Technisches Porzellan

Porzellan verbinden wir gewöhnlich mit schönem Kaffee-Geschirr (Abb. 1a), am liebsten aus dem sogenannten chinesischen Porzellan. Dass das Porzellan auch eine wichtige technische Anwendung hat, ist nicht so bekannt. Jedoch, wenn Sie bei einem Spaziergang Hochspannungsleitungen sehen und sie sich genauer anschauen, dann erkennen Sie Isolatoren (Abb. 1b), die mit höchster Wahrscheinlichkeit aus technischem Porzellan hergestellt wurden.                                                                                                                                      Abb. 1 a) Geschirr aus China-Porzellan, b) Isolatoren aus technischem Porzellan
Technisches Porzellan gehört zur Gruppe der Silikatkeramiken, der ältesten Keramikgruppe. Die Silikatkeramik enthält im allgemeinen SiO2 mit Anteilen größer als 20 Gew.%. Wesentliche Bestandteile der mehrphasigen Werkstoffe sind Ton, Kaolin, Feldspat und/oder Speckstein. Sie werden in der Regel aus aufbereiteten Naturstoffen wie Quarzsand, Ton, Kaolin, Talk, u. a. hergestellt. Dementsprechend sind die chemische Zusammensetzung, die Reinheit und die Teilchengröße bei den Keramiken nicht konstant. Silikatkeramiken besitzen heterogenes, komplexes Gefüge mit einem hohen Anteil amorpher Glasphase (meist aus Siliziumoxid). Zu den in der Technik genutzten Silikatkeramiken werden neben dem technischen Porzellan auch Steatit, Cordierit und Mullit gezählt. Aufgrund der guten Verfügbarkeit von Rohstoffen, der niedrigen Sintertemperatur und der guten technischen Beherrschbarkeit der Herstellung ist die Silikatkeramik ein günstiger Vertreter der technischen Keramik.
Technische Porzellane sind alkali-aluminiumsilikatische dichtgesinterte keramische Werkstoffe, die rohstoffseitig in das Dreistoffsystem Ton/Kaolin-Feldspat-Quarz und chemisch in das System Kaliumoxid K2O-Aluminiumoxid (Tonerde) Al2O3-Slilizuimoxid SiO2 gehören. Die Werkstoffe zeichnen sich durch die folgenden herausragenden Eigenschaften:
     - gute mechanische Festigkeit,
     - gute chemische Beständigkeit,
     - sehr gutes elektrisches Isoliervermögen.
Aufgrund ihres hervorragenden Isolationsvermögens finden technische Porzellane vielfältige Verwendungen in der Elektrotechnik, besonders bei der Herstellung von Isolatoren. Ein typisches Anwendungsbeispiel sind Langstabisolatoren für Hochspannungs-Freileitungen. In Abb. 1b sind solche Isolatoren aus einem Tonerdeporzellan zu sehen, die mit brauner Glasur überzogen sind. Die Glasur schützt vor Verschmutzung und Feuchtigkeit unter rauen klimatischen Bedingungen. Das Abfließen von Regenwasser wird durch eine Delta-Form der Isolatoren unterstützt. Technisches Porzellan wurde bereits Mitte des 19. Jahrhunderts zur Isolation von Telegrafenleitungen eingesetzt.
Tonerdeporzellane unterscheiden sich von den traditionellen Quarzporzellanen durch deutlich bessere Festigkeit und Zuverlässigkeit bei extremen thermischen Dauerbelastungen oder bei plötzlicher Temperaturveränderung (z. B. im Kurzschlussfall). Quarz- und Tonerdeporzellan definieren sich über austauschbare Rohstoffe, also über preiswerteren Quarz und vergleichsweise teure Tonerde. Innovativ ist auch der Austausch von Tonerde durch Bauxit, das wesentlich preiswerterer ist und vergleichbare technische Eigenschaften bietet.
Neben der erwähnten Sorten vom technischen Porzellan wird noch Lithiumporzellan hergestellt. Lithium wird anstelle anderer Alkalimetalle (wie z. B. Kalium) verwendet. Diese Porzellane zeichnen sich durch eine geringere Dichte und insbesondere durch eine geringe Wärmedehnung.
Weitere Einsatzgebiete für technisches Porzellan finden sich in der Wärmetechnik, Mess- und Regeltechnik sowie bei Sicherungspatronen und Katalysatoren.
Übrigens: Das berühmte China-Porzellan (Abb. 1a) besteht prinzipiell aus denselben Rohstoffen, wie das technische Porzellan. Sie werden nur sorgfältig an bestimmten Orten ausgewählt. Beispielsweise muss Kaolin sehr sein und im Vergleich mit Ton wenig Eisen enthalten, Feldspat soll aus einem Granit kommen und Quarz soll sehr rein sein. Dazu kommen besondere Sinter (Brenn)-Techniken, die oft eine sehr alte Tradition haben. Wenn alles abgestimmt wird, bekommen wir Porzellan mit der höchsten Qualität. Und noch eine Bemerkung: Der Unterschied zwischen Kaolin und Ton besteht darin, dass sich Kaolinvorkommen noch am Ort ihrer Entstehung (Primärlagerstätte) befinden. Von Tonen spricht man dagegen, wenn die Kaoline aus ihrer durch Wasser forttransportiert und durch Sedimentation an einer anderen Stelle (Sekundärlagerstätte) wieder abgesetzt wurden.<<