EL-MO I Elemente, Schulbuch

2. Semester: Stoffumwandlungen und Energetik Keramik – Glas 61 61 Keramische Werkstoffe Rohstoff für keramische Werkstoffe ist der Ton . Er ist ein wasserhältiges Alumo- silicat, das bei der Verwitterung der Silicatgesteine entsteht. Ton nimmt Wasser auf und wird dadurch weich und formbar. Danach wird er getrocknet und ge- brannt (dh. stark erhitzt). Dabei verliert der Ton das Wasser und sintert, dh., er backt im festen Zustand zusammen, ohne dabei vollständig zu schmelzen. Je nach Brenntemperatur kann man Keramik mit dichtem Scherben (wasser- und gasdicht gesintert) und solche mit porösem Scherben erzeugen. Als Scherben wird jedes keramische Werkstück bezeichnet. Porzellan ist eine Tonware mit dichtem Scherben. Es wird aus sehr reinem Ton (Porzellanerde, Kaolin), Quarzmehl und Feldspatpulver erzeugt. Da die Ausgangs- stoffe sehr rein sind, ist der Scherben weiß. Die Brenntemperatur beträgt bis 1500 °C. Meist wird Porzellan glasiert. Die Glasur ist eine Glasmasse, die auf die Porzellanoberfläche aufgetragen und in einem zweiten Brennvorgang geschmol- zen wird. Porzellan ist hart, sehr temperaturbeständig und chemikalienresistent und findet daher im Labor Verwendung. Es ist ein ausgezeichneter elektrischer Isolator. Am bekanntesten ist aber die Verwendung als Tafelgeschirr. Steingut wird ebenfalls aus ziemlich reinen Ausgangsstoffen hergestellt, sodass es einen weißen oder hellgrauen Scherben hat. Es wird bei ca. 900 °C gebrannt und behält daher eine poröse Struktur. Erst durch die Glasur wird die Oberfläche dicht. Man verwendet es zur Herstellung von Sanitärgeräten und von billigem Tafelgeschirr. Steinzeug wird aus billigeren Ausgangsmaterialien erzeugt und hat daher einen dunklen Scherben. Es wird bis zur Sinterung gebrannt (1500 °C). Man verwendet es für Fliesen und Kanalrohre. Die Töpferwaren werden ebenfalls aus billigeren Ausgangsmaterialien herge- stellt. Sie haben daher einen meist rötlichen Scherben (Verunreinigung durch Eisenoxide). Die Brenntemperatur beträgt ca. 900 °C, sodass der Scherben porös bleibt. Glas Glas ist ein amorpher Stoff, das heißt, dass es kein regelmäßiges Kristallgitter aufweist (Abb. 61–3). Dadurch fehlt auch der für kristalline Stoffe charakteristi- sche Schmelzpunkt. Glas wird beim Erhitzen weich und mit zunehmender Tem- peratur immer dünnflüssiger. Daher lässt es sich – je nach Temperatur – sehr gut durch Blasen, Walzen, Pressen oder Vergießen bearbeiten. Die Grundsubstanz für die Glasherstellung ist Quarz . Schon aus reinem Quarz lässt sich Glas erzeugen. Dazu wird dieser geschmolzen und die Schmelze lässt man wieder erstarren. Beim Schmelzen brechen die Silicium-Sauerstoffbindun- gen zT auf. Die SiO 4 -Tetraeder verknüpfen sich beim Erstarren großteils wieder. Dies führt aber nicht mehr zu einer regelmäßigen, kristallinen Anordnung. Dieses Quarzglas hat hervorragende Eigenschaften. Es ist UV-durchlässig, sehr hoch erhitzbar, temperaturwechselbeständig und chemisch äußerst resistent. Massenglas ist ein amorph erstarrtes, künstlich hergestelltes Silicatgemisch aus Natrium- und Calciumsilicaten. Man stellt es durch Zusammenschmelzen von Quarz, Soda und Kalk her. 6 SiO 2 + Na 2 CO 3 + CaCO 3 → Na 2 O • CaO • 6SiO 2 + 2 CO 2 Die „Formel“ von Glas gibt nur die ungefähre Zusammensetzung des Glases an. Die Malzeichen sollen andeuten, dass in Wirklichkeit nicht ein Oxidgemisch vor- liegt, sondern ein Gemisch aus Silicaten von unterschiedlichem Vernetzungsgrad. Die Ausgangsmengen der Substanzen sind variabel. Je mehr Quarz eingesetzt wird, desto stärker vernetzte Silicate entstehen und desto schwerer schmelzbar ist das Glas. Normales Gebrauchsglas erweicht bei 400–800 °C. Durch Zusatz von Schwermetallsalzen lässt sich Glas färben. So bewirken Eisen(II)-Ionen eine Grünfärbung, Eisen(III)-Ionen eine Braunfärbung. Eisen kommt meist als Verunreinigung in den Glasrohstoffen vor, daher sind billige Flaschen häufig braun oder grün. Abb. 061–1: Tonhältige Mineralien Abb. 061–3: Strukturen von Quarz und Glas Abb. 061–2: Keramische Produkte und ihre Eigenschaften Keramik Scherben Töpferware porös undurchsichtig Steingut porös undurchsichtig Steinzeug dicht undurchsichtig Porzellan dicht durchscheinend Kristalliner Quarz Glasiger Quarz Glas Kationen Feldspat Quarz Glimmer Kalk TON Mergel Kaolin Lehm Sand Neu gebildete Mineralien Ton- mineralien Montmorillonit Illit, Kaolinit Limonit Phosphorit Carbonate Granit Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv