Werkstoffwissenschaft II Keramik an der TU Hamburg-Harburg

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Was ist Gneis?

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Nenne mechanische Eigenschaften von Hochleistungskeramiken

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Was sind Gesteine?
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Beschreibe die Festphasenreaktion

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Was ist Schlicker?

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Was passiert noch vor dem Sintern ?

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Beschreibe Druckschlickerguß
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Was ist Obsidian?

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Was ist Porzellan?

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Welche Pulverherstellungsverfahren gibt es?

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Was ist Granit?
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Was sind bruchauslösende Fehler in keramischen Werkstoffen?

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Werkstoffwissenschaft II Keramik

Was ist Gneis?
Gneise sind metamorphe Gesteine mit Paralleltextur, die mehr als 20% Feldspat enthalten. Gneise entstehen unter relativ hohen Temperatur-Druck-Bedingungen, dabei wird das Ausgangsmaterial von vielen Gesteinsschichten überlagert. An der Oberfläche kommt Gneis folglich nur dann vor, wenn entweder das überliegende Material erodiert ist oder ehemals tiefliegende Schichten durch Tektonik an die Oberfläche gehoben wurden. In der Regel haben diese Gesteine seit ihrer Entstehung gleich mehrere Phasen der Gesteinsumwandlung mitgemacht. Sie bilden die ältesten Gesteinsformationen der Erde, so der Acasta-Gneis, das älteste bekannteste Gneis, etwa 4 Milliarden Jahre alt.

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Nenne mechanische Eigenschaften von Hochleistungskeramiken
Hart
Bruchzäh
Steif
Fest
Verschleißfest
Reibungsarm
Hochtemperaturbetriebsfest 

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Was sind Gesteine?
Gesteine sind durch geodynamische Prozesse gebildete lockere oder feste, statisch homogene Mineralkornmengen, die selbständig geologische Körper bilden. Gesteine können aus Kristallen einer oder mehrerer Mineralkornmengen bestehen.

z.b. 
Sandstein besteht aus einer Mineralkornmenge: zu 99% aus Quarz

Granit besteht aus mehreren Mineralkornmengen: Feldspat Quarz und Glimmer

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Beschreibe die Festphasenreaktion
Chemische Reaktion im festen Zustand: Ausgangspulver werden gemischt und anschließend für einige Stunden auf Temperaturen von über 1000 Grad Celsius erhitzt. Dabei laufen die chemischen Reaktionen ab, bei denen neue Phasen entstehen. Dieser Prozess wird als Kalzinierung bezeichnet.


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Was ist Schlicker?
Keramische Schlicker sind Dispersionen. In diesem Dispersionen liegen Feststoffe verteilt in einem flüssigen Medium vor. 

Feststoffe in keramischen schlickern sind Silikat keramische, oxidkeramische und nicht oxidkeramische Rohstoffe.

Als Dispersionsmittel wird meist Wasser verwendet. 

Durch Schwerkraft und elektrostatische Kräfte neigen die Feststoffpartikel in diesen Systemen zum Agglomerieren (Zusammenballung) und Sedimentieren (Ablagern).

Um die Agglomeration zu verhindern, das heißt um den Schlicker zu stabilisieren muss ein optimales Maß abstoßende Kräfte zwischen den Feststoffpartikel wirken. Hierbei bietet der Einsatz geeigneter Verflüssigung und Dispersionsmitteln die Möglichkeit der gezielten Einflussnahme.

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Was passiert noch vor dem Sintern ?
Trocknen:
Beim Trocknen entsteht eine Volumenabnahme die sogenannte Trockenschwindung. Die Trockenschwindung nimmt mit der Höhe des Fruchtgehalts zu.

Ausbrennen/Entbinden:
Grünkörper aus natürlichen plastischen Massen haben oft keine ausreichende Rohrbruchfestigkeit. Diese kann jedoch mit organischen Additiven verbessert werden. Das Ausbrennen solcher restlichen Plastifizierungs- und Versteifungsmittel und anderer organischer Additive bedarf einer sorgfältig angepassten Temperatur-Druck-Atmosphären-Zeitprofils, um ein schädigungsfreies und reproduzierbares Austreiben der Hilfsstoffe aus den feinporösen Formkörper sicher zu ermöglichen.

Nach diesen Schritten ist das Material sehr zerbrechlich. Deshalb werden diese Schritte immer mit anschließendem Brand durchgeführt.

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Beschreibe Druckschlickerguß
In diesem Falle werden Kunststoffformen verwendet, deren erhöhte Festigkeit gegenüber Gips es ermöglicht, hohe Schließkräften während des Formgebungprozesses zu erzeugen. Dadurch wird es möglich, den Schlicker mit bis zu 40 bar in der Form zu beaufschlagen und innerhalb von Minuten den Scherben zu entnehmen. Die Folgen sind wesentlich bessere Produktionsraten durch erhöhte Scherbenbildung.

Anwendung: Teller, WCs, Kannen, Becher 

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Was ist Obsidian?
Obsidian entsteht bei rasche Abkühlung von Lava mit einem Massenanteil an Wasser von maximal 3 bis 4%. Bei höheren Gehalten an flüchtigen Stoffen (neben Wasser hauptsächlich CO2) würde sich sonst, auch bei schneller Abkühlung, das Gestein zu einem Bimsstein aufblähen.

Obsidian = natürliches Glas

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Was ist Porzellan?
Porzellan wird aus einem Gemisch von Kaolin (Portelanton), Feldspat und Quarz hergestellt, die im Verlauf des keramischen Brandes in Glasphase und Mullit umgewandelt werden.

Hartporzellan: 25% Feldspat, 25% Quarz und 50% Kaolin
Brenntemperatur: 1400-1460°C

Weichporzellan: 30% Feldspat, 45% Quarz und 25% Kaolin
Brenntemperatur: max. 1350°C

Dauer > 10h

Weichporzellan ist gegenüber Hartporzellan  stoßempfindlicher und empfindlicher gegen Temperaturschwankungen.

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Welche Pulverherstellungsverfahren gibt es?
Festphasenreaktion
Nass-chemische-Reaktion
Gasphasenreaktion

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Was ist Granit?
Granit entsteht durch Erstarrung SiO2-reichen Magmen bei niedrigen Temperaturen (700°C) innerhalb der Erdkruste und wird als Tiefengestein (Fachausdruck: Plutonit) bezeichnet. Granit besteht hauptsächlich aus Quarz (SiO2), Feldspäten und Glimmer.

Granit weißt eine richtungslose, mittel- bis grobkörnige Struktur auf. Granit besteht aus Körnern.


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Was sind bruchauslösende Fehler in keramischen Werkstoffen?
Volumenfehler:
sind inhomogenitäten im Material, die auf den Herstellungsprozess zurückzuführen sind
- Poren
- Poröse Spalten
- Poröse Bereiche
- Agglomerate (Zusammenballung)
- exogene Einschlüsse
- Grobkornbildung, lokale Gefügeanomalien
- interne Risse

Oberflächenfehler:
entstehen oft bei der Bearbeitung
- Schleifspuren
- Bearbeitungsfehler, scharfe Riefen, Risse, Ausbrüche
- Beschädigungen: Kratzer, Ausbrüche, Schlagstellen 

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