Silikonmaterialien sind Polymere mit einer Silizium-Sauerstoff-(Si-O)-Hauptkette und organischen Seiten­gruppen (wie Methyl oder Phenyl). Aufgrund ihrer einzigartigen „anorganisch-organischen“ Hybridstruktur vereinen sie die Hitzebeständigkeit und Witterungsbeständigkeit anorganischer Materialien mit der Flexibilität und Verarbeitbarkeit organischer Stoffe. Damit sind sie zu einem unverzichtbaren Schlüsselmaterial in der modernen Industrie geworden. Besonders vor dem Hintergrund der rasanten Entwicklung von KI-basierten Geräten treten die Leistungs­vorteile von Silikonwerkstoffen immer deutlicher hervor.

I. Grundeigenschaften

Die zentralen Vorteile von Silikonmaterialien lassen sich in folgenden Punkten zusammenfassen:

Temperaturbeständigkeit
Die Bindungsenergie der Si-O-Bindung (ca. 460 kJ/mol) liegt deutlich über der von C-C-Bindungen (ca. 345 kJ/mol). Dadurch können Silikonmaterialien dauerhaft im Bereich von –60 °C bis 250 °C eingesetzt werden, kurzfristig sogar über 300 °C. Diese Eigenschaft ist insbesondere für KI-Geräte wie Außensensoren oder Bauteile in der Raumfahrt unverzichtbar.

Witterungs- und Chemikalienbeständigkeit
Silikone sind hochbeständig gegenüber UV-Strahlung, Ozon, Feuchtigkeit sowie chemischer Korrosion (z. B. Säuren, Basen, Lösungsmittel). Selbst unter langfristiger Einwirkung von hohen Temperaturen, Feuchtigkeit oder Strahlung bleiben die Materialeigenschaften stabil. Damit sind sie ideal für den Einsatz in Outdoor-Elektronik oder industriellen Umgebungen geeignet.

Elektrische Isoliereigenschaften
Mit einem spezifischen Volumenwiderstand von 10¹⁴–10¹⁶ Ω·cm und geringer dielektrischer Verlustleistung sind Silikone hervorragende Isolatoren. Sie verhindern Leckströme und werden als Schlüsselmaterialien in der Elektronik eingesetzt, etwa für Chipgehäuse oder den Schutz von Leiterplatten.

Biokompatibilität
Bestimmte Silikonmaterialien, wie medizinische Silikonkautschuke, sind ungiftig, geruchlos und weisen eine gute Gewebeverträglichkeit auf. Sie werden sicher in Implantaten oder tragbaren Gesundheitsmonitoren eingesetzt.

Geringe Oberflächenspannung
Mit einer niedrigen Oberflächenenergie (ca. 21–22 mN/m) besitzen Silikone hydrophobe, selbstreinigende und antihaftende Eigenschaften. Sie eignen sich daher ideal als Beschichtungen oder Dichtmaterialien, beispielsweise in Smartphone-Schutzschichten oder Gelenkdichtungen von Robotern.

Flexibilität und Elastizität
Silikonkautschuke weisen eine ausgezeichnete Flexibilität und Rückstellfähigkeit auf. Dadurch eignen sie sich für komplexe Geometrien oder Anwendungen mit dynamischen Verformungen, wie flexible Elektroniksubstrate oder dehnbare Schaltkreise.

II. Klassifizierung

Silikonkautschuk
Die gebräuchlichste Form von Silikonmaterialien, unterteilt in Hochtemperatur-vulkanisierbare Silikone (HTV) und Raumtemperatur-vulkanisierbare Silikone (RTV). HTV erfordern eine Härtung bei hohen Temperaturen, bieten gute Elastizität und Alterungsbeständigkeit und werden häufig für Dichtungen und Schwingungsdämpfung eingesetzt. RTV hingegen härten bei Raumtemperatur aus, sind einfach zu verarbeiten und eignen sich für Kleinserien oder Vor-Ort-Anwendungen.

Silikonharze
Charakterisiert durch hohe Härte, Hitzebeständigkeit und Strahlungsresistenz. Sie werden bevorzugt als Beschichtungen (z. B. LED-Verguss, Schutz von elektronischen Bauteilen) oder als Strukturmaterialien in Hochtemperaturumgebungen verwendet.

Silikonöle
Flüssige Silikone mit niedrigem Viskositäts-Temperatur-Koeffizienten und guten Schmiereigenschaften. Sie dienen als Wärmeträger (z. B. zur Kühlung von KI-Chips) oder als Schmierstoffe (z. B. in Robotergelenken).

Silan-Kupplungsmittel
Funktionelle Materialien, die die Haftung zwischen organischen und anorganischen Komponenten verbessern und damit die Leistung von Verbundwerkstoffen steigern. Eine Schlüsselrolle spielen sie in wärmeleitenden Verbundmaterialien für KI-Geräte.

Silikonfette
Kombinationen aus Silikonöl und Füllstoffen (z. B. Aluminiumoxid, Bornitrid). Sie vereinen geringe Oberflächenspannung mit Wärmeleit- bzw. Leitfähigkeit und finden Anwendung in der Kühlung elektronischer Bauteile sowie im elektromagnetischen Schutz.