Ist die Porosität von Tafelkorund umso geringer, je besser?
Bei der Porosität von Tafelkorund gilt nicht unbedingt „je niedriger, desto besser“ . Vielmehr muss sie umfassend auf Grundlage des jeweiligen Anwendungsszenarios und der wichtigsten Leistungsanforderungen beurteilt werden . Ihr Grad wirkt sich direkt auf Schlüsselindikatoren wie die Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Materials aus. Die Anforderungen an die Porosität variieren je nach Szenario erheblich.
1. Zunächst zur Klärung: Was ist die „Porosität“ von Tafelkorund?
Tafelkorund ist ein feuerfestes Material aus hochreinem α-Aluminiumoxid (Al₂O₃), das bei hohen Temperaturen gesintert wird. Es enthält eine bestimmte Menge an Poren (einschließlich offener und geschlossener Poren). Porosität bezieht sich üblicherweise auf die „Volumenporosität“ – den Prozentsatz des Porenvolumens im Gesamtvolumen des Materials – und ist einer der wichtigsten Indikatoren zur Messung der Kompaktheit seiner Mikrostruktur.
2. Vorteile der „geringe Porosität“: In welchen Szenarien ist eine geringe Porosität erforderlich?
Wenn das Anwendungsszenario hohe Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit, hohe Festigkeit und geringe Wärmeleitfähigkeit (in einigen Fällen) stellt , ist Tafelkorund mit geringer Porosität vorteilhafter. Typische Szenarien sind:
- Eisen- und Stahlindustrie: Pfannen- und Verteilerauskleidungssteine/Feuermassen.
Flüssiger Stahl und Schlacke sind hochkorrosiv. Geringe Porosität bedeutet weniger „Kanäle“ im Material, was das Eindringen von Schlacke und die Erosion durch geschmolzenen Stahl reduziert und die Lebensdauer der Auskleidungssteine verlängert. Gleichzeitig verbessert die geringe Porosität die Raumtemperatur- und Hochtemperaturfestigkeit des Materials und verhindert Abplatzungen durch lockere Struktur bei hohen Temperaturen. - Nichteisenmetallschmelze: Auskleidungen von Raffinationsöfen und Elektrolysezellen.
Geschmolzene Nichteisenmetalle (z. B. Aluminium, Kupfer) und Elektrolyte neigen zur Durchdringung. Eine geringe Porosität verringert das Risiko einer „Durchdringungskorrosion“ und verbessert die Thermoschockbeständigkeit des Materials (Minimierung der durch Poren verursachten thermischen Spannungskonzentration). - Hochtemperaturöfen: Feuerfeste Steine für Hochtemperatur-Brennzonen.
Materialien mit geringer Porosität weisen eine höhere Kompaktheit auf, können hohen Temperaturbelastungen über 1700 °C standhalten und verringern die Volumenschrumpfung bei hohen Temperaturen (geringe Wiederbrennschrumpfung), wodurch die strukturelle Stabilität des Ofens gewährleistet wird.
3. Notwendigkeit einer „hohen Porosität“: In welchen Szenarien ist eine niedrige Porosität ungeeignet?
Wenn das Anwendungsszenario Temperaturwechselbeständigkeit, Wärmedämmung und Luftdurchlässigkeit erfordert , ist eine zu hohe Kompaktheit (zu geringe Porosität) von Nachteil. In solchen Fällen wird Tafelkorund mit mittlerer bis hoher Porosität bevorzugt:
- Szenarien, die eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit erfordern: Ofentüren und Teile, die schnellem Erhitzen/Abkühlen ausgesetzt sind
. Materialien mit geringer Porosität haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Bei wechselnden Heiß-Kalt-Zyklen bei hohen Temperaturen erzeugen große Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenseite leicht enorme thermische Spannungen, die das Material reißen lassen. Im Gegensatz dazu kann eine mittlere bis hohe Porosität (normalerweise 15–25 %) thermische Spannungen durch Poren „puffern“ und so die Temperaturwechselbeständigkeit verbessern (z. B. Auskleidungssteine für die Abschreckzone von Keramiköfen). - Wärmedämmungsszenarien: Hochtemperatur-Dämmschichten im Ofen.
Poren (insbesondere geschlossene Poren) blockieren die Wärmeübertragung. Tafelkorund mit hoher Porosität (oft mit Leichtzuschlagstoffen vermischt) hat eine geringere Wärmeleitfähigkeit und eine bessere Dämmleistung. Die Verwendung von Materialien mit geringer Porosität würde zu einer schnellen Wärmeableitung aus dem Ofen und einem erhöhten Energieverbrauch führen. - Szenarien, die Luftdurchlässigkeit erfordern: Filtermaterialien und durchlässige Ziegel.
Bei Anwendungen wie der Filtration von Nichteisenmetallschmelzen und dem Rühren von geschmolzenem Stahl durch Gasinjektion benötigt das Material eine gewisse Luftdurchlässigkeit. Dabei muss die Porosität in einem angemessenen Bereich (z. B. 20–30 %) gehalten werden, um einen leckagefreien Flüssigkeitsdurchgang zu gewährleisten. Eine geringe Porosität würde die luftdurchlässigen Kanäle direkt blockieren.
