Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe

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.- 2.3.1. Polykristallinität.- 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.