Weißes Schmelzkorund (WFA) ist ein wichtiger Rohstoff bei der Herstellung vieler Hochleistungsschaumkeramiken.
Was ist weißes Schmelzkorund (WFA)?
Zunächst eine kurze Definition: Weißes Schmelzkorund ist ein synthetisches Material, das durch Schmelzen von hochreinem kalziniertem Aluminiumoxid (Al₂O₃) in einem Lichtbogenofen bei Temperaturen über 2000 °C hergestellt wird. Anschließend wird es abgekühlt, zerkleinert und in verschiedene Korngrößen sortiert. Seine wichtigsten Eigenschaften sind:
Hohe Reinheit: Typischerweise >99 % Al₂O₃.
Hohe Härte: 9,0 auf der Mohs-Skala.
Hervorragende Feuerfestigkeit: Hoher Schmelzpunkt (~2050 °C).
Gute chemische Inertheit: Beständig gegen Säuren und Laugen.
Kontrollierte Korngröße: Kann präzise gemahlen und gesiebt werden.
Warum wird WFA in Schaumkeramik verwendet?
Schaumkeramiken sind hochporöse, leichte Strukturen, die vor allem als Filter (für geschmolzene Metalle) und Isoliermaterialien eingesetzt werden . Die Anforderungen für diese Anwendungen decken sich perfekt mit den Eigenschaften von WFA:
Hohe Temperaturbeständigkeit: Schaumkeramiken, die zum Filtern von geschmolzenem Aluminium, Eisen oder Stahl verwendet werden, müssen extremen Temperaturen (700 °C – 1600 °C) standhalten, ohne weich zu werden oder sich zu zersetzen. Die hohe Feuerfestigkeit von WFA macht es ideal.
Chemische Inertheit: Das Material darf nicht mit der zu filternden Metallschmelze reagieren. WFA ist äußerst stabil und führt keine Verunreinigungen in die Schmelze ein.
Thermoschockbeständigkeit: Der plötzliche Temperaturgradient beim Eintauchen des Filters in geschmolzenes Metall kann minderwertige Materialien reißen lassen. Die spezielle Zusammensetzung des Keramikschlickers (einschließlich WFA und Bindemittel) soll dies abmildern, und die intrinsischen Eigenschaften von WFA tragen zu einer robusten Struktur bei.
Kontrollierte Porosität und Struktur: Die Struktur des Schaums (Porengröße, -form und -offenheit) ist entscheidend für seine Filtereffizienz. WFA-Körner bilden das feste, starre Skelett, das diese Struktur auch unter extremen Bedingungen aufrechterhält.
Hohe mechanische Festigkeit: Der Filter muss den erosiven und mechanischen Kräften des geschmolzenen Metallflusses standhalten. Die extreme Härte von WFA sorgt dafür, dass der Filter seine Form behält und keine Partikel abgibt.
Wie wird WFA im Herstellungsprozess von Schaumkeramik verwendet?
Die gängigste Methode zur Herstellung von Schaumkeramik ist die Polymerschwamm-Replika-Methode . So passt WFA in den Prozess:
Herstellung der Aufschlämmung: Feine Pulver aus weißem Schmelzkorund (und häufig weitere Zusätze wie Bindemittel, Ton und Sinterhilfen) werden mit Wasser zu einer viskosen, cremigen Aufschlämmung vermischt. Die Partikelgrößenverteilung des weißen Schmelzkorunds ist entscheidend – sie muss fein genug sein, um den Polymerschaum gleichmäßig zu beschichten, aber auch gröbere Körner enthalten, um eine stabile Struktur zu bilden.
Imprägnierung: Ein offenzelliger Polymerschaum (z. B. Polyurethan) mit der gewünschten Porenstruktur (z. B. 10, 20, 30 PPI – Poren pro Zoll) wird in die Aufschlämmung getaucht. Durch wiederholtes Drücken und Loslassen wird sichergestellt, dass die WFA-Aufschlämmung alle Streben des Polymernetzwerks vollständig umhüllt.
Überschüssige Entfernung: Der imprägnierte Schaum wird durch Walzen geführt oder zentrifugiert, um überschüssigen Schlamm zu entfernen. Dies ist ein entscheidender Schritt, um sicherzustellen, dass die Zellen (Poren) offen bleiben, während die Streben (die Keramikwände) vollständig beschichtet sind.
Trocknen: Der beschichtete Schaum wird langsam getrocknet, um das Wasser zu entfernen, ohne die Keramikbeschichtung zu beschädigen.
Ausbrennen des Polymers: Das getrocknete Teil wird auf eine moderate Temperatur (~500–800 °C) erhitzt, um die Polymerschaumschablone langsam auszubrennen und zu entfernen. Zurück bleibt eine zerbrechliche, poröse Keramiknachbildung.
- Hochtemperaturbrennen (Sintern): Das Teil wird dann bei sehr hoher Temperatur (typischerweise 1450 °C – 1650 °C) gebrannt. In diesem Stadium sintern die WFA-Partikel – sie verschmelzen an ihren Grenzen, ohne vollständig zu schmelzen – und bilden ein starkes, monolithisches und hochfeuerfestes Keramikskelett.
Wichtige Spezifikationen von WFA für Schaumkeramik
Bei der Beschaffung von WFA für diese Anwendung achten Hersteller auf:
Reinheit (% Al₂O₃): ≥ 99,0 % ist Standard. Verunreinigungen wie Soda (Na₂O) können die Feuerfestigkeit verringern und das Sintern beeinträchtigen.
Korngröße (Maschenweite/Feinheit): Typischerweise zu feinem Pulver gemahlen. Gängige Verteilungen sind F240, F280, F320 und noch feiner (d50-Werte von 20–50 Mikrometern). Für eine optimale Packungsdichte und Schlammrheologie wird häufig eine Mischung verschiedener Korngrößen verwendet.
Chemie: Ein niedriger Gehalt an Fe₂O₃, SiO₂ und Na₂O ist entscheidend, um die Leistung bei hohen Temperaturen sicherzustellen und eine Verunreinigung der gefilterten Metalle zu vermeiden.