3.4.2.5 Aluminiumtitanat
Keramik aus Aluminiumtitanat (ATI) ist die stöchiometrische
Mischphase (Al2O3 . TiO2) von Aluminiumoxid und Titandioxid
und zeichnet sich aus durch
- niedrigen E-Modul,
- niedrige Wärmeleitfähigkeit,
- sehr niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten und damit
verbundene exzellente Temperaturwechselbeständigkeit
sowie
- geringe Benetzbarkeit durch NE-Metallschmelzen.
Diese Eigenschaften resultieren aus einer hohen Restporosität
sowie Mikrorissen infolge einer sehr ausgeprägten, so
genannten Wärmedehnungs-Anisotropie im einzelnen ATI-Kristall.
Diese Kristalle weisen in den drei Hauptachsen sehr stark
unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten auf, in
zwei Richtungen positive, d. h. Ausdehnung bei Erwärmung,
sowie in der dritten Achse eine negative, d.h. Kontraktion.
Dies führt bei der Herstellung und hier insbesondere
beim Abkühlen zu Spannungen im mikroskopischen Bereich,
welche die Ausbildung von Mikrorissen im Gefüge zur Folge
haben.
Bezüglich des makroskopischen Ausdehnungsverhaltens weist
der Werkstoff wegen der Wärmedehnungsanisotropie der
einzelnen Kristalle eine sehr geringe Wärmedehnung auf,
da diese im Inneren zunächst in die gebildeten Mikrorisse
hinein erfolgt; d. h., die Risse schließen sich.
Bild 18: Gefüge von Aluminiumtitanat
Der makroskopisch geringe Wärmedehnungskoeffizient bewirkt
in Kombination mit dem niedrigen E-Modul die herausragende
Thermoschockbeständigkeit des ATI. Einen für Keramiken
ungewöhnlichen Verlauf zeigen auch die Festigkeit und
der E-Modul in Abhängigkeit von der Temperatur. Beide
Werte nehmen mit steigender Temperatur zu, was wiederum durch
das Verschließen der Mikrorisse mit sich erhöhender
Temperatur bewirkt wird. Die werkstoffspezifisch geringe mechanische
Festigkeit kann durch Verbundkonstruktionen kompensiert werden.
Anwendung findet der Werkstoff beispielsweise bei Portlinern,
Zylinderauskleidungen in Fahrzeugmotoren, bei Distanzringen
in Katalysatoren, bei Brennhilfsmitteln sowie in der Gießereitechnik,
insbesondere in Aluminiumschmelzbetrieben in Form von Steig-
und Dosierrohren, Düsen, Tiegeln, Durchflussreglern
etc.
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