Eine kurze Geschichte der Keramik und des Glases
Keramik ist eine der ältesten Industrien, die Tausende von Jahren zurückreicht. Als die Menschen entdeckten, dass Ton in Hülle und Fülle vorhanden war und durch Mischen mit Wasser und anschließendes Brennen zu Gegenständen geformt werden konnte, war eine Schlüsselindustrie geboren. Das älteste bekannte keramische Artefakt wird auf 28.000 v. Chr. (BCE = Before Common Era) datiert, also auf die späte Altsteinzeit. Es handelt sich um eine Frauenstatuette, die Venus von Dolní Věstonice, aus einer kleinen prähistorischen Siedlung in der Nähe von Brünn in der Tschechischen Republik. An diesem Ort wurden auch Hunderte von Tonfiguren, die eiszeitliche Tiere darstellen, in der Nähe der Überreste eines hufeisenförmigen Brennofens entdeckt.
Die ersten Töpferwaren erschienen einige tausend Jahre später in Ostasien. In der Xianrendong-Höhle in China wurden Fragmente von Töpfen gefunden, die auf 18.000-17.000 v. Chr. datiert wurden. Man geht davon aus, dass sich die Keramik von China aus nach Japan und in den Fernen Osten Russlands verbreitete, wo Archäologen Keramikscherben gefunden haben, die auf 14.000 v. Chr. datiert sind.
Die Verwendung von Keramik nahm während der Jungsteinzeit mit der Gründung von sesshaften Gemeinschaften, die sich der Landwirtschaft widmeten, dramatisch zu. Etwa ab 9.000 v. Chr. wurde Keramik auf Tonbasis als Wasser- und Lebensmittelbehälter, Kunstobjekte, Kacheln und Ziegelsteine beliebt, und ihre Verwendung verbreitete sich von Asien über den Nahen Osten bis nach Europa. Die frühen Produkte wurden einfach in der Sonne getrocknet oder bei niedriger Temperatur (unter 1.000 °C) in rudimentären, in den Boden gegrabenen Brennöfen gebrannt. Die Töpferwaren waren entweder einfarbig oder mit einfachen linearen oder geometrischen Motiven bemalt.
Es ist bekannt, dass die Menschen bereits um 7.000 v. Chr. scharfe Werkzeuge aus Obsidian, einem natürlich vorkommenden vulkanischen Glas, verwendeten. Der römische Historiker Plinius berichtet, dass das erste von Menschenhand hergestellte Glas 5.000 v. Chr. zufällig von phönizischen Händlern hergestellt wurde, als sie bei einer Rast am Strand Kochtöpfe auf natriumreiche Felsen in der Nähe eines Feuers stellten. Die Hitze des Feuers brachte die Steine zum Schmelzen und vermischte sie mit dem Sand, so dass geschmolzenes Glas entstand.
Archeologen konnten Plinius‘ Bericht nicht bestätigen. Stattdessen wurden in Mesopotamien und Ägypten einfache Glasgegenstände wie Perlen aus dem Jahr 3.500 v. Chr. entdeckt. Zu Beginn der Bronzezeit wurden in Mesopotamien bereits glasierte Töpferwaren hergestellt. Doch erst 1.500 v. Chr. begannen die Ägypter mit dem Bau von Fabriken zur Herstellung von Glaswaren für Salben und Öle.
Einer der ersten Durchbrüche bei der Herstellung von Keramik war die Erfindung des Rades um 3.500 v. Chr. Die Einführung des Rades ermöglichte die Anwendung der Radformtechnik zur Herstellung von Keramikgegenständen mit radialer Symmetrie.
In der Zwischenzeit entwickelte sich die Keramik durch die Verwendung von immer aufwändigeren Malereien, so dass diese Gegenstände schließlich zu echten Kunstwerken wurden. Bei der Verzierung wurden auch oxidierende und reduzierende Atmosphären beim Brennen verwendet, um besondere Effekte zu erzielen. Griechische attische Vasen aus dem 6. und 5. Jahrhundert v. Chr. gelten als Höhepunkt dieser Entwicklung.
Bis ins 16. Jahrhundert n. Chr. (CE = Common Era) blieb Steingut die wichtigste Klasse der in Europa und im Nahen Osten hergestellten Keramikprodukte. Die Chinesen waren die ersten, die Hochtemperaturöfen einführten, die bis zu 1350 °C erreichen konnten, und entwickelten um 600 n. Chr. Porzellan (ein Material mit weniger als 1 % Porosität) aus Kaolin. Im Mittelalter ermöglichte der Handel über die Seidenstraße die Einführung und Verbreitung von Porzellan in den islamischen Ländern und später in Europa, was zum großen Teil auf die Reisen von Marco Polo zurückzuführen ist.
Im 15. Jahrhundert wurden in Europa die ersten Hochöfen entwickelt, die bis zu 1.500 °C erreichen konnten. Sie dienten zum Schmelzen von Eisen und wurden zunächst aus natürlichen Materialien gebaut. Als im 16. Jahrhundert synthetische Materialien mit besserer Beständigkeit gegen hohe Temperaturen (sogenannte feuerfeste Materialien) entwickelt wurden, war die industrielle Revolution geboren. Diese feuerfesten Materialien schufen die Voraussetzungen für das Schmelzen von Metallen und Glas in industriellem Maßstab sowie für die Herstellung von Koks, Zement, Chemikalien und Keramik.
Seitdem hat die Keramikindustrie einen tiefgreifenden Wandel durchgemacht. Nicht nur sind traditionelle Keramik und Glas allgegenwärtig geworden, sondern im Laufe der Jahre wurden auch neue Produkte entwickelt, um die einzigartigen Eigenschaften dieser Materialien zu nutzen, wie ihre geringe Wärme- und elektrische Leitfähigkeit, ihre hohe chemische Beständigkeit und ihr hoher Schmelzpunkt. Um 1850 wurden die ersten elektrischen Isolatoren aus Porzellan eingeführt, womit die Ära der technischen Keramik begann.
Nach dem Zweiten Weltkrieg haben Keramik und Glas zum Wachstum vieler technologisch fortschrittlicher Bereiche beigetragen, darunter Elektronik, Optoelektronik, Medizin, Energie, Automobilbau, Luft- und Raumfahrt und Weltraumforschung. Darüber hinaus haben Innovationen in der Keramikverarbeitung und -charakterisierung die Herstellung von Werkstoffen mit maßgeschneiderten Eigenschaften ermöglicht, die den Anforderungen spezifischer und kundenspezifischer Anwendungen entsprechen. In den letzten Jahren hat die Keramikverarbeitung durch die Nanotechnologie neue Impulse erhalten, die es den Herstellern ermöglichen, Werkstoffe und Produkte mit unkonventionellen Eigenschaften einzuführen, z. B. transparente Keramiken, duktile Keramiken, hyperelastische Knochen und mikroskopische Kondensatoren.
Alle diese Fortschritte werden voraussichtlich dazu führen, dass die globale Keramik- und Glasindustrie im Jahr 2023 zu einem Markt von fast 1,1 Billionen Dollar wird, ausgehend von geschätzten 800 Milliarden Dollar im Jahr 2018.
Eine Zusammenfassung der wichtigsten Meilensteine in der Geschichte der Keramik und des Glases finden Sie in der folgenden Tabelle.
Jahr(e) | Entwicklung |
---|---|
28.000 v. Chr. | Keramische Figuren werden für zeremonielle Zwecke verwendet. |
18.000 v. Chr. | Chinesische Töpferwaren erscheinen. |
18.000 v. Chr. bis 14.000 v. Chr. | Keramische Töpferwaren verbreiten sich in Ostasien. |
9.000 v. Chr. | Keramische Produkte wie Vasen, Ziegel und Fliesen werden im Nahen Osten und in Europa populär. |
7.000 v. Chr. | Scharfe Werkzeuge aus natürlichem Glas tauchen auf. |
5.000 v. Chr. | Phönizische Kaufleute stellen möglicherweise das erste Glas her. |
3.500 v. Chr. | Einfache Glasgegenstände werden in Mesopotamien und Ägypten hergestellt. |
3.500 v. Chr. | Das Rad wird erfunden, das später bei der Formung von Töpferwaren eingesetzt wird. |
3.000 v. Chr. | Glasierte Töpferwaren werden in Mesopotamien hergestellt. |
1.500 v. Chr. | Die Ägypter beginnen mit dem Bau von Fabriken zur Herstellung von Glaswaren. |
700 v. Chr. | Keramische Töpferwaren werden im attischen Griechenland zu Kunstwerken. |
600 n. Chr. | 600 n. Chr. Die Chinesen führen Porzellan ein. |
1400er Jahre | Hochtemperaturöfen werden in Europa für die Metallurgie entwickelt. |
1500er Jahre | Hochtemperatur-Feuerfestmaterialien werden für den Bau von Öfen zur Herstellung von Stahl, Glas, Keramik und Zement eingeführt und ebnen den Weg zur industriellen Revolution. |
Mitte des 19. Jahrhunderts | Elektrische Isolatoren aus Porzellan und Glühbirnen werden erfunden. |
1920er Jahre | Hochfestes, mit Quarz angereichertes Porzellan für Isolatoren, Aluminiumoxid-Zündkerzen, Glasfenster für Automobile und Keramikkondensatoren werden eingeführt. |
1940er Jahre | Die Forschung an oxidischen magnetischen Materialien (Ferriten) und ferroelektrischen Materialien beginnt. |
1950er Jahre | Keramische Kondensatoren auf Basis von Bariumtitanat werden entwickelt. |
1960er Jahre | Aluminiumoxid-Isolatoren für Spannungen über 220 kV werden eingeführt und Anwendungen für Karbide und Nitride werden entwickelt. Die erste transparente Keramik auf Yttriumoxidbasis wird erfunden. Auch Bioglas wird entdeckt. |
1970er Jahre | Teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid wird entwickelt. Hochleistungsfähige zellulare keramische Substrate für Katalysatoren und Partikelfilter für Dieselmotoren werden vermarktet. |
1980er Jahre | Keramische Hochtemperatur-Supraleiter werden entwickelt. |
1990er Jahre | Keramische Mehrschichtschaltungen (Niedrigtemperatur-Co-Brandkeramik) werden vermarktet. Niedrigschmelzende Keramiken werden für Zahnersatz eingeführt. Die ersten Whisker-verstärkten Aluminiumoxid-Verbundwerkstoffe werden durch Heißpressen hergestellt. Polykristalline Neodym-Yttrium-Aluminium-Granate für Festkörperlaser werden entwickelt. |
Ende der 1990er Jahre | Nanotechnologie-Initiativen beginnen sich weltweit zu verbreiten. |
Ende der 1990er Jahre | Das Robocasting-Verfahren für den 3D-Druck von Keramiken wird entwickelt. |
2000er Jahre | Durch die Entwicklung von Verbundwerkstoffen auf ZrB2/HfB2-Basis, die Temperaturen von bis zu 2.200 °C standhalten, weckt die NASA das Interesse an der Entwicklung von Ultrahochtemperaturkeramiken (UHTC) für die Herstellung von Hyperschallflugzeugen und wiederverwendbaren Raumfahrzeugen. |
2010er Jahre | Es werden verschiedene Verfahren für den 3D-Druck von technischen Keramiken entwickelt. Im Jahr 2017 wird der erste hyperelastische Knochen im 3D-Druckverfahren hergestellt. |