Was sind Keramiken?

Eine Keramik ist ein anorganischer, nicht-metallischer Feststoff, der entweder aus Metall- oder Nicht-Metallverbindungen besteht, die geformt und dann durch Erhitzen auf hohe Temperaturen gehärtet wurden. Im Allgemeinen sind sie hart, korrosionsbeständig und spröde.

„Keramik“ kommt aus dem Griechischen und bedeutet „Töpferei“. Die auf Ton basierenden Haushaltswaren, Kunstobjekte und Bauprodukte sind uns allen vertraut, aber die Töpferei ist nur ein Teil der keramischen Welt.

Heutzutage hat der Begriff ‚Keramik‘ eine weitreichendere Bedeutung und umfasst auch Materialien wie Glas, Hochleistungskeramik und einige Zementsysteme.

Traditionelle Keramik – Töpferei

Töpferei ist eine der ältesten menschlichen Technologien. Kürzlich in der Provinz Hunan in China gefundene Fragmente von Töpferwaren aus Ton wurden mit Kohlenstoff auf ein Alter von 17.500 bis 18.300 Jahren datiert.

Die Haupttypen von Töpferwaren werden als Steingut, Steinzeug und Porzellan bezeichnet.

Steingut wird häufig für Töpfergeschirr und dekorative Objekte verwendet. Es ist eines der ältesten Materialien, die in der Töpferei verwendet werden.

Der Ton wird bei relativ niedrigen Temperaturen (1.000-1.150°C) gebrannt, wodurch ein leicht poröses, grobes Produkt entsteht. Um die Porosität zu überwinden, wird das gebrannte Objekt mit fein gemahlenem, in Wasser suspendiertem Glaspulver überzogen (Glasur) und anschließend ein zweites Mal gebrannt. Fayence, Delft und Majolika sind Beispiele für Steingut.

Steinzeugton wird bei einer hohen Temperatur (ca. 1.200°C) gebrannt, bis er glasartig wird (vitrifiziert). Da Steinzeug nicht porös ist, wird die Glasur nur zur Dekoration aufgetragen. Es ist ein robustes, bruchfestes und langlebiges Material, das in der Küche zum Kochen, Backen, Aufbewahren von Flüssigkeiten und als Serviergeschirr verwendet wird.

Porzellan ist eine sehr harte, durchscheinende weiße Keramik. Die frühesten Formen von Porzellan entstanden in China um 1600 v. Chr., und um 600 n. Chr. war chinesisches Porzellan eine geschätzte Ware bei arabischen Händlern. Da Porzellan mit China assoziiert wurde und oft für die Herstellung von Tellern, Tassen, Vasen und anderen Kunstwerken verwendet wurde, wird es oft als „feines Porzellan“ bezeichnet.

Um Porzellan herzustellen, werden kleine Mengen von Glas, Granit und Feldspatmineralien mit feinem weißen Kaolin-Ton vermahlen. Dem so entstandenen feinen weißen Pulver wird dann Wasser zugesetzt, damit es geknetet und in Form gebracht werden kann. Dieser wird in einem Ofen bei 1.200-1.450°C gebrannt.

Knochenporzellan – das einfacher herzustellen, härter zu splittern und fester als Porzellan ist – wird durch Zugabe von Asche aus Rinderknochen zu Ton, Feldspatmineralien und feinem Quarzsand hergestellt.

Fortgeschrittene Keramik – neue Materialien

Fortgeschrittene Keramik basiert im Allgemeinen nicht auf Ton. Stattdessen basieren sie entweder auf Oxiden oder Nicht-Oxiden oder Kombinationen aus beiden:

• Typische Oxide sind Tonerde (Al2O3) und Zirkonoxid (ZrO2).
• Nichtoxide sind häufig Karbide, Boride, Nitride und Silizide, zum Beispiel Borkarbid (B4C), Siliziumkarbid (SiC) und Molybdändisilizid (MoSi2).

Bei der Herstellung werden die sehr feinen Werkstoffpulver zunächst gründlich vermischt. Nach der Formgebung zu einem Grünkörper wird dieser bei hoher Temperatur (1.600-1.800°C) gebrannt.

Durch die hohe Temperatur verschmelzen die winzigen Körner der einzelnen keramischen Komponenten miteinander und bilden ein hartes, zähes, langlebiges und korrosionsbeständiges Produkt. Dieser Prozess wird als Sintern bezeichnet.

Anwendungen von Hochleistungskeramik

Hochleistungskeramische Werkstoffe sind heute in vielen Bereichen des täglichen Lebens etabliert, von Kühlschrankmagneten bis hin zu einer wachsenden Anzahl von Branchen, einschließlich Metallherstellung und -verarbeitung, Luft- und Raumfahrt, Elektronik, Automobilbau und Personenschutz.

In der modernen Medizin spielen Hochleistungskeramiken – oft als Biokeramik bezeichnet – eine immer wichtigere Rolle. Biokeramiken wie Aluminiumoxid und Zirkonoxid sind harte, chemisch inerte Materialien, die auf Hochglanz poliert werden können. Sie werden als Zahnimplantate und als Knochenersatz bei orthopädischen Operationen wie Hüft- und Kniegelenkersatz eingesetzt. Erfahren Sie mehr über die Einsatzmöglichkeiten von Hochleistungskeramik.