Keramik

Die ersten Werkzeuge, die der Mensch verwendete, bestanden aus natürlichen Werkstoffen, z.B. aus Holz oder aus Stein. Vor etwa 10000 Jahren wurde jedoch erkannt, daß sich einige Erden gut formen und anschließend durch einen Brand verfestigen lassen. Damit war der erste künstliche Werkstoff, Keramik, geschaffen. Ihre Entwicklung wurde wesentlich dadurch mitbestimmt, daß solche gut verformbaren "Erden" bzw. Rohstoffe weit verbreitet sind und daß sie ein sehr günstiges Brennverhalten besitzen, wie in späteren Kapiteln dieses Buches gezeigt werden wird. Die weite Verbreitung spiegelt sich auch in der Zusammensetzung wider, wenn man z.B. die eines Ziegels mit der der Erdrinde vergleicht, wie es in Tab. 1 geschehen ist. Es besteht zwar zwischen beiden Zusammensetzungen kein unmittelbarer Zusammenhang, Tab. 1 sagt aber aus, daß zur Herstellung eines Ziegels keine relativ seltenen Elemente notwendig sind, was auch für sehr viele andere keramische Produkte gilt. Tabelle 1. Häufigste Elemente der Erdrinde und Analyse eines Ziegels Element Anteil in Gew.-% Erdrinde Ziegel 49,4 48,8 0 Si 25,8 30,3 Al 7,5 11,3 Fe 4,7 2,1 Ca 3,4 3,3 Na 2,6 0,5 K 2,4 2,0 Mg 1,9 1,1 H 0,9 Ti 0,6 0,6 Summe 99,2 100,0 Diese sehr kurzen Hinweise erlauben bereits die Definition des Begriffes Keramik. Nach Haase [178] versteht man darunter die Werkstoffe, "die dadurch zustande kommen, daß ein Pulver geformt und die Form durch Einwirkung hoher Temperaturen verfestigt wird".

Inhalt
1 Einführung.- 2 Strukturen.- 2.1 Bindungsarten.- 2.1.1 Atombindung.- 2.1.2 Ionenbindung.- 2.1.3 Metallische Bindung.- 2.1.4 Van der Waalssche Bindung.- 2.1.5 Sonstige Bindungsarten.- 2.1.6 Ionenradien Koordinationszahlen.- 2.1.7 Silicatische Bindung.- 2.2 Kristalle.- 2.2.1 Grundlagen der Kristallographie.- 2.2.2 Gittertypen.- 2.2.3 Gitterenergie.- 2.2.4 Abweichungen von der idealen Ordnung.- 2.2.5 Silicate.- 2.2.5.1 Systematik der Silicate.- 2.2.5.2 Stabilitätskriterien.- 2.2.5.3 Wichtige SiO2-Modifikationen.- 2.2.5.4 Wichtige Schichtsilicate.- 2.2.5.5 Weitere keramisch wichtige Silicate.- 2.2.5.6 Isotypie und Modellstrukturen.- 2.3 Nichtkristalline Festkörper.- 2.3.1 Glasig amorph.- 2.3.2 Gläser.- 2.3.2.1 Struktur der Gläser.- 2.3.2.2 Eigenschaften der Gläser.- 2.4 Oberflächen Grenzflächen.- 2.4.1 Bindungsverhältnisse und Eigenschaften.- 2.4.2 Oberflächenspannung Oberflächenenergie.- 2.4.3 Grenzflächenspannung.- 2.4.4 Gekrümmte Oberflächen.- 2.4.5 Bestimmung der Oberfläche.- 2.4.6 Bestimmung der Korngröße.- 2.5 Gefüge.- 2.5.1 Begriffe und Grundlagen.- 2.5.2 Untersuchungsmethoden.- 2.5.3 Stereologie.- 2.5.4 Porosität.- 3 Thermochemie.- 3.1 Thermodynamik.- 3.1.1 Gleichungen.- 3.1.2 Anwendungsbeispiele.- 3.2 Gleichgewichte.- 3.2.1 Phasenregel.- 3.2.2 Phasendiagramme.- 3.2.3 Ungleichgewichte.- 3.3 Kinetik.- 3.3.1 Schmelzen und Kristallisieren.- 3.3.2 Diffusion.- 3.3.3 Reaktionen.- 3.3.4 Sintern.- 3.3.4.1 Sintern ohne flüssige Phase.- 3.3.4.2 Sintern mit flüssiger Phase.- 3.3.4.3 Drucksintern.- 3.3.4.4 Reaktionssintern.- 4 Keramisch wichtige Systeme.- 4.1 Einstoffsysteme.- 4.1.1 SiO2.- 4.1.2 Al2O3.- 4.1.3 H2O.- 4.2 Zweistoffsysteme.- 4.2.1 SiO2Al2O3.- 4.2.2 SiO2R2O.- 4.2.3 SiO2RO.- 4.2.4 H2O-haltige binäre Systeme.- 4.3 Dreistoffsysteme.- 4.3.1 K2OAl2O3SiO2.- 4.3.2 Na2OAl2O3SiO2.- 4.3.3 Li2OAl2O3SiO2.- 4.3.4 MgOAl2O3SiO2.- 4.3.5 H2OAl2O3SiO2, H2OMgOSiO2.- 4.4 Feldspäte.- 5 Eigenschaften.- 5.1 Thermische Eigenschaften.- 5.1.1 Wärmedehnung.- 5.1.2 Wärmetransport.- 5.2 Mechanische Eigenschaften.- 5.2.1 Elastische Eigenschaften.- 5.2.2 Mechanische Festigkeit.- 5.2.3 Verhalten bei höheren Temperaturen.- 5.2.4 Verhalten bei wechselnden Temperaturen.- 5.2.5 Härte Verschleiß.- 5.3 Elektrische Eigenschaften.- 5.3.1 Elektrische Leitfähigkeit.- 5.3.2 Dielektrische Eigenschaften.- 5.4 Magnetische Eigenschaften.- 5.5 Optische Eigenschaften.- 5.6 Chemische Eigenschaften.- Namenverzeichnis.

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