Einfluss von Aluminiumoxid- und Titanoxid-Additiven auf die Thermoschockbeständigkeit von MgO-teilstabilisiertem Zirkonoxid

Aachen / Publikationsserver der RWTH Aachen University (2007) [Doktorarbeit]

Seite(n): 108 S. : Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

In der modernen Stahlerzeugung werden die Anforderungen an die feuerfesten Werkstoffe bezüglich Thermoschock und Korrosion immer größer. Deshalb wurde am Institut für Keramische Komponenten im Maschinenbau der RWTH Aachen eine ZrO2-Spinell-Verbundwerkstoffgruppe entwickelt, die die gute Korrosionsbeständigkeit von ZrO2 mit einer verbesserten Thermoschockbeständigkeit verbindet. Dazu werden Magnesiumteilstabilisiertem Zirkonoxid (Mg-PSZ) Additive, Aluminiumoxid und Titanoxid, zugegeben, wodurch beim Sintern das Mg-PSZ teilweise destabilisiert und in situ Spinell gebildet wird. Beides führt zu lokalen Dehnungen, die innere Spannungen und schließlich ein Rissgefüge erzeugen, das der existierenden Grundporosität überlagert wird. Das Ziel dieser Dissertation ist, die Thermoschockbeständigkeit dieser Werkstoffgruppe in Abhängigkeit des Grundgefüges – durch verschiedene ZrO2-Partikelgrößen bei konstantem Sinterprofil – und des Additivgehaltes vertiefend zu untersuchen. Dabei soll die Gesamtporosität klein gehalten werden, um die Korrosionsbeständigkeit von ZrO2 zu erhalten. Die zugehörigen Proben wurden eingehend charakterisiert. Als Maß für die Thermoschockbeständigkeit wurde die Restbruchspannung an 4-Punkt-Biegestäben nach Abschreckversuchen von 600°C und 1000°C in Wasser bei Raumtemperatur herangezogen. Die für die Thermoschockbeständigkeit wesentlichen Eigenschaften Dichte, Wärmeausdehnungskoeffizient, E-Modul, Temperaturleitfähigkeit, Risszähigkeit und Brucharbeit wurden bestimmt und mit ihnen aus der Literatur bekannte Thermoschockkoeffizienten (R, R´, R´´´´, Rst) berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass im Vergleich zu reinem ZrO2 für alle Ausgangspulver unterschiedlicher Partikelgröße eine Erhöhung der Restbruchspannung nach Abschreckung von 1000°C erreicht wird. Dabei ergibt sich, dass auf Grund des konstanten Sinterprofils die Korngröße des ZrO2 begrenzt bleiben muss, damit eine zufrieden stellende Porosität erreicht wird. Außerdem nimmt bei einem zu großen Additivanteil die Bruchspannung vor Wasserabschreckung so stark ab, dass aus dem Werkstoff keine handhabbaren Bauteile gefertigt werden können. Es wurden Zusammensetzungen mit erhöhter Thermoschockbeständigkeit entwickelt, die in der Porosität deutlich unter der von kohlenstoffgebundenen Werkstoffen bleiben und somit das Potenzial besitzen, feuerfeste Bauteile mit geringer Wanddicke zu fertigen. Die Thermoschockkoeffizienten spiegeln den qualitativen Verlauf der Bruchspannung über der Abschrecktemperatur wider, treffen allerdings keine Aussage über den Absolutwert der Restbruchspannung.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Baumann, Stefan

Gutachterinnen und Gutachter

Maier, Horst R.

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-19939
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-123828