Brennen (Verfahren)

Brennen ist ein thermisches Verfahren bei der Herstellung von Materialien und Fertigung von Halbzeug. Der Begriff wird häufig bei der Herstellung von keramischen Materialien verwendet.

Beim Brennen wird durch Zufuhr von Energie eine chemische Reaktion oder ein Umbau der Kristallstruktur eines Materials erreicht. Brennen dient dem Ändern von Stoffeigenschaften, unter Umständen auch als Trennverfahren (Materialgewinnung), oder kann im thermischen Ur- und Umformen (Formgebung) mitenthalten sein. Es ist auch ein Verfahren der Nachbehandlung.

Brennvorgänge finden in Thermoprozessanlagen (Schmelzofen, Brennofen usw.) statt. Temperaturbereiche richten sich nach den Materialien, und können von Siedetemperaturen unter 100 °C bis zu Schmelzpunkten über 3000 °C (Spezialkeramiken) reichen. Die für ein Verfahren nötige Brenntemperatur ist dann aber meist auf ein recht enges Spektrum begrenzt.

Beim Brennen keramischem Material (sintern) ist zu unterscheiden, ob der Sintervorgang unter Bildung einer flüssigen Phase wie bei ton- und feldspathaltiger Silikatkeramik abläuft oder als Festphasensintern wie bei Oxid- und Nichtoxidkeramik. Das Brennen von Silikatkeramik erfolgt meist bei Temperaturen zwischen 900 °C und etwa 1400 °C, wobei die tonhaltigen Stoffe ab etwa 600°C Wasser abgeben, das durch Poren entweicht. Durch Reaktion eines Feldspatanteils mit den anderen Bestandteilen der Formmasse können Phasen entstehen, die schon ab 925°C schmelzflüssig werden. Diese schmelzflüssig gewordenen Phasen erstarren beim Wiederabkühlen glasartig, so dass das Gefüge von Silikatkeramiken neben kristallinen Anteilen im Allgemeinen auch eine amorphe Glasphase aufweist, deren Mengenanteil von den Ausgangsstoffen und von der Brenntemperatur abhängt. Das Brennen der Oxid- und Nichtoxidkeramik erfolgt im Allgemeinen bei hohen Temperaturen über 1400°C (Oxidkeramik 1600 °C bis 1800 °C, Nichtoxidkeramik bis 1500 °C). Eine flüssige Phase tritt dabei nicht auf, so dass die Gefüge der Sinterkörper rein polykristallin sind. Das Sintern von Oxidkeramik kann in oxidierender Atmosphäre erfolgen, die auch zum Ausbrennen organischer Bindemittelzusätze vor dem wirklichen Sintervorgang geeignet ist. Das Sintern von Carbid- und Boridkeramik erfordert eine Inertgasatmosphäre im Brennofen und das Sintern von Nitridkeramik wird als Reaktionssintern in Stickstoffatmosphäre durchgeführt, wobei sich durch die Reaktion mit dem Stickstoff zunehmend Siliciumnitrid bildet.

Beispiele

• Sintern, etwa bei
  • Keramiken: Herstellung von Fliesen usw.
• Glasieren
• Ausschmelzen
  • Wachsausschmelzverfahren in der Gusstechnik
• Entgasen/Kalzinieren
  • Pyrolyse (thermische Abspaltung, Brenzen), wie Verkoken, Holzgasherstellung, Aktivkohlebrand usw.
  • Abspaltung von Kohlendioxid bei
    • Kalk; siehe Kalkbrennen
    • Gips
    • Zement
  • Entfernen des Kristallwassers
    • zur Farbveränderung bei Schmucksteinen
  • Pigmente (meist Umwandlung eisenbasierter Gelb- in rötliche Pigmente): gebrannter Ocker, gebrannte Umbra, gebrannte Siena, Eisenoxidrot
  • Destillation
    • von Alkohol, siehe Brennen (Spirituose)

Siehe auch

• Rösten (Metallurgie)
• Trocknen
• Brennschneiden