Sicherer Einsatz von Brennerbauteilen aus Siliziumcarbid-Materialien in Prozessatmosphären

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Förderinstitution:AiF, FOGI
AiF Nr.: 14855 BG/1
Arbeitsgruppe:Ofenbau
Bearbeiter:Dr.-Ing. Sylvia Otto
E-Mail:Sylvia [dot] ottoatiwtt [dot] tu-freiberg [dot] de
Projektpartner:http://www.dbi-gti.de/

Siliziumcarbidmaterialien werden in zunehmendem Umfang für Bauteile von Gas- und Ölbrennern unterschiedlicher Bauart und für andere Bauteile in Hochtemperaturanlagen eingesetzt. Dabei ist beim gegenwärtigen Stand der Entwicklung das Siliziuminfiltrierte Siliziumcarbid (SiSiC) das in Brennern meist verwendete Keramikmaterial. Es zeichnet sich durch eine Reihe von positiven Eigenschaften gegenüber den vorher verwendeten hitze- und zunderbeständigen Stahl- und Stahlgussqualitäten aus.

Insgesamt, und langfristig wahrscheinlich zunehmend, kommen auch andere Siliziumcarbid-Werkstoffe für den Brennerbau in Frage, wie z.B. SSiC, RSiC, C/SiC oder NSiC. Dem Wunsch nach weiterer Verbreiterung des Anwendungsbereiches von Brennern aus Siliziumcarbid-Bauteilen stehen jedoch Unsicherheiten bezüglich des Korrosionsverhaltens in verschiedenen Prozessatmosphären gegenüber. Hierbei können sowohl die Hauptbestandteile als auch Verunreinigungen in der Prozessatmosphäre zu einer Schädigung führen.

Es besteht seitens der Ofenbaufirmen deshalb ein großes Interesse aufzuklären, welche Atmosphärenverunreinigungen in welchem Maß korrosiv wirken können. Erst wenn größere Klarheit darüber herrscht, kann das Potential der SiC-Materialien für innovative Anwendungen vollständiger als bisher erschlossen werden.

Innerhalb des Projektes sollen für die Korrosion von Siliziumcarbidmaterialien kritische Prozesse identifiziert und die Substanzen mit Schädigungspotential für SiC-Werkstoffe herausgearbeitet werden. Während der vorangegangener Untersuchungen mit SiSiC konnte festgestellt werden, das die SiO2-Schicht mit Bestandteilen der Prozessatmosphäre reagiert und es zur Bildung glasiger Korrosionsschichten kommt (siehe Bild 1).

Abbildung 1a    Abbildung 1b

 

 

 

 

Bild 1: Bruchfläche einer SiSiC-Probe nach 40 h Kontakt mit Natrium bei 100 °C und visuelle Ansicht der Probe nach dem Versuch

Diese Tests werden innerhalb des aktuellen Forschungsprojektes mit allen genannten SiC-Qualitäten durchgeführt. Die Versuche finden innerhalb eines ölbeheizten Korrosionsofens bei Temperaturen oberhalb 1150 °C und mit unterschiedlichen Atmosphärenzusätzen statt.

Mit den angestrebten Ergebnissen sollen die Firmen in die Lage versetzt werden, das Risiko des Einsatzes von Brennern mit Teilen aus Siliziumcarbidmaterialien unter bestimmten Prozessbedingungen realistischer als bisher einzuschätzen.