Keramik

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Begrebet keramik , også kendt som keramiske kroppe , bruges til at beskrive et stort antal uorganiske, ikke-metalliske materialer , der groft kan opdeles i typerne fajance , stentøj , stentøj , porcelæn og specialstørrelser (se også klassificering af keramiske kroppe) . Generelt fungerer keramik også som en generisk betegnelse for de formede og brændte produkter, der bruges som dagligdags genstande og dekorative genstande, komponenter eller værktøjer. Derudover kan fremstillingsteknologien, håndværket (eller kunsthåndværket ) og den keramiske produktion betegnes. [1]

Der skelnes mellem lerkeramik og glaskeramik . I øjeblikket spiller teknisk keramik en vigtig rolle, herunder sammensat keramik . I kulturhistoriske og arkæologiske undersøgelser sondres der primært efter deres anvendelse i hverdagen: fartøjskeramik (bordservice, drikkevarer, køkkengrej, specielle former), bygningskeramik ( tagsten , mursten, gulvfliser og vægfliser ), komfurkeramik ( komfurfliser , kakkelovnsfødder, dækplader) og sanitetsartikler (håndvaske, toiletskåle, badekar).

Ordet keramik stammer fra oldgræsk : κέραμος Keramos var navnet på lermineraler og de formstabile produkter fremstillet af dem ved brænding , f.eks. Dem, der blev produceret i det gamle Athen -distrikt Kerameikos . Keramikken blev kendt som κεραμικὴ (τέχνη) keramikḗ (téchnē) betegner; senere blev navnet også overført til produkterne.

Forhistorisk fordeling

Under den øvre paleolitiske kultur i Gravettia blev de første små skulpturer fremstillet af brændt loess ler. Loess -leret blev lagdelt med benmel og brændt i en pejs. [2] Det mest berømte eksempel er den omkring 30.000 år gamle Venus fra Dolní Věstonice , for at få en række dyrefigurer fra Dolní Věstonice , Pavlov og Krems-Wachtberg . [3]

Opdagelsen af ​​keramik som keramik af ler forekom sandsynligvis uafhængigt i flere regioner.

Nordasien

De ældste lergryder i verden kommer fra Amur -regionen i det østlige Sibirien og er dateret til 15.000 BP ved acceleratordata for vegetabilsk afmagring. [4] Keramiske skibe er også bevist fra den mesolitiske Jomon -kultur i Japan og dateres til omkring 13.000 f.Kr. Chr.

Kendskabet til keramik spredes gennem jæger kulturer til Sydkorea og Manchuriet , uden at dette er forbundet med en neolitiske økonomi. Meget gammel keramik er også dokumenteret i Kina . [5] [6] [7] Fund fra en hulegrav nær Xianrendong i Jiangxi -provinsen anslås endda at være op til 20.000 år gamle. [8] Keramik er omkring 6000 f.Kr. BC opdagede også på den sydlige Bug i Ukraine .

Afrika

I Sudan blev keramik (bølget linje) fremstillet af semi-stillesiddende jægere og samlere og opfundet uafhængigt af Asien. Første keramik fra det 10. årtusinde f.Kr. BC blev foretaget af grupper af jægere og samlere i det, der nu er Mali , Vestafrika ( Ounjougou -stedet ). [9]

Keramik dukkede op i Nildeltaet for første gang i det 9. - 8. århundrede. Årtusinde f.Kr. Chr. På.

Fremstilling

Ifølge nutidens viden blev der tidligt fremstillet keramik overalt i "åben ild". De første keramikovne blev fundet i Kina i det 5. årtusinde og i Mellemøsten i det 4. årtusinde. I Centraleuropa er der samtidig tegn på keramikovne fra Triwalk , Mecklenburg-Vorpommern , fra tragten bæger kultur .

Keramiske kar skylder deres spredning i kulturen i den yngre stenalder til de forbedrede muligheder for madlavning og opbevaring , som blev etableret, mens de slog sig ned på samme tid, da de tidligere var uegnede som en transportcontainer, der var for tung og skrøbelig. Keramik spiller en væsentlig rolle i identifikationen og dateringen af arkæologiske kulturer .

Koncept og underopdeling

Keramik i fajance stil

I dag er udtrykket keramik mere bredt defineret.

På den ene side kan udtrykket "keramik" tildeles et materiale, mere præcist til en klasse af materialer, der kan differentieres fra metaller eller plast eller andre, eller til en hel teknologi, der beskæftiger sig med keramik i vid forstand. Nomenklaturkomitéen for det tyske keramiske selskab definerer "keramik" som en "gren af ​​kemisk teknologi eller metallurgi, der beskæftiger sig med fremstilling af keramiske materialer og videre forarbejdning til keramiske produkter". Keramiske materialer er derimod defineret som “er uorganiske, ikke-metalliske, sparsomt opløselige i vand og mindst 30% krystallinske. Som regel er de dannet af et råmateriale ved stuetemperatur og modtager deres typiske materialegenskaber gennem en temperaturbehandling normalt over 800 ° C. Lejlighedsvis finder formningen sted ved forhøjet temperatur eller endda via smeltestrømmen med efterfølgende krystallisering. " [10] [11] Der er dog andre definitioner. I det angloamerikanske sprogområde bruges udtrykket til alle faste materialer fremstillet af uorganiske forbindelser med ikke-metalliske egenskaber, som også omfatter halvledere såsom silicium eller galliumarsenid eller ædelstene som safir.[12]

Fra et kemisk synspunkt er det ikke korrekt at bruge disse definitioner til keramik som "metalfrie" eller "ikke-metalliske" restaureringer. Ud over ilt og silicium er metaller ofte hovedkomponenterne i keramik. De er imidlertid ikke i metallisk form, men overvejende som oxider. Hvis disse (f.eks. Ved tandkeramik) opløses i munden, dannes metalioner, som i princippet ikke adskiller sig fra dem, der dannes ved korrosionsprocesser fra metaller.[13] Udtrykket "ikke-metallisk" refererer her til materialets egenskaber såsom elektrisk ledningsevne, varmeledningsevne eller duktilitet, selvom nogle af nutidens specielle keramik kan have nogle af metals egenskaber. [14]

Keramik er således stort set fremstillet af uorganiske , finkornede råvarer med tilsætning af vand ved stuetemperatur og derefter tørret (såkaldte grønne legemer ), som derefter affyres til hårdere, mere holdbare genstande i en efterfølgende affyringsproces over 700 ° C. Et hårdere legeme kan opnås gennem en højere fyringstemperatur, hvorved der opstår sintring fra omkring 1200 ° C (afhængigt af lermassen), hvilket fjerner kroppens porøsitet. Så du får permanent væsketætte beholdere. I dag bruges keramik i stigende grad til tekniske formål ( teknisk keramik ) og fremstilles i lignende processer, men mest ved betydeligt højere sintringstemperaturer. Inden for fiberforstærket keramik anvendes siliciumholdige organiske polymerer ( polycarbosilaner ) også som udgangsmaterialer til fremstilling af amorft siliciumcarbidkeramik. De omdannes fra polymer til amorf keramik i en pyrolyseproces .

Teknisk keramik: glidelejer

En klar systematik af keramiske materialer - f.eks. Med metallegeringer - er vanskelig, fordi der er væskeovergange med hensyn til råmaterialesammensætningen, brændingsprocessen og designprocessen. Keramiske produkter differentieres derfor ofte efter de aspekter, der er i forgrunden, f.eks. Efter regionale keramiske typer såsom Westerwald stentøj , Bunzlau keramik eller majolica og fajance , i teknisk keramik i henhold til den kemiske sammensætning af silikatkeramik, oxidkeramik og ikke-oxidkeramik eller også i henhold til den påtænkte anvendelse (funktionel keramik, brugskeramik, bygningskeramik, sanitærkeramik og strukturel keramik).

Tungt ler: tagsten

Opdelingen i grov og fin keramik er også almindelig. Førstnævnte omfatter den store gruppe af bygningskeramik (f.eks. Bygnings- og tagsten , kloakrør ); disse produkter er tykvæggede, ofte inhomogene og ofte af en tilfældig farve. Fin keramik er derimod finkornet (kornstørrelse mindre end 0,05 mm) af en defineret farve (f.eks. Hvid til husholdningskeramik, bordservice og sanitetsartikler ); dette omfatter også kunstneriske produkter. Fin keramik kræver betydeligt mere omhu med hensyn til fremstilling af råmaterialet, formning, tørring og brænding, end det er nødvendigt ved fremstilling af grov keramik. Egenskaberne for keramiske produkter bestemmes af typen og mængden af krystaller, de indeholder, og ruderne, der fungerer som en binding (såkaldte glasfaser). Keramik er dimensionsstabil, generelt hård (der er undtagelser: for eksempel er pyrolytisk bornitrid (sekskantet) fleksibelt på grund af dets lagdelte struktur) og varmebestandigt.

Til klassificering af keramiske kroppe:
Keramiske legemer kan opdeles i tre klasser, forskellige underklasser, grupper, undergrupper, yderligere underinddelinger, for eksempel i grov keramik og fin keramik, samt gennem yderligere specifikationer.

Groft keramik ( engelsk grove varer ) er den beskrivende betegnelse for forhistoriske dagligdagse keramiske varer fra de mest forskellige kulturer, som udgør mere end to tredjedele af alle fund. Fartøjerne blev brugt til transport og opbevaring af varer, tilberedning af måltider og som kogekar. Groft keramik står i kvalitativ kontrast til ceremonielle fartøjers særlige design, både hvad angår den måde, de fremstilles på og i deres generelt udsmykkede udseende.

Keramiske råvarer

Lergrav "Wimpsfeld II" nær Mengerskirchen i Westerwald

Silikat råvarer

Dette område omfatter generelt alle råvarer, der har [SiO 4 ] 4 -tetraeder indbygget i krystalstrukturen.

Lermineraler og deres blandinger

Lerarter er vandholdige aluminosilicater . Se også lermineral . Der skelnes mellem primær tone og sekundær tone. Ler og lerarter skyldes forvitring af feltspat og beslægtede mineraler. Hovedkomponenterne er illit , montmorillonit og kaolinit . Kornstørrelserne er i µm -området. Afhængigt af den påtænkte anvendelse er disse råvarer opdelt i leret af stentøj , lertøj af lertøj, leret af ler og ler. Marmelerier har et højt indhold af kalk , som har en stærk flydende effekt. Da føringen og tin glasurer, som i vid udstrækning blev brugt tidligere, holde sig meget godt til sådanne skår , er de ofte brugt til komfur fliser . Bentonitter er et forvitringsprodukt af vulkansk oprindelse, de har en meget stærk blødgørende effekt, selv ved små tilsætninger, forbedrer formbarheden og stabiliteten under tørringsprocessen. Bentonitternes høje vandabsorption i støbeprocessen resulterer i enorm krympning, selv under tørring. Tør krympning kan forårsage revner og deformationer i grønne varer.

Valget og blandingen af ​​råvarerne skal opfylde følgende krav: god formbarhed af massen, lav krympning under tørring og brænding, høj stabilitet under brænding, ringe eller ingen misfarvning af slutproduktet.

Kaolins

Kaolin , også kendt som porcelæn, er et forvitret produkt af feltspat . Den består stort set af kaolinit, et hydreret aluminosilikat , ledsaget af kvartssand , feltspat og glimmer . Sidstnævnte komponenter fjernes ved slam og sigtning, slutproduktet skal være så plastisk som muligt, formstabilt ved tørring og hvidt efter brænding. For at opnå de ønskede egenskaber blandes kaoliner af forskellig oprindelse (mineralsk dressing); For at opnå en god hældeadfærd tilsættes også blødgørere såsom vandglas og / eller sodavand .

Kaolin er afgørende for produktion af porcelæn. Hvis der ikke er kaolin i leret, oprettes kun keramik automatisk. Tidligere kunne nogle lande ikke lave porcelæn, fordi der ikke var kaolin der. Belgien og Holland er blandt dem.

Ikke-plastiske råvarer

I sammenligning med kalk er feldspat også gode fluxmidler, men efterhånden som brændingstemperaturen stiger, forårsager de mere forglasning og dermed komprimering af produkterne. Tørringskrympningen reduceres, men krympningen under fyringen øges. Som et skæve middel sænker kvarts tørring og brændende svind, men forværrer plasticiteten. Kvarts bruges som finkornet sand eller som formalet gangue; det skal være så rent som muligt for at undgå uønsket misfarvning. Kalk bruges som opslæmmet kridt eller som malet kalksten. Som et skæve middel understøtter det dimensionsstabilitet ved tørring, og når det affyres fungerer det som en flux . Sinteringspunktet og dets smeltepunkt er imidlertid tæt på hinanden, så hvis brændingstemperaturerne er for høje, er der risiko for deformation på grund af afgasning. Fireclay , som malet fyret ler eller skifer, er et skævt middel, der øger porøsiteten ved lave fyringstemperaturer og reducerer tørring og affyringskrympning. Magnesiummineraler ( talkum , magnesit ) giver produkterne høj modstandsdygtighed over for temperaturændringer; de foretrækkes til elektrotekniske produkter.

Oxiderende råvarer

Oxidkeramikken, der er anført nedenfor, bruges til fremstilling af oxidkeramik , der bruges i mange tekniske keramiske anvendelser. Nogle af dem er syntetiske råvarer.

Alumina

Aluminiumoxidkeramik er baseret på α-Al 2 O 3 , korund . De fungerer f.eks. Som slibe- og polermidler og bruges også som bæremateriale til integrerede kredsløb. Ildfaste produkter kan fremstilles af sintret korund eller smeltet korund. Aluminiumoxidprodukter kan indeholde en glasfase; en høj andel af glasfasen sænker sintringstemperaturen, men også styrken og temperaturbestandigheden.

For yderligere at øge styrken kan zirconiumoxid tilsættes. Denne særligt hårde keramik er kendt som ZTA (Zirconia hærdet aluminiumoxid).

Berylliumoxid

Sintret berylliumoxid (BeO) bruges til fremstilling af digler til kemiske reaktioner ved meget høje temperaturer. Endvidere blev der produceret elektrisk isolerende, men stærkt termisk ledende chipbærere fra BeO for at lede den resulterende termiske energi til en køleplade. På grund af sin høje pris og toksicitet er BeO i stigende grad blevet erstattet af andre materialer, f.eks. B. aluminiumoxid eller det dyrere aluminiumnitrid til varmeafledning og grafit til laboratorietanke med høj temperatur.

Andre oxiderende råvarer

Andre oxidiske råmaterialer, der bruges til fremstilling af keramik, er f.eks. B. zirkonium (IV) oxid , titan (IV) oxid .

Ikke-oxiderende råvarer

De ikke-oxidråvarer, der er anført nedenfor, bruges til fremstilling af ikke-oxidkeramik , som er blevet etableret i mange tekniske anvendelser (se teknisk keramik ). I praksis fremstilles alle disse råvarer kunstigt.

Siliciumcarbid

På grund af sine særlige egenskaber er siliciumcarbid (SiC) en af ​​de vigtigste industrielle keramikker til højtydende applikationer. Det bruges som slibemiddel, i glidelejer af kemiske pumper, som dieselsodpartikelfiltre , mekaniske tætninger og til applikationer ved høj temperatur som en temperaturstabil støbt komponent (f.eks. Modtager i soltårnkraftværker ). Det er velegnet til disse applikationer, fordi det er meget hårdt og modstandsdygtigt over for varme og kemikalier. Derudover er koblingsskiverne og bremseskiverne i racer- og luksusbiler fremstillet af carbonfiberforstærket siliciumcarbid (C / SiC).

Den vigtigste produktionsmetode er Acheson -processen . Kvartsand reduceres til siliciumcarbid med koks ved 2200 ° C, hvorved der dannes kulilte :

SiO 2 + 3 C → SiC + 2 CO

Dette kan sammenlignes med reduktionen af ​​kvarts til råt silicium ; der bruges imidlertid et overskud af kulstof. Fremstilling på basis af smeltet silicium og kulstof er velegnet til bedre formgivning. Her har trækul bevist sig selv, hvilket på forhånd er bragt i den korrekte form. Silicium kan absorberes gennem porerne og derefter reagere for at danne SiC. Dette skaber en særlig form for siliciumcarbid, det såkaldte SiSiC (silicium-infiltreret SiC), som stadig indeholder et par procent ureageret silicium, hvilket reducerer korrosionsbestandigheden.

SiC findes sjældent i naturen. Det kaldes derefter moissanit .

Bornitrid

Da bornitrid (BN) har en lignende struktur som grafit under normale forhold og også er meget temperaturbestandig (det reagerer kun med luft ved 750 ° C), er det velegnet som smøremiddel til høj temperatur. Det diamantlignende modifikationsborazon er det hårdeste materiale efter diamant .

Den sekskantede krystalstruktur kan udledes, hvis man skiftevis udskifter kulstoffet i grafit med bor og nitrogen. Med andre ord består den af ​​planer af borazinringe , der er kondenseret på alle sider. Bornitrid er ikke elektrisk ledende som grafit, fordi elektronerne er stærkere lokaliseret på nitrogenatomerne.

Ved 60–90 kbar og 1500–2200 ° C omdannes BN til kubisk borazon, som krystalliserer i zinkblendestrukturen analog med diamant. Borazon er lige så hård som diamant, men mere modstandsdygtig over for oxidation og bruges derfor som slibemiddel.

Borcarbid

Borcarbid

Borkarbid (B 4 C) er et andet meget hårdt materiale (tredje efter diamant og bornitrid). Det bruges som slibemiddel og til rustningsplader og sandblæsningsdyser. Produktionen foregår ved 2400 ° C fra B 2 O 3 og kulstof.

Andre ikke-oxiderende råvarer

Andre ikke-oxidiske råmaterialer, der anvendes til keramisk fremstilling, er siliciumnitrid , aluminiumnitrid , molybdæn-disilicid og wolframcarbid .

Manipulerede keramiske råvarer

Oprindeligt kaldet "metallisk-keramiske råvarer" her. Som regel har keramik ikke noget at gøre med metalliske materialer. Da metaller kan bruges til at forme processer svarende til keramiske råmaterialer, blev denne kategori sandsynligvis vildledende navngivet. Det handler om tørpressning , slipstøbning eller plastisk formning ved hjælp af bindemidler . Denne del af produktionen af ​​metalliske materialer kaldes pulvermetallurgi. De fineste korn bruges.

Tørpressning
Det keramiske pulver presses tørt i en stålmatrix ved tryk fra en nedre og en øvre stans med tryk på over 1 t / cm². Kold isostatisk presning er også mulig. Det keramiske pulver fyldes i en gummiform og presses jævnt fra alle sider ved hjælp af væsketryk (normalt olie). Efter formning brændes eller sintres emnet. Med formningsprocessen med kold isostatisk presning, sammenlignet med tørpressning, er ensartede egenskaber mulige i hele emnet.
Slip hældning
Det keramiske pulver bringes i suspension med vand og en passende flydende (elektrolyt) ved lav viskositet. Det er muligt at reducere suspensionens viskositet ved hjælp af peptiseringshjælpemidler , så der kan indføres så meget faststof / volumen som muligt i suspensionen / slip. Ved at hælde slipen i gips af parisforme, gipsen i parisformen, der absorberer vandet fra slipen, dannes der en plasthud på kanten af ​​formen. Når den overskydende glidning hældes af, forbliver det faktiske produkt i formen. Efter den efterfølgende tørring og sintring fremstilles slutproduktet.
Formning af plast
Ved at tilføje såkaldte blødgørere til det keramiske pulver er materialet formbart. Disse blødgørere er ofte af organisk oprindelse. De hærder gennem polykondensation eller gennem polymerisation, så de hærder gennem hele blødgørerens reaktion og opnår tilstrækkelig styrke. Selve formningen udføres enten ved ekstrudering eller ved at trykke i forme. De organiske tilsætningsstoffer brænder senere i ilden. Denne kombination af materialer bruges nu også i en mere flydende form ved hurtig prototyping (3D -print).

Andre tilsætningsstoffer

Andre tilsætningsstoffer er flux i glasindustrien. Blødgørere eller flokkuleringsmidler forbedrer formbarheden og brænder under brændingsprocessen. Organiske blødgørere er for eksempel lim, voks, gelatine , dextrin , tyggegummi og paraffinolie . Også flydende midler eller peptiseringsmidler, der bruges til at forhindre flokkulering af råmaterialet.

Andre hjælpemidler er fintmalede udbrændingsmidler såsom savsmuld og korkmel , stivelse, kulstøv og styrofoamkugler. De gør skårene porøse og lette og kan skabe interessante overfladeeffekter; de brænder også i ilden. Såkaldte porøsitetsmidler har hovedformålet i murstenindustrien, hvorved de reducerer tætheden og den termiske ledningsevne af murstenene.

Fremstillingstrin

Forarbejdning af råvarer

Ler efter forarbejdning i formaling og blandingsanlægget

I industriel keramisk produktion formales komponenterne, efter at de er blevet delvist forbrændt, fint sammen i tromlefabrikker i henhold til opskriften. Efter slam med tilsætning af vand fjernes dette stort set igen i filterpresser. Den resterende filterkage tørres og formales igen. I denne form oplagres råmassen enten eller æltes umiddelbart i maskiner med tilsætning af vand og flydende hjælpestoffer og, hvis det er nødvendigt, afluftes. Derudover har halvvåd og tør forarbejdning for nylig fået betydning i industriel produktion. I nogle dele af keramikværkstedet udføres denne proces stadig i hånden i dag. Da slibemaskiner ofte ikke er tilgængelige, er slam af stor betydning. Homogeniseringen af ​​massen blev opnået ved møjsommelig æltning. I dag er maskiner for det meste tilgængelige til dette. Målet er at skabe en arbejdsmasse, der er så homogen, smidig og boblefri som muligt.

Formning

Formningen af ​​de grønne kroppe eller emner til fremstilling af fine keramiske produkter kan udføres efter historisk-traditionelle processer eller moderne metoder. Disse procedurer omfatter blandt andet:

Traditionel keramisk slipstøbning i gipsforme
  • Slip støbning ved at indføre den flydende keramiske masse (også glide ) i hule gipsforme eller fryse støbning
  • Sprøjtestøbning og temperatur omvendt sprøjtestøbning
  • Folie støbning
  • Model
  • Ekstruder
  • Byggeri fra individuelle tråde (f.eks. Ved hule fartøjer)
  • Pladeteknologi
  • Rotation af rotationssymmetriske hule fartøjer på keramikerens hjul
  • Drejning eller drejning af rotationssymmetriske legemer i hule former ved hjælp af skabeloner på drejeskive -maskinen
  • Trykke
  1. ensartet presning
  2. kold isostatisk presning
  3. varm isostatisk presning (HIP)

Ved formningen til produktion af grove keramiske produkter kan ekstruderingsprocessen og kompressionsstøbningsprocessen, især til fremstilling af rør og stænger, også bruges. I industriel storskala produktion er halvtør og tør formning blevet vigtig, da der i dette tilfælde kan opnås betydeligt kortere tørretider for de grønne kroppe med bedre dimensionel nøjagtighed på samme tid. Da urenheder, f.eks. Opløselige salte, ikke kan adskilles, er disse processer imidlertid i første omgang uegnede til fremstilling af porcelæn og andre fine keramiske produkter.

Udover fremstilling af keramiske dele ved hjælp af additive fremstillingsprocesser [15] , er en endelig form ved hjælp af hermetisk sammenhængende samling ved hjælp af keramisk lasersvejsning med ultrakorte pulslasere også blevet tænkelig i fremtiden [16] .

Belægninger og infiltration

Temperaturfordeling af en rumfærge (computeranimation)

Følgende særlige processer bruges også i teknisk keramik:

  • Kemisk dampaflejring (engelsk kemisk dampaflejring, CVD): I denne proces reagerer flere gasser på det keramiske materiale under et bestemt tryk og høje temperaturer og udfældes på overflader. F.eks. Kan bornitridlag fremstilles ved anvendelse af en gasblanding af bortrichlorid og ammoniak , siliciumcarbidlag under anvendelse af en blanding af methyltrichlorsilan og hydrogen og carbonlag ved anvendelse af en blanding af methan og argon eller propan og argon. Hvis laget er adskilt fra det formende substrat (f.eks. Grafit ), har du den færdige keramiske komponent.
  • Kemisk dampinfiltration (CVI): Her er formen givet af en del, der skal infiltreres, for eksempel ved en fast stofstruktur lavet af kulfiber eller en anden porøs, svamplignende struktur. Gasblandinger og separationsprodukter svarer til dem i CVD -processen (se også keramisk fiberkompositmateriale ).
  • Fysisk dampaflejring (fysisk dampaflejring engelsk, PVD): I modsætning til CVD ved hjælp af fysiske metoder overføres startmaterialet i gasfasen . Det gasformige materiale føres derefter til substratet, der skal belægges, hvor det kondenserer og danner mållaget. Brug især til tynde lag.

Tørringen

Efter formning er emnet fugtigt igennem

  • mekanisk fanget vand i hulrummene,
  • fysisk -kemisk bundet vand ( vedhæftning , kapillærvand) og
  • kemisk bundet vand ( krystalvand ).

Tørrehastigheden afhænger ikke kun af det omgivende "klima", men også stærkt af opskriften på råmassen. For at holde tørrehastigheden lav for at undgå revner kan emnerne dækkes til. Industriel tørring finder sted i værelser med aircondition. Det fysisk -kemisk bundne og især det kemisk bundne vand udvises kun af ilden.

Der skelnes mellem tre trin i tørring:

  • Lederhart: Der Scherben lässt sich nicht mehr verformen, besitzt aber noch soviel Feuchtigkeit, dass man ihn dekorieren kann.
  • Lufttrocken: Der Scherben gibt bei Raumtemperatur keine Feuchtigkeit mehr ab und fühlt sich kühl an.
  • Brennreif: Der Scherben fühlt sich nicht mehr kühl an, sondern erweist sich als bedingt saugfähig (Versuch: Zunge bleibt an Scherben kleben).

Der Brennprozess

Der Brennprozess (Roh- oder Schrühbrand) überführt den getrockneten Formkörper in ein hartes, wasserbeständiges Produkt. In der technischen Keramik wird dieser Prozess auch als Sintern bezeichnet. Bei niedrigen Temperaturen (< 1000 °C) werden flüchtige Bestandteile ausgetrieben (Wasser, Kohlenstoffdioxid, organische Hilfsstoffe). Dabei zersetzen sich die tonigen Bestandteile und bilden neue Minerale. In dem entstehenden „Scherben“ schließen sich Kristalle an den Korngrenzen zusammen (Kristallwachstum) und werden (falls enthalten) durch glasige Anteile verkittet. Anteil und Art (Korngrößenverteilung, Texturen etc.) der Kristall- und Glasphase sowie der Poren bestimmen die Eigenschaften des gebrannten Guts. Sehr wichtig ist vor dem Brennen das sehr langsame Hochheizen der Keramik, damit das Wasser vollständig ausgetrieben wird und nach dem Brennen das sehr langsame Abkühlen, um die Bildung von Rissen zu vermeiden.

Die angewandten Temperaturen reichen bis etwa 1400 °C; bei Sonderkeramiken liegen sie auch erheblich höher. In Abhängigkeit von den Rohstoffen und dem gewünschten Produkt wird die Brenntemperatur häufig während des Brennprozesses variiert (Temperaturprofil). Überdies muss der Prozess in vielen Fällen zeitweilig unter reduzierender Atmosphäre verlaufen, um etwa bei weißem Geschirr oder bei Sanitärkeramik eine Gelbfärbung durch Eisenverunreinigungen zu vermeiden. Bei Brenntemperaturen von 1400 °C und mehr werden Tragegestelle aus besonders hitzebeständigen Materialien wie Siliciumcarbid verwendet.

Bei der Massenproduktion wird zwischen periodischen und kontinuierlichen Öfen unterschieden. Eingesetzt werden Kammer- und Ringöfen sowie Tunnelöfen (Herstellung von Ziegeln , Produkten aus feuerfesten Werkstoffen und Porzellan ) und Rollenöfen (für flache Erzeugnisse wie Fliesen). Überwiegend kommen Öfen mit fossilen Brennstoffen zum Einsatz. In Handwerksbetrieben werden oft elektrische Öfen verwendet. Bei Brennöfen für kleine Stückzahlen ist zu unterscheiden zwischen offenen Systemen, bei denen die Brenngase (mit unterschiedlicher Flammführung) in unmittelbaren Kontakt mit der Ware treten, und Muffelöfen , bei denen die Brenngase das Brenngut indirekt erhitzen.

Für die nachträgliche Ermittlung von Brenntemperaturen, wie es bei antiken Keramiken üblich ist, gibt es zwei methodische Ansätze. Entweder wird das angenommene Ausgangsmaterial experimentell solange kontinuierlich erhitzt, bis annähernd die gleichen Eigenschaften erzielt sind, oder es werden temperatur-indizierende Minerale (etwa Gehlenit ), die ein begrenztes Temperatur-Stabilitätsfeld haben, genau untersucht und auf diese Weise die Brenntemperatur abgeschätzt. [17]

Die für das Brennen von Massenprodukten der Keramik verwendeten Durchlauföfen sind sehr energieintensiv. Es ist eine verfahrenstechnische Herausforderung, die Qualität und Menge der gebrannten Produkte mit möglichst geringem Energieverbrauch herzustellen. [18]

Glasuren

Keramikvase mit Goldglasur von Wolfgang Trust

Glasuren sind dünne Glasüberzüge. Zum einen machen sie den porösen Keramikkörper nahezu wasserdicht und geben ihm eine leicht zu reinigende Oberfläche. Zum anderen ermöglichen sie eine abwechslungsreiche, dekorative Gestaltung der Keramiken. Glasuren können farbig, transparent oder deckend (opak), glänzend, halbmatt oder matt sein. Sie können weich und niedrig schmelzend (ab etwa 800 °C bei Raku-Keramik bis etwa 1000 °C) oder hart und hoch schmelzend (ab 1000 °C bis etwa 1400 °C bei Porzellan) sein. Nach ihrer chemischen Zusammensetzung kann man z. B. zwischen Borosilikat-, Feldspat-, Salz-, Gold- und bleihaltigen Glasuren unterscheiden. In jedem Fall ist aber der glasbildende Hauptbestandteil SiO 2 wie beim Flaschen- oder Fensterglas. Die Glasuren werden häufig in der Keramikherstellung erst nach dem Schrühbrand der Ware aufgebracht (Tauchen, Spritzen, Pinseln, Stempeln) und in einem erneuten Brennprozess (Glattbrand) verglast. Dieser Brand wird auch Glasurbrand genannt und benötigt höhere Temperaturen als der Schrühbrand. Hierbei sintert der Scherben und wird dicht.

Bei Aufglasurmalerei benötigt man in der Regel für jede Farbe einen weiteren Brand. Dieser liegt unterhalb der Sintertemperatur. Auch beim Einsatz von Siebdrucktechnik lässt sich ein weiterer Brand nicht vermeiden: Hier müssen die Temperaturen sogar unterhalb der Schrüh-Temperatur liegen.

Bei der traditionellen Salzglasur wird beim Brand Steinsalz in das Feuer gegeben, dessen Gase das Brenngut überstreichen. Dabei senkt das sich niederschlagende Natriumoxid oberflächlich die Schmelztemperatur und erzeugt auf dem Scherben eine Glasur.

Institutionen

Wissenschaft

Die Deutsche Keramische Gesellschaft e. V. (DKG) versteht sich als technisch-wissenschaftlicher Verein für die gesamte Keramik. Sie ist die Diskussionsplattform dieses Industriebereichs zu allen technisch-wissenschaftlichen Fragestellungen (Ausbildung, Fortbildung, Forschung, Lehre und Umweltschutz) sowie zentrale Kontaktstelle zwischen Wissenschaft und keramischer Industrie.

Keramikkunst

Die künstlerische Seite einer Modernen Keramik als Teil der Modernen Kunst wird nicht durch eine einzige Institution vertreten, sondern in einer Vielzahl von Einrichtungen der Keramikkunst , wie Museen, Symposien, Galerien etc. vermittelt.

Museen

Weitere Museen: siehe Weblinks

Siehe auch

Literatur

Technik

Geschichte

  • Peter Hommel: Ceramic Technology. In: Vicki Cummings, Peter Jordan, Marek Zvelebil (Hrsg.): The Oxford Handbook of the Archaeology and Anthropology of Hunter-Gatherers . Oxford University Press, Oxford Online Publication Date: Oct 2013 doi : 10.1093/oxfordhb/9780199551224.013.008
  • Detlev Jantzen: Töpferei und Feuerkult – Vom Leben auf der Anhöhe bei Triwalk, Lkr. Nordwestmecklenburg. In: Die Autobahn A 20 – Norddeutschlands längste Ausgrabung. Archäologische Forschungen auf der Trasse zwischen Lübeck und Stettin. Schwerin 2006, ISBN 3-935770-11-1 , S. 33–36.
  • Peter Jordan, Marek Zvelebil (Hrsg.): Ceramics before farming, the dispersal of pottery among prehistoric Eurasian hunter-gatherers . Left Coast Press, Walnut Creek 2009.
  • R. Schreg: Keramik aus Südwestdeutschland. Eine Hilfe zur Beschreibung, Bestimmung und Datierung archäologischer Funde vom Neolithikum bis zur Neuzeit . Lehr- und Arbeitsmaterialien zur Archäologie des Mittelalters und der Neuzeit. Tübingen 1998, ISBN 3-9806533-0-7 .

Weblinks

Commons : Ceramics – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
  • Auswahl von Videos aus der Fernsehsendung Kunst und Krempel des Bayerischen Rundfunks mit ausführlichen Beschreibungen von Keramik-Objekten

Weitere Museen:

Bildungsorganisationen:

Berufsverband und technisch-wissenschaftlicher Verband:

Wirtschaftsverbände:

Einzelnachweise

  1. Vgl. Keramik bei Duden online.
  2. Miroslav Králík: Ancient ceramics and imprints on their surfaces. In: Jiři Svoboda: Pavlov – Excavations 2007–2011. (= The Dolní Věstonice Studies. Band 18). 1. Auflage. Academy of Sciences of the Czech Republic, Brno 2011, ISBN 978-80-86023-85-4 , S. 207–244 (Kapitel III.10.)
  3. Thomas Einwögerer: Die jungpaläolithische Station auf dem Wachtberg in Krems, Niederösterreich. Eine Rekonstruktion und wissenschaftliche Darlegung der Grabung von J. Bayer aus dem Jahre 1930 . (= Mitteilungen der Prähistorischen Kommission. Band 34). Wien 2000.
  4. YV Kuzmin: The earliest centres of pottery origin in the Russian Far East and Siberia: review of chronology for the oldest Neolithic cultures. In: Documenta Praehistorica. 29, 2002, S. 37–46.
  5. Jeanette Werning: Früheste Scherben, frühester Reis, früheste Hirse. Zur Neolithisierung in China. In: Jörg Eckert (Hrsg.): Archäologische Perspektiven. Analysen und Interpretationen im Wandel. Leidorf, Rahden/Westfalen 2003, S. 103–129.
  6. Elisabetta Boarettoa ua: Radiocarbon dating of charcoal and bone collagen associated with early pottery at Yuchanyan Cave, Hunan Province, China. In: PNAS . 2009, doi:10.1073/pnas.0900539106
  7. Die ersten Töpfer lebten in China. In: wissenschaft.de. 2. Juni 2009, abgerufen am 9. September 2019 . (deutsche Zusammenfassung des Artikels der PNAS )
  8. Pottery 20,000 years old found in a Chinese cave. In: USA Today. 28. Juni 2012.
  9. Eric Huysecom: Wann begann Afrikas Jungsteinzeit? In: Spektrum der Wissenschaft. 8/2008, S. 62–67.
  10. Hermann Salmang, Horst Scholze: Keramik . Springer Science & Business Media, 2006, ISBN 978-3-540-63273-3 , S.   2 ( eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  11. Hennicke, HW: Zum Begriff Keramik und zur Einteilung keramischer Werkstoffe. Ber. Dtsch. Keram Ges. 44 (1967) 209–211
  12. Hanno Schaumburg: Keramik . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-663-05976-9 , S.   1 ( eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  13. Roland Strietzel: Die Werkstoffkunde der Metall-Keramik-Systeme . Verlag Neuer Merkur GmbH, 2005, ISBN 978-3-937346-14-4 , S.   101 ( eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  14. Wolfgang Kollenberg: Technische Keramik Grundlagen, Werkstoffe, Verfahrenstechnik . Vulkan-Verlag GmbH, 2004, ISBN 978-3-8027-2927-0 , S.   2 ( eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  15. Zhangwei Chen et al.: 3D printing of ceramics. A review. In: ScienceDirect. Elsevier, 6. November 2018, abgerufen am 15. September 2019 (englisch).
  16. EH Penilla et al.: Ultrafast laser welding of ceramics. In: Science. American Association for the Advancement of Science (AAAS), 23. August 2019, abgerufen am 15. September 2019 (englisch).
  17. C. Tschegg, Th. Ntaflos, I. Hein: Thermally triggered two-stage reaction of carbonates and clay during ceramic firing – a case study on Bronze Age Cypriot ceramics. In: Applied Clay Science. 43, 1, 2009, S. 69–78,doi:10.1016/j.clay.2008.07.029 .
  18. Hajo Hagens, Rudolf Jeschar, Peter Jeschke, Hartmut Kainer: Veränderung der Prozessführung und der Energiebilanz von Tunnelöfen bei der Verbesserung vo Tunnelwagenaufbauten In: cfi/Ber. DKG. 64, 6/7, 1987, S. 205–210.