Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe

Inhaltsverzeichnis

• 1. Einführung.
• 1.1. Begriff Werkstoff.
• 1.2. Abgrenzung und Einteilung der Werkstoffe.
• 1.3. Bedeutung der anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffe.
• 2. Grundcharakteristika anorganisch-nichtmetallischer Werkstoffe.
• 2.1. Atomistische Grundlagen anorganisch-nichtmetallischer Stoffe.
• 2.2. Der kristalline und der glasige Zustand.
• 2.2.1. Ionenkristalle.
• 2.2.2. Verknüpfungsprinzipien von [SiO4]-Tetraedern.
• 2.2.3. Strukturen natürlicher Gitter.
• 2.2.4. Realkristalle und Gitterstörungen.
• 2.2.5. Glaszustand.
• 2.3. Das polykristalline und das mehrphasige System.
• 2.3.1. Polykristallinität.
• 2.3.2. Mehrphasige Systeme.
• 2.4. Der porige Körper.
• 2.5. Der spröde Körper.
• 2.5.1. Allgemeine Charakteristika der Sprödigkeit.
• 2.5.2. Sprödbruch.
• 2.5.3. Teilplastizität und Duktilität bei anorganisch-nichtmetallischen Materialien.
• 2.6. Mechanische Eigenschaften anorganisch-nichtmetallischer Werkstoffe.
• 2.6.1. Elastisches Verhalten.
• 2.6.2. Mechanische Festigkeit.
• 2.6.2.1. Allgemeine Grundlagen.
• 2.6.2.2. Einflüsse auf die Festigkeit.
• 2.6.3. Thermomechanisches Verhalten.
• 2.6.3.1. Plastisches und viskoses Fließen und Kriechen.
• 2.6.3.2. Heißfestigkeit.
• 2.7. Thermisches Verhalten.
• 2.7.1. Spezifische Wärmekapazität.
• 2.7.2. Wärmeausdehnung.
• 2.7.3. Wärmetransport in anorganisch-nichtmetallischen Materialien.
• 2.7.3.1. Wärmeleitung.
• 2.7.3.2. Wärmetransport durch Strahlung.
• 2.8. Materietransport in anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffen.
• 2.8.1. Thermisch aktivierte Diffusion.
• 2.8.2. Infiltration und Tränkung.
• 2.8.3. Gasdurchlässigkeit.
• 2.9. Elektrische Eigenschaften.
• 2.9.2. Stromtransport in anorganisch nichtmetallischen Materialien.
• 2.10. Entstehung und Auswirkung von Spannungen in spröden Werkstoffen.
• 2.10.1. Thermische Spannungen in homogenen Körpern.
• 2.10.2. Spannungen in heterogenen Materialien.
• 2.10.2.1. Gefügespannungen in heterogenen Körpern.
• 2.10.2.2. Spannungen in Schichtkombinationen und Flächen-Kompositwerkstoffen.
• 2.10.3. Temperaturwechselverhalten.
• 3. Natürliche mineralische Werkstoffe.
• 3.1. Begriff und Einteilung.
• 3.2. Allgemeine Charakteristika der hauptsächlichen natürlichen mineralischen Werkstoffe.
• 3.2.1. Chemische Charakteristika.
• 3.2.2. Petrographische und gesteinsbildende Gefügemerkmale.
• 3.2.3. Physikalisch-mechanische Charakteristik.
• 3.2.4. Thermische Eigenschaften.
• 3.2.5. Hygrometrische Eigenschaften und Verwitterungsverhalten.
• 3.3. Technische Werkstoffe.
• 3.3.1. Kohlenstoffwerkstoffe.
• 3.3.2. SiO2-erkstoffe.
• 3.3.3. Monomineralische silicatische Werkstoffe.
• 3.3.4. Polymineralische natürliche silicatische Werkstoffe.
• 3.3.4.1. Untexturierte (vorwiegend magmatische) Gesteine.
• 3.3.4.2. Geschichtete und schieferige (vorwiegend sedimentäre oder metamorphe) Gesteine.
• 3.3.5. Carbonatwerkstoffe.
• 3.3.5.1. Calcit.
• 3.3.5.2. Kalkstein.
• 3.3.5.3. Marmor.
• 3.4. Anwendungsaspekte natürlicher mineralischer Werkstoffe.
• 4. Glaswerkstoffe.
• 4.1. Begriff und Einteilung der Gläser.
• 4.2. Physikalisch-chemische Grundlagen der technischen Glasbildung.
• 4.2.1. Glasbildung und Glasigkeit erstarrter Silicatschmelzen.
• 4.2.2. Entglasung (Kristallisation).
• 4.2.3. Entmischung.
• 4.3. Allgemeine Eigenschaften der Gläser.
• 4.3.1. Zur Eigenschaftsberechnung aus der Zusammensetzung.
• 4.3.2. Physikalisch-mechanische Eigenschaften.
• 4.3.2.1. Dichte.
• 4.3.2.2. Elastisches Verhalten.
• 4.3.2.3. Festigkeit.
• 4.3.2.4. Härte.
• 4.3.3. Thermische Eigenschaften.
• 4.3.3.1. Spezifische Wärmekapazität.
• 4.3.3.2. Wärmeleitfähigkeit.
• 4.3.3.3. Wärmedehnung.
• 4.3.4. Thermomechanische Eigenschaften.
• 4.3.4.1. Viskosität.
• 4.3.4.2. Oberflächenspannung.
• 4.3.4.3. Temperaturwechselbeständigkeit.
• 4.3.5. Optische Eigenschaften.
• 4.3.5.1. Lichtbrechung und Dispersion.
• 4.3.5.2. Spannungsdoppelbrechung.
• 4.3.5.3. Lichtdurchlässigkeit (Transmission) und spektrale Absorption.
• 4.3.5.4. Remission.
• 4.3.6. Chemische Beständigkeit.
• 4.3.6.1. Verhalten gegen Säuren.
• 4.3.6.2. Verhalten gegen Laugen.
• 4.3.6.3. Verhalten gegen Wasser.
• 4.3.6.4. Verhalten gegen Atmosphärilien.
• 4.3.7. Elektrische Eigenschaften.
• 4.3.7.1. Elektrische Leitfähigkeit.
• 4.3.7.2. Dielektrizitätskonstante.
• 4.3.7.3. Dielektrischer Verlust.
• 4.3.7.4. Elektrische Durchschlagfestigkeit.
• 4.4. Glasfehler.
• 4.4.1. Gasförmige Inhomogenitäten.
• 4.4.2. Glasige Inhomogenitäten.
• 4.4.3. Kristalline Inhomogenitäten.
• 4.5. Charakteristika wichtiger Glastypen.
• 4.5.1. Kieselglas.
• 4.5.2. Alkali-Erdalkali-Silicatglas.
• 4.5.3. Borosilicatglas.
• 4.5.4. Bleisilicatglas.
• 4.5.5. Nichtsilicatische Gläser.
• 4.6. Glaswerkstoffe für ausgewählte Anwendungszwecke.
• 4.6.1. Wirtschaftsglas.
• 4.6.2. Technische Gerätegläser.
• 4.6.2.1. Thüringer Apparateglas.
• 4.6.2.2. Borosilicat-Gerätegläser.
• 4.6.2.3. Kieselglas.
• 4.6.2.4. Kieselgut als Feuerfestmaterial.
• 4.6.3. Bauglas.
• 4.6.4. Gläser für optische, licht- und strahlentechnische Zwecke.
• 4.6.4.1. Brechzahl-orientiertes optisches Glas.
• 4.6.4.2. Spektralbereich — orientiertes optisches Glas.
• 4.6.4.3. Wärmestrahlen-spezifisches Bauglas.
• 4.6.4.4. Phototropes (photochromes) Glas.
• 4.6.4.5. Lasergläser.
• 4.6.5. Elektrotechnisches Glas.
• 4.6.5.1. Passive elektrotechnische Gläser.
• 4.6.5.2. Halbleitende Gläser.
• 4.6.6. Schaumglas.
• 5. Glaskeramische und petrurgischsitallischeWerkstoffe.
• 5.1. Glaskeramische Werkstoffe.
• 5.1.1. Wesen der Glaskeramik.
• 5.1.2. Eigenschaften glaskeramischer Werkstoffe.
• 5.1.2.1. Thermische Ausdehnung.
• 5.1.2.2. Festigkeit.
• 5.1.2.3. Thermische Belastbarkeit.
• 5.1.2.4. Chemische Beständigkeit.
• 5.1.2.5. Elektrische Eigenschaften.
• 5.1.3. Typen von Glaskeramiken.
• 5.1.3.1. Glaskeramiken auf Basis Li2O-Al2O3-SiO2.
• 5.1.3.2. Glaskeramiken auf Basis MgO-Al2O3-SiO2.
• 5.1.3.3. Glaskeramiken auf Basis MgO-Al2O3-SiO2-K2O-F.
• 5.1.3.4. Sonstige Entwicklungen.
• 5.2. Petrurgische Sitalle.
• 5.2.1. Allgemeine Eigenschaften.
• 5.2.2. Schlackensitalle.
• 5.2.3. Schmelzbasalt.
• 6. Oxid- und silicatkeramischeWerkstoffe.
• 6.1. Grundlagen keramischer Werkstoffe.
• 6.1.1. Begriff und Einordnung oxidisch silicatischer keramischer Werkstoffe.
• 6.1.2. Prinzip der Keramik und Abriß der Technologie.
• 6.2. Allgemeine Charakteristika oxid-und silicatkeramischer Werkstoffe.
• 6.2.1. Gefüge keramischer Werkstoffe.
• 6.2.2. Mechanische Festigkeitseigenschaften.
• 6.2.3. Thermisches Verhalten.
• 6.2.3.1. Thermische Belastbarkeit.
• 6.2.3.2. Wärmetransport.
• 6.2.3.3. Wärmeausdehnung.
• 6.2.3.4. Temperaturwechselbeständigkeit.
• 6.2.4. Elektrische Leitfähigkeit.
• 6.2.5. Chemische Beständigkeit.
• 6.2.6. Physikalisch-chemische Charakteristika von Glasuren.
• 6.3. Nicht feuerfeste grobkeramische Werkstoffe.
• 6.3.1. Poröse grobkeramische Werkstoffe.
• 6.3.2. Dichte grobkeramische Werkstoffe.
• 6.4. Feuerfeste Werkstoffe.
• 6.4.1. Begriff und Abgrenzung.
• 6.4.2. Spezifische Eigenschaften feuerfester Materialien.
• 6.4.2.1. Physikalisch-mechanische Kennwerte.
• 6.4.2.2. Thermomechanisches Verhalten.
• 6.4.2.3. Thermische Eigenschaften.
• 6.4.2.4. Elektrische Eigenschaften.
• 6.4.2.5. Verschleiß- und Korrosionsverhalten.
• 6.4.3. Technisch wichtige Typen keramischer Feuerfestwerkstoffe.
• 6.4.3.1. Silika.
• 6.4.3.2. Schamotte.
• 6.4.3.3. Hochtonerdehai tige feuerfeste Werkstoffe.
• 6.4.3.4. Basische feuerfeste Werkstoffe.
• 6.4.3.5. Schmelzgegossene oxidische Werkstoffe.
• 6.4.3.6. Feuerbetone.
• 6.4.3.7. Feuerfeste Leichtbaustoffe.
• 6.4.3.8. Kohlenstoffwerkstoffe.
• 6.4.3.9. Feuerfeste Werkstoffe auf Basis Siliciumcarbid.
• 6.5. Feinkeramische Silicatwerkstoffe.
• 6.5.1. Poröse feinkeramische Silicatwerkstoffe: Steingut.
• 6.5.1.1. Einteilung.
• 6.5.1.2. Eigenschaften und Verhalten.
• 6.5.2. Dichte feinkeramische Silicatwerkstoffe.
• 6.5.2.1. Kennzeichnende Eigenschaften dichter feinkeramischer Silicatwerkstoffe.
• 6.5.2.2. Einteilung.
• 6.5.2.3. Porzellan.
• 6.5.2.4. Keramovitrone.
• 6.5.2.5. Magnesiumsilicatische feinkeramische Werkstoffe.
• 6.5.2.6. Hochtonerdehaltige feinkeramische Werkstoffe.
• 6.6. Oxidkeramische Werkstoffe.
• 6.6.1. Oxidwerkstoffe auf Basis hochschmelzender Oxide.
• 6.6.1.1. Allgemeine Charakteristik der Hochtemperatur- Oxidkeramik.
• 6.6.1.2. Einteilung.
• 6.6.1.3. Werkstoffe und spezielles Verhalten.
• 6.6.2. Oxidkeramische Werkstoffe auf Basis TiO2 (Di- und Ferroelektrika).
• 6.6.2.1. Elektrische Grundlagen.
• 6.6.2.2. Stoffliche Grundlagen.
• 6.6.2.3. Einteilung.
• 6.6.2.4. Rutil-Keramik.
• 6.6.2.5. Titanat-Keramik.
• 6.6.3. Oxidische ferroelektrische Komplexkeramiken.
• 6.6.4. Oxidkeramische Werkstoffe auf Basis Fe2O3 und anderer Schwermetalloxide (Halbleiter- und Magnetkeramik).
• 6.6.4.1. Elektrische und magnetische Grundlagen.
• 6.6.4.2. Stoffliche Grundlagen.
• 6.6.4.3. Oxidkeramische Halbleiterwerkstoffe.
• 6.6.4.4. Keramische Magnetwerkstoffe.
• 7. Kristalline nichtoxidische Werkstoffe.
• 7.1. Begriffe und Einteilung.
• 7.2. Allgemeine Charakteristika der nichtoxidischen Werkstoffe.
• 7.3. Eigenschaften und Anwendung anorganisch-nichtmetallischer, nichtoxidischer Werkstoffe.
• 7.3.1. Elementare Stoffe.
• 7.3.1.1. Bor.
• 7.3.1.2. Kohlenstoffwerkstoffe.
• 7.3.2. Metallähnliche Hartstoffe.
• 7.3.3. Nichtmetallische Hartstoffe.
• 7.3.3.1. Siliciumcarbidwerkstoffe.
• 7.3.3.2. Borcarbid.
• 7.3.3.3. Bornitrid.
• 7.3.3.4. Siliciumnitrid.
• 7.3.4. Halogenidische und chalkogenidische Werkstoffe.
• 8. Kalt- und warmverfestigte betonartige Werkstoffe.
• 8.1. Begriffe und Abgrenzung.
• 8.2. Allgemeine Charakteristika und Eigenschaften betonartiger Werkstoffe.
• 8.2.1. Gefüge.
• 8.2.2. Allgemeine mechanische Eigenschaften.
• 8.2.3. Bauphysikalische und chemische Eigenschaften.
• 8.3. Zementgebundene Betone.
• 8.3.1. Stoffliche Grundlagen.
• 8.3.2. Einteilung der zementgebundenen Betone.
• 8.3.3. Spezielle Eigenschaften zementgebundener Betone.
• 8.4. Hydrothermal verfestigte, kalkgebundene betonartige Werkstoffe.
• 8.4.1. Kalksandsteine.
• 8.4.2. Silicatbeton.
• 8.5. Werkstoffe auf Basis Gips.
• 8.5.1. Füllstofffreie Gipswerkstoffe.
• 8.5.2. Gipsbeton.
• 8.6. Plastgebundene Betone.
• 8.6.1. Stoffliche Grundlagen.
• 8.6.2. Eigenschaften der Plastbetone.
• 9. Anorganisch-nichtmetallische faserförmige Werkstoffe.
• 9.1. Begriffe und Einteilung.
• 9.2. Besonderheiten faserförmiger Stoffe.
• 9.3. Faserwerkstofftypen und Eigenschaften.
• 9.3.1. Natürliche mineralische Fasern: Asbest.
• 9.3.2. Elementfasern.
• 9.3.2.1. Kohlenstoff- und Graphitfaserstoffe.
• 9.3.2.2. Borfasern.
• 9.3.3. Hartstoff-Faserwerkstoffe.
• 9.3.3.1. Carbidfaserstoffe.
• 9.3.3.2. Nitridfaserstoffe.
• 9.3.4. Oxidische Faserwerkstoffe.
• 9.3.5. Glasige Faserwerkstoffe.
• 9.3.5.1. Allgemeine Eigenschaften glasiger Fasern.
• 9.3.5.2. Glasfaserwerkstoffe.
• 9.3.5.3. Mineralfasern.
• 9.3.6. Aluminiumsilicatische Fasern.
• 10. Kompositwerkstoffe mit wesentlichen Anteilen an anorganisch-nichtmetallischen Komponenten.
• 10.1. Begriffe und Abgrenzung.
• 10.2. Metall-Email-Flächen-Kompo-sitwerkstoffe.
• 10.2.1. Begriffe und Abgrenzung.
• 10.2.2. Prinzip des Emaillierens.
• 10.2.3. Komponenten des Kompositwerkstoffs.
• 10.2.3.1. Metalle.
• 10.2.3.2. Emails.
• 10.2.4. Eigenschaften des Systems Metall —Email.
• 10.2.4.1. Haftung.
• 10.2.4.2. Mechanische Eigenschaften.
• 10.2.4.3. Thermische Eigenschaften.
• 10.2.4.4. Chemische Beständigkeit.
• 10.2.4.5. Optische Eigenschaften.
• 10.2.4.6. Elektrische Eigenschaften.
• 10.2.5. Emailfehler.
• 10.3. Kompakt-Kompositwerkstoffe.
• 10.3.1. Besonderheiten von Kompakt-Kompositwerkstoffen.
• 10.3.2. Cermets und andere Teilchen-Kompositwerkstoffe.
• 10.3.3. Faserverstärkte Werkstoffe.
• 10.3.3.1. Faserverstärkte Baumaterialien.
• 10.3.3.2. Faserverstärkte Glas- und Keramikwerkstoffe.
• 10.3.3.3. Faserverstärkte Metalle und Hochpolymere.
• 10.3.4. Bewehrte Werkstoffe.
• Literatur- und Quellenverzeichnis.
• Sachwörterverzeichnis.