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Keramik

Der Begriff "Keramik" stammt aus dem Altgriechischen: Keramos und war die Bezeichnung für Ton und die aus ihm durch Brennen hergestellten Gegenstände.

Als Keramik oder auch keramische Massen, bezeichnet man eine Vielzahl anorganischer, nichtmetallischer Stoffe mit Grobunterteilung in Irdenware, Steingut, Steinzeug, Porzellan und spezielle Sondermassen für die Feuerfest-Industrie.

Keramik bedeutet die Werkstoffe, aus denen die keramischen Produkte hergestellt werden und die Produkte selbst. Man könnte historisch unterscheiden: Gefässkeramik (Tischgeschirr, Kochgeschirr, Trinkgeschirr), Baukeramik (Dachziegel, Backsteine, Bodenfliesen und Wandfliesen), Ofenkeramik (Ofenkacheln) und Sanitärkeramik (Waschbecken, WC-Schüsseln, Badewannen).

Die Herstellung von Keramik ist eine der ältesten Kulturtechniken der Menschheit. Die Erstellung von Keramik als Töpferware aus Ton ist wohl unabhängig voneinander in mehreren Regionen erfolgt.

Heute ist der Begriff der Keramik breiter gefasst. Danach sind Keramiken weitgehend aus anorganischen, feinkörnigen Rohstoffen unter Wasserzugabe bei Raumtemperatur geformte und danach getrocknete Gegenstände (sogenannte Grünkörper), die in einem anschließenden Brennprozess oberhalb von 700 °C zu härteren, dauerhafteren Gegenständen gebrannt werden. Härtere Scherben bekommt man durch höhere Brenntemperatur, wobei es ab etwa 1200 °C (je nach Tonmasse), wobei die Porosität des Scherbens aufgehoben wird. Es entstehen also dauerhaft flüssigkeitsdichte Gefäße. heute schließt der Begriff 'Keramik' auch Werkstoffe auf der Grundlage von Metalloxiden ein.

Eine Einteilung keramischer Massen kann beispielsweise in Grobkeramik und Feinkeramik sowie durch weitere Spezifikationen erfolgen.

Grobkeramik ist die Bezeichnung für alltägliche keramische Gebrauchsware wie Ziegel, irdene Töpfe (Blumentöpfe), Vasen, Becher.... Als Feinkeramik bezeichnet man z.B. Haushalts- und Industrieporzellane. Keramische Rohstoffe:

Silikat-Rohstoffe

Dieser Bereich umfasst Tonminerale und deren Gemische.

Tone sind wasserhaltige Aluminiumsilikate. Tone und Lehme entstehen durch die Verwitterung von Feldspäten und verwandten Mineralien. Hauptbestandteile sind Illit, Montmorillonit und Kaolinit. Mergeltone haben einen hohen Kalk-Gehalt, der stark verflüssigend wirkt. Sie bewirken gute Haftung der Glasur, daher werden sie für Ofenkacheln und Fliesen eingesetzt. Bentonite sind Verwitterungsprodukte vulkanischen Ursprungs und wirken bereits bei geringen Zugaben sehr stark plastifizierend. Sie verbessern die Formbarkeit und die Standfestigkeit während des Trocknungsprozesses.

Folgenden Forderungen gibt es bezüglich der Auswahl und Mischung der Rohstoffe: Gute Formbarkeit der Masse, geringe Schwindung beim Trocknen und Brennen, hohe Standfestigkeit beim Brennen, geringe oder keine Verfärbung des Endprodukts.

Kaoline:

Kaolin, auch Porzellanerde genannt, ist ein Verwitterungsprodukt von Feldspat. Es besteht weitgehend aus Kaolinit. Ein mögliches Endprodukt muss möglichst plastisch, beim Trocknen formstabil und nach dem Brennen weiß sein. Um gutes Gießverhalten zu erreichen, gibt man noch Plastifizierungsmittel wie Wasserglas und/oder Soda zu.

Kaolin ist zur Porzellanherstellung zwingend. Ist kein Kaolin in der Tonerde enthalten, entsteht automatisch immer nur Keramik.

Nichtplastische Rohstoffe:

Feldspäte sind im Vergleich zum Kalk ebenfalls gute Flussmittel, die aber mit steigender Brenntemperatur eine stärkere Verglasung und Verdichtung der Erzeugnisse bewirken. Quarz senkt als Magerungsmittel den Trocknungs- und Brennschwund, verschlechtert jedoch die Plastizität. Als Magerungsmittel unterstützt er die Formstabilität beim Trocknen, beim Brennen wirkt er als Flussmittel. Schamotte oder Tonschiefer sind Magerungsmittel, die die Porosität bei niedrigen Brenntemperaturen erhöht.

Oxidische Rohstoffe:

Mit den im Folgenden aufgeführten oxidischen Rohstoffen werden Oxidkeramiken hergestellt, die sich in vielen Anwendungen der technischen Keramik finden.

Aluminiumoxid:

Aluminiumoxidkeramiken basieren auf α-Al2O3, dem sehr harten Korund. Aus gesintertem Korund oder Schmelzkorund lassen sich feuerfeste Erzeugnisse herstellen. Aluminiumoxiderzeugnisse können Glasphase enthalten, ein hoher Glasphaseanteil setzt die Sintertemperatur herab, jedoch auch die Festigkeit und Temperaturbeständigkeit.

Um die Festigkeit weiter zu erhöhen, kann Zirkonoxid zugesetzt werden.

Berylliumoxid:

Aus gesintertem Berylliumoxid (BeO) werden Tiegel für chemische Reaktionen bei sehr hohen Temperaturen hergestellt. Ebenso werden elektrisch isolierende, aber hoch wärmeleitfähige Chip-Träger produziert, um die entstehende Wärmeenergie an einen Kühlkörper abzuleiten. Es ist allerdings sehr teuer zudem giftig. Daher wird BeO zunehmend durch andere Materialien ersetzt, z. B. Aluminiumoxid oder das teurere Aluminiumnitrid zur Wärmeableitung und Graphit für Hochtemperatur-Laborgefäße.

Weitere oxidische Rohstoffe:

Weitere oxidische Rohstoffe, die bei der Keramikherstellung verwendet werden, sind z. B. Zirconium(IV)-oxid, Titan(IV)-oxid, Aluminiumtitanat oder Bariumtitanat.

Nichtoxidische Rohstoffe:

Die im Folgenden genannten nichtoxidischen Rohstoffe werden zur Herstellung von Nicht-Oxid-Keramiken verwendet, die sich in vielen technischen Anwendungen (siehe technische Keramik) durchgesetzt haben.

Siliciumcarbid:

Siliciumcarbid (SiC) gehört aufgrund seiner besonderen Fähigkeiten aktuell zu den wichtigsten Industriekeramiken für Hochleistungsanwendungen. Es wird als Schleifmittel, in Gleitlagern von Chemiepumpen, als Dieselrußpartikelfilter und für Hochtemperaturanwendungen als temperaturstabiles Formbauteil (z. B. Receiver bei Solarturm-Kraftwerken) verwendet, da es sehr hart sowie thermisch und chemisch resistent ist. Eine weitere Verwendung sind Ringe in Gleitringdichtungen.

Bornitrid:

Da Bornitrid (BN) bei Normalbedingungen analog zu Graphit aufgebaut ist und darüber hinaus sehr temperaturbeständig ist, ist es als Hochtemperatur-Schmiermittel geeignet. Borazon ist ähnlich hart wie Diamant, aber oxidationsbeständiger und wird daher als Schleifmittel eingesetzt.

Borcarbid:

Borcarbid (B4C) ist ein weiterer sehr harter Werkstoff (an dritter Stelle nach Diamant und Borazon).Verwendung als Schleifmittel und für Panzerplatten und Sandstrahldüsen.


Literatur:

  • Kleine Enzyklopädie Technik. Bibliographisches Institut, Leipzig 1972.
  • Werkstoffe und Werkstoffprüfung – Grundlagen. In: Lueger Lexikon der Technik. (vier Bände), Rowohlt Taschenbuch-Verlag, Reinbek 2003, ISBN 3-499-19008-7.
  • P. Rada: Die Technik der Keramik. Dausien 1989, ISBN 3-7684-1868-5.
  • Sven Frotscher: dtv-Atlas Keramik und Porzellan. München 2003, ISBN 3-423-03258-8.

Verband der Keramischen Industrie e. V. (Hrsg.): Brevier Technische Keramik. 4.Aufl. Fahner Verlag, Lauf a.d. Pegnitz 2003, ISBN 3-924158-77-0.

Weblinks:


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