Entwicklung eines technologisch neuen keramischen Hochleistungs-Werkstoffes auf Basis von Tabularkorund

Die neusten Anforderungen, vor allem in Luft- und Raumfahrt, verlangen von Gießereien bzw. Feingießereien eine wesentliche Qualitätssteigerung für hoch beanspruchbare Bauteile aus den speziellen Legierungen auf Kobalt- und Nickel-Basis, unter Beachtung von exklusiver Reinheit der chemischen Zusammensetzung. Diese Legierung sind hochschmelzend und werden bei speziellen Schmelz- und Veredelunsverfahren (Vacuum-Induction melting und Electron-ray melting) bis auf Temperaturen von 1900 °C erhitzt. Die Behandlung kann von wenigen (High temperature volumetric electron-ray remelting) bis zu mehren Stunden (remelting in high Temperature vacuum unit) dauern. Aus diesem Grund sind die Anforderungen an die Qualität der Schmelztiegel extrem hoch. Die marktüblichen feuerfeste keramische Erzeugnisse für Anwendung bei hohen Temperaturen werden hautsächlich auf Basis von Aluminiumoxid oder auf Basis einer Mischung aus Aluminiumoxid und Tonerde hergestellt. Für den Temperaturbereich von Schmelzen oberhalb 1900°C werden Schmelztiegel auch aus Zirkonoxid eingesetzt, welcher aber im Vergleich zu den anderen Oxidkeramiken teuer ist. Das sog. Fully Stabilized Zirconia (FSZ) wird in Hochtemperatur-Brennstoffzellen eingesetzt, ist allerdings nicht für die Metallverarbeitung geeignet, da die Wechseltemperaturbeanspruchung in diesen Prozessen zur schnellen Schädigung der Tiegel führen kann. Aus diesen Gründen werden Zirkonoxidkeramiken weiter nicht in Betracht genommen. Die Tiegeln aus Aluminiumoxid weisen bei hohen Schmelztemperaturen keine ausreichende Standzeit und Temperaturwechselbeständigkeit auf, um mehrere Schmelzvorgänge, mit ausreichender Qualität der Schmelze, prozesssicher zu gewährleisten. Darüber hinaus ein Ausweg aus der Situation bietet eine produktangepasste Kombinierung des Rohmaterials mit der Herstellungstechnologie. Bei der Betrachtung von Rohmaterialien kann der Tabularkorund als Einsatzmaterial im Frage kommen. Eine Tabularkorundmasse enthält relativ große und tafelförmige Kristalle von alpha-kalzinierter Tonerde. Da bei der Produktion des Rohrstoffs eine thermisch stabile und kontrollierbare Mikrostruktur erzeugt wird, bezeichnet sich Tabularkorund durch hohe Reinheit, hohe Festigkeit und hohen Schmelzpunkt (ca. 2040 °C). Aus diesen Gründen ist eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und eine niedrige Verformung bei hohen Temperaturen zu erwarten. Die Nutzung des Tabularkorunds verspricht Vorteile gegenüber dem üblichen Korund und Korundmullit. Außer Strukturverbesserung durch den Einsatz von Rohrstoffen mit hohen Eigenschaften, besteht eine Möglichkeit, die thermischen Spannungen und eine mögliche Rissbildung durch eine gezielte Auswahl der Korngrößenverteilung und Porosität des Enderzeugnisses zu beeinflussen.