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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