Glaskeramik

Bis vor wenigen Jahren waren Glaskeramiken noch weitgehend unbekannt. Inzwischen werden diese Werkstoffe für viele Zwecke in Medizin, Haushalt und Forschung verwendet. Glaskeramiken sind nichtmetallische, anorganische Werkstoffe und in ihrer chemischen Zusammensetzung Glas oder Sinterkeramiken sehr ähnlich. Zur Herstellung der Glaskeramiken fördert man jedoch den - bei der Herstellung von Glas ungewünschten Effekt - des Kristallwachstums in der Glasschmelze. Dazu werden in einem ersten Schritt durch die Zugabe einer Substanz mit einem sehr hohen Schmelzpunkt (z.B. Titanoxid oder Zirkonoxid) kleinste Kristallite (sogenannte Keime) in der Glasschmelze erzeugt, die nur wenige Nanometer groß sind. In einem zweiten Schritt lässt man die Kristallite bei etwas höherer Temperatur wachsen, bis diese schließlich 30 bis 95 % der Werkstoffmasse ausmachen, während der Rest amorph bleibt. Glaskeramik besteht somit aus einer kristallinen und einer Rest-Glasphase.

Der Anteil sowie die Größe und auch die Form der Kristallite lässt sich über das Temperaturprofil einstellen. Durch die chemische Zusammensetzung und mit der kontrollierten Temperaturbehandlung kann auch die Kristallstruktur beeinflusst werden. Der Temperaturbereich zur Herstellung von Glaskeramiken liegt - je nach Zusammensetzung - zwischen 800°C und 1200°C. Bisher werden Glaskeramiken kommerziell aus Magnesium-Alumino-Silicaten, Calcium-Phosphor-Silicaten und Lithium-Aluminio-Silicaten hergestellt.
Glaskeramiken sind entweder

  • transparent
  • transluzent
  • oder opak (lichtundurchlässig)
und können in unterschiedlichen Farben hergestellt werden.
Interessante Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich für Glaskeramiken mit sehr geringen oder sogar negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Erstere werden beispielsweise als Kochfelder (Ceran), Außenhaut des Space Shuttles oder Teleskopspiegel eingesetzt. In der Medizintechnik wird das Material als Knochenersatz verwendet. Neue Entwicklungen faserverstärkter Glaskeramiken oder von Glaskeramiken mit gerichteter Struktur sowie neue Fügetechniken zwischen Keramiken und Metall sind vielversprechend.
Im Bauwesen werden Glaskeramiken als Fassadenbekleidung verwendet und beispielsweise unter den Produktnamen Neoparies und Structuran vertrieben.

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