Zirkonoxid-Zähigung verlängert die Lebensdauer von Feuerfestprodukten

Die Herausforderung

Al2O3-CaAl12O19-Verbundwerkstoffe sind ideale Hochtemperatur-Strukturkeramiken, jedoch begrenzt ihre geringe Thermoschockbeständigkeit ihre Anwendung unter Thermoschockbedingungen. Diese Materialien werden in der Metallverarbeitung, Glasherstellung und anderen Industrien eingesetzt, in denen schnelle Temperaturänderungen Rissbildung und Materialversagen verursachen. Die Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit ohne Beeinträchtigung anderer Eigenschaften ist für die Erweiterung ihrer Anwendung unerlässlich.

Die Lösung

Diese Forschung bereitete Verbundwerkstoffe aus Ferrotitanschlacke vor und fügte 12,5 Gew.-% unstabilisiertes monoklines Zirkonoxid zur Verstärkung hinzu. Der GrindoSonic MK7 ermöglichte die Messung des Elastizitätsmoduls vor und nach thermischen Zyklen, quantifizierte die Schadensakkumulation durch Eigenschaftsdegradation und bewertete, wie die Rissbildung die Materialsteifigkeit beeinflusst. Eine systematische Analyse der Phasenzusammensetzungen und der Mikrostrukturentwicklung enthüllte die Mechanismen der Rissausbreitungsbeständigkeit.

Ergebnisse

Die verbesserte Thermoschockbeständigkeit resultiert aus mehreren Mechanismen der Rissausbreitungsbeständigkeit, einschließlich der spannungsinduzierten tetragonalen zu monoklinen Phasentransformation in t-ZrO2 und der mit m-ZrO2 verbundenen Mikrorissbildung. Vergröberte ZrO2-Partikel, die mit TiO2 aus der Ferrotitanschlacke dotiert sind, begünstigen beide Mechanismen. Dieses Verständnis ermöglicht die Entwicklung haltbarerer Feuerfestmaterialien für industrielle Hochtemperaturanwendungen.

Kernaussage: Die Zugabe von 12,5 Gew.-% unstabilisiertem monoklinem Zirkonoxid zu Al2O3-CaAl12O19-Verbundwerkstoffen verbesserte die Thermoschockbeständigkeit durch duale Mechanismen: spannungsinduzierte Phasentransformation und Mikrorissbildung durch TiO2-vergröberte ZrO2-Partikel.