Keramikmesser und wie man es schärft

Die ersten historisch bekannten Werkzeuge, die in ihren Eigenschaften Messern ähneln, sind Abschläge von Obsidian-Kernen. Das heißt, Produkte aus vulkanischem Glas wurden von den Vorfahren vor mehreren hunderttausend Jahren verwendet. Und nachdem die Menschheit in der Metallurgie große Fortschritte gemacht hatte, kehrte sie Ende des zwanzigsten Jahrhunderts zur Verwendung von Keramik zurück. Im Jahr 1985 begann das japanische Unternehmen Kyocera mit der Herstellung von Messern aus keramikbasiertem Zirkondioxid. Diese Messer waren das Ergebnis der damals fortschrittlichsten Technologien. Bis heute sind diese Messer sehr verbreitet und zu einem äußerst niedrigen Preis erhältlich.

WORAUF KERAMIKMESSER BASIEREN

Keramikmesser werden aus Zirkondioxid (ZrO2) hergestellt, das durch spezielle Verarbeitung des Minerals Zirkon gewonnen wird. Zirkon (ZrSiO4) ist ein Material aus der Gruppe der Minerale der Kieselsäuresalze, das 1789 vom deutschen Chemiker M. G. Klaprot entdeckt wurde. Zirkonium (lat. Zirconium; Symbol Zr) ist im Periodensystem mit der Ordnungszahl 40 eingetragen. Es ist ein silbergrau glänzendes Metall. Es besitzt hohe Verformbarkeit und ist korrosionsbeständig. Zirkoniumverbindungen sind in der Lithosphäre weit verbreitet. In der Natur sind seine Verbindungen ausschließlich mit Sauerstoff in Form von Oxiden und Silikaten bekannt. Obwohl Zirkonium ein zerstreutes Element ist, gibt es etwa 40 Minerale, in denen Zirkonium als Oxide oder Salze vorkommt. Am weitesten verbreitet sind in der Natur: Zirkon (ZrSiO4), Baddeleyit (ZrO2) und verschiedene komplexe Minerale.

Zirkon ist das häufigste Zirkoniummineral. Es kommt in allen Gesteinsarten vor, hauptsächlich jedoch in Graniten und Syeniten. Im Henderson County (North Carolina, USA) wurden Zirkonkristalle von mehreren Zentimetern Länge in Pegmatiten gefunden, und in Madagaskar wurden Kristalle von mehreren Kilogramm Gewicht entdeckt. Baddeleyit wurde 1892 in Brasilien gefunden. Das Hauptvorkommen befindet sich in der Region Posus de Caldas (Brasilien). Die größten Zirkoniumvorkommen liegen in den Vereinigten Staaten, Australien, Brasilien und Indien.

Rohstoff für die Herstellung von Zirkonium sind Zirkoniumkonzentrate mit einem Massenanteil von Zirkondioxid von mindestens 60-65 %, die durch Anreicherung von Zirkoniumerzen gewonnen werden. Die größten Produktionsmengen von Zirkon konzentrieren sich in Australien (40 %) und Südafrika (30 %). Die Hauptverfahren zur Gewinnung von metallischem Zirkonium aus Konzentraten sind Chlorid-, Fluorid- und Alkaliverfahren.

In der Industrie wird Zirkonium seit den 1930er Jahren verwendet, doch der hohe Preis begrenzte das Einsatzvolumen. Metallisches Zirkonium und seine Legierungen werden in der Kerntechnik eingesetzt. Zirkonium hat einen sehr kleinen Wirkungsquerschnitt für thermische Neutroneneinfang und einen hohen Schmelzpunkt. Ein weiteres Anwendungsgebiet von Zirkonium ist die Legierung. In der Metallurgie wird es als Legierungselement verwendet. Es dient als Entoxidationsmittel und Entschwefeler. Die Legierung von Stählen mit Zirkonium (bis zu 0,8 %) erhöht deren mechanische Eigenschaften und Bearbeitbarkeit. In der Industrie wird Zirkondioxid zur Herstellung feuerfester Materialien auf Zirkonbasis, Keramiken, Emaille und Gläsern verwendet. Es wird in der Zahnmedizin zur Herstellung von Zahnkronen eingesetzt. Es dient als superhartes Material. Beim Erhitzen leitet Zirkondioxid Strom, was manchmal zur Herstellung von Heizelementen genutzt wird, die bei sehr hohen Temperaturen in Luft stabil sind. Erhitztes Zirkondioxid kann als Festelektrolyt Sauerstoffionen leiten. Diese Eigenschaft wird in industriellen Sauerstoffanalysatoren und Brennstoffzellen genutzt. Was Zirkoniumkeramik von anderen Materialien unterscheidet, ist ihre enorme Hitzebeständigkeit und Härte, die meist mindestens 80 HRC beträgt. Außerdem reagiert Zirkondioxid kaum mit den meisten Säuren, Laugen und anderen aktiven Stoffen.

Zirkondioxid wird aus Zirkon durch chemische Behandlung mit Zusätzen gewonnen. Das entstehende Pulver wird mit weiteren Zusätzen vermischt. Es gibt Agglomerationszusätze, die die Sintereigenschaften und die Qualität der fertigen Keramik beeinflussen, sowie Hilfsstoffe, die zur Formgebung des Produkts beitragen. Dementsprechend werden die Halbzeuge aus Zirkondioxid auf verschiedene Weise hergestellt. Insbesondere ist es möglich, Zirkondioxid mit Oxiden zu legieren, die ein kubisches Kristallgitter besitzen. Am häufigsten werden hierfür Oxide der Elemente Calcium und Magnesium sowie der Metalle Eisen, Mangan und Chrom verwendet. Auch wird Zirkondioxid oft mit Aluminiumoxid legiert. Legierungsoxide können die Farbe der Keramik von Weiß bis Schwarz verändern (schwarze Farbe kann auch unter besonderen Pflegebedingungen erzielt werden). Zum Beispiel wird es bei der Färbung von Phianit – künstlichen Diamanten auf Basis von kubischem Zirkonia – verwendet.

Zirkondioxid hat eine hohe Härte, die mit der Mohs-Härteskala gemessen wird. Die Härte von Zirkondioxid auf der Mohs-Skala beträgt etwa 8,5 Einheiten, während die Härte von Stahl auf dieser Skala, abhängig von der Wärmebehandlung, zwischen 4 und 7 Einheiten liegt, Korund etwa 9 Einheiten und Diamant 10 Einheiten. Somit ist das Material, aus dem Keramikmesser gefertigt werden, in der Härte dem Diamanten nahe. Zirkoniumkeramik wird auch in der Schmuckherstellung, in der Luftfahrt, im Maschinenbau und in der Zahnmedizin verwendet. Die Verschleißfestigkeit von Zirkondioxid übertrifft die von Stahl um mehr als das 80-fache.

HERSTELLUNG VON KERAMIKMESSERN

Der technische Prozess zur Herstellung von Zirkoniumklingen verläuft wie folgt: Gewinnung von legierten Pulvern aus Zirkondioxid, Herstellung von Pressmassen und Pressen, Brennen bei hohen Temperaturen (1350 °C und mehr, in manchen Fällen bis zu 1700 °C), heißisostatisches Pressen bei hohen Temperaturen und Druck.

Die Herstellung von Keramikmessern ist recht zeitaufwendig. Zur Produktion einer Keramikklinge wird zunächst Zirkondioxidpulver bei einem Druck von 300 Tonnen pro Quadratzentimeter gepresst, anschließend einer Wärmebehandlung bei Temperaturen von 1600 bis 2000 Grad Celsius in speziellen Öfen über einen langen Zeitraum (zwei bis sechs Tage) unterzogen. Dabei findet das Sintern der Zirkondioxidkristalle statt und der Formgebungsprozess der Halbzeuge läuft ab. Je länger das Produkt im Ofen verbleibt, desto fester wird es. Je nach Eigenschaften des technologischen Prozesses entstehen schwarze oder weiße Keramiken. Schwarze Keramiken werden durch Zugabe eines speziellen schwarzen Farbstoffs und längeres Verweilen der Halbzeuge im Ofen hergestellt, wodurch sie fester werden. Die Qualität von Keramikmessern variiert stark, da sie von der technologischen Leistungsfähigkeit des Herstellers und der Einhaltung eines komplexen Herstellungsprozesses abhängt.

Die Eigenschaften von Zirkoniumkeramik hängen wesentlich von der Herstellungstechnologie ab, angefangen bei der Reinheit des Ausgangspulvers, dem Legierungssystem, der Korngröße der Pulver, den Sinterbedingungen usw.

In mechanischer Hinsicht sind Zirkoniumkeramiken den gebräuchlichsten Stählen deutlich unterlegen, insbesondere in der Biegefestigkeit etwa um den Faktor zwei und in der Schlagzähigkeit um ein Vielfaches. Dies schränkt die Vielseitigkeit von Keramikmessern stark ein. Aufgrund ihrer Sprödigkeit empfehlen die meisten Hersteller, diese Messer nicht für Fleisch mit Knochen, gefrorene Lebensmittel, Arbeiten auf harten Oberflächen (Glas, Keramik) usw. zu verwenden. Gleichzeitig ist zu beachten, dass Keramik in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit und Trägheit gegenüber Lebensmitteln einzigartige Eigenschaften besitzt, die jeden Stahl übertreffen.

Ein Keramikmesser benötigt aufgrund der Sprödigkeit der Schneide recht große Schleifwinkel. Im Durchschnitt wird empfohlen, es mit einem Gesamtwinkel von 30 bis 40 Grad zu schärfen. Scharfe Winkel von 20 Grad oder weniger sind für solche Messer kontraindiziert, da die Sprödigkeit der Schneide bei diesem Schleifwinkel sehr groß wird. Das Schärfen von Keramikmessern wird zudem dadurch erschwert, dass sich kein Grat bildet und die Winkelkontrolle mit speziellen Geräten, vor allem einem digitalen Winkelmesser, erfolgen muss. Das manuelle Schärfen von Keramikmessern ohne Schleifhilfen erfordert vom Schleifer daher höchste, meisterhafte Fertigkeiten.

Nicht alle Schleifmittel sind zum Schärfen von Keramikmessern geeignet. Günstige Steine aus Siliziumkarbid und Aluminiumoxid können Keramikmesser nicht bewältigen. Die Qualität des Schleifpulvers und des Bindemittels spielt hier eine entscheidende Rolle. Amerikanische Schleifsteine Boride CS-HD zeigen sich beim Schärfen von Keramikmessern sehr gut. Die Körnung des Steins sollte nicht zu grob sein, insbesondere sollte Boride CS-HD für das Schärfen von Keramik mit einem Stein von 320 Körnung beginnen, da ein gröberes Schleifmittel zu Rissen an der Schneide führt. Offensichtlich liegt der Grund für dieses Ergebnis in der sehr hohen Qualität des Siliziumkarbidpulvers und des keramischen Porzellanbindemittels, die in den Produkten dieses amerikanischen Herstellers verwendet werden.

Auch Diamantplatten auf galvanischem Bindemittel und Diamantrohlinge auf organischem Bindemittel zeigen gute Ergebnisse beim Schärfen solcher Messer. Etwas weniger aktiv sind CBN-Rohlinge, die die Zirkoniumschicht nicht so schnell abtragen wie Diamanten. Aber alle diese Schleifmittel sind für das Schärfen geeignet und ermöglichen eine gute Schneide.