Keramikstrukturen

Keramikstrukturen bezeichnet die mikroskopische und makroskopische Anordnung keramischer Werkstoffe. Dazu gehören die Verteilung der Kristallkörner, deren Größe und Orientierung, die Porenstruktur sowie das Vorhandensein zweiter Phasen oder Defekte. Keramiken können polycrystallin sein, glasartige Keramiken oder keramische Verbundwerkstoffe.

Wichtige Merkmale der Mikrostruktur sind Korngröße und -orientierung, Korngrenzen, Porengehalt, Phasenanteile sowie Risse und Verunreinigungen. Die Mikrostruktur bestimmt maßgeblich mechanische Eigenschaften wie Festigkeit, Härte und Zähigkeit, sowie thermische Eigenschaften wie Wärmeausdehnung und Thermoshock-Beständigkeit und beeinflusst auch elektrische bzw. optische Eigenschaften. Porosität reduziert Dichte und Festigkeit, kann aber gezielt zur Wärmedämmung eingesetzt werden. Feine Körner oder gezielte Phasenverteilung können die Zähigkeit oder die Bruchmechanik von Keramiken verbessern.

Die Mikrostruktur wird stark durch Herstellungs- und Verarbeitungsschritte beeinflusst. Verfahren wie Pulvervorbehandlung, Sinterung und Dichtung, sowie Formgebung durch Pressen, Tape-Casting oder Gel- bzw. Nassprozesse steuern Kornwachstum, Porengehalt und Phasenbildung. Phasenumwandlungen während der Hitze-Behandlung können neue Strukturen und Eigenschaften schaffen, etwa durch Transformations-Toughening in Zirkonoxid.

Zur Untersuchung dienen Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie (REM/SEM), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) sowie Phasenanalyse durch Röntgendiffraktion (XRD) und Porositätsmessungen (BET, Archimedes-Prinzip).

Anwendungsgebiete reichen von Hochleistungskeramiken (Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Zirkoniumoxid) über Glaskeramiken und Refraktärstoffe bis hin zu bioaktiven Keramiken (z. B. Hydroxyapatit) und elektrischen Dielektrika. Keramikstrukturen sind zentral für die Leistung und Einsatzmöglichkeiten keramischer Werkstoffe.