Wirtschaftswissen: Was ist Keramik

Keramiken sind anorganische, nichtmetallische Materialien, die aus metallischen und nichtmetallischen Elementen bestehen, und die hauptsächlich mit ionischen und kovalenten Bindungen verbunden sind. Diese hochfesten Elektronenpaarbindungen führen zu den besonderen Eigenschaften dieser Materialien. Die Eigenschaften von keramischen Materialien, wie auch alle anderen Materialien, werden durch die vorhandenen Atomtypen, die Arten der Verkettung zwischen den Atomen und die Art und Weise, wie die Atome verkettet werden, definiert. Die Art der Bindung und Struktur hilft bei der Bestimmung, welche Art von Eigenschaften ein Material haben wird.

Keramik ist eine Alternative zu Metallen und Polymere. Doch diese drei Materialien können auch auf verschiedene Weise kombiniert werden, um Verbundwerkstoffe zu bilden, um die Eigenschaften jedes Materials zu nutzen. Zum Beispiel können keramische Partikel oder Fasern einer Keramik- oder Metallmatrix zugesetzt werden, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und / oder eine besondere Eigenschaft zu erzeugen, die das einzelne Material selbst in der Regel nicht haben würde. Polymere kommen auch mit Glasfasern in Bau- und Strukturanwendungen verstärkt vor.

Ist Keramik = Keramik?

Es gibt große Unterschiede in den Eigenschaften von Keramiken, die in erster Linie auf die Unterschiede der chemischen Zusammensetzungen zurückzuführen sind. Typische Merkmale von Keramiken sind:

  • Hohen Elastizität (Steifigkeit)
  • Gute Festigkeitsretention bei erhöhten Temperaturen
  • Beständig gegen steigernde Temperaturen
  • Hohe Druckfestigkeit
  • Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit
  • Gute elektrische Isolationseigenschaften
  • Wärmeleitfähig
  • unempfindlich gegenüber thermischen Schock

Keramiken für technische Anwendungen können in „traditionelle“ und „neue“ Materialien verwendet werden. Wir definieren traditionelle Materialien wie jene, die aus Mineralien hergestellt werden, die direkt in der Natur abgebaut werden. Die neueren keramischen Materialien, die mit gut definierten und kontrollierten Eigenschaften, werden aus nahezu chemischen und phasenreinen Ausgangsmaterialien hergestellt.

Wo kommt Keramik zum Einsatz?

Keramik ist um uns umgeben, ohne dass wir es wahrnehmen. Das Material umfasst Dinge wie Fliesen, Ziegel, Teller, Gläser und Toiletten. Keramik findet sich auch in Produkten wie Uhren (Quarzstimmgabeln – die Zeitmessgeräte in Uhren), Schneehimmel (piezoelektrische Keramiken, die bei einer Spannung angelegt werden), Automobile (Zündkerzen und Keramikmotorenteile in Rennwagen) und Telefonleitungen. Sie können auch auf Raumschiffen, Geräten (Schmelzbeschichtungen) und Flugzeugen (Nasenkegel) verbaut sein. Je nach Art der Entstehung kann die Keramik dicht oder leicht sein. Typischerweise zeigen sie eine ausgezeichnete Festigkeit- und Härteeigenschaften; Allerdings sind sie in der Natur oft spröde. Keramiken können auch gebildet werden, um als elektrisch leitfähige Materialien zu dienen, Objekte, die es Elektrizität erlauben, durch ihre Masse zu fließen, oder Isolatoren, Materialien, die den Stromfluss verhindern. Einige Keramiken, wie Supraleiter, zeigen auch magnetische Eigenschaften.

Wie wird Keramik hergestellt?
Keramiken werden in der Regel hergestellt, indem man Mischungen aus Ton, irdenen Elementen, Pulvern und Wasser vermengt und sie in gewünschte Formen formt. Sobald die Keramik geformt wurde, wird sie in einem Hochtemperaturofen gebacken bzw. gefeuert. Oft sind Keramiken in dekorativen und wasserdichten Substanzen wie Glasuren bekannt.

Werkstoffe

Ein Werkstoff ist ein Material, dass den Grundstein sogenannter Werkstücke bildet. Ein Werkstück wird entsprechend der Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe bearbeitet. Der Begriff spielt vor allem in der Industrie und im Handwerk eine relevante Rolle. Diese dienen in diesem Zusammenhang zum Beispiel zur Herstellung bestimmter Bauteile. Werkstoffe werden auf ihre Qualität durch die Werkstoffprüfung getestet. Das Fachgebiet, dass sich mit der Entwicklung der Erforschung dieser Materialien befasst wird Materialwissenschaft oder Werkstofftechnik genannt. In eben dieser sogenannten Werkstoffkunde werden die Materialien aufgrund ihrer Eigenschaften in unterschiedliche Gruppen sortiert.

Einteilung der Werkstoffe

Grundsätzlich können Werkstoffe in die drei Gruppen: Metalle, Nichtmetalle und Naturstoffe eingeordnet werden. Zu den Werkstoffen der Metalle zählen unter anderem Materialien aus Eisen, wie zum Beispiel Stahl, aber zu den Metallen zählen ferner auch die Nichteisenmetalle wie Kupfer, Messing, Titan und Bronze. Zu den Nichtmetallen gehören Silicium, Polymere, Glas und Keramik. Werkstoffe die den Naturstoffen zugeordnet werden können sind Holz und Grafit sowie mineralische Stoffe.

Anorganische, nichtmetallische Werkstoffe werden auch in Kristalle, Keramiken, anorganische Bindemittel und Gläser eingeteilt. Eine weitere mögliche Einteilung der Werkstoffe ist aufgrund ihrer Verwendung zu treffen. So werden Werkzeugwerkstoffe, Funktionswerktstoffe sowie Konstruktionswerkstoffe unterschieden.

Eigenschaften von Werkstoffen

Die Eigenschaften der Werkstoffe sind abhängig von deren Grundeigenschaft wie Eisen oder Nichteisen, organisch oder anorganisch. Grundsätzlich werden physikalische, chemische, ökologische und fertigungstechnische Eigenschaften unterschieden. Zu den physikalischen Eigenschaften zählen unter anderem elektrische Leitfähigkeit, Dichte, Elastizität und Magnetismus. Chemische Werkstoffeigenschaften sind zum Beispiel Brennbarkeit und antimikrobielle Wirkung. Hinsichtlich der Fertigkeit können Materialien sich durch Gieß- und Formbarkeit auszeichnen. Zu den ökologischen Eigenschaften zählen die Recyclingfähigkeit, die Giftigkeit und der Energieverbrauch während der Herstellung.

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