TY - THES

T1 - Herstellung und Untersuchung von MgAlON gebundenen Feuerfestprodukten

AU - Sieger, Mario

N1 - gesperrt bis 19-05-2021

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Ziel dieser Arbeit war es Feuerfestbaustoffe mit MgAlON als Bindephase herzustellen. MgAlON wurde bisher nur in Proben mit geringer Probengröße hergestellt und untersucht. Es sollte festgestellt werden, ob diese Bindephase auch in einem größeren Probenformat synthetisiert werden kann. Zur Bildung von MgAlON während des Brennvorgangs wurden einerseits Proben mit Spinell als Hauptkomponente und andererseits Proben deren Hauptrohstoff Tonerde war, verwendet. Erst wurde ein geeignetes temporäres Bindemittel in Vorversuchen ermittelt. Da bei der Herstellung für einen Teil der Proben ein Graphittunnelofen verwendet wurde, durften im Bindemittel kein Schwefel und kein Phosphor enthalten sein, da durch diese Elemente Verunreinigungen an der Graphitauskleidung des Ofens entstehen können. Der Binder durfte nicht mit dem in den Proben enthaltenen Aluminiumnitrid reagieren und die mit dem Bindemittel hergestellten Grünkörper sollten eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Als Bindemittel wurde Dextrin ausgewählt. Proben, in einer nichtbasischen Variante und in einer Variante mit Spinell als Hauptkomponente, wurden hergestellt und dann auf zwei unterschiedliche Arten unter reduzierenden Bedingungen gebrannt. Brennaggregate waren einerseits ein Graphittunnelofen in dem die Proben unter Stickstoffatmosphäre bei 1650°C und andererseits ein Muffelofen in dem die Testkörper, in Koksgrus eingebettet, unter Luftatmosphäre und bei 1600°C gebrannt worden sind. Die Auswirkungen der Brennmethode auf die Phasenzusammensetzung (Auflichtmikroskop, REM, RDA) wurden untersucht. Die Kaltdruckfestigkeit, Dichte, Porosität, E-Modul und Sprödigkeitskennwerte aller Proben, sowie die Oxidationsbeständigkeit und die Beständigkeit gegen Angriff durch Schlacken, wurden geprüft. Bei Proben mit Tonerde als Hauptkomponente bestand die Matrix aus aluminiumreichen Spinell, MgAlON konnte nicht eindeutig nachgewiesen werden. Die nichtbasischen Testkörper hatten eine höhere Festigkeit und Dichte sowie eine höhere charakteristische Länge, welche auf eine geringere Sprödigkeit hinweist, im Vergleich zu Spinellproben. Sie zeigten außerdem eine bessere Beständigkeit gegen Oxidation und Schlackeninfiltration. Im Graphittunnelofen gesinterte Proben hatten, verglichen mit Proben aus dem Muffelofen, eine geringere Festigkeit und waren spröder. Die beste Oxidationsbeständigkeit wurde bei Aluminaproben aus dem Gaphittunnelofen beobachtet. Bei Prüfkörpern aus Spinell konnte MgAlON als Bindephase gefunden werden. Wurden diese im Graphittunnelofen gebrannt, war bereits im Auflichtmikroskop eine nadelförmige Struktur auffällig und die Röntgendiffraktogramme zeigten kleine Peaks vor dem Spinellpeak. Bei Proben aus dem Muffelofen war MgAlON erst im REM zu erkennen. Das entstandene Gefüge war locker und hatte eine geringe Festigkeit. So hergestellte Probensteine konnten deshalb nicht zur Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte verwendet werden.

AB - Ziel dieser Arbeit war es Feuerfestbaustoffe mit MgAlON als Bindephase herzustellen. MgAlON wurde bisher nur in Proben mit geringer Probengröße hergestellt und untersucht. Es sollte festgestellt werden, ob diese Bindephase auch in einem größeren Probenformat synthetisiert werden kann. Zur Bildung von MgAlON während des Brennvorgangs wurden einerseits Proben mit Spinell als Hauptkomponente und andererseits Proben deren Hauptrohstoff Tonerde war, verwendet. Erst wurde ein geeignetes temporäres Bindemittel in Vorversuchen ermittelt. Da bei der Herstellung für einen Teil der Proben ein Graphittunnelofen verwendet wurde, durften im Bindemittel kein Schwefel und kein Phosphor enthalten sein, da durch diese Elemente Verunreinigungen an der Graphitauskleidung des Ofens entstehen können. Der Binder durfte nicht mit dem in den Proben enthaltenen Aluminiumnitrid reagieren und die mit dem Bindemittel hergestellten Grünkörper sollten eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Als Bindemittel wurde Dextrin ausgewählt. Proben, in einer nichtbasischen Variante und in einer Variante mit Spinell als Hauptkomponente, wurden hergestellt und dann auf zwei unterschiedliche Arten unter reduzierenden Bedingungen gebrannt. Brennaggregate waren einerseits ein Graphittunnelofen in dem die Proben unter Stickstoffatmosphäre bei 1650°C und andererseits ein Muffelofen in dem die Testkörper, in Koksgrus eingebettet, unter Luftatmosphäre und bei 1600°C gebrannt worden sind. Die Auswirkungen der Brennmethode auf die Phasenzusammensetzung (Auflichtmikroskop, REM, RDA) wurden untersucht. Die Kaltdruckfestigkeit, Dichte, Porosität, E-Modul und Sprödigkeitskennwerte aller Proben, sowie die Oxidationsbeständigkeit und die Beständigkeit gegen Angriff durch Schlacken, wurden geprüft. Bei Proben mit Tonerde als Hauptkomponente bestand die Matrix aus aluminiumreichen Spinell, MgAlON konnte nicht eindeutig nachgewiesen werden. Die nichtbasischen Testkörper hatten eine höhere Festigkeit und Dichte sowie eine höhere charakteristische Länge, welche auf eine geringere Sprödigkeit hinweist, im Vergleich zu Spinellproben. Sie zeigten außerdem eine bessere Beständigkeit gegen Oxidation und Schlackeninfiltration. Im Graphittunnelofen gesinterte Proben hatten, verglichen mit Proben aus dem Muffelofen, eine geringere Festigkeit und waren spröder. Die beste Oxidationsbeständigkeit wurde bei Aluminaproben aus dem Gaphittunnelofen beobachtet. Bei Prüfkörpern aus Spinell konnte MgAlON als Bindephase gefunden werden. Wurden diese im Graphittunnelofen gebrannt, war bereits im Auflichtmikroskop eine nadelförmige Struktur auffällig und die Röntgendiffraktogramme zeigten kleine Peaks vor dem Spinellpeak. Bei Proben aus dem Muffelofen war MgAlON erst im REM zu erkennen. Das entstandene Gefüge war locker und hatte eine geringe Festigkeit. So hergestellte Probensteine konnten deshalb nicht zur Bestimmung bruchmechanischer Kennwerte verwendet werden.

KW - MgAlON

KW - Nichtoxid

KW - Feuerfest

KW - Graphittunnelofen

KW - MgAlON

KW - nonoxides

KW - refractories

KW - continuous graphite kiln

M3 - Masterarbeit

ER -