Industrielle feuerfeste Keramikmaterialien

Feuerfeste Keramikwerkstoffe spielen in den meisten (wenn nicht allen) Hochtemperaturverarbeitungsindustrien eine wesentliche Rolle. Sie zeichnen sich durch eine unglaubliche Wärmebeständigkeit und Langlebigkeit aus. Viele Branchen nutzen heute ihre Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten, ohne sich zu verformen oder zu erweichen. Daher besteht in der Industrie eine Verbindung zwischen fortschrittlichen Verarbeitungstechniken und neuen Materialien, die für die Entwicklung skalierbarer Fertigungslösungen von entscheidender Bedeutung ist.

In diesem Artikel erfahren Sie alles über diese futuristischen Materialien, einschließlich ihrer grundlegenden Rolle in verschiedenen Wirtschaftssektoren.

Beginnen wir mit den Grundlagen!

Was ist ein feuerfestes Keramikmaterial?

„Keramik“ leitet sich vom altgriechischen Wort „Keramos“ ab, das „verbrannte Dinge“ bedeutet. „Keramos“ bezeichnet Gegenstände aus natürlichen Materialien, die extremen Temperaturen standgehalten haben. Der heute weit verbreitete Begriff „Keramik“ bezeichnet anorganische, nichtmetallische Materialien, die unter Hochtemperaturbedingungen verwendet oder verarbeitet werden.

Feuerfestes Material zeichnet sich im Wesentlichen durch hohe Steifigkeit, Elastizität und Reinheit unter extrem hohen Temperaturen aus. Es dient der Wärmespeicherung oder -übertragung. Es kann auch zum Schutz vor chemischen Prozessen und Reaktionen bei hohen Temperaturen eingesetzt werden.

Die Fähigkeit feuerfester Materialien, in solchen Prozessen chemisch inert und mechanisch stabil zu bleiben, wird bei der Herstellung flüssiger Metalle und Legierungen ausgenutzt.

Bei der Glasverarbeitung speichern Feuerfestmaterialien Wärme und schützen das Glasprodukt vor chemischer Verunreinigung. Zementhersteller nutzen sie, um ihre Stahlwerke vor Hitze und chemischen Reaktionen zu schützen. Darüber hinaus können Feuerfestprodukte zur Wärmeübertragung in Hochöfen eingesetzt werden.

Feuerfeste Materialien widerstehen typischerweise stark gashaltigen Umgebungen mit hohen Temperaturen und erleichtern so die Herstellung anderer Produkte. Sie können porös oder nicht porös sein. Je nach Kristallinitätsgrad werden feuerfeste Keramiken als zusammengesetzt, amorph, kristallin oder polykristallin klassifiziert.

Chemiker und Physiker verarbeiten Elemente wie Zirkonium, Silizium, Magnesium, Bor und Kalzium, um verschiedene industrielle Anforderungen zu erfüllen. Die Elemente werden mit Carbiden, Oxiden oder Nitriden kombiniert, um hochbeständige, korrosionsbeständige und hitzebeständige Materialien zu bilden.

Zum Beispiel, Zirkonoxid (Zirkonoxid) und Siliziumkarbid sind zwei hochwertige feuerfeste Materialien, die auch bei extrem hohen Temperaturen ihre Festigkeit behalten. Binäre Verbindungen wie Bornitrid, Wolframcarbid und Hafniumcarbid sind sehr feuerfest; der Schmelzpunkt von Hafniumcarbid liegt bei 3.890 °C.

Einige dieser Verbindungen halten hohen Temperaturen stand, können aber in Sauerstoffatmosphären verbrennen. Andere, wie Molybdändisilizid, eignen sich als Heizelemente, während andere als feuerfeste Auskleidungsmaterialien verwendet werden.

Der Herstellungsprozess von Feuerfestkeramik

Im Allgemeinen sollte ein feuerfestes Material hohen Temperaturen standhalten, die nicht unter 538°C (1.000°F) liegen. Sie sollten hohe mechanische Festigkeit mit hoher Abriebfestigkeit. Um extrem korrosiven Umgebungen standzuhalten, müssen sie auch bei hohen Temperaturen chemikalienbeständig sein. So bieten sie Produktionsanlagen effizienten Schutz und eine optimale Oberflächenbeschichtung.

Solche Materialien werden unter extremen Bedingungen hergestellt. Schamotte, die aus bis zu 87,51 TP3T Aluminiumoxid und wasserhaltigen Aluminiumsilikaten besteht, wird zur Herstellung feuerfester Tonmaterialien verwendet. Aufgrund unterschiedlicher industrieller Anforderungen können verschiedene Tonmineralien wie Kugelton, gewöhnlicher Ton, Bentonit und Kaolin verwendet werden.

Bis zu 87% von Aluminiumoxid, Chromit, Magnesit, Siliziumkarbid, Kieselsäure und andere Nicht-Tonarten, einschließlich Zirkon, werden zur Herstellung feuerfester Materialien ohne Ton verwendet.

Das Angebot an keramischen Feuerfestprodukten reicht von traditionellen hochgebrannten Feuerfeststeinen über monolithische Feuerfestmaterialien in Säcken bis hin zu fortschrittlichen, komplexen und modernen Fertigbrandprodukten. Zu den modernen Fertigbrandkomponenten gehören Widerstandsstaböfen, Rinneninduktionsöfen, Kernöfen, Flammöfen, Prallformen usw.

Die vorgeformten Komponenten, Ziegel und Formen genannt, bilden hervorragende Bodenfliesen, Wände und Bögen verschiedener Hochtemperaturanlagen. Ungeformte Komponenten bilden innere, monolithische Strukturen. Dazu gehören feuerfeste Ziegelmörtel, Gussmassen, Kunststoffe, Spritzmassen usw.

Feuerfeste Herstellungsverfahren

Wie bereits erwähnt, wird Industriekeramik in allen Hochtemperaturprozessen eingesetzt. Beispielsweise werden in einem Fahrzeug verschiedene Materialien wie Kunststoff, Glas und Stahl verwendet, die alle bei extremen Temperaturen hergestellt werden. Stahl wird in speziellen Verfahren aus Eisen hergestellt, indem es in einem Tiegel bei Temperaturen über 2000 °C geschmolzen wird.

Die Innenauskleidung des Heiztiegels ist mit keramischen Materialien ausgekleidet, um ein schnelles Schmelzen oder Verschleißen zu verhindern. So werden diese wunderbaren Produkte hergestellt:

1Rohstoffverarbeitung

In diesem Schritt werden die Rohstoffe vorbereitet, um sicherzustellen, dass sie die gewünschte Größe, Form und Menge aufweisen. Die Rohstoffe werden vor dem Kalzinieren und Trocknen zerkleinert und gemahlen. Je nach Kundenwunsch können die Rohstoffe vor dem Verpacken und Versand trocken mit chemischen Verbindungen und Mineralien vermischt werden. Dies erleichtert die nachfolgenden Schritte.

2Formung

Manchmal werden Rohstoffe als separate Produkte und nicht als vorgemischte Produkte geliefert. Dies geschieht, wenn der Hersteller sie entweder trocken oder feucht mischt.

3Brennen

Dabei wird das Material im Tunnelofen extremen Temperaturen ausgesetzt, um die für feuerfeste Materialien typischen starken keramischen Bindungen zu bilden. Das lose Material wird anschließend vor der Formgebung in ein Bindemittel überführt.

4Endbearbeitung

Das Material wird einer thermischen Ausdehnung unterzogen und anschließend gefräst, geschliffen und sandgestrahlt, um die perfekte Größe und Form zu erhalten. Je nach Branchenbedarf kann das Endprodukt vor der Verpackung mit Teer und Pech imprägniert werden.

Arten von feuerfesten Materialien

Die häufigsten Arten von keramischen Feuerfestmaterialien sind monolithische, Schamotte, hochtonerdehaltig, Zirkonoxid, Chromit, Magnesitund Kieselsäure. Ihre Kategorisierung hängt jedoch von ihrer chemischen Zusammensetzung, der Herstellungsmethode und der Schmelztemperatur ab:

1Chemische Zusammensetzung

Feuerfeste Keramiken dieser Kategorie sind entweder ein- oder mehrkomponentige Verbindungen mit anorganischen und nichtmetallischen Elementen.

• Säurebeständige Materialien: Wird in Schlacken- und sauren Atmosphären verwendet. Kieselsäure, Zirkonoxid und Aluminiumoxid sind die verwendeten Grundmaterialien. Zu den wichtigsten Feuerfestmaterialien gehören Schamotte, Quarzund Kieselsäure.

• Grundlegende feuerfeste Materialien: Wird unter basischen, nicht sauren Bedingungen verwendet. Die Rohstoffe sind MgO, CaO, Chrommagnesit und Dolomit. Typische Materialien sind Kombinationen aus totgebranntem Magnesit, Chromerz und Dolomit.

• Neutrale Feuerfestmaterialien: Wird unter nicht basischen, nicht sauren Bedingungen verwendet. Zu den Rohstoffen gehören Aluminium- und Chromoxide (Al2O3 und Cr2O3).

• Zirkonoxid-Feuerfestmaterialien: Zirkonoxid (ZrO2) ist der Hauptrohstoff. Es zeichnet sich durch hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Volumenstabilität und hohe Feuerfestigkeit aus.

2Herstellungsverfahren

• Gebrannte Feuerfestmaterialien: Hierbei handelt es sich um Industriekeramiken, die pulverförmige oder körnige Rohstoffe verwenden, die geformt, geknetet und getrocknet werden. Anschließend werden sie bei sehr hohen Temperaturen gebrannt. Beispiele hierfür sind Ziegel mit hohem Aluminiumoxid-, Siliciumdioxid- und Schamottegehalt.

• Ungebrannte Feuerfestmaterialien: Verwenden Sie körnige und pulverförmige Feuerfestmaterialien direkt ohne Brennen.

• Funktionale Feuerfestmaterialien: Hierbei handelt es sich um keramische Werkstoffe, die aus pulverförmigen oder granulierten Rohstoffen hergestellt werden, um bestimmte Form- und Schmelzanforderungen zu erfüllen. Sie können gebrannt oder ungebrannt sein.

• Monolithische Feuerfestmaterialien: Die Rohstoffe können körnig oder pulverförmig sein und werden nicht bei sehr hohen Temperaturen gebrannt. Die Rohstoffe werden auch direkt nach dem Mischen und Grillen verwendet.

3Fusionstemperatur

• Normale feuerfeste Materialien: Die Schmelztemperatur liegt zwischen 1580 und 1780 °C. Beispiel: Schamotte

• Hochfeuerfeste Materialien: Die Schmelztemperatur liegt zwischen 1780 und 2000 °C. Beispiel: Chromit

• Superfeuerfeste Materialien: Schmelztemperatur über 2000 °C. Beispiel: Zirkonoxid

Häufig gestellte Fragen zu keramischen Feuerfestmaterialien

1Welche Eigenschaften sind bei einem feuerfesten Material am wünschenswertesten?

Ein feuerfestes Material sollte eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen, um extremen Temperaturen standzuhalten, sowie eine hohe Oxidationsbeständigkeit und Beständigkeit gegen chemische Angriffe.

2Sind feuerfeste Keramikmaterialien gute elektrische Leiter?

Ein typisches feuerfestes Material widersteht oder hemmt den Fluss elektrischer Ströme. Daher werden sie als gute thermische und elektrische Isolatoren eingesetzt. Einige Materialien wie Siliziumkarbid, Borkarbid und Titansuboxid leiten jedoch Strom.

3Kann sich Ton bei hohen Brenntemperaturen verformen?

Ja. Ton benötigt beim Brennen im Ofen weder zu hohe noch zu niedrige Temperaturen. Andernfalls könnte er sich verformen oder schmelzen, was zu einem Abfließen der Glasur führen könnte. Bei niedrigeren Temperaturen als erforderlich können die Produkte trocken und zu weich für die Verwendung werden.

4Wie lange halten feuerfeste Materialien im Einsatz?

Dies hängt von der Branche ab, in der das Material verwendet wird. Beispielsweise kann die Glasindustrie ein Keramikmaterial bis zu 10 Jahre lang verwenden. Stahlunternehmen müssen ihre Oberflächenauskleidungen hingegen möglicherweise alle paar Wochen austauschen.

5Wie ist die Zusammensetzung von hitzebeständigem Ton?

Die Hauptrohstoffe für feuerfesten Ton sind Tonerde und Kieselsäure. Diese Verbindungen werden mit Additiven und anderen Zutaten vermischt, die die Feuerfestigkeit des Materials verbessern.

6Können die in einem Tiegel verwendeten feuerfesten Materialien recycelt werden?

Ja. Feuerfeste Keramikmaterialien, die bereits extremer Hitze ausgesetzt waren, können für Oberflächenauskleidungen oder andere industrielle Zwecke wiederverwendet werden.

7Welche industriellen Anwendungen gibt es für keramische Werkstoffe?

Feuerfeste Keramik wird in der Glas-, Kunststoff- und Stahlindustrie, in der Metallurgie, in Hochöfen und anderen Unternehmen eingesetzt, die Hochtemperaturprozesse durchführen.

8Wo bekomme ich in meiner Nähe einen Schamottsack?

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