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Kasten 7.3
Keramik
Anorganische nichtmetallische Materialien, die bei Normal-
temperatur (meist feucht) leicht geformt werden können und
bei großer Hitze (Brennen, Sintern) in einen festen Zustand
übergehen, werden als Keramik bezeichnet. Je nach Mischungs-
verhältnis und Art der Zutaten, nach Korngröße (Grob- oder
Feinkeramik) und Brenntemperatur entstehen polykristalline
Materialien unterschiedlicher Porosität und mit sehr unter-
schiedlichen Eigenschaften wie Härte, Bruchzähigkeit, Dichte,
Wärmeausdehnung, Wärmeleitfähigkeit und so weiter. Man
könnte sie als synthetische feinkörnige Gesteine bezeichnen,
die aus winzigen Kristallen und eventuell auch etwas Glas
bestehen.
Die klassischen Keramiken, deren Geschichte vor mehr als
24 000 Jahren begann, sind Silikatkeramiken, die aus Mischun-
gen von Tonmineralen, Quarz und Kalifeldspat erzeugt werden
(
zugemischt werden. Für Spezialkeramiken werden auch die
Alumosilikate Andalusit, Disthen (Kyanit) und Sillimanit verwen-
det, beim Brennen wandeln sie sich in Mullit plus SiO
2
um.
Es gibt weitere Silikatkeramiken für technische Anwendungen,
die aus Speckstein zusammen mit Ton, Feldspat oder Magnesit
und eventuell weiteren Zutaten erzeugt werden: Steatit,
Cordierit-Keramik und Forsterit-Keramik.
Auch eine Reihe von Oxiden kann als keramische Werkstoffe
genutzt werden. Am wichtigsten ist dicht gesintertes Al
2
O
3
(Korund), das sich durch hohe Härte, Festigkeit, Temperatur-
beständigkeit und Verschleißbeständigkeit auszeichnet, außer-
dem ist es ein hervorragender elektrischer Isolator. Es wird für
medizinische Implantate, bewegliche Maschinenteile wie
Pumpenkolben, als Schleifmittel und als Isolator bei Zündker-
zen verwendet. Durch Zugabe von etwas ZrO
2
, das im Gefüge
eine eigene Phase bildet, wird die Zähigkeit noch verbessert
(»
zirconia toughened alumina
«, ZTA). Zirkoniumoxid (ZrO
2
) ist
eine weitere Hochleistungskeramik. Normalerweise wandelt
sich die kubische Hochtemperaturmodifikation beim Abkühlen
in eine tetragonale Modifikation um, was durch Dotierung mit
MgO, CaO, oder Y
2
O
3
verhindert werden kann (kubisch stabili-
siertes Zirkoniumoxid). Entsprechend gibt es Zirkoniumoxid-
keramiken mit unterschiedlichen Eigenschaften: polykristallines
tetragonales Zirkoniumoxid (TZP), teilstabilisiertes Zirkonium-
oxid (PSZ) und vollstabilisiertes Zirkoniumoxid. Weitere Beispie-
le sind Oxidkeramiken mit BeO, MgO oder TiO
2
.
Abb. 7.4), eventuell mit zusätzlichen Zutaten wie Al
2
O
3
oder
CaCO
3
. Sie umfassen Porzellan, Steinzeug, Tonware, Steingut,
Baukeramik (Ziegel) und so weiter. Porzellan ist eine weiße,
dichte, porenfreie Keramik, die überwiegend aus dem Alumo-
silikat Mullit und einer Glasphase besteht. Ausgangsmaterial ist
ein Gemisch aus Kaolin, Quarz und Kalifeldspat. Steinzeug ist
die Bezeichnung für aus Tonmineralen, Quarz und Kalifeldspat
erzeugte dichte, porenfreie, glashaltige (gesinterte) Keramiken.
Davon unterscheiden sich Steingut und Tonware durch eine
hohe Porosität. Zum Teil sind natürliche Tone bereits eine
geeignete Mischung, gegebenenfalls müssen weitere Minerale
.
Abb. 7.4
Klassische Keramiken werden aus einem Gemisch aus Tonmineralen, Quarz und Feldspat erzeugt. Unterschiedliche
Mischungsverhältnisse führen zu Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Nach Gauckler 2005.
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