Welche Nachteile und Vorteile haben keramische Werkstoffe?

Table Of Content

• Einführung
• 1. DEFINITION
• 2. PROPERTIES
• 3. VORTEILE UND NACHTEILE

Einführung

Vielleicht haben Sie den Begriff „Keramik“ schon einmal gehört, beispielsweise in der Schule, als der Geschichtslehrer die Keramikformen der präinkaischen Kulturen erklärte, oder als Sie an Blumenvasen dachten und nur wussten, dass es sich um zerbrechliche Gegenstände handelte. Der Begriff „Keramik“ ist jedoch viel komplexer und umfasst auch andere Materialien wie Fliesen, Glas, feuerfeste Materialien usw. In diesem Text werden die chemischen Hintergründe bestimmter Aspekte keramischer Materialien erläutert, die in verschiedenen Bereichen verwendet und genutzt werden, darunter auch nützliche Gegenstände des täglichen Lebens.

1. DEFINITION

Keramische Werkstoffe sind anorganische Feststoffe aus metallischen und nichtmetallischen Elementen, die hauptsächlich durch ionische und/oder kovalente Bindungen miteinander verbunden sind. Einige dieser Elemente wurden hohen Temperaturen ausgesetzt, um eine harte, nicht brennbare und nicht oxidierbare Struktur zu erreichen. Keramische Werkstoffe können kristallin, nichtkristallin oder glaskeramisch (eine Kombination der beiden oben genannten) sein.

2. PROPERTIES

Mechanische Eigenschaften: Bei Raumtemperatur sind sie aufgrund der Bindungsart (ionisch/kovalent) zwischen den Atomen, aus denen sie bestehen, hart und spröde. Darüber hinaus sind sie bei hohen Temperaturen verformbar, da sich Korngrenzen verschieben können.

Magnetische Eigenschaften: Keramische Werkstoffe weisen diese Eigenschaften im Allgemeinen nicht auf, mit Ausnahme von Ferriten und Granaten (auch ferromagnetische Keramiken genannt).

Elektrische Eigenschaften: Die überwiegende Mehrheit der keramischen Werkstoffe sind elektrische Isolatoren, da sie eine hohe Durchschlagfestigkeit und eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweisen. Andere Keramiken weisen weitere dielektrische Eigenschaften auf, beispielsweise die leichte Polarisierbarkeit.

Thermische Eigenschaften: Fast alle keramischen Werkstoffe weisen aufgrund ihrer starken (ionischen/kovalenten) Bindungen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Der Energieunterschied zwischen dem Kovalenzband und dem Leitungsband dieser Materialien ist zu groß, um Elektronen in Richtung des Leitungsbandes anzuregen. Daher sind sie gute Wärmeisolatoren.

3. VORTEILE UND NACHTEILE

Wie bereits erwähnt, zeichnen sich keramische Werkstoffe durch starke ionische und/oder kovalente Bindungen zwischen ihren Atomen aus. Dies ermöglicht ihnen eine hohe Härte und gute thermische und elektrische Isolatoren. Da ihre starken Bindungen die freie Elektronenbewegung erschweren, ist ihre elektrische und thermische Leitfähigkeit begrenzt. Dies wiederum führt zu hohen Schmelzpunkten keramischer Werkstoffe, da zum Aufbrechen ihrer Bindungen hohe Wärmezufuhr erforderlich ist.

Darüber hinaus weisen keramische Werkstoffe eine gute chemische Stabilität auf, wodurch sie beständig gegen aggressive Einflüsse, wie sie beispielsweise im Oxidationsprozess auftreten, sind. Da die meisten Keramiken aus metallischen und nichtmetallischen Elementen bestehen, gelten sie zudem als vorkorrodierte Werkstoffe und sind daher korrosionsbeständig.

Dieser Werkstofftyp hat jedoch auch Nachteile wie Sprödigkeit, d. h. die Tendenz zum leichten Brechen, da die Atome nicht bewegt werden können, ohne ihre Bindungen zu brechen. Folglich lassen sie sich nicht leicht plastisch verformen (weniger duktil), was ihre Zugfestigkeit einschränkt (geringe Zähigkeit).

Zusammenfassend kann folgende Tabelle mit den wesentlichen Vor- und Nachteilen dargestellt werden: