Einfluss von reaktiven Aluminium- und Magnesiumoxid-Zusätzen auf die Korrisions- und Thermoschockbeständigkeit von spinellbildenden Feuerbetonen

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Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines thermoschock- und korrosionsbeständigen, monolithischen Tonerde–Spinell Feuerfestwerkstoffes. Insbesondere die Untersuchung der Hochtemperaturreaktionen zwischen den oxidischen Zusätze Al2O3 und MgO sowie des Hochtemperaturverhaltens des Bindemittels und die daraus folgende Wirkung auf die für die Hochtemperaturkorrosion und den Thermoschock relevanten Eigenschaften über die Ermittlung der Mikrostruktur (Phasenzusammensetzung und Gefüge), sowie von Restfestigkeiten und inneren Schädigungen durch Rissbildung sind Teil der geplanten Untersuchungen. Durch Zugabe von reaktivem Aluminiumoxid und Periclase wird während der Sinterung in der ersten Aufheizphase in-situ Spinell in der Matrix aus der Reaktion zwischen Aluminiumoxid und MgO erzeugt. Ebenso steht unter Umständen MgO aus dem Bindemittel zur Verfügung. Hierzu sind neben der Verwendung traditioneller Tonerdezemente Versuchserien mit experimentell hergestellten Bindemitteln auf Tonerde/Dolomitbasis vorgesehen. Die in situ Spinellbildung, die Zersetzung von Hydratphasen des Bindemittels und je nach Aufheizbedingungen die Reaktion von MgO zu Brucite können zur Erzeugung von Rissen führen, die , falls sie als Mikrorisse vorliegen, unter Umständen die Thermoschockbeständigkeit erheblich verbessern können. Ein weiteres Ziel ist die Begrenzung der Porosität, um die Metallschmelzeninfiltration in Grenzen zu halten. Der dadurch entstehende relativ dichte keramische Werkstoff wird über die Mischungszusammensetzung, die sich and der Ultra-Low-Cement (ULCC) Technologie anlehnt, erreicht werden. Durch das beim ersten Aufheizen (Sintern) entstehende Mikrorissgefüge bei kleinerer Porosität soll ein Thermoschockverhalten wie bei porösen, grobkörnigen Feuerfestwerkstoffen erreicht werden. Mittels Röntgenbeugungsanalyse, Porositätsmessungen und mit einem atmosphärischen Rasterelektronenmikroskop wird vor und nach der Sinterung sowie nach Thermoschockversuchen die Gefügeausbildung untersucht. Für die Prüfung der Thermoschockbeständigkeit werden die Restfestigkeiten und innere Schädigung durch Ultraschall nach Abschreckversuchen von 1000°C und 600°C in Wasser ermittelt. Die Grundporosität wird durch unterschiedliche Wassergehalte und Packungsdichten des Feuerbetons bei sonst konstanten Prozessparametern insbesondere der Nachbehandlung und der Aufheizphase verändert, während das Mikrorissgefüge durch Variation der Menge, Art und Ausgangskorngrößen im Mikrometerbereich der Zusätze gesteuert wird. Porosität und Porengrößenverteilungen werden durch Quecksilberdruckporosimetrie ermittelt. Eine globale Aussage über die Schädigung durch gebildete Risse erfolgt über die Ultraschallprüfung. Parallel und punktuell erfolgt im Rahmen dieses Forschungsvorhabens eine zerstörungsfreie, dreidimensionale Charakterisierung im Inneren des Gefüges über eine hochauflösende Computertomographie. Die Computertomographie wird je nach Ergebnissen aus Porosimetrie und Ultraschall (grüne Proben, gebrannte Proben) und im Anschluss an die Thermoschockversuche angewendet. Verhalten gegenüber Infiltration von Schlacken nach dem ersten Aufheizen und nach einer Thermoschockbehandlung wird mittel eines Tiegeltestes und im Erhitzungsmikroskop geprüft.