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 behandelt die Materialwissenschaft, die Geschichte und die Auswahlkriterien für Ingenieure in der Halbleiterfertigung und technische Einkäufer.

28. Juli 2026 · 10 Minuten Lesezeit

---

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 unscheinbar, verändert jedoch das Verhalten des Materials in einer Weise, die in der industriellen Praxis von enormer Bedeutung ist: Sialon ist deutlich widerstandsfähiger gegenüber geschmolzenen Nichteisenmetallen 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 verrät, 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 Dotiermittel, 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 Sialonrohr bleibt intakt, während ein Aluminiumoxidrohr 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, Bruchzähigkeit, Verschleißfestigkeit und geringer Dichte macht Siliziumnitrid zum Material der Wahl überall dort, wo Rotations- oder Schneidleistung das vorrangige Konstruktionskriterium ist.

Turbolader sind der Anwendungsbereich mit dem höchsten Produktionsvolumen. Jährlich werden etwa 300.000 Turboladerrotoren aus Siliziumnitrid hergestellt. Hier kommt es auf die geringe Dichte an – ein leichterer Rotor hat ein geringeres Trägheitsmoment, was eine schnellere Auflaufzeit und ein geringeres Turboloch bedeutet. Turbolader aus Siliziumnitrid kommen sowohl in Diesel- als auch in Ottomotoren zum Einsatz; Japan leistete Pionierarbeit bei Anwendungen im Leichtlastbereich, während sich die USA auf mittelschwere und schwere Einheiten konzentrierten.

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

Lager stellen eine ausgereifte kommerzielle Anwendung dar. Hybridkugellager – Keramikkugeln in Stahllaufringen – verbessern im Vergleich zu Vollstahllagern die Lebensdauer, die Drehzahlfähigkeit und die Korrosionsbeständigkeit. Spindeln von Werkzeugmaschinen laufen routinemäßig mit Drehzahlen, die Stahl-Lager ohne Schmierung nicht aushalten können; Hybridlager aus Siliziumnitrid ermöglichen einen trockenen Hochgeschwindigkeitsbetrieb. Zahnärztliche Bohrer verwenden Siliziumnitrid-Lager gerade deshalb, weil sie ohne Rostbildung oder Qualitätsverlust sterilisiert werden können. Vollkeramiklager kommen in Gezeitenströmungsmessern zum Einsatz, wo die Korrosion durch Meerwasser den Einsatz von Metall ausschließt.

Schneidwerkzeuge – Werkzeuge auf Siliziumnitrid-Basis bearbeiten Gusseisen und Nickel-Superlegierungen mit Geschwindigkeiten, die 25-mal höher sind als die von Wolframkarbid. Die Automobil- und Luftfahrtindustrie sind die Hauptabnehmer. Ein wichtiger Vorbehalt: Siliziumnitrid eignet sich nicht gut für die Bearbeitung von Aluminiumlegierungen mit hohem Siliziumgehalt – was bedeutet, dass sein Wachstum im Bereich der Schneidwerkzeuge für die Automobilindustrie begrenzt ist, da die Automobilhersteller zunehmend auf Motoren mit Aluminiumblöcken umsteigen.

Auch in industriellen Vorrichtungen für die Induktionserwärmung und das Widerstandsschweißen kommt Siliziumnitrid zum Einsatz, wobei dessen elektrische Isolierfähigkeit, geringe Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit genutzt werden. Lichtbogenschweißdüsen stellen einen stabilen Absatzmarkt für reaktionsgebundenes Siliziumnitrid dar.

Sialon: der Gießereiboden und der Umgang mit geschmolzenem Metall

Der entscheidende Vorteil von Sialon – seine außergewöhnliche Beständigkeit gegenüber der Einwirkung geschmolzener Nichteisenmetalle – hat es zum Standardwerkstoff für die Nichteisenmetallurgie und den Gießereibetrieb gemacht.

Der Umgang mit Nichteisenmetallen ist das Hauptanwendungsgebiet von Sialon. Das Material wird in Metallzuführrohren für den Aluminiumdruckguss, in Brenner- und Tauchheizrohren, Einspritzrohren, Entgasungsanlagen, Schutzrohren für Thermoelemente, Tiegeln und Gießpfannen eingesetzt. Jedes dieser Bauteile steht in direktem Kontakt mit geschmolzenem Aluminium oder ähnlichen Metallen – Umgebungen, in denen herkömmliche Keramiken und Metalle innerhalb weniger Stunden chemisch angegriffen werden. Sialon übersteht Tausende von Temperaturzyklen und jahrelange kontinuierliche Einwirkung von geschmolzenem Metall.

Der Mechanismus ist keine Zauberei: Die Al-O-Substitutionen im Sialon-Gitter bilden eine keramische Matrix, die von geschmolzenem Aluminium einfach nicht gut benetzt wird, sodass das Metall nicht in die Korngrenzen eindringen oder diese chemisch angreifen kann, wie dies bei Aluminiumoxid oder herkömmlichem Siliziumnitrid der Fall ist. Das Ergebnis ist eine messbar längere Lebensdauer – 30 % länger als bei herkömmlichen technischen Keramiken in vergleichbaren Gießereianwendungen.

Beim Niederdruck-Druckguss (LPDC) werden Sialon-Angussrohre eingesetzt, um den Fluss der Metallschmelze in Präzisionsformen zu steuern. Beim Guss von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt – wo Teile aus Aluminiumlegierungen Zyklus für Zyklus mit engen Maßtoleranzen gefertigt werden müssen – durchlaufen die Angussrohre täglich Hunderte von Eintauch- und Rückzugszyklen. Dank der Temperaturwechselbeständigkeit und chemischen Beständigkeit von Sialon halten diese Rohre Monate statt nur Tage.

In der Chemie- und Prozessindustrie kommt Sialon dort zum Einsatz, wo gleichzeitig chemische Korrosionsbeständigkeit und thermische Stabilität gefordert sind – Bedingungen, die selbst die besten Oxidkeramiken auf eine harte Probe stellen.

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

Eine unerwartete Anwendung: LED-Leuchtstoffe. Mit Europium dotiertes β-SiAlON absorbiert ultraviolettes und sichtbares Licht und emittiert eine intensive breitbandige sichtbare Strahlung – eine photolumineszente Eigenschaft, die es als grünen Down-Conversion-Leuchtstoff für weiße LEDs wertvoll macht. Seine Leuchtdichte und Farbe bleiben aufgrund der temperaturstabilen Kristallstruktur bei Temperaturänderungen stabil, wodurch es viele konkurrierende Leuchtstoffmaterialien übertrifft. Sialon-Zahnräder können sogar innerhalb von 2 Sekunden bei etwa 1200 °C aus Knüppeln geschmiedet werden, was eine superplastische Umformbarkeit demonstriert, die den Weg für komplexe Präzisionsbauteile ebnet.

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

Beide Werkstoffe stehen vor der für Siliziumnitrid-Keramiken typischen Herausforderung: Siliziumnitrid darf nicht über 1850 °C erhitzt werden, ohne sich zu zersetzen, was herkömmliche Verfahren zur Hochtemperaturverdichtung ausschließt. Das herkömmliche Sintern erfordert Sinterhilfsmittel, die ein Flüssigphasensintern induzieren – die Zusammensetzung der Glasphase an den Korngrenzen hat einen erheblichen Einfluss auf das Hochtemperaturverhalten 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. Es wird häufig über abnormales Kornwachstum berichtet, was zu bimodalen Korngrößenverteilungen führt, die die endgültigen mechanischen Eigenschaften beeinflussen.

Der Vorteil dieser zusätzlichen Komplexität liegt in der oben beschriebenen Flexibilität bei der Zusammensetzung – gerade die Möglichkeit, das Phasenverhältnis des Kristalls und die Dotierungskonzentration an eine bestimmte Anwendungsumgebung anzupassen, macht Sialon zu einer besseren Lösung als Siliziumnitrid für jene Probleme, bei denen es sich bewährt.

Ein wesentlicher Unterschied bei der Herstellung: Die Eigenschaften von Siliziumnitrid hängen stark vom Herstellungsverfahren ab – es kann nicht als einheitliches Material betrachtet werden. Ein RBSN-Bauteil und ein HPSN-Bauteil, die beide mit der Bezeichnung „Siliziumnitrid“ versehen sind, können sich hinsichtlich Dichte, Festigkeit und Leistungsfähigkeit erheblich unterscheiden. Dasselbe gilt für Sialon – Phasenzusammensetzung, Wahl der Dotierstoffe 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 – 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 und verfügt über eine 12-monatige Garantie gegen chemische Beanspruchung in geschmolzenem Aluminium. Die Produkte decken das gesamte Spektrum der Gießerei- und metallurgischen Anwendungen ab: Heizrohre, Steigrohre für den Niederdruck-Druckguss, Schutzrohre für Thermoelemente bis zu einer Länge von 1.600 mm, kundenspezifisch bearbeitete Bauteile mit Toleranzen von ±0,02 mm sowie die XICRU™-Gießereitiegel – die weltweit größten industriell gefertigten Sialon-Tiegel mit einer Breite von bis zu 1,5 Metern. Die Produktreihe aus gesintertem Siliziumkarbid XICAR™ erweitert den Anwendungsbereich auf 1900 °C für Anwendungen, die sogar die thermischen Grenzen von Sialon überschreiten.

---

Häufig gestellte Fragen

Wofür steht die Abkürzung „Sialon“?

Sialon steht fürSilizium-Aluminium-Oxynitrid. Der Name ist eine direkte chemische Bezeichnung: Das Material ist eine Mischkristalllösung aus Siliziumnitrid (_Si₃N₄), in der einige Silizium-Stickstoff-Bindungen durch Aluminium-Stickstoff- und Aluminium-Sauerstoff-Bindungen ersetzt sind. Sialon Ceramics ApS – sialon.com – hat seinen Namen direkt von diesem Material abgeleitet und stellt seit 1986 Produkte auf Sialon-Basis her.

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. Standard-Sialon liegt typischerweise bei 8 bis 9 auf der Mohs-Skala und damit leicht unter diesem Spitzenwert. Bei Schneidwerkzeugen, bei denen es vor allem auf die Härte ankommt, hat Siliziumnitrid meist die Nase vorn. Wo Sialon jedoch punkten kann – und oft sogar übertrifft –, ist die Temperaturwechselbeständigkeit und die Beständigkeit gegen den Angriff durch geschmolzene Metalle; dies sind die Eigenschaften, die in Gießereibetrieben am wichtigsten sind.

Was eignet sich besser für Anwendungen mit geschmolzenem Aluminium: Sialon oder Siliziumnitrid?

Sialon ist das Material der Wahl für den direkten Kontakt mit geschmolzenem Aluminium und anderen Nichteisenmetallen. Forschungsergebnisse bestätigen, dass Sialone im Vergleich zu anderen feuerfesten Werkstoffen – einschließlich reinem Siliziumnitrid – eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Benetzung und Korrosion durch geschmolzene Nichteisenmetalle aufweisen. Aus diesem Grund werden Sialon ULTRA™-Heizrohre, Steigrohre und Thermoelementschutzrohre aus Sialon und nicht aus Siliziumnitrid gefertigt.

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). Die theoretischen und experimentellen Grundlagen wurden durch K.H. Jacks wegweisende Veröffentlichung aus dem Jahr 1976 mit dem Titel „Sialons and related nitrogen ceramics“ im Journal of Materials Science (doi:10.1007/BF00553123) gefestigt. Die kommerzielle Nutzung gewann in den 1980er- und 1990er-Jahren an Fahrt, als Hersteller spezielle Formulierungen für Gießereiausrüstung, Schneidwerkzeuge und den Schutz von Thermoelementen entwickelten.

Wie entscheide ich mich bei meiner Anwendung zwischen Sialon und Siliziumnitrid?

Der entscheidende Faktor ist fast immer die Einsatzumgebung. Wenn Sie maximale Härte, hohe Zerspanungsleistung oder Komponenten für Motorlager benötigen – Siliziumnitrid. Wenn Ihre Anwendung wiederholtem Kontakt mit geschmolzenen Nichteisenmetallen, schnellen Temperaturwechseln in Gießereianlagen oder chemischer Korrosion in der Prozessindustrie standhalten muss – Sialon. Für eine maßgeschneiderte Beratung zu Ihrer spezifischen Anwendung: Sialon Ceramics löst seit 1986 solche Probleme bei der Materialauswahl und bietet eine kundenspezifische Fertigung mit Toleranzen von ±0,02 mm an.