Keramik

Keramik wird als anorganischer, nichtmetallischer Feststoff betrachtet, der aus Metall-, Nichtmetall- oder Halbmetall-Atomen bestehen kann, die hauptsächlich ionisch oder kovalent gebunden sind. Keramik ist bekannt für ihre Brüchigkeit und ist ein hartes, komprimiert starkes und beim Scheren und Spannen schwaches Material. Keramiken halten auch chemischen Erosionen und hohen Temperaturen stand. Sie sind ein Teil unseres täglichen Lebens, ohne dass wir es bemerken. Wir sind von Keramik umgeben, von Haushalts- und Industriebauprodukten, Geschirr und Kunst bis hin zu medizinischen Geräten und Mikrochips.

Keramik hat in der Geschichte eine besondere Rolle gespielt, da man sie anfänglich zur Herstellung von Keramikwaren wie Töpfen und anderen Hohlgegenständen verwendet hat. Ursprünglich wurden Keramiken entweder aus reinem Ton hergestellt oder mit anderen Materialien wie Kieselsäure vermischt, wonach sie mit Feuer gehärtet und gesintert wurden. Später wurde eine amorphe Glasur aufgetragen, um glatte, farbige Oberflächen zu schaffen und Porosität zu reduzieren.

Traditionell handelt es sich bei den in Keramik verwendeten Rohstoffen um tonähnliche Mineralien wie Kaolinit. In jüngerer Zeit hat sich die Verwendung von Aluminiumoxid verbreitet. Moderne Keramiken beinhalten Materialien wie Siliziumkarbid und Wolframkarbid, die beide für ihre Abriebfestigkeit bekannt sind, was sie für Zerkleinerungsanlagen und Bergbauarbeiten nützlich macht. Moderne Keramiken findet sich auch in der Medizin-, Elektro- und Elektronikindustrie. Da Rohstoffe immer seltener werden, wurde die Herstellung von synthetischem Sand für Keramiken entwickelt. Synthetischer Sand ist ein tonarmer Sand, der mit Bentonit oder einem anderen tonähnlichen Material vermischt wird, damit er zum Formen geeignet ist.

Die beiden Keramiktypen sind kristallin und nicht kristallin. Kristalline Keramiken sind für eine Vielzahl von Prozessen nicht geeignet. Sie können entweder vor Ort geformt oder mit Pulvern geformt und gesintert werden, um einen festen Körper zu bilden. Die Formtechniken können zwischen Handformen, Schlickerguss, Foliengießen, Spritzgießen, Trockenpressen und anderen Methoden variieren. Nicht-kristalline Keramiken sind im Grunde Glas und werden in der Regel durch Schmelzen geformt. Beim Formen von Glas kann das Keramikmaterial entweder vollständig geschmolzen und gegossen werden oder in einen halbgeschmolzenen Zustand (wie Karamell) gebracht und in eine Form geblasen werden.

Bei Keramikmaterialien sind spezielle mechanische, elektrische und optische Eigenschaften vorhanden. Die mechanischen Eigenschaften beziehen sich hauptsächlich auf Materialstärken wie Elastizität, Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, Scherfestigkeit, Bruchfestigkeit und Dehnbarkeit (bei spröden Materialien gering) und Eindruckhärte. Zu den elektrischen Eigenschaften zählten Halbleiter-, Supraleiter-, Ferroelektrizitäts- und Obermengen-Eigenschaften sowie ein positiver Wärmekoeffizient. Die optischen Eigenschaften beziehen sich hauptsächlich auf optische Filter und geführte Wellenlängen und helfen bei der Entwicklung von Glasfaser-, Nachtsicht-, Militär-, LED- (lichtemittierende Diode) und verschiedenen anderen Technologien.