger. Schichten aus Glaskohlenstoff (glassy carbon) finden wegen ihrer hohen Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit sowie ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit Anwendungen in der Elektrochemie und in der chemischen Verfahrenstechnik.
