Der Einfluss von Titandioxid und Natriumoxid auf die Hochtemperatureigenschaften von Aluminiumoxid-Gießmassen

Durch die Zugabe von geringen Mengen an Titandioxid lässt sich die Temperaturwechselbeständigkeit von Feuerbetonen auf Tonerdebasis verbessern. Allerdings wird dadurch auch deutlich die Festigkeit bei hohen Temperaturen gesenkt, was mit der Bildung von niedrigschmelzenden Phasen aus dem Na2O-Al2O3-TiO2-System zusammenhängt. Daher wurden einerseits gezielt Na2Al2Ti6O16-Pulver vorsynthetisiert und einer Al2O3-reichen Gießmasse zugegeben bzw. andererseits während der Sinterung dieser gebildet, um deren Einfluss auf die Mikrostruktur, die Phasenzusammensetzung, die Materialeigenschaften und das thermomechanische Verhalten zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass ein höherer Anteil an Na und Ti in Tonerde-Feuerbetonen die offene Porosität senkt, allerdings auch aufgrund einer aufgelockerten Mikrostruktur mit Rissen und schlechter Kornbindung zu einer geringeren Kaltbiegefestigkeit führt. Die gebildete Na2Al2Ti6O16-Phase selbst liegt nach dem Sintern als Flüssigphase in den Zwickeln der Aluminiumoxidkörner vor und verringert erheblich die Festigkeit bei hohen Temperaturen. Es konnte dennoch gezeigt werden, dass der wesentliche Vorteil der Feuerbetone mit Na2O-Al2O3-TiO2-Zusätzen deren hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit ist.

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The impact of titania and sodium oxide on the high-temperature behaviour of alumina castables
Alumina-based castables with low amounts of titania show an improved thermal shock resistance but very low strength at high temperatures, which is linked to the formation of phases of the Na2O-Al2O3-TiO2 system. Na2Al2Ti6O16 powders have been synthesized and added or in situ formed in a high-alumina castable to understand their impact on the microstructure, phase composition, material properties, and thermo-mechanical behaviour. A higher amount of Na and Ti in alumina castables result in lower open porosity but also lower CMOR due to a loser microstructure with cracks and worse grain bonding. The Na2Al2Ti6O16 phase itself is present as a liquid phase in the interstices between alumina grains after sintering and dramatically decreases the HMOR. But it has been found that the major advantage of Na2O-Al2O3-TiO2-containing castables is their excellent thermal shock resistance.

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