Universiẗat, Diss., 2002--Stuttgart. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2002.

LAS-Glaskeramiken aus Keatit-Mischkristallen (KMK) sind aufgrund ihres relativ hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (TAK) a20-700 von etwa 1·10-6 K-1 deutlich empfindlicher gegen einen äußeren Thermoschock als Glaskeramiken aus Hochquarz-Mischkristallen (HQMK) deren TAK etwa um den Faktor 10 geringer ist. Dennoch konnte gezeigt werden, dass Glaskeramikplatten mit KMK als Hauptkristallphase unter entsprechenden Bedingungen eine nahezu vergleichbar hohe Thermoschockbeständigkeit besitzen können. Die vorliegende Arbeit untersuchte die Ursachen für die Thermoschock-Beständigkeit (nach der Prüfmethode Temperatur-Unterschiedsfestigkeit, kurz TUF, genannt) der KMK-Glaskeramik und zeigte Einflussgrößen zur Optimierung des Thermoschockverhaltens dieses Materials auf. Es wurde gezeigt, dass in dem Material eine grundlegende Thermoschockbeständigkeit („Grund-TUF“) durch die Kenngrößen a, E und n bedingt wird, die durch entsprechende Keramisierungsbedingungen nochmals erhöht werden kann. Diese zusätzliche Thermoschockbeständigkeit konnte auf eine Randschicht von etwa 100 µm zurückgeführt werden. Es wurde gezeigt, dass die Ursache für die verbesserte Thermoschockbeständigkeit in einer Druckvorspannung der Randschicht von weniger als 10 MPa, die über den Keramisierungsprozess eingebracht wird, liegt. Diese sehr geringen Schichtspannungen konnten über Vickerseindrücke identifiziert und mit einem Modell auf Basis der Risszähigkeit qualitativ bis semi-quantitativ beschrieben werden. Die Spannungen in der Randschicht beeinflussen die Rissausbreitung der Vickersrisse. Damit können nach Ausmessen der Risse relative Aussagen über die Spannungen und somit über die TUF der untersuchten Platte gemacht werden. Auf diese Weise konnte sowohl die TUF als Randschichteigenschaft identifiziert werden, als auch Proben mit unterschiedlicher TUF mittels geeigneter Vickerseindrücke unterschieden werden. / Because of their relatively high coefficient of thermal expansion (CTE) of about 1·10-6 K-1, LAS-type glass-ceramics consisting mainly of keatite solid solution (s.s.) are much more sensitive to fracture due to thermal shock than glass-ceramics consisting mainly of high-quartz s.s., the CTE of which is about 10 times smaller. Nevertheless, it was shown that with certain parameters a glass-ceramic consisting of keatite s.s. can be produced to satisfy the criteria for thermal shock resistance. In this work the thermal shock behaviour (TUF) in a keatite s.s. glass-ceramic was investigated and optimised. A basic thermal shock resistance (“Basic-TUF”) is caused by the parameters a, E and n which can be increased through suitable ceramisation parameters. This additional thermal shock resistance can be attributed to a surface layer of approximately 100 µm thickness. The ceramisation process can induce compressive stresses of up to 10 MPa, which increase consequently the TUF. These small stresses were semi-quantitatively characterised by the use of Vickers indentation and described by a model, based on the theory of fracture toughness. The stresses influence the crack growth of the induced cracks. The length of these Vickers cracks can be correlated to the stresses and the TUF. As a consequence the TUF can be identified as a surface near property. It is also possible to distinguish between samples with high and low TUF-values.

Stuttgart, Univ., Diss., 2002.

Zugl.: Paderborn, Univ., Diss., 2007

Um einen dauerhaften Einsatz Al2O3-basierter Feuerfestwerkstoffe in Hochtemperaturanlagen zur Synthesegaserzeugung zu ermöglichen, erfolgte die Entwicklung neuer Materialien mit verbesserter Thermoschock- und Korrosionsbeständigkeit gegenüber flüssiger Kohleschlacke. In einem industrienahen Spinell-Alumina-Verbundwerkstoff lässt sich die Mikro- und Porenstruktur durch Zugabe von 6 Gew.-% eines Spinell-reichen Zements optimieren, wodurch die Infiltration und zugleich die Korrosion durch saure Braunkohleasche erheblich reduziert werden konnte. Die Zugabe von 2,5 Gew.-% TiO2 zu einer Al2O3-Gießmasse führt ebenfalls zur Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit und verhindert während des Tiegeltests die weitere Auflösung der Al2O3-Matrix, indem sich auf dem Werkstoff durch Reaktion mit MgO der Schlacke eine dichte in situ Spinell-Schutzschicht ausbildet. So erfolgte die Entwicklung von Materialien mit hervorragenden thermomechanischen Eigenschaften und ausreichender Korrosionsbeständigkeit, welche als umweltfreundliche und kostengünstige Alternative zu den derzeit eingesetzten Cr2O3-reichen Werkstoffen angesehen werden können.

Um einen dauerhaften Einsatz Al2O3-basierter Feuerfestwerkstoffe in Hochtemperaturanlagen zur Synthesegaserzeugung zu ermöglichen, erfolgte die Entwicklung neuer Materialien mit verbesserter Thermoschock- und Korrosionsbeständigkeit gegenüber flüssiger Kohleschlacke. In einem industrienahen Spinell-Alumina-Verbundwerkstoff lässt sich die Mikro- und Porenstruktur durch Zugabe von 6 Gew.-% eines Spinell-reichen Zements optimieren, wodurch die Infiltration und zugleich die Korrosion durch saure Braunkohleasche erheblich reduziert werden konnte. Die Zugabe von 2,5 Gew.-% TiO2 zu einer Al2O3-Gießmasse führt ebenfalls zur Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit und verhindert während des Tiegeltests die weitere Auflösung der Al2O3-Matrix, indem sich auf dem Werkstoff durch Reaktion mit MgO der Schlacke eine dichte in situ Spinell-Schutzschicht ausbildet. So erfolgte die Entwicklung von Materialien mit hervorragenden thermomechanischen Eigenschaften und ausreichender Korrosionsbeständigkeit, welche als umweltfreundliche und kostengünstige Alternative zu den derzeit eingesetzten Cr2O3-reichen Werkstoffen angesehen werden können.

Originally presented as the author's Thesis--Universität Hamburg, 2007. / Includes bibliographical references.

This thesis dealt with the new refractory material calcium zirconate. The aim of this study was to investigate the synthesis of pure phase calcium zirconate in grain sizes up to 3 mm and to produce first refractory materials and examining their properties. For the synthesis the chosen solid state reaction of an equimolar mixture of monoclinic zirconium dioxide and calcium carbonate resulted in single phase calcium zirconate at temperature of at least 1200 °C. An increasing sintering temperature decreased the porosity. The first refractories based on single phase calcium zirconate were formed using the press process as well as slip casting. The thermomechanical properties were promising, which presents a starting point for the usage of refractories based on calcium zirconate in a wide field of possible applications. Remarkable were the residual strengths of about 5 MPa after five thermal shocks. However, corrosion tests with steel melt and gasifier ash showed the decomposition of CaZrO3 in presence of SiO2 which should be examined further for respective industrial usages.

Ziel der Arbeit war es die Modelle des Sonderforschungsbereiches (SFB) 920 zur Filtration von Stahlschmelzen erstmals im industriellen Maßstab zu überprüfen. Dafür wurden zwei Arten großformatiger Filter entwickelt: 1. Schaumfilter mit Zylindergeometrie mittels einer modifizierter Replikaroute und 2. “Spaghettifilter” mittels robotergestützten Gelcastings auf Alginatbasis. Die mechanischen und strukturellen Eigenschaften der Filtermaterialien wurden in Abhängigkeit verschiedener Herstellungsparameter untersucht und die Einsatzfähigkeit geeigneter Filterprototypen wurde im Stahlgusssimulator des SFB 920 evaluiert. Die finalen Filterbauteile wurden im Stranggießverteiler des Industriepartners thyssenkrupp Steel Europe AG für circa 45 Minuten bei >1550 °C in die Stahlschmelze eingetaucht. Schaumfilter mit der richtigen Einsatzkonfiguration überstanden die Prozessbedingungen trotz Thermoschock und Schlackekontakt. Post-mortem-Untersuchungen der Filteroberfläche zeigten klare Anzeichen für reaktive und aktive Filterwirkung wie sie aus Laborversuchen bekannt sind. Die Industrietests zeigten somit den ersten Machbarkeitsnachweis für das neuartige Filterkonzept.