Sialon vs. Siliziumnitrid: Ein Vergleichsleitfaden für Ingenieure

Sialon und Siliziumnitrid haben zwar denselben chemischen Ursprung, kommen jedoch in sehr unterschiedlichen Anwendungsbereichen zum Einsatz. Dieser Leitfaden erläutert die wichtigsten Überlegungen in der Debatte „Sialon vs. Siliziumnitrid“ und behandelt die Materialwissenschaft, die Geschichte sowie die Auswahlkriterien für Gießereiingenieure und technische Einkäufer.

28. Juli 2026 · 10 Minuten Lesezeit

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TL;DR

Siliziumnitrid (Si₃N₄) wurde erstmals 1857 synthetisiert und entwickelte sich in den 1960er- und 1970er-Jahren zu einer bedeutenden technischen Keramik. Sialon – Silizium-Aluminium-Oxynitrid – ist sein jüngerer Verwandter, der um 1971 an der Newcastle University und am britischen National Physical Laboratory entdeckt wurde. Chemisch gesehen ist Sialon Siliziumnitrid, bei dem einige Silizium-Stickstoff-Bindungen durch Aluminium-Stickstoff- und Aluminium-Sauerstoff-Bindungen ersetzt wurden.

Diese Substitution klingt zwar bescheiden, verändert jedoch das Verhalten des Werkstoffs in einer Weise, die in der industriellen Praxis von enormer Bedeutung ist: Sialon weist eine deutlich höhere Beständigkeit gegenüber geschmolzenen Nichteisenmetallen auf und hält schnellen Temperaturwechseln besser stand, während Siliziumnitrid bei der Rohhärte und bei Hochgeschwindigkeits-Zerspanungsanwendungen weiterhin die Nase vorn hat. Wenn Ihr Prozess mit geschmolzenem Aluminium zu tun hat – Heizrohre, Steigrohre, Thermoelementschutz, Tiegel –, ist Sialon mit ziemlicher Sicherheit die richtige Wahl. Wenn Sie Gusseisen mit hohen Oberflächengeschwindigkeiten bearbeiten, ist Siliziumnitrid die bessere Wahl. Sialon Ceramics ApS stellt seit 1986 Komponenten auf Sialon-Basis her und bietet die gesamte in diesem Beitrag behandelte Produktpalette an.

Die Geschichte zweier Materialien, die aus derselben Labortradition hervorgegangen sind

Wenn man einen Keramikingenieur bittet, den Unterschied zwischen Sialon und Siliziumnitrid zu erklären, erhält man oft eine Antwort, die mit demselben Satz beginnt: „Nun, Sialon basiert auf Siliziumnitrid.“ Das ist zwar richtig, aber fast sofort wenig hilfreich – genauso wie die Aussage „Ein Dieselmotor basiert auf einem Benzinmotor“ zwar technisch korrekt ist, einem Mechaniker aber nichts darüber sagt, welchen Motor er in eine bestimmte Maschine einbauen soll.

Ein besserer Ausgangspunkt ist die Frage, zu deren Beantwortung diese Werkstoffe entwickelt wurden: Was tut man, wenn herkömmliche feuerfeste Keramiken Risse bekommen, korrodieren oder von geschmolzenem Aluminium regelrecht aufgefressen werden?

Siliziumnitrid lieferte den Forschern die erste ernstzunehmende Antwort auf diese Frage. Sialon bot ihnen eine noch bessere Lösung für eine bestimmte Untergruppe der anspruchsvollsten industriellen Umgebungen.

Beide Werkstoffe haben ihren Ursprung in derselben materialwissenschaftlichen Tradition – der Suche nach Keramiken, die Temperaturen, Thermoschocks und chemischen Umgebungen standhalten, die Metalle und herkömmliche Oxide zerstören würden. Wenn man versteht, woher die einzelnen Werkstoffe stammen und wie ihre chemischen Eigenschaften tatsächlich wirken, werden die Unterschiede in ihren Anwendungsbereichen offensichtlich und erscheinen nicht mehr willkürlich.

Die Geschichte des Siliziumnitrids: von 1857 bis in die Fertigung

Siliziumnitrid blickt für einen industriellen Werkstoff auf eine ungewöhnlich lange Geschichte zurück. Es wurde erstmals 1857 von den französischen Chemikern Henri Sainte-Claire Deville und Friedrich Wöhler synthetisiert – jenem Wöhler, der auch Harnstoff synthetisierte und damit die organische Chemie ins Leben rief. Die Entdeckung schlummerte ein Jahrhundert lang weitgehend ungenutzt vor sich hin. Interessante Chemie, aber noch keine nützliche Technik.

Der eigentliche Durchbruch bei der Entwicklung dieses Werkstoffs erfolgte in den 1960er und 1970er Jahren, angetrieben von einem ganz konkreten Ziel: einem Keramikmotor. Die Idee war überzeugend – Metallkomponenten in Gasturbinen und Hubkolbenmotoren durch Keramik zu ersetzen, die bei wesentlich höheren Temperaturen betrieben werden kann und so aus jedem Verbrennungszyklus mehr Energie gewinnt. Siliziumnitrid wurde in den 1960er und 1970er Jahren auf der Suche nach vollständig dichten, hochfesten und zähfesten Werkstoffen entwickelt, die genau für diese Art von Anwendung geeignet waren.

In diesem Zeitraum kristallisierten sich drei Herstellungsverfahren heraus, die jeweils unterschiedliche Vor- und Nachteile mit sich brachten:

• Reaktionsgebundenes Siliziumnitrid (RBSN) – hergestellt durch direkte Nitridierung von verdichtetem Siliziumpulver. Nahezu endkonturgetreu, minimaler Bearbeitungsaufwand, jedoch geringere Dichte.
• Heißgepresstes Siliziumnitrid (HPSN) – unter Hitze und Druck gesintert, wodurch eine höhere Dichte und bessere mechanische Eigenschaften erzielt werden.
• Gesintertes Siliziumnitrid (SSN) – konventionelles Sintern mit Hilfsstoffen, wodurch komplexe Formen bei einem Leistungsniveau nahe dem von HPSN möglich sind.

Der Traum vom Keramikmotor hat sich nie ganz verwirklicht – die technischen Herausforderungen bei der Massenproduktion zuverlässiger Keramikkomponenten erwiesen sich als schwieriger als erwartet, und die konservative Konstruktion in der Motorenindustrie ist völlig rational, da ein Komponentenausfall katastrophale Motorschäden zur Folge hat. Doch Siliziumnitrid hat sich eine dauerhafte Marktnische erobert. Jährlich werden etwa 300.000 gesinterte Siliziumnitrid-Turboladerrotoren hergestellt. Der Markt für Schneidwerkzeuge erreichte ein Volumen von rund 50 Millionen US-Dollar pro Jahr. Hybridkugellager mit Siliziumnitridkugeln und Stahllaufringen wurden zum Standard für Hochgeschwindigkeitsspindeln in Werkzeugmaschinen.

Die wesentlichen Eigenschaften des Werkstoffs erklären, warum er gerade dort erfolgreich war. Siliziumnitrid zeichnet sich durch eine geringe Dichte, hohe Temperaturfestigkeit, hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit, ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, gute Bruchzähigkeit, Kriechfestigkeit und gute Oxidationsbeständigkeit aus. Zudem ist es beständig gegen alle Säuren mit Ausnahme von verdünnter Flusssäure und heißer Phosphorsäure – eine chemische Inertheit , die es in einer Vielzahl von Prozessumgebungen wertvoll macht.

Die Entstehungsgeschichte von Sialon: eine technisch herbeigeführte Verbesserung

Sialon war keine zufällige Entdeckung. Es war das Ergebnis gezielter Materialforschung, bei der man auf der bewährten Kristallstruktur von Siliziumnitrid aufbaute und sich fragte: Was passiert, wenn wir Silizium teilweise durch Aluminium ersetzen?

Die Antwort kam um 1971 von Forschern der Newcastle University und des britischen National Physical Laboratory. Der theoretische Rahmen wurde in K.H. Jacks einflussreicher Veröffentlichung aus dem Jahr 1976 im „Journal of Materials Science“ mit dem Titel „Sialons and related nitrogen ceramics“ gefestigt – einer Arbeit, die das Fachgebiet praktisch begründete und bis heute als grundlegende Referenz gilt. Der Übersichtsartikel von Cao und Metselaar aus dem Jahr 1991 in der Fachzeitschrift „Chemistry of Materials“ zeichnete den rasanten Fortschritt der beiden folgenden Jahrzehnte nach.

Die entscheidende Erkenntnis war die Flexibilität bei der Zusammensetzung. Sialone sind Keramiken auf der Basis von Silizium, Aluminium, Sauerstoff und Stickstoff, die Mischkristalle aus Siliziumnitrid bilden, in denen Si-N-Bindungen teilweise durch Al-N- und Al-O-Bindungen ersetzt sind. Die durch diese Substitution entstehende Ladungsdifferenz wird durch die Zugabe von Metallkationen ausgeglichen – Li⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Y³⁺ und Lanthanid-Elemente sind gängige Dotierstoffe, die jeweils das Eigenschaftsprofil des Materials verändern.

So entstand eine Familie von Keramiken mit drei unterschiedlichen Kristallphasen, von denen jede ihre eigenen Leistungseigenschaften aufweist:

• Beta (β)-Sialon – die wirtschaftlich bedeutendste Phase. Hexagonale Struktur, Formel Si₆₋ₙAlₙOₙN₈₋ₙ, wobei n zwischen 0 und 4,2 liegt. Das Arbeitstier für strukturelle Anwendungen bei hohen Temperaturen.
• Alpha (α)-Sialon – trigonale Struktur, Formel Si₁₂₋ₘ₋ₙAlₘ₊ₙOₙN₁₆₋ₙ. Durch Seltenerd-Dotierungen stabilisiert; besonders relevant für Zerspanungsanwendungen.
• O-prime (O’) Sialon – orthorhombisch, in der Zusammensetzung stärker eingeschränkt. Formel Si₂₋ₙAlₙO₁₊ₙN₂₋ₙ, wobei n zwischen 0 und 0,2 liegt.

Das praktische Ergebnis dieser anpassbaren Chemie: Hersteller können Sialon-Zusammensetzungen entwickeln, die für bestimmte Anwendungsumgebungen optimiert sind, anstatt mit einem einzigen Material mit festen Eigenschaften zu arbeiten.

## Was sich durch die Chemie tatsächlich ändert: Eigenschaften im direkten Vergleich

Was die physikalischen Eigenschaften angeht, sehen Siliziumnitrid und Sialon auf dem Papier recht ähnlich aus. Beide sind hart, beide weisen eine geringe Wärmeausdehnung auf, beide sind temperaturwechselbeständig und beide vertragen hohe Temperaturen. Die Unterschiede werden erst dann entscheidend, wenn man die Extreme betrachtet – und genau in diesen Extremen werden industrielle Bauteile eingesetzt.

Eigentum	Siliziumnitrid (Si₃N₄)	Sialon (SiAlON)
Dichte	~3,17 g/cm³ (HPSN/SSN)	3,0–3,3 g/cm³ (phasenabhängig)
Härte	Mohs 8,5; Gamma-Phase ~35 GPa	Mohs 8–9 (abhängig von der Zusammensetzung)
Wärmeausdehnung	Niedrig	Sehr niedrig
Temperaturwechselbeständigkeit	Gut	Außergewöhnlich
Widerstand von geschmolzenem Nichteisenmetall	Gut	Außergewöhnlich – besser als Aluminiumoxid und Si₃N₄
Oxidationsbeständigkeit	Gut (selbstschützende SiO₂-Schicht)	Geeignet bis über 1000 °C
Chemische Inertheit	Beständig gegen die meisten Säuren, ausgenommen HF und heiße H₃PO₄	Hohe chemische Stabilität; verstärkt durch Al-O-Substitution
Praktische maximale Betriebstemperatur	~1.200–1.400 °C an der Luft (das Material zersetzt sich bei 1.850 °C – dies ist eine theoretische Grenze, keine Arbeitstemperatur)	Bis zu ca. 1.400 °C, je nach Produkt; Heizrohre bis 1.100 °C, Schutzrohre für Thermoelemente bis ca. 1.400 °C

Die beiden wesentlichen Unterschiede verdeutlichen die Auswahlkriterien.

Was die Härte angeht, hat Siliziumnitrid die Nase vorn – insbesondere die Gamma-Phase erreicht außergewöhnliche Werte. Aus diesem Grund dominiert Siliziumnitrid im Bereich der Schneidwerkzeuge. Es kann Gusseisen und Superlegierungen auf Nickelbasis mit bis zu 25-mal höheren Oberflächengeschwindigkeiten bearbeiten als Wolframkarbid. Auch Sialon wird in Schneidwerkzeugen eingesetzt, insbesondere zur Bearbeitung von Kaltguss-Gusseisen, doch bei den härtesten und schnellsten Zerspanungsvorgängen hat Siliziumnitrid in der Regel die Nase vorn, was die reinen Zahlen angeht.

Was die Beständigkeit gegenüber geschmolzenem Metall angeht, kehrt sich die Reihenfolge um. Sialone weisen im Vergleich zu anderen feuerfesten Werkstoffen wie Aluminiumoxid eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Benetzung oder Korrosion durch geschmolzene Nichteisenmetalle auf – und dieser Vergleich schließt auch reines Siliziumnitrid ein. Die Al-O-Substitutionen im Kristallgitter bilden eine keramische Matrix, die von Natur aus beständig gegen Auflösung und Benetzung durch geschmolzenes Aluminium und ähnliche Metalle ist. Ein in geschmolzenes Aluminium bei 750 °C getauchtes Sialon-Rohr bleibt intakt, während ein Aluminiumoxid-Rohr innerhalb weniger Stunden erodieren und ein Stahlbauteil sich schlichtweg auflösen würde.

Bei Thermoschocks verschafft der sehr niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient von Sialon diesem Material einen Vorteil bei Anwendungen mit schnellen, wiederholten Temperaturwechseln – genau dem Betriebszyklus eines Gießereibauteils, das Dutzende Male am Tag in geschmolzenes Metall eingetaucht und wieder herausgezogen wird.

Wo jedes Material hingehört: Anwendungskarte

Wenn man die Unterschiede bei den Eigenschaften versteht, lässt sich die Aufteilung der Anwendung intuitiv nachvollziehen.

### Siliziumnitrid: Präzision, Geschwindigkeit und rotierende Bauteile

Die Kombination aus hoher Härte, Bruchfestigkeit, Verschleißfestigkeit und geringer Dichte macht Siliziumnitrid zum Material der Wahl, wenn Dreh- oder Schnittgeschwindigkeit das Hauptkonstruktionsziel ist.

Turbolader sind der Anwendungsbereich mit dem höchsten Volumen. Die Hersteller produzieren jährlich etwa 300.000 Turboladerrotoren aus Siliziumnitrid. Hier kommt es auf die geringe Dichte an – ein leichterer Rotor hat einen geringeren Drehwiderstand, was eine schnellere Auflaufzeit und weniger Turboloch bedeutet. Sowohl Diesel- als auch Ottomotoren verwenden Turbolader aus Siliziumnitrid; Japan war Vorreiter im Bereich der Leichtfahrzeuge, während sich die USA auf mittelschwere und schwere Fahrzeuge konzentrierten.

Zu den Motorkomponenten, die über Turbolader hinausgehen, gehören Dieselglühkerzen für schnellere Kaltstarts, Vorverbrennungskammern für geringere Emissionen und einen leiseren Lauf, Kipphebel-Lager für weniger Verschleiß sowie Abgasregelventile.

Lager sind eine ausgereifte kommerzielle Anwendung. Hybridkugellager – Keramikkugeln in Stahllaufringen – verbessern im Vergleich zu Vollstahllagern die Lebensdauer, die Drehzahl und die Rostbeständigkeit. Spindeln von Werkzeugmaschinen laufen oft mit Drehzahlen, die Stahllager ohne Öl nicht bewältigen können; Hybridlager aus Siliziumnitrid ermöglichen den trockenen Einsatz bei hohen Drehzahlen. In Zahnbohrern kommen Siliziumnitrid-Lager zum Einsatz, da sie von Zahntechnikern ohne Rostbildung oder Verschleiß sterilisiert werden können. Vollkeramiklager finden Anwendung in Gezeitenströmungsmessern, bei denen Meerwasserrost den Einsatz von Metall ausschließt.

Schneidwerkzeuge – Werkzeuge auf Siliziumnitridbasis schneiden Gusseisen und Nickellegierungen 25-mal schneller als es mit Wolframkarbid möglich ist. Die Automobil- und Luftfahrtindustrie sind die Hauptabnehmer. Ein entscheidender Nachteil: Siliziumnitrid schneidet Aluminiumlegierungen mit hohem Siliziumgehalt nicht gut – was bedeutet, dass der Trend zu Motoren mit Aluminiumblöcken das Wachstum auf dem Markt für Schneidwerkzeuge in der Automobilindustrie einschränkt.

Auch bei industriellen Vorrichtungen für die Induktionserwärmung und das Widerstandsschweißen kommt Siliziumnitrid zum Einsatz, da es sich durch elektrische Isolierung, geringe Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit auszeichnet. Lichtbogenschweißdüsen stellen einen stabilen Absatzmarkt für reaktionsgebundenes Siliziumnitrid dar.

Sialon: der Gießereiboden und der Umgang mit geschmolzenem Metall

Die größte Stärke von Sialon – seine hohe Beständigkeit gegen den Angriff durch geschmolzene Nichteisenmetalle – hat es zum Material der Wahl für Arbeiten mit Nichteisenmetallen und in der Gießerei gemacht.

Tatsächlich ist die Verarbeitung von Nichteisenmetallen der Hauptanwendungsbereich von Sialon. So setzen Hersteller das Material beispielsweise für Metallzuführrohre beim Aluminiumdruckguss, für Brenner- und Tauchheizrohre, Einspritzrohre, Entgasungsvorrichtungen, Schutzrohre für Thermoelemente, Tiegel und Gießpfannen ein. Jedes dieser Teile steht in direktem Kontakt mit geschmolzenem Aluminium oder ähnlichen Metallen – an Stellen, an denen geschmolzenes Metall sowohl einfache Keramiken als auch Metalle innerhalb weniger Stunden zersetzt. Daher übersteht Sialon Tausende von Wärmezyklen und jahrelangen ständigen Kontakt mit geschmolzenem Metall.

Der Grund dafür ist keine Zauberei: Die Al-O-Austauschgruppen im Sialon-Gitter bilden eine keramische Basis, die sich mit geschmolzenem Aluminium einfach nicht gut benetzen lässt, sodass das Metall nicht eindringen oder die Korngrenzen angreifen kann, wie dies bei Aluminiumoxid oder reinem Siliziumnitrid der Fall ist. Das Ergebnis ist eine deutlich längere Lebensdauer – 30 % länger als bei herkömmlichen technischen Keramiken bei vergleichbarem Einsatz in der Gießerei.

Beim Niederdruck-Druckguss (LPDC) werden Sialon-Angussrohre verwendet, um den Fluss der Metallschmelze in präzise Formen zu leiten. Beim Guss von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt – wo Hersteller Teil für Teil aus Aluminiumlegierungen innerhalb enger Maßtoleranzen produzieren müssen – durchlaufen die Angussrohre täglich Hunderte von Eintauch- und Ziehzyklen. Dank der Hitzeschockbeständigkeit und chemischen Beständigkeit von Sialon halten diese Rohre Monate statt nur Tage.

In Chemie- und Prozessanlagen kommt Sialon dort zum Einsatz, wo sowohl chemische Verschleißfestigkeit als auch Hitzebeständigkeit gleichzeitig erforderlich sind – Bedingungen, die selbst die besten Oxidkeramiken auf eine harte Probe stellen.

Die Öl- und Gasindustrie ist ein zwar kleinerer, aber dennoch bedeutender Sektor: Dank seiner Kombination aus chemischer Beständigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit eignet sich Sialon besonders für Getriebeteile, die heißen, aggressiven Flüssigkeiten ausgesetzt sind.

Eine unerwartete Anwendung: LED-Leuchtstoffe. Mit Europium dotiertes β-SiAlON absorbiert UV- und sichtbares Licht und gibt starkes breitbandiges sichtbares Licht ab – eine Leuchteigenschaft, die es als grünen Lichtverschiebungsleuchtstoff für weiße LEDs nützlich macht. Dank seiner thermisch stabilen Kristallstruktur bleiben Helligkeit und Farbe auch bei Temperaturänderungen konstant, wodurch es viele konkurrierende Leuchtstoffmaterialien übertrifft. Hersteller können sogar Sialon-Zahnräder aus Barren bei etwa 1200 °C innerhalb von 2 Sekunden schmieden, was eine superplastische Formbarkeit demonstriert, die den Weg für komplexe Präzisionsteile ebnet.

## Herstellung: Beide sind schwer herzustellen, allerdings auf unterschiedliche Weise

Beide Werkstoffe stehen vor einer grundlegenden Herausforderung bei der Herstellung: Siliziumnitrid zersetzt sich bei Temperaturen über 1850 °C, was die Hersteller daran hindert, herkömmliche Verfahren zur Verdichtung bei hohen Temperaturen anzuwenden. Das herkömmliche Sintern erfordert Sinterhilfsmittel, die ein Flüssigphasensintern induzieren – die Zusammensetzung der Glasphase an den Korngrenzen hat einen erheblichen Einfluss auf das Verhalten bei hohen Temperaturen und ist ein wichtiger Schwerpunkt der aktuellen Materialforschung.

Die Herstellung von Sialon ist komplexer. Bei der Produktion werden Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumdioxid und das Oxid eines Seltenerdelements miteinander kombiniert und anschließend durch druckloses Sintern oder heißisostatisches Pressen verdichtet. Forscher haben das abnormale Kornwachstum ausführlich dokumentiert, das zu bimodalen Korngrößenverteilungen führt und die endgültigen mechanischen Eigenschaften beeinflusst.

Diese zusätzliche Komplexität sorgt für die oben beschriebene Flexibilität bei der Zusammensetzung. Ingenieure können das Phasenverhältnis der Kristalle und die Dotierungskonzentration an spezifische Anwendungsumgebungen anpassen. Dadurch ist Sialon in den Bereichen, in denen diese Eigenschaften am wichtigsten sind, eine bessere Lösung als Siliziumnitrid.

Ein wesentlicher Unterschied bei der Herstellung: Das Herstellungsverfahren hat einen starken Einfluss auf die Eigenschaften von Siliziumnitrid. Daher sollten Ingenieure es nicht als ein einziges Material betrachten. So können beispielsweise ein RBSN-Bauteil und ein HPSN-Bauteil beide die Bezeichnung „Siliziumnitrid“ tragen. Dennoch können sie sich hinsichtlich Dichte, Festigkeit und Leistungsfähigkeit erheblich unterscheiden. Ähnliches gilt für Sialon – Phasenzusammensetzung, Dotierstoffauswahl und Herstellungsverfahren bestimmen das endgültige Materialverhalten. Aus diesem Grund beschränkt sich die Materialauswahl bei technischen Keramiken niemals darauf, einfach nur einen Materialnamen aus einer Liste auszuwählen.

Die Entscheidung treffen: Ein praktischer Leitfaden zur Auswahl

Die hier vorgestellten Forschungsergebnisse und historischen Zusammenhänge führen zu einem recht klaren Entscheidungsrahmen:

Entscheiden Sie sich für Siliziumnitrid, wenn:

• Die maximale Härte ist der entscheidende Leistungsfaktor (Schneidwerkzeuge, Schleifanwendungen)
• Bei dieser Anwendung kommen rotierende Bauteile zum Einsatz, bei denen eine geringe Dichte entscheidend ist (Turbolader, Lager).
• Sie benötigen chemische Inertheit ohne die komplexe Zusammensetzung von Sialon
• Die Betriebsumgebung ist oxidierend und weist sehr hohe Temperaturen auf.
• Die Kostensensitivität ist hoch, und die extreme Korrosionsbeständigkeit von Sialon ist nicht erforderlich

Entscheiden Sie sich für Sialon, wenn:

• Das Bauteil kommt mit geschmolzenen Nichteisenmetallen (Aluminium, Zink, Zinn, Bleilegierungen) in Kontakt.
• Es treten starke und häufige Temperaturwechsel auf (Gießereianlagen, Steigrohre, Tauchheizkörper)
• Es sind sowohl Temperaturwechselbeständigkeit als auch chemische Korrosionsbeständigkeit gleichzeitig erforderlich.
• Sie benötigen Komponenten mit langer Lebensdauer in rauen chemischen Prozessumgebungen
• Sie entwickeln LED-Leuchtstoffe, die eine temperaturstabile Lumineszenz aufweisen

Der häufigste und kostspieligste Fehler ist die Wahl von Siliziumnitrid – oder schlimmer noch, Aluminiumoxid – für Bauteile, die in direktem Kontakt mit geschmolzenem Aluminium stehen. Der anfängliche Kostenunterschied scheint gering zu sein. Der Unterschied bei der Austauschhäufigkeit und den Ausfallkosten ist es jedoch nicht.

Eine nützliche Faustregel: Wenn das Bauteil mit geschmolzenem Metall in Berührung kommt, greifen Sie zu Sialon. Wenn es Metall schneidet, greifen Sie zu Siliziumnitrid.

Probieren Sie Sialon Ceramics ApS aus

Sialon Ceramics ApS stellt seit 1986 technische Keramik auf Sialon-Basis her. Das sind vier Jahrzehnte, in denen die in diesem Beitrag beschriebenen Material- und Konstruktionsentscheidungen kontinuierlich verfeinert wurden. Die Produktreihe Sialon ULTRA™ bietet eine um 30 % längere Lebensdauer als herkömmliche technische Keramik. Außerdem gilt eine 12-monatige Garantie gegen chemische Beanspruchung durch geschmolzenes Aluminium. Die Produkte decken das gesamte Spektrum an Anwendungen in der Gießerei- und Metallurgieindustrie ab. Dazu gehören Heizrohre, Steigrohre für den Niederdruck-Druckguss sowie Schutzrohre für Thermoelemente mit einer Länge von bis zu 1.600 mm. Das Sortiment umfasst zudem kundenspezifisch bearbeitete Bauteile mit Toleranzen von ±0,02 mm sowie die XICRU™-Gießereitiegel. Dabei handelt es sich um die weltweit größten industriell gefertigten Sialon-Tiegel mit einer Breite von bis zu 1,5 Metern. Die XICAR™-Produktreihe aus gesintertem Siliziumkarbid erweitert den Anwendungsbereich auf 1900 °C für Anwendungen, die sogar die thermischen Grenzen von Sialon überschreiten.

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Häufig gestellte Fragen

Wofür steht die Abkürzung „Sialon“?

Sialon steht für Silizium-Aluminium-Oxynitrid. Der Name ist eine direkte chemische Bezeichnung. Sialon ist eine feste Verbindung aus Siliziumnitrid (Si₃N₄). Aluminium und Sauerstoff ersetzen einen Teil der Silizium-Stickstoff-Bindungen und bilden so Aluminium-Stickstoff- und Aluminium-Sauerstoff-Bindungen. Sialon Ceramics ApS (sialon.com) hat seinen Namen von diesem Material abgeleitet und stellt seit 1986 Produkte auf Sialon-Basis her.

id="is-sialon-harder-or-softer-than-silicon-nitride">Ist Sialon härter oder weicher als Siliziumnitrid?

Siliziumnitrid hat bei der Rohhärte die Nase vorn: Die Gamma-Phase von Si₃N₄ erreicht etwa 35 GPa und ist damit eine der härtesten bekannten Keramiken. Im Vergleich dazu liegt Standard-Sialon typischerweise bei 8 bis 9 auf der Mohs-Skala und damit leicht unter diesem Spitzenwert. Daher setzt sich Siliziumnitrid bei Schneidwerkzeugen, bei denen es vor allem auf die Härte ankommt, in der Regel durch. Sialon gleicht dies jedoch auf andere Weise aus – und schneidet dabei oft sogar besser ab: Es ist widerstandsfähiger gegen Thermoschock und den Angriff durch geschmolzene Metalle. Genau diese Eigenschaften sind bei der Arbeit in Gießereien am wichtigsten.

id="which-is-better-for-molten-aluminium-applications-sialon-or-silicon-nitride">Was eignet sich besser für Anwendungen mit geschmolzenem Aluminium: Sialon oder Siliziumnitrid?

Sialon ist die erste Wahl für den direkten Kontakt mit geschmolzenem Aluminium und anderen Nichteisenmetallen. Forschungsergebnisse bestätigen, dass Sialon der Benetzung und dem Angriff durch geschmolzene Nichteisenmetalle besser standhält als andere feuerfeste Werkstoffe, einschließlich reinem Siliziumnitrid. Aus diesem Grund werden Sialon ULTRA™-Heizrohre, Steigrohre und Thermoelementschutzrohre aus Sialon statt aus Siliziumnitrid hergestellt.

id="when-was-sialon-discovered-and-who-developed-it">Wann wurde Sialon entdeckt und wer hat es entwickelt?

Sialon wurde erstmals um 1971 von Forschern zweier britischer Einrichtungen beschrieben: der Newcastle University und dem National Physical Laboratory (NPL). K.H. Jack führte in seiner bahnbrechenden Veröffentlichung aus dem Jahr 1976 mit dem Titel „Sialons and related nitrogen ceramics“ im Journal of Materials Science (doi:10.1007/BF00553123) die Theorie und die Laborarbeiten zusammen. Die kommerzielle Nutzung nahm in den 1980er- und 1990er-Jahren rasch zu. In dieser Zeit entwickelten die Hersteller neue Mischungen für Gießereiausrüstung, Schneidwerkzeuge und den Schutz von Thermoelementen.

id="how-do-i-choose-between-sialon-and-silicon-nitride-for-my-application">Wie entscheide ich mich bei meiner Anwendung zwischen Sialon und Siliziumnitrid?

Der entscheidende Faktor ist fast immer das Einsatzumfeld. Wenn Sie höchste Härte, hohe Schnittgeschwindigkeiten oder Lagerteile für Motoren benötigen – entscheiden Sie sich für Siliziumnitrid. Wenn Ihre Bauteile wiederholtem Kontakt mit geschmolzenen Nichteisenmetallen, extremen Temperaturwechseln in Gießereianlagen oder chemischem Verschleiß in Prozessanlagen standhalten müssen – entscheiden Sie sich für Sialon. Sialon Ceramics bietet seit 1986 Lösungen für diese Materialauswahl. Das Unternehmen bietet maßgeschneiderte Fertigung mit Toleranzen von ±0,02 mm sowie eine auf Ihre spezifischen Anforderungen zugeschnittene Beratung.