Einleitung, Übersicht. Rohstoffe. Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung. Formgebung. Trocknen, Brennen. Eigenschaften, Keramikarten

Einleitung, Übersicht Rohstoffe Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Formgebung Trocknen, Brennen Eigenschaften, Keramikarten Zusammenfassung Literatur

Einleitung, Übersicht Einleitung, Übersicht Rohstoffe Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Formgebung Trocknen, Brennen Eigenschaften, Keramikarten Zusammenfassung Literatur

Einleitung, Übersicht Definition Keramik Was ist Keramik? Definition I:

Einleitung, Übersicht Definition Keramik Was ist Keramik? Definition I: aus wenig definierten Stoffen bestehend

Einleitung, Übersicht Definition Keramik Was ist Keramik? Definition I: aus wenig definierten Stoffen bestehend auf wenig reproduzierbarem Weg hergestellte

Einleitung, Übersicht Definition Keramik Was ist Keramik? Definition I: aus wenig definierten Stoffen bestehend auf wenig reproduzierbarem Weg hergestellte schlecht charakterisierte Feststoffe

Einleitung, Übersicht Definition Keramik Was ist Keramik? Definition I: aus wenig definierten Stoffen bestehend auf wenig reproduzierbarem Weg hergestellte schlecht charakterisierte Feststoffe mit stark variierenden Eigenschaften

Einleitung, Übersicht Definition Keramik Was ist Keramik? Definition I: aus wenig definierten Stoffen bestehend auf wenig reproduzierbarem Weg hergestellte schlecht charakterisierte Feststoffe mit stark variierenden Eigenschaften Definition II: kristalline, thermisch und chemisch stabile, nichtmetallische anorganische Festkörper

Einleitung, Übersicht Definition Keramik Was ist Keramik? Definition I: aus wenig definierten Stoffen bestehend auf wenig reproduzierbarem Weg hergestellte schlecht charakterisierte Feststoffe mit stark variierenden Eigenschaften Definition II: kristalline, thermisch und chemisch stabile, nichtmetallische anorganische Festkörper durch Hochtemperatur-Prozesse gebrauchsfertig gemacht

Einleitung, Übersicht Definition Keramik Was ist Keramik? Definition I: aus wenig definierten Stoffen bestehend auf wenig reproduzierbarem Weg hergestellte schlecht charakterisierte Feststoffe mit stark variierenden Eigenschaften Definition II: kristalline, thermisch und chemisch stabile, nichtmetallische anorganische Festkörper durch Hochtemperatur-Prozesse gebrauchsfertig gemacht Eigenschaften durch Mikrostruktur (Gefüge) bestimmt

Einleitung, Übersicht Tonkeramik/Tonwaren Was ist Keramik? Definition II: kristalline, thermisch und chemisch stabile, nichtmetallische anorganische Festkörper durch Hochtemperatur-Prozesse gebrauchsfertig gemacht Eigenschaften durch Mikrostruktur (Gefüge) bestimmt

Einleitung, Übersicht Tonkeramik/Tonwaren Was ist Keramik? Definition II: kristalline, thermisch und chemisch stabile, nichtmetallische anorganische Festkörper durch Hochtemperatur-Prozesse gebrauchsfertig gemacht Eigenschaften durch Mikrostruktur (Gefüge) bestimmt Einteilung nach Chemismus: Tonkeramik wirtschaftlich wichtigste Gruppe Hauptbestandteil > 20 % Tonerde Rohstoff: feinteilige, meist feucht geformte Tone umfangreiche Formgebungsmöglichkeiten durch Glühen (Brennen) bei 1000-1500 o C hergestellt

Einleitung, Übersicht Tonkeramik/Tonwaren Was ist Keramik? Definition II: kristalline, thermisch und chemisch stabile, nichtmetallische anorganische Festkörper durch Hochtemperatur-Prozesse gebrauchsfertig gemacht Eigenschaften durch Mikrostruktur (Gefüge) bestimmt Einteilung nach Chemismus: Tonkeramik wirtschaftlich wichtigste Gruppe Hauptbestandteil > 20 % Tonerde Rohstoff: feinteilige, meist feucht geformte Tone umfangreiche Formgebungsmöglichkeiten durch Glühen (Brennen) bei 1000-1500 o C hergestellt Sonderkeramiken xidkeramik: Be, Mg, Al 2 3, Ti 2, Zr 2 Elektro- und Magnetkeramiken: BaTi 3, M II Fe 2 4 (Ferrite) Nichtoxidkeramiken: Si 3 N 4, SiC, BN

Einleitung, Übersicht Tonkeramik/Tonwaren Gefüge von Tonkeramik Bestandteile: Quarz-Körner (Si 2) Korund-Kristalle (Al 2 3) Mullit-Nadeln und -Blöcke (3 Al 2 3 + 2 Si 2) Glas (x K 2 + y Si 2 + z Al 2 3)

Rohstoffe Einleitung, Übersicht Rohstoffe Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Formgebung Trocknen, Brennen Eigenschaften, Keramikarten Zusammenfassung Literatur

Rohstoffe Übersicht Rohstoffe allgemein 1. Ton (Kaolinit, Al 2(H) 4[Si 2 5]; Illit)

Rohstoffe Übersicht Rohstoffe allgemein 1. Ton (Kaolinit, Al 2(H) 4[Si 2 5]; Illit) 2. Flußmittel (Feldspäte, z.b. K[AlSi 3 8])

Rohstoffe Übersicht Rohstoffe allgemein 1. Ton (Kaolinit, Al 2(H) 4[Si 2 5]; Illit) 2. Flußmittel (Feldspäte, z.b. K[AlSi 3 8]) 3. Magerungsmittel (Quarz, Si 2) 4. (ggf. Brennhilfsmittel)

Rohstoffe Übersicht K, Si, Al und im Periodensystem Periodensystem der Elemente I H II III IV V VI VII VIII Li Be B C N F He Ne Nicht metalle Metalle Na K Rb Mg Al Si P S Cl Ar Ca Sr... Ga Ge As Se Br Kr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi

Rohstoffe Übersicht K, Si, Al und im Periodensystem Periodensystem der Elemente I H II III IV V VI VII VIII Li Be B C N F He Ne Nicht metalle Metalle Na K Rb Mg Al Si P S Cl Ar Ca Sr... Ga Ge As Se Br Kr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi + 2 Salze K 2= 2 K + (ionische Bindung) Al +3 2 2 3

Rohstoffe Übersicht K, Si, Al und im Periodensystem Periodensystem der Elemente I H II III IV V VI VII VIII Li Be B C N F He Ne Nicht metalle Metalle Na K Rb Mg Al Si P S Cl Ar Ca Sr... Ga Ge As Se Br Kr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Salze K 2= 2 K + (ionische Bindung) Al +3 2 C 2 3 Moleküle C (kovalente Bindung) (Kohlenstoffdioxid) 2 + 2

Rohstoffe Übersicht K, Si, Al und im Periodensystem Periodensystem der Elemente I H II III IV V VI VII VIII Li Be B C N F He Ne Nicht metalle Metalle Na K Rb Mg Al Si P S Cl Ar Ca Sr... Ga Ge As Se Br Kr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Si 2 (Quarz) + 2 Salze K 2= 2 K (ionische Bindung) 4+ Al +3 2 Si + 2 2 C 2 3 Moleküle C (kovalente Bindung) (Kohlenstoffdioxid) 2

Rohstoffe Übersicht K, Si, Al und im Periodensystem Periodensystem der Elemente I H II III IV V VI VII VIII Li Be B C N F He Ne Nicht metalle Metalle Na K Rb Mg Al Si P S Cl Ar Ca Sr... Ga Ge As Se Br Kr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Si 2 (Quarz) + 2 Salze K 2= 2 K (ionische Bindung) 4+ Al +3 2 Si + 2 2 C 2 3 Moleküle C (kovalente Bindung) (Kohlenstoffdioxid) 2 Si

Rohstoffe Übersicht K, Si, Al und im Periodensystem Periodensystem der Elemente I H II III IV V VI VII VIII Li Be B C N F He Ne Nicht metalle Metalle Na K Rb Mg Al Si P S Cl Ar Ca Sr... Ga Ge As Se Br Kr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Si 2 (Quarz) + 2 Salze K 2= 2 K (ionische Bindung) 4+ Al +3 2 Si + 2 2 C 2 3 Moleküle C (kovalente Bindung) (Kohlenstoffdioxid) 2 Si

Rohstoffe Übersicht K, Si, Al und im Periodensystem Periodensystem der Elemente I H II III IV V VI VII VIII Li Be B C N F He Ne Nicht metalle Metalle Na K Rb Mg Al Si P S Cl Ar Ca Sr... Ga Ge As Se Br Kr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Si 2 (Quarz) + 2 Salze K 2= 2 K (ionische Bindung) 4+ Al +3 2 Si + 2 2 C 2 3 Moleküle C (kovalente Bindung) (Kohlenstoffdioxid) 2 Si Si 4/2 Si Si

Rohstoffe Magerungsmittel ➂ Magerungsmittel: Quarz (Si 2 ) verhindern starken Schwund beim Brennen Struktur: Si 4/2 -Tetraedergerüste Quarz (Normaltemperaturform) Cristobalit (> 1470 o C)

Rohstoffe Flussmittel ➁ Flußmittel: Feldspäte zur Erniedrigung der Sintertemperatur Stoffe: Feldspäte, z.b. rthoklas K[AlSi 3 8]

Rohstoffe Flussmittel K, Al, Si und im Periodensystem Periodensystem der Elemente I H II III IV V VI VII VIII Li Be B C N F He Ne Nicht metalle Metalle Na K Rb Mg Al Si P S Cl Ar Ca Sr... Ga Ge As Se Br Kr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Si 2 (Quarz) + 2 Salze K 2= 2 K (ionische Bindung) 4+ Al +3 2 Si + 2 2 C 2 3 Moleküle C (kovalente Bindung) (Kohlenstoffdioxid) 2 Si Si 4/2 Si Si

Rohstoffe Flussmittel K, Al, Si und im Periodensystem Periodensystem der Elemente I H II III IV V VI VII VIII Li Be B C N F He Ne Nicht metalle Metalle Na K Rb Mg Al Si P S Cl Ar Ca Sr... Ga Ge As Se Br Kr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Si 2 (Quarz) K[AlSi 3 8 ] (Feldspat) + 2 Salze K 2= 2 K (ionische Bindung) Al 2 4+ Si + 2 2 + 3+ 4+ 2 K + Al + 3 Si + 8 C 2 3 Moleküle C (kovalente Bindung) (Kohlenstoffdioxid) 2 Si Si 4/2 Si Si Si Al K + Alumosilicate

Rohstoffe Flussmittel ➁ Flußmittel: Feldspäte zur Erniedrigung der Sintertemperatur Stoffe: Feldspäte, z.b. rthoklas K[AlSi 3 8] Struktur: Gerüstalumosilicate: K + + [AlSi {z 3 } 8] 4

Rohstoffe Tone ➀ Keramische Tone keramische Tone Mischung aus 1. Kaolinit: Al 2(H) 4[Si 2 5] weiss sehr rein, z.b. für Porzellan: Kaolin sehr dünne Blättchen (ca. 10 nm dick, einige µm breit) dioktaedrisches T--Zweischichtsilicat Intercalation: Quellung, Schrumpfung, Bindevermögen quellfähig und bildsam in der Natur häufig auch synthetisch herstellbar (Kieselsäure (H 4 Si 4 ) + Al(H) 3 ) 2. Illit: K y(h 2) n[al 2(H) 2Si 4 yal y 10] y = 0.7 bis 0.9 gelb, rot oder braun, durch Fe auf Al-Plätzen T--T-Dreischichtsilicat, dioktaedrisch

Rohstoffe Tone Strukturen von Schichtsilicaten Schicht [Si 2 5] 2 1 T

Rohstoffe Tone Strukturen von Schichtsilicaten Schicht [Si 2 5] 2 [Si 3 2] 2 1 T 2 T

Rohstoffe Tone Strukturen von Schichtsilicaten Schicht [Si 2 5] 2 [Si 3 2] 2 1 T 2 3 T T

Rohstoffe Tone Strukturen von Schichtsilicaten Schicht [Si 2 5] 2 [Si 3 2] 2 H in Lücken 1 T 4 T 2 3 T T

Rohstoffe Tone Strukturen von Schichtsilicaten Schicht [Si 2 5] 2 [Si 3 2] 2 1 T 4 5 T T H in Lücken zweite H - Schicht 2 3 T T

Rohstoffe Tone Strukturen von Schichtsilicaten Schicht [Si 2 5] 2 [Si 3 2] 2 1 T 4 5 T T H in Lücken zweite H - Schicht 3 ktaeder pro Formeleinheit 2 3 T 6 T T

Rohstoffe Tone Strukturen von Schichtsilicaten Schicht [Si 2 5] 2 [Si 3 2] 2 1 T 2 3 T 4 5 T T 6 T T H in Lücken zweite H - Schicht 3 ktaeder pro Formeleinheit davon 2 mit Al 3+ besetzt Al 2(H) 4[Si 2 5] Gesamtstruktur

Rohstoffe Tone Strukturen von Schichtsilicaten Tetraederschicht: [Si 2 5] 2 1 H in den Lücken zwischen den Tetraederspitzen dichte Kugelschicht A 3 H (Schicht B) 2 Al in ktaederlücken Summe: Al 2(H) 4[Si 2 5] T

Rohstoffe Tone Übersicht Schichtsilicate tri oktaedrisch di Serpentin Kaolinit Tonminerale kationenreich Talk Pyrophyllit Phlogopit Muskovit Chlorit Sudoit Glimmer kationenarm 2 Schicht S. 3 Schicht S. 4 Schicht S.

Rohstoffe Tone Übersicht Schichtsilicate nicht hydratisiert hydratisiert T dioktaedrisch trioktaedrisch dioktaedrisch trioktaedrisch Si Kaolinit Serpentin Hydrohalloysit - Al 2 [Si 2 5 (H) 4 ] Mg 3 [Si 2 5 (H) 4 ] Al 2 [Si 2 5 (H) 4 ] (H 2 ) 2 Si Pyrophyllit Talk Montmorillonit Saponit Al 2 [Si 4 10 (H) 2 ] Mg 3 [Si 4 10 (H) 2 ] Mg 0.33 Al 1.67 [Si 4 10 (H) 2 ] (Mg, Fe) 3 [Si 4 10 (H) 2 ] (Ca, Na) x(h 2 ) n (Ca, Na) x(h 2 ) n Si/Al Glimmer Vermiculit-Reihe Muskovit Biotit Muskovit (Illit) KAl 2 [AlSi 3 10 (H) 2 ] K(Mg, Fe) 3 [AlSi 3 10 (H) 2 ] (Mg, Al, Fe) 2 [AlSi 3 10 (H) 2 ] (Mg, Fe) 3 [AlSi 3 10 (H) 2 ] (Mg, Ca, K) x(h 2 ) n (Mg, Ca) x(h 2 ) n Al) 3 [(Al/Si) 4 10 (H) 2 Si - - - - Si/AlSudoit Chlorit - - Al 2 [AlSi 3 10 (H) 2 ] (Mg, Fe, ] - - Al 2.33 (H) 6 (Mg, Fe) 3 (H) 6

Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Einleitung, Übersicht Rohstoffe Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Formgebung Trocknen, Brennen Eigenschaften, Keramikarten Zusammenfassung Literatur

Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Zusammensetzung Zusammensetzung der Massen Feldspat 10 10 20 20 30 Dental porzellan 40 40 Weich porzellan 30 Hart porzellan 30 20 chem. techn. Porzellan Steinzeug 20 10 Steingut 10 Kaolin 10 20 30 40 50 40 30 20 10 Lagediagramm Kaolin - Quarz - Feldspat Quarz

Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Zusammensetzung Aufbereitung der Rohstoffe Kaolin (Ton) Naßmahlen Klassieren Absetzen Filtrieren Pressen Quellen H 2 Sand (Quarz) Waschen Trocknen Feinmahlen Lösen +Mischen Filtrieren Pressen Mauken Brechen Trocknen Klassieren Mahlen Feldspat

Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Zusammensetzung Aufbereitung der Rohstoffe Kaolin (Ton) Naßmahlen Klassieren Absetzen Filtrieren Pressen Quellen H 2 Sand (Quarz) Waschen Trocknen Feinmahlen Lösen +Mischen Filtrieren Pressen Mauken Brechen Trocknen Klassieren Mahlen Feldspat Kaolin-Abbau im Tagebau

Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Zusammensetzung Aufbereitung der Rohstoffe Kaolin (Ton) Naßmahlen Klassieren Absetzen Filtrieren Pressen Quellen H 2 Sand (Quarz) Waschen Trocknen Feinmahlen Lösen +Mischen Filtrieren Pressen Mauken Brechen Trocknen Klassieren Mahlen Feldspat Kaolin-Abbau im Tagebau Zerkleinern: Brecher, Mühlen

Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Zusammensetzung Aufbereitung der Rohstoffe Kaolin (Ton) Naßmahlen Klassieren Absetzen Filtrieren Pressen Quellen H 2 Sand (Quarz) Waschen Trocknen Feinmahlen Lösen +Mischen Filtrieren Pressen Mauken Brechen Trocknen Klassieren Mahlen Feldspat Kaolin-Abbau im Tagebau Zerkleinern: Brecher, Mühlen Klassieren (Korngrößen: < 40µm) Schlämmverfahren Hydrozyklone

Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Zusammensetzung Aufbereitung der Rohstoffe Kaolin (Ton) Naßmahlen Klassieren Absetzen Filtrieren Pressen Quellen H 2 Sand (Quarz) Waschen Trocknen Feinmahlen Lösen +Mischen Filtrieren Pressen Mauken Brechen Trocknen Klassieren Mahlen Feldspat Kaolin-Abbau im Tagebau Zerkleinern: Brecher, Mühlen Klassieren (Korngrößen: < 40µm) Schlämmverfahren Hydrozyklone Trocknen Kläreindicker Filterpressen

Formgebung Übersicht Einleitung, Übersicht Rohstoffe Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Formgebung Trocknen, Brennen Eigenschaften, Keramikarten Zusammenfassung Literatur

Formgebung Übersicht Formgebungsverfahren Giessen Kaolin (Ton) Schlickergiessen Naßmahlen Klassieren Absetzen Filtrieren Pressen Quellen Naßmahlen Verschlickern Gießen Abschrumpfen Entformen H 2 Sand (Quarz) Waschen Trocknen Feinmahlen Lösen +Mischen Filtrieren Pressen Mauken Brechen Trocknen Klassieren Mahlen Feldspat Pressen Schneiden Antrocknen Eindrehen Abdrehen Drehen Plastische Formgebung (Drehen und Rollen) Extrudieren Isostatisches Pressen...

Formgebung Giessen Formgebungsverfahren I: Giessen flüssigere Gießmassen: ca. 33-36% H 2 Schlicker Schlicker Schlicker Vollguß, Hohlguß, Kernguß (je nach Produkt) Gipsformen, entziehen dem Schlicker Wasser Trocknungsschrumpfung (Grünling leicht aus Form ablösbar, Abschrumpfen ) Gipsform Vollguß Hohlguß Kernguß

Formgebung Plastische Formgebung Formgebungsverfahren II: Plastische Formgebung (Drehen und Rollen) Überdrehen Töpferscheibe Rollerkopf Hubel scheiben Gips (Profilunterlage) Eindrehen festere Massen: 22-24% H 2 Ausnutzung der Bildsamkeit (Form bleibt bestehen) nur für rotationssymmetrische Teile von Hand: Töpferscheibe großtechnisch: Strangpressen Abschnitte (Hubel) passender Größe Drehverfahren (Rollerkopf schneller als Form) Überdrehen von Flachteilen (z.b. Teller) Eindrehen von Hohlteilen (Tassen, Schüsseln)

Formgebung Weitere Verfahren Formgebungsverfahren III: Weitere Verfahren Druckgefäß Druckflüssigkeit Füllgut flexible Form Stützform Strangpressen/Extrudieren Pulververdichtung Massen mit 1-4 % H 2 billig, da Trockenverarbeitung Pressen isostatisches Pressen: Spritzguss für kompliziertere Teile (Elektrokeramik) Isostatisches Pressen Foliengiessen...

Trocknen, Brennen Einleitung, Übersicht Rohstoffe Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Formgebung Trocknen, Brennen Eigenschaften, Keramikarten Zusammenfassung Literatur

Trocknen, Brennen Trocknung Trocknung Giessen Kaolin (Ton) Naßmahlen Klassieren Absetzen Filtrieren Pressen Quellen Naßmahlen Verschlickern Gießen Abschrumpfen Entformen H 2 Sand (Quarz) Waschen Trocknen Feinmahlen Lösen +Mischen Filtrieren Pressen Mauken Trocknen (Glasieren) Brennen Nachbereiten Brechen Trocknen Klassieren Mahlen Feldspat Pressen Schneiden Antrocknen Eindrehen Abdrehen Drehen Porzellan (Tasse)

Trocknen, Brennen Trocknung Trocknung Giessen Kaolin (Ton) Naßmahlen Klassieren Absetzen Filtrieren Pressen Quellen Naßmahlen Verschlickern Gießen Abschrumpfen Entformen H 2 Sand (Quarz) Waschen Trocknen Feinmahlen Lösen +Mischen Filtrieren Pressen Mauken Trocknen (Glasieren) Brennen Nachbereiten Brechen Trocknen Klassieren Mahlen Feldspat Pressen Schneiden Antrocknen Eindrehen Abdrehen Drehen Porzellan (Tasse) Entfernung von H 2 oder organischer Bindemittel sehr langsam (bis zu 24 h, je nach Scherbendicke) Gefahr: Rißbildung Trockenschwund!

Trocknen, Brennen Öfen Praxis des Brennens, Öfen Maximaltemperaturen: 1200 bis 1400 o C typische Schrumpfung ca. 20% früher: einfache Rundöfen/Muffeln heute kontinuierliche Tunnelöfen bis 150 m lang Durchfahrt des Brennguts auf Wagen (Verweilzeit: bis zu 100 h) auch kontinuierliche Ringöfen bewegliches Feuer

Trocknen, Brennen Brennen (Chemie!) Chemische Prozesse beim Brennen bis ca. 450 o C 3. Magerungsm. 1. Ton 2. Flußmittel Quarz Sand 1550 Si 2 Si 2 Quarz Sand Al 2 3 Korund Al 2(H) 4 [Si 2 5] Kaolinit Al 6Si 213 (amorph) Si 2 Quarz Glas K[AlSi 3 8] Feldspat 950 H 2 450 C K[AlSi 3 8] Feldspat 1550 2045 ~1000 950 ca. 20% Volumenverlust (Schrumpfung) Al 2(H) 4[Si 2 5] 450 o C H 2 Al 2 3 {z } Korund,kris. + 3Al 2 3 2Si {z } 2 Mullit,amorph + Si 2 {z} Glas,amorph Mullit (Al 6Si 2 13 = 3 Al 2 3 + 2 Si 2 ) als amorphe Phase

Trocknen, Brennen Brennen (Chemie!) Chemische Prozesse beim Brennen 3. Magerungsm. 1. Ton 2. Flußmittel Si 2 Quarz Sand 1550 Al 2(H) 4 [Si 2 5] Kaolinit K[AlSi 3 8] Feldspat 950 H 2 450 C Si 2 Quarz Sand Al 2 3 Korund Al 6Si 213 (amorph) Si 2 Quarz Glas K[AlSi 3 8] Feldspat 1550 2045 Kristalli sation ~1000 950 Glas Bildung >1000 C Si 2 Quarz Sand 1550 ab ca. 1000 o C Al 2 3 Korund 2045 Al 6Si 213 K[AlSi n 2(n+1) ] Mullit (Nadeln) 1850 K Silicatglas Feldspatverflüssigung: Feldspat (Flußmittel) löst alle amorphen Anteile (Si 2-Glas + Mullit ) Mullit kristallisiert Nadel-förmig (verfilzte Nadeln) K-Alumiosilicat-Gläser verkitten die Kristallite

Trocknen, Brennen Brennen (Chemie!) Mullit Al 6 Si 2 13 Si... Nadelachse...... Nadelachse... Si Bandsilicat, senkrecht zu Nadelachse Gesamtstruktur mit Al Polyedern Bandsilicat: Al 6 8[Si 2 5] Al 3+ : ktaeder (grün, CN=6) trigonalen Prismen (gelb, CN=5) nur Silicat und Gesamtstruktur

Eigenschaften, Keramikarten Einleitung, Übersicht Rohstoffe Aufbereitung der Rohstoffe, Massen-Herstellung Formgebung Trocknen, Brennen Eigenschaften, Keramikarten Zusammenfassung Literatur

Eigenschaften, Keramikarten Allgemeines Allgemeine Eigenschaften von Silicatkeramik mechanisch: hohe Druckbelastbarkeit niedrige Zugbelastbarkeit sprödes Verhalten

Eigenschaften, Keramikarten Allgemeines Allgemeine Eigenschaften von Silicatkeramik mechanisch: hohe Druckbelastbarkeit niedrige Zugbelastbarkeit sprödes Verhalten thermisch: hohe Temperatur-Beständigkeit niedrige Temperatur-Wechselbeständigkeit schlechte thermische Leitfähigkeit

Eigenschaften, Keramikarten Allgemeines Allgemeine Eigenschaften von Silicatkeramik mechanisch: hohe Druckbelastbarkeit niedrige Zugbelastbarkeit sprödes Verhalten thermisch: hohe Temperatur-Beständigkeit niedrige Temperatur-Wechselbeständigkeit schlechte thermische Leitfähigkeit elektrisch: schlechte elektrische Leitfähigkeit

Eigenschaften, Keramikarten Allgemeines Allgemeine Eigenschaften von Silicatkeramik mechanisch: hohe Druckbelastbarkeit niedrige Zugbelastbarkeit sprödes Verhalten thermisch: hohe Temperatur-Beständigkeit niedrige Temperatur-Wechselbeständigkeit schlechte thermische Leitfähigkeit elektrisch: schlechte elektrische Leitfähigkeit chemisch: unlöslich in Wasser schwerlöslich in Säuren, Basen und Salzlösungen toxikologisch absolut unbedenklich

Eigenschaften, Keramikarten Einteilung klassischer Silicatkeramik Einteilung klassischer Silicatkeramik... nach Korngrößen: grobkeramisch (Gefügebestandteile > 0.2 mm) feinkeramisch (Gefügebestandteile < 0.2 mm)... nach Wasserdichtigkeit (WAF=Wasseraufnahme) porös (wasserdurchlässig) (WAF > 6%) Tongut dicht (wasserundurchlässig) (WAF < 6%) Tonzeug Steinzeug (Scherben nicht durchscheinend) Porzellan (Scherben durchscheinend)

Eigenschaften, Keramikarten Tongut (porös) Tongut (porös) Baustoffe (dick) Ziegelei-Erzeugnisse (nicht weiß brennend) z.b. (Dach)-Ziegel Rohmaterial Lehm (Sand + Kaolin) Verarbeitung meist in Strangpressen geringe Dichte gute Wärmedämmung Feuerfest-Erzeugnisse z.b. Schamottsteine, Futter für Zement-Drehrohröfen hoher Erweichungspunkt (1700-1900 o C) Geschirr (dünn) Töpferei-Erzeugnisse (nicht weiß brennend) irdenes Haushaltsgeschirr, Blumentöpfe, Majolika, Fayencen, fenkacheln Steingut (weiß brennend) z.b. Sanitärkeramik (Kloschüsseln, Waschbecken) häufig zwei Brände: 1. Biskuit -Brand 2. Glasur- oder Glattbrand danach dicht!

Eigenschaften, Keramikarten Tonzeug (dicht) Tonzeug (dicht) Baustoffe (dick) Steinzeug z.b. Klinker, Fliesen, Kanalrohre Geschirr (dünn) Steinzeug: gröbere Haushaltsgegenstände, Kaffeebecher usw. Porzellan: Hartporzellan (hohe Brenn-Temperatur, geringe Verzierbarkeit) Weichporzellan/China-Porzellan (niedrigere Brenn-Temperatur, bessere Verzierbarkeit)

Zusammenfassung Zusammenfassung Tone (Kaolinit, ein Schichtsilicat) + Magerungsmittel (Quarz Si 2) + Flußmittel (Feldspat) (!alle natürlich!) Mahlen, Quellen bildbare Massen vielfältige Formgebung (Giessen, Drehen,...) Brennen bis 450 o C: Korund und Mullit/Quarz als Gläser (amorph) > 1000 o C: faserförmiger Mullit (verfilze Nädelchen), mit Glas verkittet Eigenschaften verschiedene Silicatkeramiken und ihre Verwendung

Literatur Literatur und Links Lehrbücher Chemie Holleman/Wiberg: Anorganische Chemie, de Gruyter (2007). H.-H. Emons et al.: Technische anorganische Chemie, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie GmbH, Leipzig (1990). M. krusch, S. Matthes, Mineralogie, Springer (2004). F. Liebau: Structural Chemistry of Silicates, Springer (1985). Technologie Links G. W. Phelps, J. B. Wachtman: Ceramics, General Survey, 2005 (in Ullmann: Encyclopedia of Chemical Technology, Wiley VCH). Winnacker/Küchler: Chemische Technologie, Bd. II, Hanser Verlag, München (2004). http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/vorlesung/seminar/fr seminar 2010.pdf (dieser Vortrag) http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/vorlesung/silicate 0.html (Vorlesung Silicat-Chemie, CR) http://www.keramverband.de (techn. Keramik, schöne Videos) http://www.seltmann.de (Fa. Seltmann in Weiden)

Danke!... und schöne Weihnachten und ein gutes neues Jahr!