Technologie der Keramik
- Die Arten der Keramik
- Die Enstehung der Kaoline und Tone
- Die Eigenschaften der Kaoline und Tone
- Plastische und unplastische Zuschlagstoffe
Keramik ist der Sammelbegriff für Erzeugnisse aus gebranntem Ton oder Kaolin. Der Begriff Keramik umfasst Werkstoffe, die aus anorganischem, nichtmetallischem Pulver geformt und durch Hitze verfestigt werden.
Eine Gliederung der "Keramik-Arten" kann nach den Scherbeneigenschaften 'dicht / porös' bzw. 'farbig- / weißbrennend' erfolgen:
Der "Scherben" ist das gebrannte Werkstück. Die Brennfarbe der Werkstoffe erkennt man an der meist unglasierten Standfläche.
Die Arten der Keramik
farbig / weiß
porös / dicht
grob / fein
Wasseraufnahme
Über den Korndurchmesser (Li) in der Masse ergeben sich Erzeugnisse der "Grobkeramik" und "Feinkeramik".
WAF bedeutet Wasseraufnahmefähigkeit.
ab WAF < 6 % ist die Keramik "wasserdicht".
Die Entstehung der Keramik
Jahrmillionen braucht die Erde, aus Stein wird formbarer Ton.
Nur Minuten für das Formen, in enormer Hitze gebrannt, besteht das getöpferte Gefäß wieder einer scheinbaren Ewigkeit.
Der Rohstoff Ton ist ein Produkt des Erstarrungsgesteins (Tiefengesteins) der Erde. Die "bildsamen Erden" (Kaoline und Tone) entstanden durch Verwitterung. Die Tiefengesteine (z.B. der Granit und die daraus entstandenen Gneise) sind durch Erdfaltung aufgeworfen worden und verwitterten:
Zerfall (mechanische Verwitterung): Frost, Hitze, Eis, Pflanzenwurzeln zersprengen; Gletscher, Bäche zermahlen; Steinlawinen zerschlagen ...
Zersetzen, Lösen (chem. Verwitterung): durch aufsteigende Magma, Wasser, Kohlendioxid, Säuren ...
Verwitterungsprodukte des Erstarrungsgesteins sind der Kaolin auf der primären Lagerstätte. Der Kaolin, Rohstoff für das Porzellan, enthält viel Feldspat, besteht hohe Brenntemperaturen - sintert dicht. Er enthält keine Verunreinigungen - brennt weiß.
Der Kaolin wird durch Wasser (Bäche, Flüsse) abtransportiert, und sedimentieren zu horizontale sekundäre Lagerstätten. Die Tone verlieren zunehmend Feldspat, bestehen nur noch niedrigere Brenntemperaturen - bleiben porös. Beim Abtransport lösen sie Verunreinigungen (Metalloxide), nehmen sie auf - brennen farbig.
Die Tonlagerstätten können durch Erdbewegung in der Tiefe unter Druck und Hitze zu Schiefer umgewandelt werden.
Trocknet Ton an der Erdoberfläche aus, wird er vom Wind abtransportiert und lagert sich ungeschichtet ab, bilden sich Lösse. Verwittert Löß, entstehen Lößlehme.
Lehme (Tonminerale mit hohem Quarzanteil und Mergelton (Tonminerale mit Kalk, häufig auch Gips oder Dolomit) sind jüngere Verwitterungsprodukte unterschiedlicher Tonlagerstätten. Einige Lehme enthalten so wenig Feldspat - ohne zusätzlichen Zuschlag von Ton zerfallen sie im Feuer.
Tongrube Nußloch südlich von Heidelberg.
Nußlocher Ton wird auf Grund seiner Zusammensetzung im Wesentlichen in der Bauindustrie eingesetzt. Unter Beimengung anderer mineralischer Stoffe wird der Nußlocher Ton für die Herstellung von Mauerziegel verwendet.
Beim Nußlocher Ton handelt es sich um einen tertiären Ton in Feinschichtung von hellgrauen und mittelgrauen mm-dicken, mäßig verfestigten Lagen. Der Ton ist rund 20 Mio. Jahre alt.
Die Eigenschaften der Kaoline und Tone
Warum ist der Ton im feuchten Zustand formbar, trocken hart aber brüchig,
gebrannt wasserfest und gebrauchsfähig ?
Warum wird das Tongefäß beim Trocknen und Brennen kleiner ?
Warum benötigt man für größere Gefäße Schamotte (gebrannter gemahlener Ton) als unplastischer Zuschlagsstoff ?
Elektronen-
mikroskopische Aufnahmen
der Kaoline und Tone lassen deutlich einzelne Blättchen erkennen,
die sich in Schichten anlagern.
Die Molekühle bestehen aus SiO4-Tetraedern und Al2O3-Oktaedern, die über Sauerstoffatome und den OH-Gruppen untereinander chemisch gebunden sind.
1200°C.
1300°C
1400°C
Trockener Ton "saugt" Wasser an und quillt. Trocknet das geformte Gefäß, nimmt es an Volumen und Größe ab, es schwindet.
Plastische und unplastische Zuschlastgstoffe
Die Kaolinteilchen und die Tonteilchen sind wie Spielkarten übereinander angeordnet und haben das Bestreben, an ihrer Oberseite Wasser anzulagern (adsorbieren). Die Tonteilchen halten die Wasserhüllen fest. Das Wasser wird durch die nicht gesättigten Valenzen der Silikate gebunden.
Einige Tonminerale (z.B. Halloysit oder Montmorillonit) lagern ebenfalls zwischen den Schichten Wasser an (Zwischenschichtswasser).
Zwischen den unplastischen Zuschlagsstoffen (z.B. Schamotte und Sand) lagert sich in der Masse das Porenwasser an.
Je höher der Ton gebrannt wird, um so dunkler wird seine Farbe und um so größer ist sein Brennschwund.
Ton hält nur eine bestimmte maximale Temperatur stand. Nach dieser Brenn-temperatur richtet sich die
Brennhöhe der Glasur.
Für größere Arbeiten benötigt man Ton mit mehr unplastische Zuschlagstoffen (Schamotte).
Es ist dann eine "magere" oder "kurze" Aufbaumasse.
Ein fein oder unschammotierter Ton bezeichnet man als "fett".
Beim Schlickergießen (Gießkeramik) wird Tonmehl mit Wasser + Verflüssigungs-mittel versetzt bis es sich in Gipsformen gießen läßt.
