Mikrostruktur und Eigenschaften keramischer Formmassen ... - OPUS

Kurzfassung
XXI
Abschrecken an Luft ermittelt. Der Vorbrand bei 1000 °C bleibt ohne Einfluss auf
die TWB von grünem Spinellbeton (Bild 1.12a). Für den bei 1000 °C vorgebrannten
und bis �T=1000 K geprüften Spinellbeton beträgt die Biegebruchspannung �0
nach jedem Abschreckzyklus unverändert 6 MPa (MgO-Werkstoff: 3 MPa). Ein
einstündiger Vorbrand bei 1500 °C bzw. das Aufheizen auf die Prüftemperatur von
1500 °C dagegen erhöht die �0-Werte auf ca. 16 bis 18 MPa. Die Restfestigkeit ist
dann unabhängig von der Temperaturdifferenz �T (Ausnahme �T=250 K) und der
Anzahl der Thermowechselzyklen (Bild 1.12b).
Biegebruchspannung � 0 mit � in MPa
40
35
30
25
20
15
a) TWB: Temperaturdifferenz �T
Vorbrand:
1500 °C/1 h/Ofen
Vorbrand
bzw. Thermoschock:
5 x 1500 °C/1 h/Luft
10
Vorbrand:
1000 °C/1 h/Ofen
5
0
ohne Vorbrand
0 250 500 750 1.000 1.250 1.500
Temperaturdifferenz �T in K
b) TWB: Anzahl der Zyklen
Spinell
VB 1500 °C/1 h
�T 1500 K Spinell
VB 1500 °C/1 h
�T 1000 K
MgO VB 1000 °C/1 h
�T 1000 K
0 5 10 15 20
Anzahl der Zyklen
Spinell
VB 1000 °C/1 h
�T 1000 K
Bild 1.12: Thermowechselbeständigkeit TWB des Spinellbetons in Abhängigkeit von der
thermischen Vorbehandlung VB (Biegebruchspannungen �0 aus Vierpunktbiegeversuch,
Fehlerbetrachtung: 95%ige Vertrauensbereiche nach DIN 51110 Teil 3). Nur ein Vorbrand
bei 1500 °C steigert die Restfestigkeit. a) Einfluss der Temperaturdifferenz �T nach
einmaligem Abschrecken in Luft (Darstellung nach Hasselman /HAS77/). b). Die Anzahl
der Thermowechselzyklen (alternierendes Aufheizen auf die Prüftemperaturen und
Abschrecken in Luft auf RT) hat keinen Einfluss auf die Festigkeit des Spinellbetons.
Die gute TWB bei �T=1500 K, die hohe Festigkeit und Bruchzähigkeit sowie das
gute Heißbiegeverhalten des Materials ist auf die Korrelation von Sinterprozessen
mit den irreversibel in der Tiegelbindephase gebildeten CA6-Nadeln zurückzuführen,
die die Matrix mit den Spinellaggregaten „verhakt“. Dies ermöglicht Einsatz
von Spinellbeton-Tiegeln bei Gebrauchstemperaturen von 1500 °C ohne
Vorbrand. Gleichzeitig wird die TWB sowohl von der Matrixporosität, als auch von
der Porosität im Spinell positiv beeinflusst. Obwohl infolge der Volumenvergrößerung
bei der CA6-Bildung /KOP90/ aufgebaute Spannungen zur Initiierung
von Rissen führen können, ist anzunehmen, dass der Rissfortschritt in den
charakteristischen Poren und Blasen des Spinellbetons aufgehalten wird. Das
wiederholte Abschrecken von 1000 °C und 1500 °C sowie prozessnahe Gießversuche
haben gezeigt, dass Spinellbeton-Tiegel bis ca. 1600 °C unbedenklich
mehrfach eingesetzt werden können.