Aluminiumoxid: Rohstoff - Werkstoff - Werkstoffkomponente ; mit 38 Tabellen
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Leipzig
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Inhaltsverzeichnis
1. Einführung 11
1.1. Aluminiumoxid in Natur und Technik 11
1.2. Begriffe und Nomenklaturfragen 12
1.3. Bibliographische Übersicht über Grundliteratur zu Al2O3-Roh- und
Werkstoffen 13
2. Die Basisverbindungen A12O3, (MenO^ • (Al2O3)y und A10x(0H)y
und ihre Grundparameter 14
2.1. «-Aluminiumoxid (Korund) 14
2.1.1. System A12O3 14
2.1.2. Bindung und Struktur 15
2.1.3. Einige Grundeigenschaften des «-A12O3 18
2.2. Nichtkorund-Tonerden (Übergangstonerden) 21
2.2.1. y-Formen des A12O3 22
2.2.2. Nicht klassifizierbare Formen reiner Tonerde 23
2.2.3. Amorphe reine Tonerden 24
2.3. Fremdionenstabilisiertes Aluminiumoxid 24
2.3.1. Alkalistabilisiertes /J-Aluminiumoxid 24
2.3.2. Sonstige fremdionenstabilisierte Tonerden 28
2.4. Aluminium-Aquoxide A10x(0H)y 28
2.4.1. Kristalline Aluminium-Aquoxide 28
2.4.2. Gelförmige Aluminium-Aquoxide 31
2.4.3. Phasenbeziehungen zwischen den Aluminium-Aquoxiden 32
3. Technische Aluminium-Aquoxide und calcinierte Tonerden .... 34
7
3.1. Grundriß der Gewinnung von Al2O3-Grundstoffen 34
3.1.1. Herstellung von Aluminium-Aquoxiden und Aluminiumoxid aus
Bauxit 34
3.1.2. Herstellung von Aluminium-Aquoxiden oder Tonerden aus nicht-
bauxitischen mineralischen Rohstoffen 36
3.1.3. Tonerdeherstellung aus Aluminiumsalzen 37
3.1.4. Verfahrensschemata und verfahrensbedingte Einteilung der Toner¬
den 37
3.2. Technische Aluminmm-Aquoxide 37
3.2.1. Herstellung 37
3.2.2. Eigenschaften und Verhalten 38
3.2.3. Thermischer Abbau und Oxidbildung 39
3.2.4. Technische Produkte und ihre Anwendung 41
3.3. Technische feinteilige calcinierte Tonerden 41
3.3.1. Technische Herstellung calcinierter Tonerden 41
3.3.2. Thermische Abfolgen der Tonerden beim Calcinierungsprozeß . . . 43
3.3.3. Kinetik der y-«-Umwandlung der Tonerden 46
3.3.4. Allgemeine charakteristische Eigenschaften feinteiliger calcinierter
Tonerden 49
3.3.5. Allgemeine, großtechnisch verfügbare calcinierte Tonerden .... 56
3.3.6. Sondertonerden 58
3.3.7. Prüfung feinteiliger calcinierter Tonerden 63
4. Schmelzflüssig erzeugte ein- und polykristalline Korundwerkstoffe
und Korundbasis-Komposite 65
4.1. Einkristalline Korunde 65
4.1.1. Grundeigenschaften von Korund-Einkristallen 65
4.1.2. Natürliche Korund-Einkristalle 69
4.1.3. Synthetischer einkristalliner Korund 70
4.2. Technischer Elektrokorund 73
4.2.1. Einteilung und allgemeine Eigenschaften 73
4.2.2. Kategorien und Hauptanwendung von Elektrokorund und seine
Gebrauchseigenschaften 75
4.2.3. Prüfung von technischem Elektrokorund 77
4.3. Schmelzflüssig erzeugte und geformte Korandwerkstoffe (SG-Ma-
terialien) 78
4.3.1. Herstellung schmelzgegossener Korundwerkstoffe 78
4.3.2. Schmelzgegossene Korundwerkstoffe (SG-Korund) 79
4.3.3. Chromhaltige schmelzgegossene Korundwerkstoffe 83
4.3.4. SG-Werkstoffe aus /?-Al2O3 84
8
4.3.5. Schmelzgegossene SG-Werkstoffe auf Basis «-+jff-Al2O3 86
4.3.6. Schmelzgegossene SG-Baddeleyit-Korand-Werkstoffe 86
4.3.7. Chromhaltige SG-Baddeleyit-Korund-Werkstoffe 92
4.3.8. SG-Mullit-Korund-Werkstoffe 93
4.3.9. Prüfung schmelzgegossener Korundwerkstoffe 94
4.4. Schmelzflüssig gespritzte Tonerdewerkstoffe 94
5. Polykristalline Sinterkorund-Werkstoffe und Sinterkorundbasis-
Kompositwerkstoffe 96
5.1. Verfahrenstechnische Grundlagen 96
5.1.1. Vorbehandlung und Aufbereitung der Tonerden ¦. . . 96
5.1.2. Verschlickern 97
5.1.3. Formgebung 97
5.1.4. Thermische und thermomechanische Verdichtung 99
5.2. Theoretische Grundlagen der Sinterkinetik 101
5.2.1. Allgemeine Grundsätze 101
5.2.2. Modell der Flüssigphasensinterung 102
5.2.3. Modell der Festphasensinterung 103
5.3. Sinterprozeß des Aluminiumoxids 104
5.3.1. Allgemeiner Verlauf der Festphasensinterung von reinem A12O3 . . 104
5.3.2. Einfluß von Druck und Atmosphäre auf das Sintern 108
5.3.3. Einfluß des Mineralbestands der Ausgangstonerden auf das Sintern 109
5.3.4. Wirkung granulometrischer Parameter auf das Sintern 110
5.3.5. Abhängigkeit des Sinterns von der Vorbehandlung der Ausgangs¬
tonerden 111
5.3.6. Einfluß der Grünrohdichte auf das Sintern 112
5.3.7. Einfluß von Sinterzusätzen und Dotierungen auf das Sintern . . . . 113
5.4. Grundlegende und allgemeingültige Eigenschaften dichter Sinter¬
korund-Werkstoffe 116
5.4.1. Gefüge 116
5.4.2. Physikalische Kennwerte 121
5.4.3. Thermische Eigenschaften 122
5.4.4. Mechanische Eigenschaften 124
5.4.5. Thermomechanische Eigenschaften 137
5.4.6. Materietransport in und von Sinterkorund 144
5.4.7. Elektrische Eigenschaften 146
5.4.8. Chemisches Verhalten und physikalisch-chemische Wechselwir¬
kungen 149
5.4.9. Optische Eigenschaften 153
5.4.10. Verhalten von Sinterkorund gegenüber Strahlen 154
9
5.5. Spezielle dichte Sinterkorund-Werkstoffe; Eigenschaften und An¬
wendung 155
5.5.1. Vergleichswerkstoff normaler dichter Sinterkorund 155
5.5.2. Spezielle dichte Sinterkorunde und Sinterkorundbasis-Komposit¬
werkstoffe 156
5.5.2.1. Aluminiumoxidkeramik für die Mikroelektronik 156
5.5.2.2. Sinterkorund-Biokeramik 158
5.5.2.3. Transparente Korundkeramik 159
5.5.2.4. Sinterkorund- und Sinterkorundbasis-Komposit-Schneidkeramik . 161
5.5.2.5. Umwandlungsverstärkter Sinterkorund; Konstruktionskeramik . . . 166
5.5.2.6. Weitere Sinterkorundbasis-Komposite mit dispersen sphärischen
oder glasigen Komponenten 172
5.5.2.7. Whisker- und faserverstärkter Sinterkorund 174
5.5.2.8. Cermets auf Basis A12O3 176
5.6. Nachbearbeitung und Veredlung von dichtem Sinterkorund .... 179
5.6.1. Oberflächenbearbeitung 179
5.6.2. Beschichten und Fügen 180
5.6.2.1. Nichtmetallische Verbindungsprozesse 180
5.6.2.2. Metall-Keramik-Verbindungen 181
5.7. Prüfung von dichtem Sinterkorund 183
5.8. Poriger Sinterkorand 184
5.9. Gesinterte iß-Aluminiumoxid-Werkstoffe 186
5.9.1. Herstellung von Na-jß-Aluminiumoxid-Sinterkörpern 186
5.9.2. Eigenschaften 187
5.9.3. Anwendung und Anwendungsverhalten von /J-Al2O3-Keramik . . . 190
6. Korund- und hochkorundhaltige Werkstoffe 193
6.1. Grobkeramische feuerfeste korandhaltige Sinterwerkstoffe 193
6.1.1. Korund- und Korund-Mullit-Feuerfestwerkstoffe 193
6.1.1.1. Herstellung 193
6.1.1.2. Einteilung und Werkstoffsortimente 195
6.1.1.3. Eigenschaften 195
6.1.1.4. Anwendung 202
6.1.2. Korundschamotte-Werkstoffe 202
6.1.3. Hochkorundhaltige porige Werkstoffe 204
6.1.4. Gesinterte AZS-Werkstoffe 206
6.1.5. Korund-Graphit-Feuerfestwerkstoffe 208
6.1.6. Sonstige grobkeramische korandhaltige Kompositwerkstoffe .... 209
6.1.7. Prüfung korundhaltiger grobkeramischer Feuerfestwerkstoffe . . . . 210
6.2. Korund-Feuerbetone 210
10
6.2.1. Einteilung und Herstellung 210
6.2.2. Normalbetone 211
6.2.3. Korund-Feuerleichtbetone 214
6.2.4. Stahlfaserbewehrte Korund-Feuerbetone 214
6.2.5. Anwendung von Korund-Feuerbeton 214
6.2.6. Prüfung von Korund-Feuerbeton 215
6.3. Korund-Schleifkörperwerkstoffe 215
6.3.1. Herstellung 215
6.3.2. Eigenschaften 216
6.3.3. Anwendung 218
6.4. Feinkeramische korund- und hochkorundhaltige Sinterwerkstoffe . 219
6.4.1. Dichte hochkorundhaltige Sonderkeramiken 219
6.4.2. Poröse Werkstoffe 223
6.4.3. Tonerdeporzellan 224
7. Faserförmiges Aluminiumoxid 228
7.1. Aluminiumoxid-Whisker 228
7.2. Aluminiumoxid-Fasern 230
7.2.1. Herstellung 230
7.2.2. Fasertypen und Eigenschaften 230
7.2.3. Anwendung 232
8. Aluminiumoxidschichten 233
8.1. Dünne Aluminiumoxidfilme 233
8.1.1. Phasenbestand 233
8.1.2. Eigenschaften 234
8.1.3. Anwendung 234
8.2. Thermisch gespritzte Al2O3-Schichten 234
8.2.1. Phasenbestand und Gefüge 234
8.2.2. Eigenschaften und Verhalten 235
8.2.3. Anwendung 237
8.3. Nichtthermisch erzeugte Schichten 237
Literaturverzeichnis 238
Sachwörterverzeichnis 278
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