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Härte

Härtescala von Keramik und Porzellan

 

Um "Härte" für keramische Stoffe (hier Geschirr aus Porzellan und anderen Werkstoffen) zu definieren, bedarf es einem Einstieg in die Chemie und Lehre der Materialwissenschaften. Als "Härte" bezeichnet man den mechanischen Widerstand eines Werkstoffs gegen das Eindringen eines anderen und gibt Aufschluss über seine Qualität und Resistenz. Härte gilt ferner auch als Maß für den Verschleiß und die Ermüdung eines Werkstoffes. Härte und ihre Prüfung sind Schwerpunkte der Materialwissenschaft und Festkörperphysik, wird in Risszähigkeit gemessen und zählt damit eindeutig zu den Werkstoffeigenschaften

 

Eine Härteprüfung von mineralischen Substanzen kann durch unterschiedliche Verfahren festgestellt werden. Wir stellen Ihnen die in der Materialwissenschaft anerkannten Verfahrenstechniken vor.

 

 

 

Härteprüfverfahren 

Härtetyp 

Prüfkörper 

Messparameter 

Mohs

Ritzhärte 

Skala von 10 Standard-Mineralen

Ritzverletzung

Rosival

Schleifhärte 

Schleifmittel

Schleifverlust bis zur Unwirksamkeit des Schleifmittels

-

Bohrhärte 

Diamantbohrer

Eindringtiefe/Zeit

Brinell

Eindruckhärte 

Stahl- oder Hartmetallkugel

Prüfkraft/Eindruck- Oberfläche 

Rockwell B

Eindruckhärte 

Stahlkugel

Prüfkraft/Eindringtiefe 

Rockwell C

Eindruckhärte 

Diamantkegel

Prüfkraft/Eindringtiefe 

Vickers

Eindruckhärte 

tetragonale Diamantpyramide

Prüfkraft/Eindruckdiagonale 

Knoop

Eindruckhärte 

rhombische Diamantpyramide

Prüfkraft/Eindruckdiagonale 

(Quelle Institut für Angewandte Geowissenschaften Karlsruher Institut für Technologie (KIT-Campus Süd) Adenauerring 20b, D-76131 Karlsruhe)

 


 

 

Anerkannt und vor allem in der Porzellan- und Keramikindustrie weitläufig umgesetzt wird eine Materialprüfung nach der Verfahrenstechnik des Friedrich Mohs (Mineraloge und Geologe 1773 - 1839). Diese beruht auf der Erkenntnis, dass härtere Stoffe weichere Stoffe ritzen können. Die Härteskala des Friedrich Mohs ist eine "relative" Definition und weist dem Mineral keine exakten physikalische Werte zu wie z.B. Volt, Newton oder Lux. Die Härtescala bezieht sich auf eine verständliche, darstellbare Weichheit - oder eben Härte - die ein Mineral, bzw. mineralhaltiger Werkstoff aufweist. In der Darstellung keramischer Härten gilt die Angabe der "Mohsschen Härte" als anwendbare Bewertungsgröße und hat sich international durchgesetzt. Die Härte nach Mohs stellt damit ein signifikantes Qualitätsmerkmal von Porzellan und Keramik dar. 

 

 

 

Die Härteskala nach Mohs

 

Härte

Eigenschaft

Mineral

Vergleichbares keramisches Material (*)

1

mit dem Fingernagel schabbar

Talk

Keramische Masse im lederharten Zustand

2

mit dem Fingernagel ritzbar

Gips

Keramische Masse nach der Durchtrocknung

3

mit einer Kupfermünze ritzbar

Calcit

Keramische Masse nach dem Bisquitbrand

4

mit einer Stahlklinge leicht ritzbar

Fluorit

Ton & Ziegel nach dem Entband

5

mit einer Stahlklinge noch ritzbar

Apatit

bis 1.240 ° C endgebrannte Keramik

6

mit einer Stahlfeile noch ritzbar

Orthoklas

ab 1.260 ° C endgebrannte Keramik

7

mit Fensterglas ritzbar

Quarz

ab 1.300 ° C endgebrannte Keramik

8

mit Quarzkristallen ritzbar

Topas

ab 1.320 ° C hochgebranntes Porzellan

9

mit Topas ritzbar

Korund

ab 1.450 ° C hochgebrannte technische Keramik

10

Mit Korund ritzbar

Diamant

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(Quelle Institut für Angewandte Geowissenschaften Karlsruher Institut für Technologie (KIT-Campus Süd) Adenauerring 20b, D-76131 Karlsruhe)

 

 

 

 

Entscheidend ist nicht die Temperatur des Erstbrandes (meist Bisquitbrand), sondern des Endbrandes (Glasurbrand), da die Oberflächenhärte des keramischen Körpers meist die Härte der Glasur und nicht die des Scherbens misst. Die Angabe des jeweiligen, vergleichbaren keramischen Stoffes kann durch die Beigabe von Additiven (z.B. Alumina-Oxyd) geringfügig abweichen. Ferner können sich Unterschiede ergeben, ob der Glattbrand (Hartbrand) im Oxydationsverfahren oder Reduktionsverfahren erfolgt.   

 

 

(*) Diese Skala basiert auf unseren Prüf- und Feststellungswerten und spiegelt das Ergebnis einer ständigen Erhebung wider, die wir seit dem Jahr 1993 vornehmen und berücksichtigt die Härteausbeuten von mehr als 400 Fabriken. 

 


 

 

Die obige Skala des Friedrich Mohs stellt jedoch die erheblichen Unterschiede der Materialhärten nicht in ablesbaren Werten dar. Dafür besser geeignet wären die Härteskalen nach Stanley P. Rockwell (Rockwellbezeichnung/Rockwellhärte), oder die Rosivalhärte nach A. Rosival (Geophysiker und Mineralologe 1860 - 1923), die seit 1920 exaktere, ablesbare Angaben über die Härte eines Werkstoffes liefern, weil diese konkret definiertere Feststellungsmethoden vorschreiben. Während Rockwell die Eindringtiefe eines Materials bei der Risszähigkeit berücksichtigt, misst Rosival den Massenverlust durch Belastung, indem er die "Schleifhärte" eines Wertstoffs ermittelt und den Gewichtsverlust eines Werkstoffes durch die Bearbeitung einer fest definierte Menge Schleifpulver in Zeit und Druck darstellt. (Quelle: Dr. med. vet. h.c. Hugo Freund, Universität Wetzlar). 

 

Geschirr, sei es aus Porzellan oder anderen keramischen Güteklassen, unterliegt im täglichen Gebrauch - vor allem im gewerblichen Einsatz - mehr einer mechanischen Belastung (Verschleiß) durch das Spülen und Abstapeln, als dem vertikalen Eindringen von Fremdstoffen. Deshalb halten wir für eine Darstellung und Unterscheidung keramischer Härten die Rosival Härte für am besten geeignet, vor allem dem Laien eine verständliche und prägnante Bewertung der keramischen Härte zu bieten. 

 

 

 

 

Die Härteskala Rosival

Härte

Rosival Härte

Mineral

Vergleichbares keramisches Material (*)

1

0,03

Talk

Keramische Masse im lederharten Zustand

2

1,04

Gips

Keramische Masse nach der Durchtrocknung

3

3,75

Calcit

Keramische Masse nach dem Bisquitbrand

4

4,2

Fluorit

Ton & Ziegel nach dem Entband

5

5,4

Apatit

bis 1.240 ° C endgebrannte Keramik

6

30,8

Orthoklas

ab 1.260 ° C endgebrannte Keramik

7

100

Quarz

ab 1.300 ° C endgebrannte Keramik

8

146

Topas ab 1.320 ° C endgebrannte Keramik
9

833

Korund

ab 1.450 ° C hochgebrannte technische Keramik

10

117.000

Diamant

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(Quelle: Institut für Geologie und Mineralogie Universität zu Köln Zülpicher Str. 49b, D–50674 Köln)

 

(*) Die Umrechnung des "vergleichbaren keramischen Material" erfolgte nach derm Lehrbuch " Mineral- und Gesteinsbestimmung für Studierende der Geologie und der Mineralogie" des Institut für Angewandte Geowissenschaften des Karlsruher Institut für Technologie (KIT-Campus Süd) Adenauerring 20b, D-76131 Karlsruhe​

 

 

Nach Rosival liegen also zwischen hochgebranntem Porzellan (146) und gewöhnlichem Steinzeug/Stoneware (5,4) 140,6 Rosival Härtegrade und stellt dem Steinzeug eine 96% niedrigere Härte aus, als dem hochgebranntem Porzellan. Selbst die zwischen 1.240 ° C und 1.280 °C gebrannte Hartkeramik (Durable / New Bone China / Viterous) ist dem Hartgebranntem Porzellan um 31% unterlegen. Setzt man diese Werte tabellarisch um, so ergibt sich folgende Bild

 

 

 
Die Härteskala für Geschirr
 

Mohs

Rosival 

Verlust

Vergleichbares keramisches Material (*)

8

146 0 ab 1.320 ° C hochgebranntes Porzellan

7

100 (- 46) 

- 31%

ab 1.300 ° C endgebrannte Keramik

6

30,8 ( - 115,2)

- 79%

ab 1.260 ° C endgebrannte Keramik

5

6,5 ( - 139,5)

- 96%

bis 1.240 ° C endgebrannte Keramik

 

 

(*) Die Umrechnung des "vergleichbaren keramischen Material" erfolgte nach derm Lehrbuch " Mineral- und Gesteinsbestimmung für Studierende der Geologie und der Mineralogie" des Institut für Angewandte Geowissenschaften des Karlsruher Institut für Technologie (KIT-Campus Süd) Adenauerring 20b, D-76131 Karlsruhe​

 

 


 

 

Ableitung und Fazit

 

Es mag mit Sicherheit richtig sein, dass aufgrund neuer Entwicklungen und Techniken die mineralische und chemische Zusammensetzung keramischer Massen von Hersteller zu Hersteller, oder auch von Land zu Land voneinander abweichen. Es ist auch richtig, dass die Brennmethode (Monobrand vs. Bisquitt- und Hartbrand) einen Einfluss auf die Menge und damit auch die Stärke der Glasur nimmt und damit den Faktor Korrosion verändert. Selbst wenn man zur Qualitätsbestimmung den ausgelobten, besonders haltbaren Geschirren (z.B. Durable / Fine China / Dynamite) eine Toleranz von 25% einräumt, verbleibt immer noch ein Qualitätsunterschied von mindestens 25% von hochgebranntem Porzellan gegenüber allen anderen keramischen Stoffen, die unterhalb von 1.300 ° C gebrannt werden.   

  

  

Genau das macht den Unterschied!

 

High Alumina Porzellan von Holst Porzellan wird bei mehr als 1.400 ° C gebrannt und vereint damit die guten Eigenschäften einer Mohsschen Härte und der physischen Stabilität von Durable Porzellan. Lesen Sie dazu mehr...