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Keramik / Mineralische GusswerkstoffeVom ganz gewöhnlichen Ziegel bis zum Supraleiter : Keramiken sind das Material unserer Vergangenheit wie auch möglicherweise unserer Zukunft.

Recherche: Georg Pfeiffer

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Keramik / Mineralische GusswerkstoffeGeschichte

vor 25.000 v. Chr. Venus von Willendorfmehr als �0.000 Jahre späterersten Ziegelsteinevor 7.000 bis 8.000 Jahren ersten Nutzgefäße produziertum 4.000 v. Chr. Erfindung der Töpferscheibe im 9. Jhr. China Erfindung von Porzellan Beginn im 20. Jhr. Zündkerze70 er biokompatiblen Alumini-umoxid für Implantate�988 Supraleiter – letzter Meilen-stein

Rückblick

um �400 v. Chr

Venusfigurine aus der jüngeren Altsteinzeit

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

Keramik

dichte und poröse Keramikp. K. nimmt Wasser aufd. K. stark komprimiert d. K. bei�200ºC gebrannt

Feinkeramik Technische Keramik, Geschirr-keramik, Zierkeramik, Sanitär-keramik, Wand- und Boden-fliesen sowie Schleifmittel auf keramischer Basis

GrobkeramikTerrakotta, Dach- und Mauerziege

Keramik ist eines der älte-sten von Hand gefertigten Rohstoffe

Herstellung

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Keramik / Mineralische GusswerkstoffeHerstellung

Zement

Zement ist meist ein graues Pulver und wird aus den Roh-materialien Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz hergestellt.

Rohmehl wird ca. �450 °C ge-brannt und anschließend in einer Kugelmühle zusammen mit Gips oder Anhydrit ver-mahlen.

Mit den Zuschlagstoffen Sand, Kies oder Splitt wird er zu Mör-tel und Beton.

4projekt mission material …

Keramik / Mineralische GusswerkstoffeHerstellung

Klassischer Herstellung Ton, Lehm und Wasser

Herstellung hochreiner synthetische RohstoffpulverTon, Kaolin, Sand und Feldspat

Aufbereitung

Kaolin, Lehm und Talk Bildsamkeit/ Plastizität

Quarz, Feldspat, Sand oder Stroh sind unplastischfördern Trocknung und verringern die Schwindung

Kalk, Bor -, Blei – und Eisenver-bindungen sind Flussmittel senken SchmelztemperaturBildung dichter Strukturen

5Materialeigenschaften

Ton

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

Terrakotta, Dachziegel oder Mauerziegel

charakteristischer Oberfläche, Witterungsbeständig, Druckfest, geringe Dichte,Kostengünstig

guter WärmeschutzTerrakotta Armee

„Keramik ist spröde“!

�Materialeigenschaften

SteingutSteinzeug

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

„Steingut ist Zeug und Steinzeug ist gut“

Steingutweiß brennende Rohstoffen-Kaolingelblich - weiße Scherbenharte porösen Tonkeramiknicht wasserdichtGlasur notwendig

Steinzeugspezielle Steinzeugtonedichtgesintertenwasserundurchlässigensehr harten und farbigen Scherben

Mineralwasserflaschen, Stein-zeug Westerwälder Art

Steinzeug-Tablett

7Materialeigenschaften

Porzellan

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Eggshell-Vase

Die Anteile Kaolin/Feldspat/Quarz Hartporzellan 50/25/25Weichporzellan �0/�0/40

gute Härtegute StoßfestigkeitTransparentweißer Scherbengute Abrieb- und Verschleißbeständigkeitchemisch inertfeine, papierdünne Kanten

Schale Stadion

Lochschale

8

Kermik-Armbanduhr

Rado

Robuste Keramik

Materialeigenschaftenprojekt mission material …

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Ming Tsai Signature und KYOTOPKyocera

Härter als Stahl

Dank der Teilchengröße ensteht eine glatte Ober-fläche

Durch spezielle Binde-mittel wird die Form der Klinge beim sintern von �000°C beibehalten.

Zirkoniumdioxid

gegenüber Aluminium-oxid, widerstandsfähiger und bruchfetser

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Keramik für das Space ShuttleHerstellung: Lockheed Missiles & Space Division

Hitzebeständig

Materialeigenschaftenprojekt mission material …

Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

Die Wärmedämmung ist so ausgeprägt das sie das Shut-tle bei -�55°C Weltraumkälte bis ��50°C Hitze wiederste-hen.

�0Materialeigenschaften

Bleibt scharf

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

leichter als Stahl,ausgezeichneter elektrischer Isolator, keine Wärmeausdehnung, Korrosionsbeständig

Besondere Verschleißbestän-digkeit - bleibt länger scharf

Keramik ist chemisch inert, reagiert also nicht mit Lebens-mitteln.

KeramikreibeKyocera

��

Feder für hohe TemperaturenZirkoniumdioxidCeram

Lager aus SiliziumnitridCerbec

Materialeigenschaftenprojekt mission material …

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�2Materialeigenschaftenprojekt mission material …

Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

Kunststoff-Keramik

www2.dupont.com

Corian® wird extrem flexibel, wenn es mit Hitze bearbeitet wird. Es lässt sich in nahezu jede erdenkliche Form ver-wandeln DuPont Corian® ist eine hoch-wertige Mischung aus Alumi-nium-Trihydrat,Pigmenten und Acrylharzen

WiderstandsfähigMassiv Unauffällige NahtstellenHygienischErneuerbarNicht toxischWärmeverformbarTransluzenzWie Holz zu bearbeiten Spiral, design Nicholas Gwenael

Shell, Cappellini, design Christian Ghion

Resi-Rise, design Kolatan/Mac Donald

��Materialeigenschaftenprojekt mission material …

Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

Die Schichten werden auf Bau-teilen aus Stahl oder Alumini-um aufgebracht.Sie steigern die chemische Be-ständigkeit und verringern die mechanische Reibung sowie den Verschleiß. Sie isolieren gegen elek-trischen Strom und wirken wärmedämmend. Dabei übertreffen keramische Schichten meist die Härte und Verschleißfestigkeit von Hart-chrombeschichtungen.

Zirkondioxid Aluminiumoxid

Keramische Beschichtungen

PulverbeschichtungCerametallic®- Membran ist fest und leicht und somit “schnell”.

�4Verarbeitung Verfahrenstechniken

Keramikverarbeitung

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

Formge-bung

Pulver

Sinter-prozess

Mikro-gefüge

(Eigenschaften)

�5Verarbeitung Verfahrenstechniken

Verfahrenstechniken

Eindrehen Überdrehen Schlickergießformen

Gießen Schlickergießen, Druckgie-ßen, Foliengießen

Plastisches Formen Spritzen, Spritzguss. Extru-dieren

Pressen Isostatikpressen, Trocken-pressen, Nasspressen/Feuchtpressen

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��Verarbeitung Verfahrenstechniken

SchlickergießenGipsdrehen - Modellkern

ModellkernGipsrohling mit Dreheisen bearbeiten

Gips auf Dorn der Drehscheibe gießen

Gießform

mehrteilige Gießform einteilige Gießform Gießform für Vollguß

Drehscheibe

Gießen

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�7Verarbeitung Verfahrenstechniken

Sintern

Außer einigen modernen Keramiken müssen alle kera-mischen Produkte gebrannt oder gesinter werden.Brenntemperaturen hängen vom jeweiligen Material ab.

Einige Stücke müssen mehr-mals gebrannt werden, begin-nend mit dem Schrühbrand und endend mit dem Glatt-brand.

Elektroofen - �400ºC Verbrennungsöfen - �400ºC

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�8Verarbeitung Verfahrenstechniken

Extrudieren

Ideal für Produkte mit gleichem Querschnitt wie z.B. Ziegelsteine, Rohre und elek-trische Leitungsrohre

Pressen

Mit nassen Ton oder trockenen Granulat wird das Keramik-pulver bzw. der Ton unter Hochdruck in einen aus zwei Stahlformen bestehenden Hohlraum gepresst. Präzieser Komponenten mit hohen Toleranzen.

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�9Verarbeitung Verfahrenstechniken

Unterglasur Inglasur Aufglasur

Über- und Eingie-ßen

Tauchen

Spritzen Pinselauftrag Anflugglasuren

Glasieren

Der Auftrag von Unterglasuren erfolgt auf den gebrannten Scherben. Inglasuren werden nach dem ersten Glattbrand aufgetragen. Aufglasuren wer-den auf die glatt gebrannte, schon glasierte Keramik auf-getragen und bewirken eine höhere Haltbarkeit.

Keramische Beschichtung

Durch eintauchen oder tro-ckenes Aufsprühen mit einer elektrostatischen Spritzpistole auf zahlreiche Metallsubstrate. Es wird in diesem Verfahren bei 540-870 ºC eingebrannt.

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Beschichtung der Kochgeschirre

20Verarbeitung Verfahrenstechniken

Keramikschaum

Ein Polymerschaumstoff in ei-nen Keramikschlicker getränkt. Während des Ofenprozesses brennt der Kunststoff aus, die Keramik verfestigt sich.

SERIEN Lighting - Reef Single

sponge-VaseCappellini

FolienkeramikSchichtenguss

Keraflex

JasperwareWedgwood

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

Johanna Hitzler

2�

Betoneigenschaften sind abhängig vom:

Zementgehalt, Menge An-machwasser, Kornabstu-fung, Qualität der Zuschlag-stoffe, Mehlkorngehalt

Verdichtung, Nachbehand-lung

Hochfester BetonTransluzenter BetonPapierbetonGlasschaumbetonSelbstreinigender Beton

chem. instabil - Bewehrung

Verarbeitung Verfahrenstechniken

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22Verarbeitung Verfahrenstechniken

Zementverarbeitung

Der größte Teil des Wassers wird zu Kristallwasser. Beton trocknet nicht, er bindet ab.Im Gegensatz zum ge-brannten Kalk, kann Zement auch unter Wasser erhärten und fest bleiben.Das Verdichten durch rütteln sollen die Lufteinschlüsse aus-getrieben werden, damit ein dichtes Betongefüge mit we-nigen Poren entsteht.

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2�Verarbeitung Verfahrenstechniken

Gute Schalung

Schablone

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Nachbearbeitung

24Einsatzbereiche

Piezo Ceramicswandelt elektr. in mechan. Energie um und umgekehrtKeramik als Trägermaterial für ElektronikGeneral Hybrid

Elektronische Keramik

Keramiktextilien

Nextel�M

Waben-/ Schaumkeramik

Cordieritkeramik-KatalysatorCorning

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25Einsatzbereiche

Gesintertes Turbinenrad aus Aluminiumoxid, hergestellt mit dem LOM-Verfahren aus Aluminiumoxidpapier

Keramikhaut

Email bleibt an seinem Platz und verblasst nicht.

Emailliertes Sieb

Keramikpapier

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Keramik - Sauber

Wade Ceramics Polar MolarCoral Ceramics

SiestaLa Mediterranea

2�Einsatzbereiche

neueHeimat of Design.de

Beton

METROFARM

Fotobeton

WANDSYSTEM - betonfurnierVerbindung von Textilgewebe und Betonwww.werkform.de

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

27Einsatzbereiche

�0�2-0� Zementfaser-Aussenver-kleidung aus Zement, Sand und Zellstoff

Zementcomposite

Beton lässt sich mit vielen Materialien mischen.Nach dem abbinden entste-hen interessante Oberflächen sowie Materialeigenschaften.

2�44-02 Zementgebundene Span-platte kann wie Holz bearbeitet werden

4405-0� Holzschnitzel mit Zement gebunden und in Form gegossen

5289-02 eingefärbter Zement mit eingebetteten, angeschliffenen Glas- und Edelstahlkugeln

LitraCon - lransluzenter Betonstein die Glasfasern enthalten

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28Designprojekt mission material …

Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

Duravit

Satyendra Pakhalé

Anspitzer aus Hochleistungskeramik Universität BremenProf. Dr.-Ing. Georg Grathwohl und Prof. Dipl.-Des. Andreas Kramer

Keramik

www.alape.comKeramische Beschichtung

29Design

Alexander Loose

www.fusestudios.com

Chair One Stuhl Zement-FußKonstantin Grcic

SitzschleifeWilly Guhl

Beton ist erst mit Beweh-rung und der Herstellung von Hochleistungzement zu einem interessanten Bau-stoff geworden.

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Zement

�0

Schutzkeramik aus feinkristallinem Mg-Al-Spinell (ca. �0 x �0 cm2, 5 mm dick)

Ausblick: Innovationspotential, aktuelle Entwicklungen

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

Sub-µm- und Nano-Techno-logien für durchsichtige und IR-transparente Komponenten höchster Festigkeit, Härte und Verschleißresistenz mit ex-tremer thermischer und che-mischer Stabilität.

Transparente Keramik

www.ikts.fraunhofer.de

��Ausblick: Innovationspotential, aktuelle Entwicklungen

komplexen keramische Herstellung durch Selective Laser Sintering (SLS).

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Laser-Sintern

„Attracted to Light“ by Geoffrey Mann

“Coryza” by Marcel Wanders. “Quin.mgx” by Bathsheba Gross-mann

Beim Laser-Sintern oder auch Laser-Sin-tering (LS) bildet ein Pulver, das über ei-nen Laserstrahl örtlich angeschmolzen und verbunden wird, den Rohstoff für das spätere Modell. Auch hier erfolgt der Aufbau schichtweise, durch die Körnig-keit des Materials ergeben sich aber zu-nächst etwas raue Oberflächen.

�2Ausblick: Innovationspotential, aktuelle Entwicklungen

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

5�75-0� Oberflächenbehandlung mit �D-Effekt

Ombrae System™

Unter Verwendung der Daten einer digitalen Quelle wer-den optischer Fliesen oder physikalische, die Helligkeit oder Dunkelheit an einem bestimmten Punkt des Bildes repräsentierende Pixel in das Material in unterschiedlichen Winkeln gestanzt. Die op-tischen Fliesen kontrollieren, wie das Licht auf der Oberflä-che reflektiert wird und wie sich das Bild auf einer dyna-mischen Weise ändert, wenn der sich der Betrachter be-wegt und wenn sich die Licht-verhältnisse ändern.

��Ausblick: Innovationspotential, aktuelle Entwicklungen

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

Einzug in die Elektrotechnik

Conductive CeramicsKeramikfliesen, die mit einer leit-fähigen Glasur

�4

Light Tray �070-0�Diese Lichtquelle nutzt „Electrocer-amescent (ECer)”–Technologie, bei der ein dünnes, langlebiges Paneel sanftes Licht abgibt. Diese Lich-tquelle verbraucht nur sehr wenig Energie (ein durchgängiger Betrieb über ein Jahr kostet etwa 2 Cents) und strahlt keine Wärme aus.

www.ecertechnologies.com

Ausblick: Innovationspotential, aktuelle Entwicklungen

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

The product is made by applying layers of special ceramics to steel. When electrically energized, these layers give off photons or light.

„LECD“ LightingTechnology

�5

Piezo Ceramics 4�29-0�

Bei der Verformung bestimmter Materialien treten auf der Ober-fläche elektrische Ladungen auf (direkter Piezoeffekt). Umgekehrt verformen sich diese (zumeist Kristalle) bei Anlegen einer elek-trischen Spannung (inverser PiezoeffektPiezoelektrische Keramiken, welche kleinem Druck ausge-setzt elektrische Energie in Töne, Bewegung, Kraft oder Vibration umwandeln. Umgekehrt können sie Töne, Bewegung, Kraft und Vibration zu elektrischer Energie umwandeln.

Ausblick: Innovationspotential, aktuelle Entwicklungen

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

��Ausblick: Innovationspotential, aktuelle Entwicklungen

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Keramik / Mineralische Gusswerkstoffe

www.rieder.ccfibreC ist hochfest, dünn und flexibel formbar und kann sowohl flach, gebogen als auch in eine spezielle Form gebracht werden.

Beton verliert sein Gewicht.

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Keramik / Mineralische GusswerkstoffeAusblick: Innovationspotential, aktuelle Entwicklungen

Anna Usborneconcrete veneer by werkform®

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Keramik / Mineralische GusswerkstoffeQuellen

Literatur

Gustav Weiß Keramik-Lexikon Praktisches Wissen griffbereit Haupt Verlag

Chris Lefteri Keramik avedition

Handbuch für Technisches Produktdesign Material und Fertigung Springer Verlag

Internet

www.materialconnexion.com/membership/log_DE.aspwww.keramverband.dewww.landschaftsmuseum.dewww.mittelalter-recherche.dewww2.dupont.comwww.artelight.dewww.kerafol.dewww.culdesac.eswww.werkform.dewww.metrofarm.netwww.neueheimatofdesign.dewww.alape.comwww.satyendra-pakhale.comwww.fusestudios.comwww.ikts.fraunhofer.dewww.ecertechnologies.comwww.rieder.cc