Lösung
Beschleunigte Thermoschockprüfung für Feuerfestwerkstoffe
Bandtest-Methode kombiniert mit Elastizitätsmodulmessung zur effizienten Bewertung der Thermoschockbeständigkeit von Feuerfestwerkstoffen.
Die Herausforderung
Standard-Thermoschockprüfungen (ASTM C38, PRE/BS-Methoden) unterscheiden ausgezeichnete von schlechten Materialien, haben aber Schwierigkeiten, „sehr gut” von „ausgezeichnet” zu differenzieren, besonders wenn die Beständigkeit mit „+20 oder +30 Zyklen” angegeben wird. Diese Methoden messen Versagenspunkte, nicht progressive Schäden, und die Probendicke beeinflusst die Ergebnisse erheblich: Ein dichter Schamottestein zeigt bei 38mm messbare Beständigkeit, versagt aber beim ersten Zyklus bei 65mm.
Morgan Refractories benötigte eine quantitative Schadensverfolgung, um Materialien zu vergleichen und die Produktentwicklung zu steuern.
Die Lösung
Der Bandtest, der in den 1930er Jahren bei Taylor Refractories entstand, verwendet einen 1,5-Meter-Maxon-Segmentbrenner, um Proben (230 × 114 × 38mm) durch 15 Minuten Erhitzen auf 1000–1040°C gefolgt von 15 Minuten Abkühlung zu zyklieren. Die Schlüsselinnovation: Messung des Elastizitätsmoduls durch transiente Vibration (GrindoSonic) nach 1, 2, 5 und 10 Zyklen, anstatt bis zum Versagen zu zyklieren.
Der prozentuale Restmodul verfolgt die Mikrorissakkumulation, bevor sichtbare Schäden auftreten. Tabelle 1 der Studie zeigte ausgezeichnete Übereinstimmung zwischen dem prozentualen Rest-MOE und dem prozentualen Rest-MOR bei 45–90% Aluminiumoxid-Materialien und Magnesia-Chrom-Feuerfestwerkstoffen.
Ergebnisse
Tests an kommerziell erhältlichen Feuerfestwerkstoffen zeigten klare Differenzierung: Siliziumkarbid behielt die höchste Festigkeit, während Magnesia, nach BS 1902 mit +20/+30 Zyklen bewertet, die schlechteste Retention zeigte. Rezepturänderungen bei einem 66%-Aluminiumoxid-Material verbesserten die Schockbeständigkeit um 12%. Eine Erhöhung der Brenntemperatur um 200°C halbierte den Rest-MOE nahezu.
Die Methode erwies sich als empfindlich gegenüber Dickeneffekten (60%-Aluminiumoxid zeigte deutliche Abnahmen bei zunehmender Dicke) und Prozessvariationen. Forschungen von Semler an der Ohio State University bestätigten, dass 5–10 Zyklen ausreichen können, um die Thermoschockbeständigkeit zu charakterisieren, was die Kombination aus Bandtest und Modulmessung sowohl für F&E als auch für die Qualitätskontrolle praktikabel macht.
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