Lexikon der Geowissenschaften: Porzellan
Porzellan, durchscheinendes, porenfreies, weißes, feinkeramisches Erzeugnis, das aus einem sehr fein pulverisierten Gemisch von Kaolin, Quarz und Alkalifeldspäten gebrannt wird. Der Name stammt von dem italienischen Wort ›porcellana‹ für eine weiße Meeresmuschel, da man annahm, daß das aus China und Japan importierte keramische Erzeugnis aus den pulverisierten Schalen solcher Muscheln stammte. Nach heutiger Auffassung kann man das Grau-Porzellan der chinesischen West-Chou-Kulturen (1122-770 v.Chr.) bereits als echtes Porzellan ansprechen. Auf jeden Fall war die Kunst der Porzellanbereitung den Chinesen etwa um 600 n.Chr. bekannt; die alten ostasiatischen Porzellane wurden aus natürlichen (quarz- und feldspathaltigen) Porzellantonen direkt gebrannt (meist Weich-Porzellan). Das mit zartgrüner Glasur versehene Porzellan der Ming-Zeit (ca. 1370-1640) wird auch Seladon-Porzellan genannt. In Deutschland wurde die Porzellan-Bereitung von J.F. Böttger in Meißen im Jahre 1709 im Anschluß an Versuche von von Tschirnhaus (seit 1692) wiedererfunden.
Porzellan hat eine Dichte von 2,3-2,5 g/cm3, ist undurchlässig für Gase und Flüssigkeiten, seine Bruchflächen sind weißglänzend, dicht und porenfrei und mit Stahl und Glas kann es nicht geritzt werden. Gegen Temperaturwechsel ist es widerstandsfähiger als Glas, der lineare Ausdehnungskoeffizient für Berliner und Meißener Porzellan beträgt ca. 0,027·10-4/ºC (Bereich: 0-100ºC) bzw. ca. 0,036–10-4/ºC (Bereich: 16-500ºC). Die Hauptmasse des Porzellans besteht aus einem Silicatglas, dazu kommt noch freier Mullit und Quarz.
Rohstoffe sind Kaolin (Porzellanerde), Alkalifeldspat mit 0,5-5% Na2O und bis zu 2% CaO oder MgO und Quarz (SiO2); danach schwankt nach Qualität und Verwendungszweck des Porzellans erheblich. Wegen der Grobkörnigkeit und der hohen Viskosität der Silicatschmelze ist es nicht möglich, bei dem technischen Vorgang zu einem Gleichgewicht zu kommen. Infolgedessen findet man beim Porzellan Mullit in Form von Schuppen, der aus dem Kaolinit entstanden ist (Schuppenmullit), Mullit in Form von Nadeln (Nadelmullit), der sich bevorzugt an der Grenzfläche der entstandenen Glasphase ausscheidet, eine Glasphase und Restquarz. Daneben kann auch Cristobalit besonders in quarzreichen Porzellanen vorkommen. Mit steigender Brenntemperatur löst sich immer mehr Quarz in der Glasphase, und wegen des hohen SiO2-Gehaltes geht auch die Bildung von Nadelmullit zurück. Bei quarzreichen Porzellanen kann der Schuppenmullit durch Angriff der kieselsäurereichen Schmelze in sekundäre Mullitnadeln umgewandelt werden. Unter dem Lichtmikroskop ist Mullit im Porzellan im allgemeinen sehr schwer festzustellen, da die Mullitkristalle sehr klein sind, während sich der Restquarz im Dünnschliff besser auszählen läßt als an geätzten Bruchflächen im Elektronenmikroskop. Chemisch kann man den Mullit durch Auflösen des Porzellans in Flußsäure nachweisen, indem man den Rückstand als Mullit ansieht, da dieser in Flußsäure unlöslich ist. Diese Methode führt jedoch nurbedingt zu reproduzierbaren Ergebnissen, da die feinsten Mullitkristalle noch in Flußsäure löslich zu sein scheinen.
Wenn die Grundmasse als Hauptbestandteil Kaolin enthält, entstehen die hochschmelzenden, gegen Temperaturwechsel beständigeren Hart-Porzellane. Überwiegen dagegen die ›Flußmittel‹ (Feldspat und Quarz) gegenüber dem Kaolin, so erhält man die leichter schmelzenden, gegen Temperaturschwankungen etwas empfindlicheren Weichporzellane. Die meisten guten Hart-Porzellane werden aus einem Gemisch von etwa 50% Kaolin, 25% Feldspat und 25% Quarz hergestellt; für chemische Porzellangeräte (Labor-Porzellan) verwendet man ein Pulvergemenge aus 54 Teilen Kaolin, 28 Teilen Feldspat und 8 Teilen Quarz. Das Berliner Seger-Porzellan besteht ähnlich wie japanisches Weich-Porzellan aus 25% Kaolin, 45% Quarz und 30% Feldspat, das englische Knochenporzellan (ebenfalls ein Weich-Porzellan) aus 20-30% Kaolin, 10-25% Feldspat, 10-25% Quarzmehl und 20-60% Knochenasche. [GST]
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