Struktur und Eigenschaften traditioneller keramischer Stoffe (Porzellan & Steingut)
Definition Keramik
Die Keramik gliedert sich in drei große Themenbereiche, die Oxidkeramik, die Nicht-Oxid-Keramik und die Silikat-Keramik. Enthält der Versatz mehr als 20% Ton, so spricht man von Silikat-Keramik. Begriffserklärungen: Versatz: Als Versatz bezeichnet man die Zusammensetzung einer Masse (Rezept). Scherbe: Als Scherbe bezeichnet man jedes keramische Erzeugnis.
Zusammensetzung
Die Hauptbestandteile von Porzellan sind Kaolin, Quarz und Feldspat. Steingut setzt sich sehr ähnlich zusammen, jedoch ist der Quarzanteil wesentlich höher und hat als zusätzlichen Rohstoff Kalziumcarbonat.
Aufbau und Struktur
Steingut und Porzellan haben als Grundbaustein den SiO4-Tetraeder. Diese SiO4-Tetraeder sind über drei Ecken miteinander verknüpft und bilden in einer Ebene eine Tetraederschicht (T-Schicht). Diese Tetraederschicht bildet mit einer Oktaederschicht (O-Schicht) ein Zweischicht-mineral. Die Oktaederschicht ist zusammengesetzt aus Oktaedern, die diesmal nicht über Ecken, sondern über Kanten miteinander verknüpft sind. Diese Verknüpfung von einer T- und O-Schicht nennt man eine Elementarschicht. Diese Elementarschichten werden durch Wasserstoffbrüückenbindungen zusammen-gehalten. Die T- und die O-Schicht werden über die noch freien Sauerstoffatome verknüpft.
Struktur der Hauptkomponenten
Kaolin gehört zur Gruppe der Schichtsilikate und ist ein Zweischichtmineral. Feldspat dagegen wird zu den Gerüstsilikaten gezählt. Strukturell leitet sich der Feldspat vom SiO2 ab, jedoch sind die Si4+-Ionen durch Al3+-Ionen ersetzt. Der Quarz besteht aus SiO4-Tetraedern. Eine Besonderheit des Quarzes ist, dass Quarz eine SiO2-Modifikation ist, d.h. er wandelt sich bei Erhitzung in andere Kristallformen um. Diese Besonderheit tritt also beim Brennen in Erscheinung.
Eigenschaften
Die Eigenschaften von Porzellan und Steingut sind in der nachfolgenden Tabelle kurz aufgeführt.
Versuch; Untersuchung von Schrumpfungsprozessen bei der Herstellung von Tonkeramiken
Ziel meines Versuchs war es zu zeigen wie stark Porzellan und Steingut beim Brennvorgang schrumpfen. Ich habe zwei gleichgroße Quader, einmal aus Hartporzellan und einmal aus Weichporzellan hergestellt, getrocknet und gebrannt. Gewicht und Volumen der Quader habe ich vor und nach dem Trocknen sowie nach dem Brennen bestimmt.
Ergebnis meiner Beobachtungen
Die Scherben sind stark geschrumpft. Nach dem Brennprozess hat das Gewicht von Weichporzellan um 50%, das Gewicht von Hartporzellan um 30% abgenommen.
Dies kann dadurch erklärt werden, dass die Scherben vor allem durch die Wasserabspaltung an Gewicht und an Volumen verlieren. Diese Schrumpfung wäre jedoch noch viel auffälliger, wenn nicht die Volumenvergrößerung, die durch die Strukturveränderungen des Quarzes (SiO2- Modifikation) entsteht, diese zum Teil ausgleichen würde.
Die Versuche zur Herstellung von Porzellan wurden möglich durch unkomplizierte Unterstützung der Quarzsandwerke Weissenbrunn, Bauer & Co, die großzügige Mengen an Kaolin, Feldspat und Quarz zur Verfügung stellte.
Theresa Koch