Mikrostruktur und Eigenschaften keramischer Formmassen ... - OPUS

Kurzfassung
scheidungsreaktion aus einer Flüssigphase, wie in Bild 1.4a schematisch dargestellt
und im Folgenden beschrieben, für die Mullitbildung am wahrscheinlichsten.
1. Ausgangszustand
Charakteristisch für die Mikrostruktur der Back-up-Schicht ist ein heterogener, von
Hohlkanälen und Poren (1-500 �m) durchzogener Kornverband. Grobe feinporige
Al2O3-Besandungskörner, mit einer Korngröße bis zu 1 mm, sind in einer Matrix
aus SiO2-Binder und kleinsten Al2O3-Füllerkörnern eingebettet.
Die Bildung des 3/2-Mullits beginnt in den Zwickeln der 5-600 �m großen Al2O3-
Füllerpartikel innerhalb der SiO2 Binderphase der Back-up-Schicht. Die gröberen
Al2O3-Besandungskörner (0,12-0,5 mm) stehen in Kontakt zu der Tauchmassenschicht,
sind aber weder an der Reaktion selbst beteiligt, noch wachsen
Mullitsäume /DAV72/ auf ihnen auf.
2. Bildung der SiO2-Flüssigphase
Bei 1500 °C hat sich innerhalb des amorphen SiO2-Binders eine Flüssigphase
gebildet bevor die Mullitreaktion einsetzt (Bild 1.4a/b). Für diese Viskositätserniedrigung
ist das im SiO2-Sol enthaltene Na2O verantwortlich /HYD96/,
/WAN92/, /WAN91/. Durch die Umwandlung des �-Al2O3 (Füller) zu �-Al2O3 und
Na /STE84/, /MCD79/, das zu Na2O oxidiert, steht zusätzlich Na2O zur Verfügung.
3. Auflösen von Al2O3
Die SiO2-Flüssigphase wirkt als „Becken“, in dem sukzessive Al2O3 aus den
zwangsbenetzten Füllerpartikeln gelöst und angereichert wird.
4. Primär-Mullitbildung/Ausscheidung
Bis 5 �m große 3/2Mullit-Prezipitate mit gleichbleibenden Gitterkonstanten scheiden
sich aus der niedrigviskosen SiO2-Flüssigphase aus (Bild 1.4b). Die Beteiligung
der kristallinen SiO2-Phasen an der Mullitreaktion ist unwahrscheinlich.
Dieser Prozess ist durch die Keimbildungs- und die Wachstumsrate bestimmt und
für die Anreicherung des Mullits von 14 Gew-.% nach 4 h Auslagerung bei
1500 °C verantwortlich. Diese Reaktion ist abgeschlossen, wenn nicht mehr
genügend freies SiO2 bzw. Flüssigphase zur Verfügung steht oder die Viskosität
der Flüssigphase aufgrund der veränderten Zusammensetzung für den Ausscheidungsprozess
zu hoch ist.
5. Sekundär-Mullitbildung/Wachstum
Die 1-5 �m kleinen Ausscheidungen (Mullit(1), Bild 1.4c) bilden bei fortgeführter
Auslagerung (3-24 h) Mullitverbände von 20 �m Größe (Mullit(2) Bild 1.4c). Zwei
Ursachen sind möglich:
� Agglomeration der Einzelausscheidungen ohne chemische Wechselwirkung,
� Wechselseitige Diffusion von Al- und Si-Spezies /WEI89/ zwischen den Mullti-
Primärausscheidungen (Ostwaldreifung).
Das sekundäre Wachstum ist in Bezug auf die Quantität des Mullits dem Prozess
der Primärausscheidung untergeordnet. Zwischen 6 h und 24 h Auslagerung ist
dieser Prozess für die Mullitentwicklung bestimmend.
IX