7. Feuerfest-Materialien

Keramische Feuerfest-Materialien sind unverzichtbar in der modernen Industrie und im Alltag. Sie finden sich in offenen Kaminen, Holzöfen und in der Auskleidung von Hochtemperaturreaktoren. Das Kapitel untersucht die zwei Hauptstämme der Feuerfest-Materialien: die sauren und die basischen. Für die sauren Materialien ist das Phasendiagramm Al2O3-SiO2 von zentraler Bedeutung, während für die basischen Materialien das Phasendiagramm CaO-MgO entscheidend ist. Trotz der moderateren Betrachtung dieser Trennung in den letzten Jahren bleibt sie für das grundlegende Verständnis der Materialeigenschaften von großer Bedeutung. Die Reaktionen zwischen sauren und basischen Materialien können zu unerwünschten Schmelzen führen, was die Notwendigkeit einer sorgfältigen Materialauswahl unterstreicht. Das Kapitel beleuchtet auch die Vielzahl der Komponenten, aus denen Feuerfest-Materialien aufgebaut sind, und stellt diese in einer Grundstoffpyramide dar. Die kristallinen Modifikationen des SiO2, insbesondere unter Normaldruckbedingungen, werden detailliert beschrieben, wobei die Phasenumwandlungen und deren Auswirkungen auf die Materialeigenschaften im Fokus stehen. Die Unterschiede zwischen displaziven und rekonstruktiven Phasenumwandlungen werden erläutert, wobei letztere kinetisch gehemmt und langsam ablaufen. Das unäre System SiO2 zeigt besondere Eigenschaften, wie die Bildung von Kieselglas beim Abkühlen und die Umwandlungen zwischen verschiedenen Modifikationen bei steigender Temperatur. Das binäre System SiO2-Al2O3 wird als grundlegendes Phasendiagramm im Feuerfestbereich vorgestellt, wobei die stabile Phasen und deren Schmelzverhalten im Detail beschrieben werden. Das binäre System CaO-MgO wird als eutektisches System mit deutlichen Mischbarkeiten der Phasen analysiert. Die Klassifikation von Feuerfest-Materialien nach ihrer chemischen Zusammensetzung und ihren Eigenschaften wird erläutert, wobei die Begriffe feuerfest und hochfeuerfest definiert werden. Das Kapitel schließt mit einer detaillierten Analyse der Schamottesteine, Silikasteine und basischen Feuerfest-Materialien, wobei deren spezifische Eigenschaften und Anwendungsbereiche hervorgehoben werden. Die Prüfverfahren zur Bestimmung der Materialeigenschaften, wie Abriebbeständigkeit, Druckerweichung und Temperaturwechselbeständigkeit, werden ebenfalls behandelt. Das Kapitel bietet somit eine umfassende Übersicht über die Welt der Feuerfest-Materialien und deren Anwendung in der modernen Industrie.