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Grundlagen Keramik
Einführung
- Grundbegriffe
- Klassifizierung
- Marktzahlen
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Grundbegriffe - Werkstoffe
organisch anorganisch
Holz
Leder
Naturfasern
Harze
Kunststoffe
Kunstfasern
Folien
Kunstharze
Eisen, Stahl
Leichtmetalle
Buntmetalle
Legierungen
Naturstein
Bindemittel
Glas
Keramik
natürlich synthetisch metallisch nichtmetallisch
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Grundbegriffe
Keramik
- anorganischer, nichtmetallischer Werkstoff, vollständig oder teilweise (>30%) kristallin, der bei Raumtemperatur aus einer Rohmasse geformt wird und seine typischen Eigenschaften durch einen Sintervorgang bei hohen Temperaturen erhält
Grobkeramik x Feinkeramik
- Unterteilung je nach Kornaufbau des Masseversatzes; sind die Gefügebestandteile < 0,1 mm, spricht man – unabhängig vom
Werkstoff – von Feinkeramik
Ceramics
- umfasst im angelsächsischen Sprachgebrauch zusätzlich auch Glas, Email, Glaskeramik und anorganische Bindemittel
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Klassifizierung der Keramik
- nach der Rohstoffart
- Klassische Keramik – Silikatkeramik, Feuerfestkeramik
- diese Keramiken werden aus natürlich vorkommenden Rohstoffen hergestellt, meist Ton, Kaolin, Quarz und Feldspat
- Ingenieurkeramik, Hochleistungskeramik
- als Ausgangsmaterialien werden chemisch aufbereitete oder künstlich hergestellte Rohstoffe verwendet
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Klassische Keramik
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Klassische Keramik
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Klassifizierung der Keramik
- nach der Zusammensetzung
- Tonkeramik
- Grobkeramik: porös (Ziegel, Schamotte) x dicht (Klinker, Baukeramik)
- Feinkeramik: porös (Steingut) x dicht (Porzellan, Steinzeug)
- Silikatkeramik
- Grobkeramik (feuerfeste Magnesit-, Mullit-, Zirkon-, Forsteritsteine)
- Feinkeramik (Glaskeramik, Steatit, Cordierit)
- Oxidkeramik
- Al2O3, ZrO2, MgO, TiO2, ZnO, Al2TiO5, BaTiO3 etc.
- Nichtoxidkeramik
- SiC, Si3N4, AlN, B4C3, MoSi2, Graphit, Boride, Nitride etc.
- Verbundwerkstoffe
- Keramikbeschichtungen, Faserverbundwerkstoffe
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Klassifizierung der Keramik
- nach den Anwendungsgebieten
- Strukturkeramik (Konstruktionskeramik)
- keramische Werkstoffe, die mechanischen Belastungen standhalten müssen (z.B. Biege- und Druckspannungen)
- Funktionskeramik
- keramische Werkstoffe, deren Eigenschaften für eine aktive Funktion (Nutzung elektrischer oder magnetischer Kennwerte) verwendet werden (z.B. Piezokeramik)
- Elektrokeramik
- keramische Werkstoffe, die vor allem wegen ihrer elektrischen Isolierfähigkeit in Kombination mit mechanischen und thermischen Eigenschaften in der Elektrotechnik und Elektronik eingesetzt werden
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Klassifizierung der Keramik
- nach den Anwendungsgebieten
- Schneidkeramik
- keramische Werkstoffe, die aufgrund ihrer hervorragenden Verschleiß- und Hitzebeständigkeit als Werkzeug zur spannenden Bearbeitung geeignet sind
- Biokeramik
- keramische Werkstoffe für den Einsatz im medizinischen Bereich; beinhalten Erzeugnisse, die Knochen, Zähne oder Gewebe reparieren und ersetzen können
- Hochleistungskeramik
- „hoch entwickelter, hoch leistungsfähiger keramischer Werkstoff, der überwiegend nichtmetallisch und anorganisch ist und über bestimmte zweckmäßige Eigenschaften verfügt“; dieser Begriff wird zur Abgrenzung zu traditioneller Keramik auf Tonbasis verwendet (Geschirr, Sanitärkeramik, Fliesen etc.)
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Klassifizierung der Keramik
Alkali-Aluminiumsilikate (C 100)
Quarzporzellane, plastische Formgebung C 110
Quarzporzellane, gepresst C 111
Cristobalitporzellane, plastische Formgebung C 112
Tonerdeporzellane C 120
Tonerdeporzellane, hochfest C 130
Lithiumporzellane C 140
Magnesiumsilikate(C 200)
Niederspannungssteatite C 210
Standartsteatite C 221
Steatite mit niedrigem Verlustwinkel C 221
Poröse Steatite C 230
Forsterite, porös C 240
Forsterite, dicht C 250
Erdalkali-Aluminiumsilikate und Zirkonporzellane(C
400)
Cordierite, dicht C 410
Celsiane, dicht C 420
Basis Kalziumoxid, dicht C 430
Basis Zirkon, dicht C 440
Poröse Aluminiumsilikate und Magnesium-Aluminiumsilikate(C 500)
Aluminiumsilikatbasis C 510
Magnesium-Aluminiumsilikatbasis C 511
Magnesium-Aluminiumsilikatbasis C 512
Cordieritbasis C 520
Aluminiumsilikatbasis C 530
Mullit-Keramik mit niedrigem Alkaligehalt(C
600)
Mullit-Keramik mit 50 % bis 65 % Al2O3 C 610
Mullit-Keramik mit 65 % bis 80 % Al2O3 C 620
Silikatkeramik
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Klassifizierung der Keramik
Oxidkeramik
Titanate und andere Keramiken hoher Permittivitätszahl (C 300)
Basis Titandioxid C 310
Basis Magnesiumtitanate C 320
Titandioxid und andere Oxide C 330
Titandioxid und andere Oxide C 331
Basis Kalzium- und Strontiumwismuttitanat C 340
Basis ferroelektrische Perowskite C 350
Basis ferroelektrische Perowskite C 351
Keramikwerkstoffe mit hohem Aluminiumoxidgehalt (C 700)
Hoch Al2O3-haltige Keramik; > 80 % bis 86 % Al2O3 C 780
Hoch Al2O3-haltige Keramik; > 86 % bis 95 % Al2O3 C 786
Hoch Al2O3-haltige Keramik; > 95 % bis 99 % Al2O3 C 795
Hoch Al2O3-haltige Keramik; > 99 % Al2O3 C 799
Aluminiumoxid RBAO *
Oxidkeramikwerkstoffe anderer Art (C 800)
Berylliumoxid, dicht C 810
Magnesiumoxid (MgO), porös C 820
Magnesiumoxid MgO *
Zirkoniumoxid (ZrO2) (C 830)
teilstabilisiertes Zirkoniumoxid PSZ *
vollstabilisiertes Zirkoniumoxid FSZ *
tetragonales polykristallines Zirkoniumoxid TZP *
Aluminiumtitanat ATI *
Bleizirkonattitanat (Piezokeramik) PZT *
Quarzgut (SiO2) SiO2 *
Spinell (MgO . Al2O3) Spinell
Mullit (Al2O3 . SiO2) Mullit
Titanoxid (TiO2) TiO2 *
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Klassifizierung der Keramik
Nichtoxidkeramik
Carbide
Siliciumcarbid (SiC) SiC *
rekristallisiertes Siliciumcarbid RSIC *
nitridgebundenes Siliciumcarbid NSIC *
(drucklos) gesintertes Siliciumcarbid SSIC *
siliciuminfiltriertes Siliciumcarbid SISIC *
flüssigphasengesintertes Siliciumcarbid LPSIC *
heiß gepresstes Siliciumcarbid HPSIC *
heiß isostatisch gepresstes Siliciumcarbid HIPSIC *
silikatisch gebundenes Siliciumcarbid SiC *
Borcarbid (B4C) BC *
Nitride und „Nichtoxidische Keramikisolierstoffe“(C 900)
Aluminiumnitrid (AlN) C 910
Aluminiumnitrid ALN *
Bornitrid (BN) C 920
kubisches Bornitrid CBN *
hexagonales Bornitrid HBN *
Siliciumnitrid, reaktionsgebunden, porös (RBSN) C 930
Siliciumnitrid, dicht C 935
Siliciumnitrid (SN) SN *
gesintertes Siliciumnitrid SSN *
reaktionsgebundes Siliciumnitrid RBSN *
heiß gepresstes Siliciumnitrid HPSN *
heiß isostatisch gepresstes Siliciumnitrid HIPSN *
Siliciumaluminiumoxinitrid SIALON *
Titannitrid (TiN) TiN *
Legende:***
Werkstoff nach DIN EN 60 672 in Form von C ...Werkstoff nach DIN ENV 14 242 als AbkürzungWerkstoffbezeichnung nach Sprachgebrauch
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Keramischer Herstellungsprozess
Vom Pulver zum Bauteil
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Keramischer Herstellungsprozess
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Herstellungsprozess - Rohstoffe
- Natürliche oder synthetische Rohstoffe
- Reinheit
- Korngröße und Korngrößenverteilung
- Spezifische Oberfläche
- Additive
- Verflüssigungsmittel
- Plastifizierungsmittel
- Verfestigungsmittel
- Binder
- Sinterhilfsmittel
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Herstellungsprozess - Masseaufbereitung
Spezifische Arbeitsmassen für unterschiedliche Formgebungsverfahren
- Granulate für das Pressen
- Bildsame Massen für das Extrudieren
- Feedstocks für das Spritzgießen
- Suspensionen für das Gießen
Masseaufbereitung
- Mischen
- Mahlen
- Filterpressen
- Sprühtrocknung
- Schlickeraufbereitung
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Herstellungsprozess - Formgebung
Grundtypen der keramischen Formgebung
- Pressformgebung (0-15%)
- Trockenpressen (~ 5%)
- Nasspressen (~ 15%)
- isostatisches Pressen
- Plastische Formgebung (15-25%)
- Spritzgießen
- Extrudieren
- Gießformgebung (>25%, i.R. 30-40%)
- Schlickergießen (Hohlguss, Vollguss)
- Druckgießen
- Foliengießen
- spezielle Verfahren
35Schematische Darstellung des Hohlgussverfahrens
Keramische Formgebung - Gießformgebung
Schlickergießen – Hohlguss
36Schematische Darstellung des Foliengießverfahrens
Keramische Formgebung - Gießformgebung
Foliengießen
37Schematische Darstellung der Rollerformgebung
Rollerformgebung
Überformen – der Fuß des Tellers wird vom Rollerkopf gebildet
Einformen – die Innenseite des Bechers wird vom Rollerkopf gebildet
Keramische Formgebung – plastische Formgebung
38Schematische Darstellung des Extrusionsprozesses
Keramische Formgebung – plastische Formgebung
Extrudieren
39Schematische Darstellung des Spritzgießprozesses
Keramische Formgebung – plastische Formgebung
Spritzgießen
40Schematische Darstellung des Trockenpressens
Keramische Formgebung - Pressformgebung
Trockenpressen
- uniaxial (ein- oder zweiseitig)
41Schematische Darstellung des isostatischen Pressverfahrens
Keramische Formgebung - Pressformgebung
Isostatisches Pressen
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Keramische Formgebungsarten
- Vorteile und Nachteile
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Marktzahlen
Comparison of the global ceramic sections values of 1990 with 2002
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Marktzahlen
Comparison of the regional ceramics production values of 1995 with 2001
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Marktzahlen
Global industry production figures for 1990-2002 [Bill. EUR]
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Marktzahlen
Annual production of leading sanitary-ware producing countries
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