Kerber, Florian:

Reciprocal influence between MgO-C refractory materials with different MgO grade and a steel melt and the resulting effect on non-metallic inclusions

Zusammenfassung:

This thesis addressed the effect of a varying MgO grade in MgO-C refractories on both their behavior in contact with a steel melt and the resulting effect on the non-metallic inclusion (NMI) population in the solidified steel. For this purpose, immersion tests were conducted in a semi-industrial steel casting simulator. In addition, the effect of the steel melting process parameters on the NMI population was thoroughly investigated, providing a guide for interpreting results of future experiments conducted in the steel casting simulator. Therefore, a fundamental concept of data evaluation for the NMI characterization in a steel matrix using automated feature analysis was developed. Al₂O₃ and MnSi-based inclusions were the main types detected in the solidified steel samples, with their number density depending on steel melt's temperature and amount of dissolved oxygen. In addition, a lower MgO grade of the MgO-C refractory in contact with the steel melt resulted in a higher proportion of low melting phases on the surface of the refractory specimens compared to the higher MgO grade. The low-melting phases promoted the formation of MnSi-based inclusions and triggered NMI agglomeration leading large Al₂O₃ inclusions.

Malczyk, Piotr:

Development and characterization of MgO and TiO₂ reinforced Steel Ceramic Composites resistant to long-term contact with liquid aluminum alloys

Zusammenfassung:

The PhD thesis provides detailed description of a successful development of MgO and TiO₂ particle reinforced Steel Ceramic Composites (SCC) for molten aluminum alloy applications. For this purpose, the influence of MgO TiO₂ addition and subsequent pre-oxidation surface treatment on the structure of SCCs and their corrosion resistance against long-term contact with liquid aluminum alloys was investigated. By means of newly developed DSC-aided corrosion tests, high temperature electrochemical studies and adapted wettability measurements the initiation and progression of corrosion processes were thoroughly analyzed. The gained insights led to the recognition of most important factors contributing to the corrosion, including both the electrochemical and the chemical driving forces arising between the SCCs and aluminum alloy. The evaluation of long-term corrosion resistance was performed with the help of finger immersion tests, crucible corrosion tests and subsequent SEM/EDS/EBSD and XRD analyses aiming at the determination of elements most prone to the dissolution in the liquid aluminum alloy and formation of corrosion phases. The pre-oxidized MgO reinforced SCC revealed superior corrosion resistance, being capable of withstanding more than 168 h of contact with liquid aluminum alloy.

Neumann, Marc:

On the Fracture Mechanics of Flame-Sprayed Ceramic Structures for Functional Application.

Zusammenfassung:

Die vorgelegte Arbeit befasst sich mit der bruchmechanischen Charakterisierung zweier oxidischer flammgespritzter Al₂O₃-basierter Materialien vor und nach dem Thermoschock, sowie eines Al₂O₃-C Werkstoffes. Bei den flammgespritzten Schichten handelt es sich um Al₂O₃ und einen Al₂O₃-ZrO₂-TiO₂ Werkstoff. Anwendungsmöglichkeiten der untersuchten Materialien finden sich zum Beispiel in der Metallschmelzefiltration als Filterbasismaterial (Al₂O₃-C) und als funktionale Schichten auf der Filteroberfläche (oxidische Flammspritz-schichten). Untersucht wurden, neben Mikrostruktur und Phasenbestand, das R-Kurven-Verhalten und die Anfälligkeit für unterkritisches Risswachstum. Alle untersuchten Werkstoffe wiesen eine ausgeprägte R-Kurve auf, jedoch auch eine hohe Anfälligkeit für unterkritisches Risswachstum. Die gewonnenen Daten können für die Abschätzung der Einsatzgrenzen für Filter-Komponenten bei Raumtemperatur genutzt werden und bieten eine Grundlage für die Charakterisierung und Modellentwicklung zum Materialverhalten im Hochtemperaturbereich.

Pfeiffer, Stefan:

Customized ceramic granules for laser powder bed fusion of aluminum oxide.

Zusammenfassung:

Die Implementierung von Laser Powder Bed Fusion bei Aluminiumoxidkeramiken ist aufgrund einer geringen Temperaturwechselbeständigkeit, Bauteilverdichtung, Pulverfließfähigkeit und Lichtabsorption eine große Herausforderung. In dieser Arbeit wurden diese Probleme mit unterschiedlichen Ansätzen adressiert. Sprühgetrocknete Aluminiumoxid Granulate wurden zur Verbesserung der Laserabsorption (über 80 % Verbesserung) mit farbigen Nano-Oxidpartikeln dotiert. Es wurden verschiedene Partikelpackungstheorien und Pulverbehandlungen getestet, um die Pulverbettdichte und damit die Dichte des endgültigen Bauteils (Dichten bis zu 98,6 %) zu erhöhen. Die Pulverqualität wurde durch Schütt- und Rütteldichte, Feuchtigkeitsgehalt, Partikelgrößenverteilung, Hausner-Verhältnis, Lawinenwinkel und Oberflächenfraktal charakterisiert. Des Weiteren wurde der Zusatz geeigneter Stoffe zur Verringerung der Rissbildung durch thermische Spannungen getestet. Die In-situ-Bildung von Phasen mit geringer und negativer Wärmeausdehnung reduzierte die Rissbildung in den lasergefertigten Oxidkeramiken stark.

Herdering, Andreas:

Entwicklung und Evaluierung additiver Fertigungsverfahren zur Herstellung makroporöser keramischer Strukturen am Beispiel von Filtern für die Metallschmelzefiltration.

Zusammenfassung:

High demands on steel quality and at the same time the increasing recycling rate require novel strategies for cleaning of molten metals, the main focus of the Collaborative Research Center CRC 920 „Multi-Functional Filters for Metal Melt Filtration – A contribution towards Zero Defect Materials“. Nowadays, the industrial filters are mainly produced by replica technique using polyurethane templates. A particular drawback of the replica technique is a random, non-reproducible macro and microstructure of the filters resulting in their divergent filtration performance. Last but not least, the combustion of the polyurethane templates entails a significant environmental footprint. This PhD thesis pursued within the framework of CRC 920 three approaches to develop filters with a reproducible, tailor-made structure. The first approach was the application of fused filament fabrication technology by manufacturing of a green-ceramic aluminium-oxide filament as feedstock and subsequent 3-D-printing of gyroid filter structures. The second approach aimed for the designing and printing of organic templates using selective laser sintering. The 3-D-printed templates were coated with an alumina-carbon based slurry and thermally treated. The third approach pursued a designing and printing of organic templates using selective laser sintering and their subsequent coating with alumina by flame spraying, so called additive hybrid flame-spray technique. After flame spraying no high temperature firing was required; the templates were only removed by e.g. dissolving in water. The first approach foregoes the application of templates but some geometrical restrictions on the part of the fused filament fabrication technique have to be regarded. The second approach can be easily implemented in the industrial practice since the usage of templates is state-of-the-art and has no impact on following technological steps. The main disadvantage is the remaining necessity to combust the templates. The additive hybrid flame-spray technique as a very promising approach is environmentally friendly due to the dissolving and conceivable recycling of the template material as well as due to the low-energy furnace-free production process. However, the implementation of the third approach in the industry would require rethink and restructuring of the production processes.

Ulbrich, Christopher:

Beitrag zur Bewertung und Beurteilung der gezielten Steigerung der mechanischen Festigkeit silikatkeramischer Werkstoffe.

Zusammenfassung:

Die Substitution der Hartstoffkomponente eines konventionellen Feinsteinzeuges durch Feldspatrohstoffe und Aluminiumoxid führt zu einer relativen Steigerung der mechanischen Festigkeit von bis zu ca. 80 %. Durch Feldspatrohstoffe gelingt eine Intensivierung der Flüssigphasensinterung, wodurch die Werkstoffgefüge verdichtet werden. Infolge der Lösungsprozesse wird der für die Festigkeit schädliche Restquarz reduziert und die Mullitkristallisation begünstigt. Aluminiumoxid führt zu einem Verbund mit der Matrix, der im Vergleich zu ungelöstem Restquarz geringeren Spannungen unterliegt. Durch röntgenografische Untersuchungen gelingt es, Tendenzen hinsichtlich der Unterschiede des thermischen Dehnungsverhaltens von Glas- zu Mineralphasen aufzuzeigen und einen Bezug zu Gefügespannungen herzustellen. Weiterhin werden durch den während des Sinterprozesses gebildeten Sekundärmullit mikro- und nanoskalige Mullitnadeln in der amorphen Matrix eingebettet und münden in einer Bewehrung, die einen Beitrag zur Festigkeit leistet.

Schmidt, Anne:

Functional coatings for steel melt filtration.

Zusammenfassung:

In der vorliegenden Arbeit wurden die Wechselwirkungen zwischen beschichteten kohlenstoff-gebundenen Aluminiumoxid (Al₂O₃)-Filtern und einer Stahlschmelze untersucht, um die Qualität von Stahlerzeugnissen durch Filtration nichtmetallischer Einschlüsse (NME) zu verbessern. Im abgekühlten Zustand wurden nach den Tauchversuchen die Mikrostruktur an der Filteroberfläche und die im erstarrten Stahl verbliebenen NME analysiert. Die gewonnenen Ergebnisse legen nahe, dass gelöster Kohlenstoff (C) aus dem C-gebundenen Al₂O₃-Substrat an der Filter-Stahl-Grenzfläche für die dortigen Lösungs- und Ausscheidungsprozesse von Al₂O₃ unerlässlich ist. Alle Filter mit Al₂O₃-basierter Beschichtung übertrafen die Filtrationswirkung unbeschichteter C-gebundener Filter. Die Dotierung des Beschichtungsmaterials mit Titandioxid resultierte in eine Modifizierung von Al₂O₃-basierten Einschlüssen, was eine Anpassung dieser je nach Anwendung des Stahlprodukts in Aussicht stellt.

Wetzig, Tony:

New approaches for steel melt filtration in continuous casting of steel

Zusammenfassung:

Ziel der Arbeit war es, die Modelle des Sonderforschungsbereiches (SFB) 920 zur Filtration von Stahlschmelzen erstmals im industriellen Maßstab zu überprüfen. Dafür wurden zwei Arten großformatiger Filter entwickelt: 1. Schaumfilter mit Zylindergeometrie mittels einer modifizierten Replikaroute und 2. "Spaghettifilter" mittels robotergestützter Gelcastings auf Alginatbasis. Die mechanischen und strukturellen Eigenschaften der Filtermaterialien wurden in Abhängigkeit verschiedener Herstellungsparameter untersucht und die Einsatzfähigkeit geeigneter Filterprototypen wurde im Stahlgusssimulator des SFB 920 evaluiert. Die finalen Filterbauteile wurden im Stranggießverteiler des Industriepartners thyssenkrupp Steel Europe AG für circa 45 Minuten bei > 1550 °C in die Stahlschmelze eingetaucht. Schaumfilter mit der richtigen Einsatzkonfiguration überstanden die Prozessbedingungen trotz Thermoschock und Schlackekontakt. Post-mortem Untersuchungen der Filteroberfläche zeigten klare Anzeichen für reaktive und aktive Filterwirkung wie sie aus Laborversuchen bekannt sind. Die Industrietests zeigten somit den ersten Machbarkeitsnachweis für das neuartige Filterkonzept.

Freitag, Lisa:

Funktional gradierte Feingussformen auf Basis von Calciumzirkonat für die Titanmetallurgie.

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, die Eigenschaften von Gießformen für den Feinguss von Titanschmelzen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit und Oberflächenqualität zu verbessern. Somit sollte die effiziente Verarbeitung von Titanschmelzen zu komplexen Gussteilen ermöglicht werden. Um das Ziel zu erreichen, wurden materialspezifische und technologische Aspekte kombiniert. Zunächst wurden grobkörnige Feingussformen aus Calciumzirkonat unter Verwendung eines silikatfreien Bindersystems im Wachsausschmelzverfahren hergestellt. Darauf basierend folgten die Entwicklung neuartiger funktionaler Beschichtungen mittels Replica- und Alginat-Verfahren und schließlich die Erforschung eines geeigneten Schichtaufbaus zur Funktionalisierung der Feingussformen mit einer feinkörnigen Sprühbeschichtung. Gießversuche mit der Legierung Ti6Al4V bestätigten die hervorragende Korrosionsbeständigkeit der grobkörnigen CaZrO₃-Formen. Die funktional gradierten Formschalen verbesserten die Oberflächenqualität, zeigten aber eine etwas stärkere Reaktionsintensität beim Gießen.

Pokhrel, Ashish:

Open Porous Ceramics by Non-Conventional Direct Foaming.

Zusammenfassung:

In-situ foaming of particle surface modified suspensions with the conjunction of starch consolidation was investigated to produce open porous ceramics with an average pore size of ≤ 1 mm. The open porous ceramics materials were formed by in-situ incorporating air to the surface modified particles. The hydration of starch molecules also occurred in-situ and in an intermediate step at 450-500 °C the hydrated molecules of starch are burned out generating open pores in the ceramic bodies formed. Foaming supplement was also utilized in the controlled amount to get the desired pore size in the open porous ceramics produced. Such produced open porous ceramics may find application in filtration of waste gases chemical industries, waste water treatment plant in textile industries and also oil and waste oil treatments plants. The developed process can be defined environmentally friendly as it omits polymerization steps generally used for pores forming materials (e.g. polymers) in the processing of open porous materials for filters materials. Moreover, this newly developed foaming process was also utilized to form alumina carbon bonded open porous ceramics and open porous porcelain ceramics for the first time. The produced open porous ceramics showed promising results for further research.

Jahn, Constantin

Calcium zirconate materials for refractory applications.

Zusammenfassung:

This thesis dealt with the new refractory material calcium zirconate. The aim of this study was to investigate the synthesis of pure phase calcium zirconate in grain sizes up to 3 mm and to produce first refractory products and to examine their properties. For the synthesis, the chosen solid state reaction of an equimolar mixture of monoclinic zirconium dioxide and calcium carbonate resulted in single phase calcium zirconate at temperature of at least 1200 °C. An increasing sintering temperature decreased the porosity. The first refractories based on single phase calcium zirconate were formed using the press process as well as slip casting. The thermomechanical properties were promising, which presents a starting point for the usage of refractories based on calcium zirconate in a wide field of possible applications. Remarkable were the residual strengths of about 5 MPa after five thermal shocks. However, corrosion tests with steel melt and gasifier ash showed the decomposition of CaZrO₃ in presence of SiO₂, which should be examined further for respective industrial usages.

Ludwig, Susann

Kohlenstoffgebundene Funktionalbauteile für die Metallurgie mittels kalt-isostatischem Pressen.

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Herstellung kohlenstoffgebundener Al₂O₃-C-Funktionsbauteile mit selbstglasierenden Eigenschaften. Die Entwicklungen der Materialien strebten die Einführung der Bauteile in den industriellen Bereich an. Dabei erfolgte die Herstellung großvolumiger, hochverdichteter Bauteile mittels kalt-isostatischem Pressen. Nach einer erfolgreichen Übertragung der Eigenschaften von uniaxial gepressten auf kalt-isostatisch gepresste Produkte, stand die weitere Eigenschaftsermittlung harzgebundener Al₂O₃-C-Materialien mit selbstglasierenden Eigenschaften im Vordergrund. Auf Grundlage der Laborversuche konnten Funktionalbauteile unter industrienahen Bedingungen auf ihre Korrosions-/Erosions- und Thermoschockbeständigkeit getestet werden. Mit Hilfe der Anpassung des Pressprogrammes war eine effektive Verdichtung großvolumiger Bauteile mit gleichzeitiger homogener Verteilung von Gefügefehlern möglich. Im Fokus der Arbeit stand überdies die Einführung eines umweltfreundlichen, harzfreien Bindemittelsystems, mit dessen Hilfe sich Bauteile herstellen lassen, welche vergleichbare Eigenschaften gegenüber den harzgebundenen Materialien aufweisen.

Veres, Dániel

Carbon-bonded SiC castables for application in the silicon industry.

Zusammenfassung:

In the silicon processing chain the purification process requires special refractory material with low boron and phosphor content to avoid pollution from the refractory side. Carbon-bonded SiC castables with different amount of carbon has been developed and evaluated by means of wettability measurements, corrosion tests and microstructure characterization. Increased initial wetting angle by increasing carbon content was observed, at high temperatures complete wetting occurs. Corrosion tests with slags showed that the infiltration is not only influenced by the open porosity, but more by the pore size distribution, i.e. the capillary suction plays an important role. The influence of the open porosity as well as the mean pore radius on the capillary suction rate could be determined experimentally at room temperatures as a function of the viscosity. The trends of the corrosion test results are in a good agreement with the capillary suction measurements. Boron contamination of silicon from the refractory material could be inhibited due to the addition of slag. The slag addition is beneficial for the formation of a self-glaze, preventing carbon from oxidation.

Luchini, Bruno

Processing and properties of bulk and cellular carbon-bonded refractory materials.

Zusammenfassung:

This thesis reports the investigation of distinct topics concerning carbon-bonded materials‘ processing and characterization, from bulk to cellular samples. In the case of bulk samples, the effect of the volatiles release on the thermo-mechanical properties of Al₂O₃-C was analyzed. To understand this complex phenomenon, effective Young’s modulus, thermogravimetry and porosity measurements were conducted. A finite element analysis was developed to validate the assumptions made during the experimental part. The results pointed out that the volatiles release, the graphite anisotropy and the thermal expansion mismatch among the phases are the main cause of the non-linear effective Young’s modulus behavior of Al₂O₃-C bulk samples at high temperatures. Al₂O₃-C foam filters were also characterized. Topics such as the influence of processing route on the filters‘ homogeneity and mechanical properties were analyzed. It was shown that, due to the distinct shear rate associated with each processing route, different tapering degrees were attained in the filters‘ struts, directly influencing their cold crushing strength.

Fruhstorfer, Jens

Design of particle size distributions for dense refractory castables and compacts used in high-temperature applications.

Zusammenfassung:

Particle size distributions play a key role for the properties of carbon-free refractories. Continuous gap-graded particle size distributions with a shortage of medium sized grains might have the potential to improve the properties with the fines acting lubricating between the coarse aggregates. A new model was developed to describe such packings. For castables, continuous gap-grading gave maximum densities, smallest pore sizes and a microstructure characterized by delaminated aggregates and extensive microcracking due to differential sintering of the fines and coarses. For compacts, it gave highest densities and strengths. The higher density led to more inter-particle contacts, a better pressure transmission and thus lower density gradients. The high-strength samples had the highest remaining strengths after thermal shocking despite also having the highest strength losses. Lowest strength losses were obtained for continuous gap-graded batches with a less pronounced fines content for which the delamination and microcracking were limited to an extent beneficial and not yet detrimental for the strength behavior.

Oppelt, Marie

Schlickerbasiertes Urformgebungsverfahren für die Herstellung von Kugelstrukturen auf Basis von Zirkonoxid und TRIP-Stahl.

Zusammenfassung:

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Prozessroute entwickelt, die es gestattet, sowohl Voll- als auch Hohlkugeln und Kugelmakrostrukturen mit pulvermetallurgischen und schlickerbasierten Verfahren über die Route der Alginatgelierung herzustellen. Dabei ist es möglich, mit nur einem Prozesschritt bei Raumtemperatur überwiegend monomodal verteilt vorliegende Voll- und Hohlkugeln aus TRIP-Stahl und magnesiumteilstabilisiertem Zirkonoxid zu erzeugen. Diese können anschließend ohne Schweißen oder Löten durch Verwendung eines Kaltfügeverfahrens verbunden werden, um metallreiche Leichtbaustrukturen mit verbessertem Energieabsorptionsvermögen zu erzeugen. Inhalt der vorliegenden Arbeit sind die Entwicklung der Kugelherstellung, die Optimierung geeigneter Entbinderungs- und Sinterregime sowie die Charakterisierung der Kugelstrukturen in Bezug auf Mikrostruktur und physikalische sowie mechanische Eigenschaften. Innerhalb der Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass alle partikelverstärkten Kugeln bei niedrigen Stauchungen (bis 20 %) eine bis zu doppelt so hohe Spannung gegenüber den reinen Stahlkugeln aufweisen.

Li, Mingliang

Development of calcium zirconate castables based on slip casted raw material for gasifier.

Zusammenfassung:

Gasification is a key process of chemical and energy industry. In order to improve the economic feasibility of gasifier, new refractory lining materials have to be developed, which can substitute the currently used high chromia bricks. This work has been focused on the preparation of CaZrO₃ particles and the corrosion behaviour of CaZrO₃ refractory against coal ash in air and CO. Slip casting and calcination was designed for the synthesis of coarse and fine CaZrO₃ particles. The corrosion behaviour of CaZrO₃ refractory castables against coal ash was evaluated by thermodynamic simulation, disc test and cup test in oxidizing and reducing atmospheres. The results showed that CaZrO₃ castables consisting of the sintered particles has the potential as lining materials for gasification process up to 1450 °C. This work should be regarded as a starting point for the study of CaZrO₃ refractories used for coal gasification.

Storti, Enrico

Functionalization of carbon-bonded ceramic foam filters with nano-scaled materials for steel melt filtration.

Zusammenfassung:

In order to improve the purity of steel castings, the use of special reactive coatings on carbon-bonded ceramic foam filters was explored. Carbon nanotubes were dispersed in water by means of ultrasonic treatment, using xanthan gum to stabilize the nanotubes in suspension and control the rheological behavior. The coatings were applied by cold spraying and binding was achieved during heat treatment in reducing atmosphere, thanks to an artificial pitch added to the slurry. The coated filters were successfully immersed in molten steel for different times. The thickness of the first alumina layer generated at the interface was independent of the immersion time: concentration gradients through its thickness suggested that the formation of this structure is limited by diffusion. Investigation of the steel after solidification by means of ASPEX showed that the presence of the coating influenced the size as well as the chemical composition of the remaining inclusions. Nano-coated filters had the best filtration efficiency (up to 95% for alumina inclusions after 10 s), but longer tests resulted in worse performance. In addition, coatings based on calcium aluminates in combination with carbon showed an efficiency greater than 97 % for steel samples taken directly from the melt.

Gerlach, Nora

Funktionale Feuerfestbauteile auf Basis des Druckschlickergussverfahrens.

Zusammenfassung:

Im Rahmen dieser Dissertation wurden erstmals funktionale Bauteile für Hochtemperaturanwendungen mittels Druckschlickerguss generiert. Am Beispiel des Hitzeschildes für die Gasturbine und dem Königstein für das Untergussverfahren von Stahlschmelze, konnte die Möglichkeit, mittels Druckschlickerguss, komplexe und endabmessungsnahe Bauteile zu gießen, nachgewiesen werden. Die Dissertation zeigt die komplette Prozesskette von der Schlickerentwicklung bis zum Guss eines fertigen Bauteils, welches unter industriellen Bedingungen erfolgreich getestet wurde. Die Hauptaufgabe in dieser Dissertation war die Entwicklung eines gießfähigen, grobkörnigen und stabilen Schlickers für den Druckschlickerguss von Korund, Mullit, Zirkonmullit, SiC und AZT. Dazu gehörte die Auswahl eines adäquaten Bindemittels, welches das Entwässerungs- und Entformungsverhalten positiv beeinflusst und die Entwicklung einer idealen Korngrößenverteilung der keramischen Schlicker.

Günther, Anne

Einflüsse von Prozessparametern auf das Gefüge und das Korrosionsverhalten von Metall-Keramik Werkstoffverbunden.

Zusammenfassung:

Metall-Keramik Werkstoffverbunde werden mittels Co-Fertigung, einer gemeinsamen folientechnologischen Formgebung und gemeinsamer Wärmebehandlung, hergestellt und deren Gefüge und Korrosionsverhalten unter Verwendung unterschiedlicher Prozessparameter charakterisiert. Für die Verbundbildung von 3 Mol% Yttriumoxid stabilisierten Zirkoniumdioxid (YSZ) und 17-4PH (1.4542) bzw. Crofer 22 APU (1.4760) werden die Suspensionszusammensetzung sowie die Entbinderungs- und Sinteratmosphäre als die einflussreichsten Stellgrößen identifiziert. Es können Prozessparameter für die Herstellung von Werkstoffverbunden aus den benannten Materialien festgelegt werden, die die Gefügezusammensetzung und Korrosionsstabilität im Vergleich zu deren Einzelkomponenten nicht negativ beeinflussen. Die Verbundbildung zeigt sich insbesondere in der Bildung einer oxidischen Grenzflächenphase und wirkt sich auf die Korrosionseigenschaften der YSZ-Schicht bei hydrothermaler Auslagerung aus.

Seffern, Pascal

Beitrag zur Identifizierung rheologischer Wechselwirkungen von Kaolinen in wässrigen Systemen.

Zusammenfassung:

In der vorliegenden Arbeit wird das Fließverhalten von konzentrierten Kaolinsuspensioonen untersucht und neuartige Mess-, Analyse- und Bewertungsverfahren zur Charakterisierung der Belastungs- und Zeitabhängigkeit für Industrie- und Forschungsanwendungen vorgestellt. Aufgrund der Elimination von Störgrößen auf die Ermittlung des Fließverhaltens konnten die Phasen des strukturellen Auf- und Abbaus unter Belastung (unter Ausschluss von temporalen Struktureffekten und umgekehrt) analysiert werden. Es wurde festgestellt, dass die Konstruktion von Partikelnetzwerken weniger Energie benötigt, als deren Destruktion und das Auftreten des Schubspannungshügels auf den Zusammenbruch des Partikelnetzwerkes und nicht, wie allgemein beschrieben, auf zu geringe Messzeiten zurück zu führen ist. Darüber hinaus wird der produzierenden Industrie, durch Abwandlung und Kombination zweier Messvorschriften, ein Werkzeug zur Versatzentwicklung und Qualitätskontrolle auch ohne die Notwendigkeit des Erwerbs von hochpräzisen Forschungsrheometern bereitgestellt.

Roungos, Vasileios

Development of a self-glazing carbon bonded alumina refractory and its potential as monoblock stopper for steel casting applications.

Zusammenfassung:

Isostatically pressed Al₂O₃-C refractories are widely used as functional components in steel casting applications. These products are oxidation protected during preheating and while in service – due to their carbon (graphite) contents – by means of an external glaze application. The main scope of the present thesis was the development of a self-glazing Al₂O₃-C refractory, focusing on the group of monoblock stoppers. The comparison between metallic antioxidants showed that Si performed better against oxidation. The combination of Si with Na₂B₄O₇ and the coking temperature of 1400 °C further improved oxidation resistance, by means of a partial self-glaze formation on the outer surface of the refractory. A complete self-glaze was formed at a batch with small amounts of Si, SiO₂ and Na₂B₄O₇ after a special heat-treatment in air. The oxidation and thermal shock resistance of this Al₂O₃-C refractory was outstanding, while its other properties were comparable with commercial functional products.

Dudczig, Steffen

Werkstoffentwicklung von Feuerbetonen für Schlüsselbauteile zur Erfassung von Wechselwirkungen zwischen Stahlschmelzen und Feuerfestmaterialien in einem Stahlgusssimulator.

Zusammenfassung:

Im Rahmen der Arbeit wurde eine Pilotanlage, ein Stahlgusssimulator, bezüglich der Materialauswahl, der Fertigungstechnologie sowie der konstruktiven Auslegung der in Anwendung kommenden Schlüsselbauteile zur Realisierung neuer Prozessroutinen optimiert. Hierfür wurde Feuerbetone auf Basis von Korund/Spinell bzw. Korund/Mullit mit angepassten anwendungsspezifischen Eigenschaften entwickelt. Die gezielte Erzeugung von Mikrorisssystemen durch Kombination von Rohstoffen mit unter-schiedlichen thermischen Verhalten sowie gezielter In-situ-Sekundärphasenbildung trugen erblich zur Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit der entwickelten Schlüsselbauteile bei. Versuchs-routinen wie Fingertests von prismatischen Proben und Abgussversuchen durch Modelldüsen, unter Verwendung einer Stahlschmelze mit reproduzierbar erzeugten nichtmetallischen Einschlüssen, ermöglichten die gezielte Untersuchung der Mechanismen zwischen Filterwand und Einschluss bei der Schmelzefiltration. Hierbei konnte erstmalig die Bildung sekundärer Schichten und deren Wirkung auf die Filtration an stahlfreien Filterproben sowie den erstarrten Stahlschmelzen nachgewiesen werden.

Klenert, Friederike

Evaluierung der Einsatzmöglichkeiten von silikatischen Materialien als transparente Wärmedämmung und Filter zur Biogasfeinreinigung.

Zusammenfassung:

Im Rahmen der Dissertationsarbeit sollte einerseits ein Material zur Anwendung im Bereich der transparenten Wärmedämmung (TWD) und andererseits zur Biogasfeinreinigung entwickelt werden. Die Basis für beide Anwendungsfälle bildet eine Silikatstruktur, welche für die Gasreinigung mit einer Eisenoxidschicht funktionalisiert wurde. Für die TWD-Anwendung konnten Parameter zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit, Erhöhung der Transmission und Festigkeit gefunden werden. Aufgrund seiner einfachen Herstellungsweise besitzt es gegenüber einem konventionellen Material ökonomische Vorteile. Für die Biogasfeinreinigung wurde ein Adsorbensmaterial entwickelt und Betriebsbedingungen gefunden, die zu einer vollständigen Schwefelwasserstoff-Abreinigung im Biogasstrom führen. Das Material ist außerdem regenerierbar, eine Schadstoff-Nutzstoff-Wandlung möglich sowie eine Wertstoffgewinnung erreichbar. Für den Praxiseinsatz kann eine doppelte Standzeit im Vergleich zu einem konventionellen Material kalkuliert werden.

Wenzel, Claudia

Development of ceramic-matrix and metal-matrix composites based on magnesia partially stabilised zirconia and austenitic CrMnNi steel using slurry based technologies.

Zusammenfassung:

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden neuartige keramik- und stahlreiche Verbundwerkstoffe, auf Basis von MgO-teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid und hochlegiertem austenitischem TRIP Stahl entwickelt. Die keramikreiche Verbundwerkstoffe mit bis zu 30 Vol.% metallischer Partikelverstärkung wurden über die Schlickergusstechnologie bzw. die Druckschlickergusstechnologie hergestellt und können als thermo-mechanisch beanspruchte Bauteile zum Einsatz kommen. Es wurden weiterhin metallreiche Verbundwerkstoffe mit bis zu 10 Vol.% keramischer Partikelverstärkung erstmalig über die Papiertechnologie hergestellt. Dadurch ergeben sich vielfältige Möglichkeiten metallreiche Leichtbaustrukturen mit verbesserten Energieabsorptionsvermögen zu erzeugen. Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stand die Entwicklung der keramikreichen Schlicker, die Formgebungstechnologien, die Entwicklung geeigneter Entbinderungs- und Sinterregime sowie die Charakterisierung der Verbundwerkstoffe hinsichtlich ihrer Mikrostruktur sowie der mechanischen bzw. der thermo-mechanischen Eigenschaften.

Voigt, Claudia

Oberflächenfunktionalisierte Schaumkeramikfilter für die Aluminiumschmelzefiltration.

Zusammenfassung:

Der Einsatz von Schaumkeramikfiltern ist im Aluminiumguss Stand der Technik. Dabei erfolgt die Auswahl der Filtermaterialien aufgrund von ökonomischen, verfahrenstechnischen und thermomechanischen Gesichtspunkten, aber nicht in Bezug auf deren Filtrationseigenschaften. In dem Bereich der Erforschung des Einflusses des Filtermaterials auf die Filtrationseffizienz gibt es noch Forschungsbedarf. Daher wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit, welche innerhalb des Sonderforschungsbereiches 920 entstand, Filter mit fünf verschiedenen oxidischen Oberflächen-Chemien (Al₂O₃, MgAl₂O₄, 3Al₂O₃·2SiO₂, SiO₂ oder TiO₂) in zwei unabhängigen Versuchen hinsichtlich ihrer Filtrationseigenschaften untersucht. In beiden Versuchen zeigten der Al₂O₃ und der MgAl₂O₄ Filter eine deutlich bessere Filtrationsleistung als der TiO₂ und der 3Al₂O₃·2SiO₂ Filter. Für nicht-metallische Einschlüsse kleiner als 60 µm zeigte der Al₂O₃·2SiO₂ Filter jedoch die besten Ergebnisse, was möglicherweise auf seine höhere Rauheit zurückzuführen ist.

Biermann, Christiane

Entwicklung eines neuen umweltfreundlichen Bindemittel-Systems für die Feuerfestindustrie auf pharmazeutischer und lebensmittelchemischer Basis.

Zusammenfassung:

Herkömmliche Bindemittel aus der Gruppe der Harze oder der pechgebundenen Systeme für MgO-C-Steine, die als Feuerfest-Werkstoffe in der Stahlmetallurgie eingesetzt werden, weisen bei der Herstellung und im betrieblichen Einsatz die Problematik der Schadstoffemission auf. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines neuartigen, umweltfreundlichen Bindemittel-Systems für kohlenstoffgebundene Feuerfest-Steine des Systems MgO-C auf Basis von Rohstoffen, die in der pharmazeutischen und lebensmitteltechnologischen Industrie eingesetzt werden. Erstmalig wurde das ermittelte Bindemittel-System in eine Standardrezeptur für MgO-C-Steine überführt. Dabei wurden das Flüssigbindemittel, der Pressdruck, das Kornband, die Mischreihenfolge, die Mischtemperatur, die Aushärteendtemperatur, die Wahl des Ausgangsmagnesias sowie der Graphit-Gehalt ermittelt. Für die erzeugten feuerfesten Proben wurden die mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften bestimmt und mit dem Stand der Technik verglichen. Damit wird eine umweltfreundliche Rezeptur für die Herstellung von MgO-C-Steinen vorgestellt.

Mertke, Annika

Use of semiconductor and nano-additives to reduce the carbon-content in alumina carbon-bonded refractory products.

Zusammenfassung:

Carbon bonded alumina refractories are key applications in the steel casting processes. The use of carbon bonded alumina offers many positive properties like the increase of the thermal shock resistance etc. Next to the many positive effects due to the use of carbon there are also disadvantages like so called "carbon pick-up" and the oxidation of carbon. In the present work the primary carbon content should be reduced to 20% respectively 15%. Thereby should be no loss of the good mechanical and thermomechanical properties of carbon bonded alumina. To fulfill these requirements metallic silicon was added as antioxidant. Next to this semiconductive silicon and nanoparticles were added as well. Firstly the mixing order and the curing condition were adapted to the used raw materials. Furthermore, the primary carbon content was reduced to 20% graphite. Due to the addition of semiconductive silicon the residual binder carbon yield could be increased and the thermal shock resistance of the samples could be improved by the addition of nanoparticle. With a combination of them the CMOR could be increased after the fifth thermal shock. The reduction of the carbon content to 15% leads to a decrease of the CMOR, but the combination of nanoparticles and semiconductive silicon also leads to an improvement of the thermomechanical properties. Finally, the addition of nanoparticles and/or semiconductive silicon leads to an improvement of the mechanical and thermomechanical properties despite of decrease of the graphite content.

Dubberstein, Tobias

Beiträge zu den thermophysikalischen Eigenschaften flüssiger Metallschmelzen.

Zusammenfassung:

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Methoden adaptiert und neu entwickelt, um die Oberflächenspannung (σ) und die Viskosität (η) von hochlegierten manganhaltigen Cr-Ni-Stählen erstmalig experimentell zu bestimmen und anhand von ausgewählten Legierungselementen wie Mangan, Nickel, Phosphor, Schwefel und Selen zu modifizieren. Mit der Methode des Blasendruckes wurde die Oberflächenspannung untersucht. Die Adsorption von oberflächenaktiven Spezies wie Schwefel wurde mit einer Gibbs-Langmuir Adsorptionsisotherme abgebildet. Mit einem in dieser Arbeit neu entwickelten Vibrationskörperviskosimeter wurde erstmalig die Viskosität dieser Stahllegierungen ermittelt. Abhängigkeiten der Viskosität von Nickel- und Phosphorzusätzen wurden abgeleitet. Stähle, modifiziert in ihren Materialeigenschaften der Flüssigphase, wurden erstmalig mit einer Vakuuminertgasverdüsungsanlage zu Pulver zerstäubt. Es wurde eine Korrelation des mittleren Partikeldurchmessers (d_50,3) mit den Stoffeigenschaften herausgearbeitet. Sinkende Oberflächenspannungs- und Viskositätswerte der untersuchten Cr-Ni-Stähle führten zu einer Verschiebung der Partikelverteilung zu kleineren Partikeldurchmessern.

Brachhold, Nora

Alkalikorrosionsbeständige Wärmedämmstoffe

Zusammenfassung:

Die Problematik der Alkalikorrosion in Hochtemperaturanlagen wird durch den zunehmenden Einsatz von Sekundärbrennstoffen verschärft, da diese höhere Anteile an Alkalien, sowie Chlor- und Schwefelverbindungen als konventionelle Energieträger enthalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb am Beispiel der Zementindustrie ein neues Werkstoffkonzept erarbeitet, das von ternären Alkalialumosilikaten ausgeht, die als Korrosionsprodukte in der Hochtemperaturanlage auftreten. Die Untersuchungen umfassten systematische Syntheseversuche der Verbindungen über thermische und/oder hydrothermale Prozessschritte, um geeignete Materialien zu identifizieren. Ausgewählte Versätze wurden hinsichtlich der gebildeten kristallinen Phasen und ihres strukturellen Charakters analysiert, um zur Aufklärung des Verhaltens der Reaktionsprodukte unter Alkalibelastung beizutragen. Die Prüfung der Alkalikorrosionsbeständigkeit der Syntheseprodukte ergab eine passende Zusammensetzung, die verfahrenstechnisch bis zum Einsatz in einem Industriezementofen umgesetzt werden konnte.

Schafföner, Stefan

Calcium Zirconate as a Refractory Material for Titanium and Titanium Alloy Melts.

Zusammenfassung:

In the present thesis, calcium zirconate (CaZrO₃) was investigated as a novel refractory material for titanium and titanium alloy melts, exhibiting very promising properties. In addition, the corrosion of refractory materials by titanium melts was reviewed. A general dissolution model was developed which explains the corrosion of different refractories by titanium melts better than previous studies. In the experimental part, a coarse grained CaZrO₃ raw material necessary for refractory applications was prepared in cooperation with an industrial partner. This raw material was used to prepare crucibles for the vacuum induction melting of three common titanium materials (commercially pure titanium (cp-Ti), Ti6Al4V, and TiAl). Especially the performance of CaZrO₃ in contact with Ti6Al4V having the highest market share of all titanium materials was very encouraging. The contamination level of the melts was comparable to Y₂O₃ and much lower than for CaO. Somewhat disappointing, however, was the strong corrosion of CaZrO₃ by TiAl and cp-Ti melts. It is expected that the results of the present thesis may contribute to a more efficient extraction, recycling, and processing of titanium materials for mass applications.

Werner, Jörn

The influence of composition, processing and temperature on the Young´s modulus of elasticity of carbon-bonded refractories.

Zusammenfassung:

Thermal shock resistance is a key property of refractory materials. Its determination and prediction is essential for the design of structural refractories as well as lining materials. Young´s modulus of elasticity (E) is a crucial parameter for the calculation of thermal shock resistance. For all investigated carbon-bonded alumina composition a significant increase of E was observed. This increase was attributed to a mismatch of the coefficient of thermal expansion of the composite constituents. Besides others, the graphite content as well as the maximum alumina particle size were identified as crucial factors influencing E (T). Furthermore, the influence of the porosity on E was shown and existing models were fitted to the experimental data for future predictions of E. Finally a metal melt filter structure was investigated regarding the relationship between its strut Young´s modulus and the structures´ E at high temperatures. Further research should address the filter topic since it was uncertain how to find the normal modes of those structures.

Emmel, Marcus

Development of active and reactive carbon bonded filter materials for steel melt filtration.

Zusammenfassung:

Kohlenstoffgebundene Filterwerkstoffe erfreuen sich stetig wachsender Beliebtheit seitens der Industrie. Deren Potenzial hinsichtlich stofflicher und verfahrenstechnischer Eigenschaften erscheint dennoch nicht in vollem Umfang genutzt. Daher wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit, welche innerhalb des Sonderforschungsbereiches 920 entstand, erstmals aktive (Al₂O₃-C) und reaktive (MgO‑C) Filter, sowie eine Kombination daraus entwickelt. Die aktiven Filtersysteme, deren Funktionalisierung einerseits über die Erhöhung des amorphen Kohlenstoffanteils, andererseits über die Beschichtung mit rein oxidischen Materialien stattfand, sowie die reaktiven Filter, bei denen sich der carbothermischen Reduktion des MgO bedient wurde, konnten, in Kollaboration mit der Industrie, erfolgreich getestet werden. Durch gezielte Kontamination des Stahls mit exogenen Einschlüssen auf Basis von Al₂O₃ und MgAl₂O₄, ist es gelungen dem Chemismus der jeweiligen Filter einen entscheidenden Beitrag zum Filtrationsprozess zuweisen zu können. So weist Aluminiumoxid, unabhängig vom Chemismus des Einschlusses, das vergleichsweise größte Filtrationspotenzial auf.

Stein, Petra

Kohlenstoffgebundene MgO-Erzeugnisse mit verbesserten Thermoschockeigenschaften.

Zusammenfassung:

Kohlenstoffgebundene Magnesia-Erzeugnisse sind etablierte Feuerfestbaustoffe für den Einsatz in der modernen Stahlerzeugung. Auftretende thermomechanische Verschleißerscheinungen sind häufig auf die hohe thermische Dehnung der Magnesia zurück zu führen. Um die Temperaturwechselbeständigkeit von Magnesia-Kohlenstoff-Erzeugnissen zu erhöhen, steht die Reduzierung der reversiblen thermischen Dehnung im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit. Untersuchungen an Magnesia- und Graphit-Proben sowie am Verbundwerkstoff Magnesia-Kohlenstoff zeigen auf, welche Parameter zielführend sind. Die Untersuchungen an Graphit-Proben ergeben, dass die thermischen Dehnungen verschiedener Graphitsorten variieren. Zur Erklärung dieses Phänomens wird der Formfaktor für Graphite eingeführt, der das Verhältnis zwischen den Abmessungen der ab-Ebene und der Stapelhöhe der Graphenlagen in c-Richtung beschreibt. Die Übertragung auf die Magnesia-Kohlenstofferzeugnisse führt zur erfolgreichen Senkung der thermischen Dehnung um bis zu 35%. Thermoschockuntersuchungen bestätigen die Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit.

Glauche, Andreas

Charakterisierung und Optimierung von oxidkeramischen Brennstoffzellen (SOFC).

Zusammenfassung:

In der Entwicklung oxidkeramischer Brennstoffzellen ist die Optimierung der Elektroden und deren Polarisationswiderstandsabsenkung für eine gesteigerte Leistungsdichte und entsprechende Kostensenkung von Bedeutung. Das Ziel dieser Arbeit war die Anpassung der Lanthan-Strontium-Manganat (LSM) Kathode elektrolytgetragener Zellen für hohe Sintertemperaturen, um das kostengünstige Co-Firing Verfahren zu realisieren. Untersucht wurden eigens synthetisierte und kommerziell erhältliche Kathodenwerkstoffe mit jeweils einem anderen zusätzlichen Dotierelement auf dem B-Platz der LSM-ABO₃-Perowskitstruktur. Im Vergleich zum Standard war der Polarisationswiderstand der Kathoden mit kommerziellen Pulvern vergleichbar und mit eigens hergestellten Perowskiten niedriger. Der Anfangswiderstand einer optimierten Co-Firing Zelle mit NiO/YSZ Anode und neu entwickelter Kathode (40 x 40 mm) auf einem 10Sc1CeSZ Elektrolyten (50 x 50 x 0,15 mm) betrug 451 mΩcm² (850 °C; H₂/H₂O - 1:1). Der Widerstand wurde gegenüber der Standardzelle um 20 mΩcm² reduziert. Ein stabiler Betrieb der neu entwickelten Zellen wurde bei diesen Betriebsbedingungen über fast 1000 Stunden bei einer Stromdichte von 485 - 540 mA/cm² (0,7 V) nachgewiesen.

Gehre, Patrick

Korrosions- und thermoschockbeständige Feuerfestmaterialien für Flugstromvergasungsanlagen auf Al₂O₃-Basis – Werkstoffentwicklung und Korrosionsuntersuchungen.

Zusammenfassung:

Um einen dauerhaften Einsatz Al₂O₃-basierter Feuerfestwerkstoffe in Hochtemperaturanlagen zur Synthesegaserzeugung zu ermöglichen, erfolgte die Entwicklung neuer Materialien mit verbesserter Thermoschock- und Korrosionsbeständigkeit gegenüber flüssiger Kohleschlacke. In einem industrienahen Spinell-Alumina-Verbundwerkstoff lässt sich die Mikro- und Porenstruktur durch Zugabe von 6 Gew.-% eines Spinell-reichen Zements optimieren, wodurch die Infiltration und zugleich die Korrosion durch saure Braunkohleasche erheblich reduziert werden konnte. Die Zugabe von 2,5 Gew.-% TiO₂ zu einer Al₂O₃-Gießmasse führt ebenfalls zur Verbesserung der Thermoschockbeständigkeit und verhindert während des Tiegeltests die weitere Auflösung der Al₂O₃-Matrix, indem sich auf dem Werkstoff durch Reaktion mit MgO der Schlacke eine dichte in situ Spinell-Schutzschicht ausbildet. So erfolgte die Entwicklung von Materialien mit hervorragenden thermomechanischen Eigenschaften und ausreichender Korrosionsbeständigkeit, welche als umweltfreundliche und kostengünstige Alternative zu den derzeit eingesetzten Cr₂O₃-reichen Werkstoffen angesehen werden können.

Beiler, Christof

Verfahrenstechnische Einflüsse auf den Reinheitsgrad am Beispiel eines aushärtbaren Werkstoffes.

Zusammenfassung:

Der Reinheitsgrad beim Endkunden wird neben der gegebenen chemischen Analyse und der Art der Prüfung auch vom Herstellungsprozess und den eingesetzten Hilfs- und Legierungsstoffen beeinflusst. Anhand von Versuchen im Stahlwerk und Simulationen wurden zum einen der Einfluss desoxidierender Legierungsstoffe und zum anderen die Reaktionen zwischen Stahl und dem Feuerfestmaterial im Stranggussverteiler untersucht. Es zeigt sich, dass eine späte Zugabe von desoxidierenden Stoffen den Reinheitsgrad insgesamt verschlechtert, wenn auch einzelne Stoffe wie z.B. die Zugabe von CaSi-Draht einen positiven Effekt haben können. Die Reaktionen feuerfester Werkstoffe im betrieblichen Einsatz können durch entsprechende Grenzflächenpräparation sichtbar gemacht werden. Sowohl in der thermodynamischen Simulation wie auch an den REM-Aufnahmen sind ähnliche Phasen auffindbar.

van Garderen, Noémie

Development of a new type of highly porous oxygen carrier support for fluidized bed reactors.

Zusammenfassung:

Supports of bed materials for fluidized bed reactors with a size between 100 and 500 μm have been developed. Macroporous clay/diatomite samples were first studied because of their large pore network (median pore radii from 993 to 3515 nm) and their high mechanical resistances. While, γ-alumina is composed of pores from 1 to 25 nm (mesoporous network). A median pore radius of 7.1 nm was obtained at 850°C. Mixing diatomite with alumina leads to an increase in the macropore size distribution and pore volume but to a decrease in the specific surface. Because the presence of diatomites leads to a lower attrition resistance, a silica dispersion was added to the feedstock. The silica leads to a decrease in the meso- and large macropore size distribution (larger than 100 nm) and to an increase in the small macropores (from 25 to 100 nm). The specific surface decreases because of the silica layer formed around the diatomite particles. An impregnation with 1.5 M copper nitrate trihydrate was performed on selected samples from the 3 different routes. The alumina supports lead to the formation of CuAl₂O₄ and the presence of diatomites and silica nanoparticles to CuO. The structure of the pore network is primordial for the impregnation, while the surface chemistry of the support influences the lopping efficiency of the copper oxide phase.

Weigelt, Christian

"Energy absorbing TRIP-steel/zirconia composite structures based on ceramic extrusion"

Zusammenfassung:

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden Verbundwerkstoffe aus TRIP-Stahl mit Zirkonoxid-Partikelverstärkung untersucht. Die Schwerpunkte sind Untersuchungen zur pulvermetallurgischen Verfahrensroute mittels bildsamer Formgebung und Wechselwirkungen zwischen der metallischen und der keramischen Komponente beim Sinterprozess. Durch Zugabe organischer Prozessadditive konnten variable Mischungen in verschiedene zellulare und kompakte Strukturen überführt werden. Die nachfolgende thermische Entbinderung wurde an die Geometrie, Additive und Rohstoffeigenschaften angepasst. Dadurch wurden binderrückstands- und defektfreie Körper erzeugt. Dies ist die entscheidende Voraussetzung für mechanische Untersuchungen. Im Rahmen der Wechselwirkungsversuche konnte als Hauptwirkungsfaktor die thermische Destabilisierung an MgO-teilstabilisiertem Zirkonoxid nachgewiesen werden. Vernachlässigbare Auswirkungen wurden bei Dotierung mit Nickel und Eisen erkannt, Phasenneubildungen können bei Kontakt mit Chrom beobachtet werden. Mangan führt zur intensiven Stabilisierung der kubischen ZrO₂-Modifikation. Alternative Zirkonoxidrohstoffe zeigten vergleichbare Sensibilität in Gegenwart von Mangan unter den gewählten Sinterbedingungen.

Strehler, Claudia

Development of Near Net Shaped Si₃N₄/SiC Composites with Optimised Grain Boundary Phase for Industrial Wood Machining.

Zusammenfassung:

Si₃N₄/SiC Wendeschneiden für die industrielle Holzverarbeitung wurden entwickelt. Die Produktion der Keramikverbunde erfolgte über einen endformnahen Prozess mittels Pressen von Sprühgranulat, Gasdrucksintern und anschließendem heißisostatischen Pressen. Verschiedene Kombinationen von Sinteradditiven für das Flüssigphasensintern der Si₃N₄/SiC Verbunde wurden untersucht. Eine entsprechende Auswahl der Sinteradditive ist entscheidend, da sich gezeigt hat, dass vor allem mikroskopische Eigenschaften und nicht die globalen mechanischen Messwerte die Qualität der Si₃N₄/SiC Schneiden bestimmen. 12 Gewichtsprozent Sinteradditive in Form von La₂O₃, Y₂O₃ und Al₂O₃ liefern eine gute Kombination aus Sinterfähigkeit und mikroskopischen Eigenschaften für die Leistungsfähigkeit: Die Stabilität der Si₃N₄/SiC Schneidkante wird durch das Aufbringen einer Mikrofase am Zahnrücken weiter gesteigert, ohne dass dabei Verluste in der Oberflächenqualität beobachtet werden. In Schneidversuchen an mitteldichten Faserplatten erzielten die neu entwickelten Si₃N₄/SiC Schneiden im Vergleich zu Standard Wolframkarbid Schneiden die doppelte Lebensdauer.

Michen, Benjamin

Virus removal in ceramic depth filters: The electrostatic enhanced adsorption approach

Zusammenfassung:

Diese Arbeit untersucht den Einsatz von keramischen Materialien in der Trinkwasseraufbereitung mittels Filtration und fokussiert dabei die Entfernung von Viren. Herkömmliche, auf Kieselgur basierende Tiefenfilter (Filterkerzen) mit Porengrößen im unteren Mikrometerbereich, werden hinsichtlich ihres Rückhaltevermögens gegenüber Kolloiden (Viren sowie Polystryrolpartikel) untersucht, um deren Einsatzfähigkeit in der Entfernung von Mikroorganismen im Allgemeinen abschätzen zu können. Ferner wird gezeigt, wie durch ein einfaches Verfahren solche Filter modifiziert werden können, um auch kleinste Viren mit ca. 30 nm Durchmessern aus dem Rohwasser zu entfernen. Die Zugabe von MgO während der Granulierungsstufe im Herstellungsprozess der Filterkerzen bewirkt eine erhebliche Verbesserung des Virenrückhalts bis zu über 99,9999 %. Die experimentellen Ergebnisse wurden dabei mit theoretischen Modellen verglichen, um Aussagen über die Mechanismen der Virenentfernung treffen zu können.

Brüggmann, Christian

Ein Beitrag zur Verschlackung von MgO in sekundärmetallurgischen Schlacken.

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit behandelt Aspekte der Verschlackung von MgO in sekundärmetallurgischen Schlacken. Mittels FactSage© wird eine Berechnung der Löslichkeit von MgO in Kalksilikat- und Kalkaluminatschlacke bei 1600, 1650 und 1700°C durchgeführt. Die Ergebnisse werden leicht handhab- und ablesbar dargestellt. Die Verschlackung eines porösen MgO-Probekörpers in einer an MgO ungesättigten und an MgO gesättigten Kalkaluminatschlacke wird bei 1600°C thermogravimetrisch verfolgt. Der Verschlackungsvorgang wird maßgeblich durch die Mechanismen der Teilchendesintegration und Ostwald-Reifung in der infiltrierten Mikrostruktur beeinflusst. Das komplexe Zusammenspiel von Zerfall und Auflösung wird nach einem Modell von W. Gans an feuerfestes Material (MgO) angepasst und modelliert. Der Einfluss von Teilchendesintegration und Oswald-Reifung auf den voreilenden Verschleiß im 3-Phasenkontakt (Marangoni-Konvektion) wird quantifiziert. Ferner wird ein einfaches Modell zur Abschätzung des voreilenden Verschleißes dargelegt.

Brochen, Erwan

Messung und Modellierung der Temperaturwechselbeständigkeit feuerfester Werkstoffe.

Zusammenfassung:

Die in der Literatur beschriebenen Verfahren zur Bewertung und Berechnung der Temperaturwechselbeständigkeit (TWB) von feuerfesten Werkstoffen berücksichtigen nur selten das beim Temperaturwechsel tatsächlich im Werkstück vorliegende Spannungsfeld. Überlegungen hierzu werden pauschal zu Kennzahlen verarbeitet, deren Bedeutung folglich fragwürdig ist. Die vorliegende Arbeit stellt sich daher zur Aufgabe, gezielt die Spannungsverteilung in Abhängigkeit aller Einflussparameter analytisch zu berechnen und daraus Schlussfolgerungen für die TWB typischer oxidischer Feuerfestprodukte abzuleiten. Die Ergebnisse werden mit denen herkömmlicher Methoden verglichen und experimentellen Messungen der TWB an Feuerfestmaterial auf der Basis von Al₂O₃ und MgO, die mit einem modifizierten Koltermann-Test durchgeführt wurden, gegenübergestellt. Als Ergebnis ist festzuhalten, dass die durch das entwickelte Modell modifizierten Parameter, insbesondere aber RModel und Rst, eine deutlich verbesserte Vorhersage der TWB aller untersuchten Werkstoffe gestatten und ihre Klassifizierung genauer ermöglichen.

Moulin Silva, Wagner

Microsilica-bonded magnesia-based refractory castables: Bonding mechanism and control of damage due to magnesia hydration

Zusammenfassung:

Der Mechanismus der Hydratation des Magnesiumoxides bzw. Sintermagnesia bezüglich der Verwendung im Feuerfestbeton und die Auswirkungen verschiedener Additive wurden untersucht. In Abwesenheit von Additiven wachsen katastrophale Hydratationsrisse in Sintermagnesia-basierten Steinen wegen der Bildung von Brucit; dahingegen übt die Anlagerung von Mikrosilica, Magnesiumfluorid, Weinsäure, Zitronensäure oder Borsäure eine Antihydratationswirkung aus. Es kommt darauf an, dass wenigstens 7,5% Mikrosilica notwendig ist, damit das Wachstum der Risse durch den Ersatz des Brucits für einen Magnesiumsilicathydrat-Verbundstoff unterdrückt wird. Die Zudosierung von mindestens 0,3% Magnesiumfluorid hingegen fördert die Ablagerung einer humit-ähnlichen Phase, welche einen niedrigeren Silicagehalt aufweist, und die benötigte Menge an Mikrosilica auf 3% absenkt. Die Verarbeitungseigenschaften des Betons werden durch das Fluorid nicht gestört, jedoch verschlechtern sich die Eigenschaften des Betons um 1600°C. Die anderen Antihydratationsadditive haben das Wachstum des Brucits blockiert, daher wurde die Bildung des Verbundstoffs abgegrenzt. Obwohl der Beton frei von Rissen ist, sinken seine mechanischen Eigenschaften um mehr als das zehnfache.

Stein, Volker

Contribution to the Characteristic Improvement of Carbon Bonded Doloma Refractories by addition of Functional Ceramic Materials

Zusammenfassung:

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden feuerfeste Verbundwerkstoffe im System Doloma-Kohlenstoff grundlegend untersucht. Der Fokus lag hierbei auf der Manipulation der Kohlenstoff-Bindematrix durch die Zugabe von funktionskeramischen Materialien, welche bei hohen Temperaturen und unter reduzierenden Bedingungen Elektronen emittieren. Eingesetzte Materialien waren zum Beispiel TiO₂, ZrO₂ und CeO₂. Der Kernpunkt der Arbeit war die Untersuchung des Restkohlenstoffgehaltes der Proben nach dem Verkokungsbrand sowie die Untersuchung der Kohlenstoffphasen Entwicklung. Damit konnte ein wesentlicher Beitrag zum Grundverständnis der Wechselwirkung zwischen diesen funktionskeramischen Materialien und der Kohlenstoffbindematrix dieser Verbundwerkstoffe geleistet werden. Es wurden hierdurch wesentliche Verbesserungen der Werkstoffeigenschaften erzielt. Weiterhin wurden weitere positive Wechselwirkungen der eingebrachten Additive mit dem Werkstoff infolge von Hochtemperaturreaktionen und in-situ Phasenneubildungen nachgewiesen. Ebenfalls erfolgte eine Übertragung der Ergebnisse in den industriellen Maßstab. Hierbei wurde der Werkstoff erfolgreich in einem AOD Konverter getestet.

Kaltenborn, Nadine

Nanoporöse Kohlenstoffmembranen auf asymmetrisch aufgebauten, porösen, keramischen Supporten für die Gastrennung.

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von molsiebenden Kohlenstoffmembranen für die H₂/C₃H₈-Trennung in Form von dünnen, trennaktiven Schichten auf porösen keramischen Trägern. Als Precursoren wurden Polyfurfurylalkohol, Phenolharz und die bisher aus der Literatur nicht für den Einsatz als Precursor bekannten ungesättigten Polyesterharze verwendet. Diese wurden unter Inertgasatmosphäre bei Temperaturen zwischen 600°C und 800°C zu Kohlenstoff zersetzt. Unterschiede in der Precursorchemie führten, aufgrund unterschiedlichen Pyrolyseverhaltens, zu Kohlenstoffmembranen, die sich in H₂-Permeanz und H₂/C₃H₈-Permselektivität, aber auch in ihrer Stabilität gegenüber Sauerstoff, Wasser und Wasserstoff unterscheiden. Durch Variation der Unterstruktur, sowie Minimierung und Homogenisierung der Schichtdicke des Kohlenstoffs konnten Kohlenstoffmembranen mit H₂-Permeanzen von bis zu 10 m3 / (m2hbar) und H₂/C₃H₈-Permselektivitäten > 1000 synthetisiert werden.

Schlechtriemen, Nadja

Thermoplastische Formgebung reaktionsgebundener Net shape Oxidkeramiken.

Zusammenfassung:

Im Rahmen dieser Dissertation wurden Feedstocks für die Formgebung mittels Niederdruckspritzgießens für die Herstellung von reaktionsgebundenen Keramiken auf Basis der intermetallischen Verbindungen ZrAl₃, ZrSi₂ und Zr₂Si entwickelt. Im Vergleich zu den für reaktionsgebundene Keramiken wie z.B. RBAO (reaction bonded alumina oxide) verwendeten metallischen Pulvern zeichnen sich die intermetallischen Verbindungen durch eine deutlich höhere Massen- und Volumenzunahme infolge von Oxidation aus. Hierdurch wird eine vollständige Kompensation der Sinterschwindung ermöglicht und keramische Grünlinge können ohne Schwindaufmass gefertigt werden. In Kombination mit der Formgebungsmethode des Niederdruckspritzgießens können somit komplex geformte keramische Mikrostrukturen effizient, einfach und kostengünstig repliziert werden. Neben wesentlichen Einflüssen auf die Rheologie und die Qualität der Formgebung konnte im Rahmen dieser Dissertation die form- und dimensionstreue Replizierung keramischer Mikrostrukturen nachgewiesen werden.

Hampel, Michael

Beitrag zur Eigenschaftsbewertung von feuerfesten Magnesiakohlenstofferzeugnissen.

Zusammenfassung:

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden feuerfeste Verbundwerkstoffe im System Magnesia-Kohlenstoff grundlegend auf ihre physikalischen Eigenschaften untersucht. Dabei erfolgte eine Variation des Zusatzes an Grafit im Rahmen der industriell üblichen Grenzen. Gleichzeitig bildete der Parameter Bindemittel unter Variation von Art und Menge einen bedeutenden Kernpunkt der Arbeit. Mit der Bilanzierung der Stoffübergänge bei der unter reduzierenden Bedingungen durchgeführten Verkokung der organischen Bindemittel gelang die Identifikation der wesentlichen Einflussgrößen auf die physikalischen Eigenschaften kohlenstoffgebundener Magnesiaerzeugnisse. Für das Verhalten des Gefüges beim Brand wurde ein Strukturmodell entwickelt, das zum Verständnis der auftretenden Effekte beiträgt und gleichzeitig Randbedingungen für eine Optimierung der Erzeugnisse aufzeigt.

Baumann, Andreas

Pulverspritzgießen von Metall-Keramik-Verbunden.

Zusammenfassung:

Die in der vorliegenden Arbeit untersuchten Metall-Keramik-Verbunde wurden mittels Pulverspritzgießen hergestellt. Unter Anwendung der teilautomatisierten Verfahrensoptionen Mehrkomponentenspritzgießen und Inmould-Labelling, welches u.a. die Verwendung von tiefgezogener Grünfolien beinhaltete, wurden hierzu 2K-Prüfkörpergeometrien (Zugstab, Biegebruchstab, Ringverbund) und 2K-Demonstratoren (Innenzahlrad, Fadenführer, Greifer), jeweils bestehend aus Stahl 17-4PH und ZrO₂ (3% Y₂O₃), im Co-Sinterverfahren unter H₂-Atmosphäre bei 1350°C, entwickelt. Schlüssel zur Darstellung schwindungskonformer ZrO₂- und Stahl 17-4PH-Formgebungsmassen war der Angleich der Pulverpackungsdichte. Untersucht wurde neben der Werkstoff- und Gefügeausbildung das sich während dem Formgebungs- und Sinterprozess ausbildende Metall-Keramik-Interface sowie die sich bevorzugt in diesem Bereich manifestierenden Verbundeigenspannungen. Neben der stoffschlüssigen Versinterung beider Partner konnte eine Steigerung der Verbundfestigkeit durch Legierungsmodifikation unter Ausschluss technologischer Fehlerquellen erreicht und spezifiziert werden.

Kratschmer, Tim

Flammgespritzte Schichten im System Al₂O₃-TiO₂-ZrO₂.

Zusammenfassung:

Die Zusammenhänge zwischen Phasenausbildung, Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften flammgespritzter Schichten wurden im pseudoternären System Al₂O₃-TiO₂-ZrO₂ untersucht. Die vorherrschende Phase ist das durch schnelle Abkühlung induzierte kubische γ-Al₂O₃. Als weitere Besonderheit der Phasenentwicklung tritt ein amorpher Anteil auf, der aufgrund eines besseren Zusammenhaltes der Lamellen untereinander die Festigkeit und den E-Modul steigert und die Bruchdehnung verringert. Es gibt zwei verschiedene amorphe Anteile. Der primäre amorphe Anteil ist in Form von Sublamellen an den am schnellsten abgekühlten Bereichen der einzelnen Lamellen zu finden und tritt sowohl im reinen Aluminiumoxid als auch in allen hier untersuchten Mischungen auf. Der sekundäre amorphe Anteil liegt vermischt mit kristallinen Dendriten vor und schließt sich dem primären amorphen Bereich an. Dieser ist an den Mechanismus der spinodalen Entmischung bzw. eutektischen Erstarrung gebunden. Er tritt somit nur in den Systemen Al₂O₃-ZrO₂ und Al₂O₃-TiO₂-ZrO₂ auf, nicht im reinen Al₂O₃ und auch nicht im System Al₂O₃-TiO₂.

Gemeinert, Marion

Über LTCC-Werkstoffe aus dem Stoffsystem CaO-La₂O₃-Al₂O₃-B₂O₃.

Zusammenfassung:

LTCC-Werkstoffe aus dem Stoffsystem CaO-La₂O₃-Al₂O₃-B₂O₃ wurden entwickelt, die bei Temperaturen unterhalb 800°C dicht gesintert werden können. Hierfür wurden glaskeramische Komposite aus Calciumlanthanborat- sowie Calciumlanthanalumoborat-Gläsern und Korund hergestellt. Durch chemische Additive in den Gläsern und ein geeignetes Volumenverhältnis von Glas zu Korund in den Kompositpulvern wurde eine ausreichend hohe Verdichtung beim Sintern erzielt. Die Komposite kristallisieren während des Brennprozesses nahezu vollständig. Aus der Glasphase kristallisiert Lanthanborat aus und aufgrund der festkörperchemischen Reaktion der calciumboratreichen Restglasphase mit dem Korund bilden sich vor allem Calciumalumoborat bzw. Calciumalumoboratoxid. Die Anteile an neuen Phasen bestimmen die thermischen und dielektrischen Eigenschaften der Werkstoffe. Erzielt wurden die Eigenschaftswerte: TEC: ca. 5 ppm/K, er: ca. 7 und tan d: = 1x10-3. Die LTCC.Werkstoffe wurden als innere Lagen in einem self-contrained Laminat eingesetzt. Dadurch konnte die laterale Schwindung des Multilayers beim Sintern auf < 0,4% verringert werden.

Homola, Felix

Stromunterstützte Hochtemperaturbenetzbarkeit von Feuerfesterzeugnissen in Kontakt mit Metall/Schlacke-Systemen.

Zusammenfassung:

Die vorgelegte Arbeit beschäftigt sich mit Hochtemperaturbenetzungsphänomenen von Feuerfestmaterialien in Kontakt mit metallischen Schmelzen. Es wurden kohlenstoffhaltige MgO-Materialien (elektrischer Leiter/Isolator) und kohlenstofffreie MgO-Materialien (Isolator) in Kontakt mit einer definierten Schmelze in statischen Laborversuchen und dynamischen Industrieversuchen untersucht. Bei diesen Versuchen wurde eine elektrische Gleichspannung an das Feuerfestmaterial angelegt. Dabei wurde die Wirkung der Young-Lippmann-Gleichung auch für Hochtemperaturprozesse nachgewiesen.

Wiener, Bianka

Unterstützte Filtriereigenschaften von feuerfesten Filterbauteilen in der Metall- und/oder Schlackenschmelzfiltration unter Stromzuführung.

Zusammenfassung:

Die Herstellung keramischer Filter für den Einsatz in der Eisen- und Stahlschmelzfiltration ist mittels viskoplastischer Formgebung möglich. Es wurden keine Trägermaterialien verwendet und weitestgehend wurde ohne Zusatz organischer Additive gearbeitet. Wesentliche Ziele der Anwendung dieser Technologie waren dabei eine Festigkeitssteigerung gegenüber herkömmlichen Schaumkeramikfiltern, da keine Hohlstege, sondern Vollstrukturen erzeugt werden und die Kostenreduzierung der Gesamtbilanz, da der Brennprozess günstiger wird (es werden keine Filteranlagen mehr benötigt) und Kosten für Schaume entfallen. Eine entsprechende Struktur kann mit der Kolbenpresse in Form von ungeordneten Strangen erzeugt werden - die so genannten Spaghettifilter. Die Auswertung der Gussstücke aus Gießversuchen mit Eisenschmelze wurde mittels 3D-CT Röntgentomographie durchgeführt. Die 3D CT Röntgentomographie kommt eventuell als eine einfache und zerstörungsfreie Methode zur Beurteilung der Filtrationswirkung in Frage. Das Anlegen einer Spannung im System Filter/Schmelze zeigt nach ersten Versuchen chancenreiche Ergebnisse. Durch den Polarisationseffekt kann eine Erhöhung der Abscheideeffizienz bei Schaumkeramikfiltern erreicht werden kann. Die Spaghettifilter zeigen keine Erhöhung durch spannungsunterstutzte Filtration.

Schärfl, Wolfgang

Konzipierung und Verifizierung von keramischen Filterkomponenten für Dieselrußpartikelfilter.

Zusammenfassung:

Die vorgelegte Arbeit mit dem Thema "Beitrag zur Entwicklung von Dieselrußpartikelfiltern (DPF)" zeigt die Entwicklung eines neuartigen Partikelfilterwerkstoffes vom Pulver bis zum Test des Bauteils am Motorenprüfstand. Die hohe Temperaturwechselbeständigkeit (TWB) des neu entwickelten feuerfesten Filtermaterials auf Basis von Al₂O₃-ZrO₂-TiO₂ (AZT) beruht auf der linearen ä in Kombination mit der Ausbildung einer Mikrorissstruktur sowie einem sehr niedrigen E-Modul von 8,5 GPa. Eine zusätzliche Kompensation von Wärmespannungen, welche aus der hohen Wärmedehnung von 7,5.10-6 K-1 der Tonerdematrix resultieren, erfolgt durch den modularen Aufbau des Wabenkörpers. Nicht zuletzt bewirkt die offene Porosität von 42 % die verbesserte TWB. Durch die Verwendung von 95 Ma.-% Al₂O₃ als Matrixwerkstoff ist der neu entwickelte AZT-Werkstoff für den Kontakt mit der Asche im für die Regeneration relevanten Temperaturbereich geeignet.

Fries, Manfred

Produktgestaltung keramischer Granulate für Applikationen der Hochleistungskeramik.

Zusammenfassung:

Die zentralen Themen dieser Dissertation waren die Ableitung und die exemplarische Realisierung eines Zieldesigns für Pressgranulate, die durch uniaxiales Trockenpressen zu großformatigen Bauteilen oder Bauteilen mit großem Hohe-Durchmesser-Verhältnis verarbeitet werden sollen. Im Rahmen der Arbeit wurde eine Methodik zur Produktgestaltung von Pressgranulaten entwickelt und angewendet. Am Beispiel von zwei Granulatentwicklungen (Al₂O₃ und Si₃N₄) werden Nutzbarkeit und Übertragbarkeit der entwickelten Methodik nachgewiesen. In beiden Fällen führte ein optimiertes Granulatdesign zu verbesserten Verarbeitungseigenschaften und zu einer Erhöhung des Werkstoffniveaus, was sich in einer erhöhten Biegebruchfestigkeit widerspiegelt.

Wittig, Daniela

Pressureless infiltrated alumina and zirconia based steel - MMCs.

Zusammenfassung:

Alumina and zirconia based steel – MMCs have been successfully produced by the pressureless Ti-activated melt infiltration method. With the use of three different Al₂O₃ powders the effect of particle size and morphology on the packing and the preform structure was shown. With a dense particle packing a quasi-continuous ceramic network was created by neck growth during infiltration. It was also shown that below a certain particle size, infiltration will no longer occur as result of enhanced sintering.

Fischer, Undine

Werkstoff- und Verfahrensentwicklung für die Einmal-Schnellbrandtechnologie.

Zusammenfassung:

In der vorliegenden Dissertation wurde ein Porzellanversatz mit zugehöriger Porzellanglasur für die Anwendung des Einmal-Schnellbrandverfahrens verarbeitet. Als Vergleich dienten Materialien und Erzeugnisse aus dem in der Industrie zur Zeit vorherrschendem zweistufigen Schnellbrandverfahren. Anhand der technologischen Verfahrensschritte zur Herstellung von Flachgeschirr aus Porzellan wurde der Einfluss anorganischer Additive und Gemische aus organischen und anorganischen Additiven auf die verfahrenstechnischen Herstellungsparameter, den geforderten Brennbedingungen eines Einmal-Schnellbrandes und die Oberflächenqualität des Enderzeugnisses untersucht.

Schemmel, Thomas

Untersuchung von werkstofftechnischen und verfahrenstechnischen Wirkungsmechanismen zur Optimierung der Hochtemperaturbenetzbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Flexibilität von MgO-C Feuerfesterzeugnissen.

Zusammenfassung:

Ziel dieser Dissertation war es, zu untersuchen, inwiefern sich Magnesiakarbonwerkstoffe mit ihren einzigartigen Eigenschaften auch in anderen Bereichen der Feuerfestindustrie einsetzen lassen. Die Grundidee dabei ist es, das günstige Benetzungsverhalten der Steine im Kontakt mit Alkalien nutzen zu können. Basis der Untersuchungen war ein Standard MgO-C Werkstoff, an dem mittels Benetzungs- und Tiegelversuchen grundlegende Korrosionsmechanismen im Alkalikontakt untersucht wurden. Anhand der erzielten Ergebnisse wurde ein neuer Magnesiakohlenstoffwerkstoff entwickelt, der mit seiner optimierten Porengrößenverteilung interessante Eigenschaften zeigt. Mittels verschiedener Versuche wurde der Werkstoff charakterisiert und die positiven Auswirkungen im Alkali- und Schlackenkontakt nachgewiesen.

Nagy, Aniko

Einfluss der mechanischen Einzelgranalieneigenschaften auf das Granulathaufwerk bei Sprüh-Gefrier-Granulaten aus nanoskaligen Pulvern.

Zusammenfassung:

In Rahmen dieser Doktorarbeit wurde das nanoskalige Titanoxid p25 als Modellpulver mit Hilfe der Sprüh-Gefrier-Granulierung verarbeitet. Als Vergleichsgranulate dienten konventionelle Sprühgranulate. Bei der Überführung des Nanopulvers in die Suspensionsform wurden der Einfluss des Feststoffgehaltes zwischen 25 und 40% sowie der Einfluss der organischen Additive auf die rheologischen Suspensionseigenschaften untersucht. Für die Herstellung hochfeststoffhaltiger Suspensionen war der Einsatz von Dispergierhilfsmitteln erforderlich. Die Kombination mit weiteren Additiven diente zur Einstellung der Granulateigenschaften. Dabei spielten die Dispergierung des Nanopulvers und die Stabilisierung der Suspensionen eine entscheidende Rolle. Für eine agglomeratfreie und versprühbare Suspension waren der Einsatz einer Ultraschallsonotrode und eine intensive Homogenisierung mit Rührorganen notwendig. Ferner konnte gezeigt werden, dass über das Jet-Priller-Verfahren eine qualitative Maßstabübertragung der Sprühgefriergranulierung vom Labor in eine Technikums- oder auch großtechnische Anwendung prinzipiell möglich ist.

Dreßler, Martin

Sol-Gel Preparation and Characterization on Corundum Based Ceramic Oxidation Protection Coatings.

Zusammenfassung:

Alumina layers were prepared via sol-gel processing using a modified Yoldas procedure to obtain alumina sols. No change in rheological sol behaviour was observed for more than 1 year of aging under static conditions at room temperature. Depending on pH value, modified Yoldas sols contain a manifold of Al species, among them Al13 polycations. Thermal evolution of sol derived alumina powders depends on Al-speciation of parent sols. Depending on sol composition, both gamma-Al₂O₃ und eta-Al₂O₃ occur as intermediate transition aluminas. Phase composition and gas phase velocity influence oxygen permeability of thin layers prepared with modified Yoldas sols.

Ihle, Jan

Phasenausbildung im System Al₂O₃-Y₂O₃-SiC und elektrische Eigenschaften von porösem flüssigphasengesintertem Siliciumcarbid.

Zusammenfassung:

Bei dem porösen LPS-SiC ergeben sich im Hinblick auf die Gasphasenreaktion wesentlich extremere Bedingungen als bei dichten Werkstoffen, da aufgrund der Porosität und der damit verbundenen hohen inneren spezifischen Oberfläche die Zersetzungsreaktionen wesentlich heftiger ablaufen, was unter Umständen zu einem Zerfall der porösen Keramik führen kann. Schwerpunkte dieser Arbeit waren zum einen die Aufklärung der Phasenausbildung in Abhängigkeit von den Sinterbedingungen und der Sinteratmosphäre und zum anderen die Untersuchungen zum elektrischen Leitungsverhalten von porösen LPS-SiC.

Haufe, Claus-Dieter

Innovation in der Zustellungs- und Ausbruchtechnik von monolithischen Pfannen in Kombination mit Werkstoffalternativen zur Erhöhung der Produktivität unter ökonomischen und ökologischen Aspekten.

Zusammenfassung:

Diese Arbeit stellt dar, dass es möglich ist, durch geeignete Zustell- und Ausbruchtechniken die Produktivität durch den Einsatz von monolithischen Pfannen unter Berücksichtigung ökologischer und ökonomischer Aspekte zu erhöhen. Des Weiteren wird gezeigt, dass es möglich ist, ohne Verfahrensänderung dolomitisch zugestellte Pfannen durch monolithische Al₂O₃-Pfannen zu ersetzen.