Dominik Hahn

• Speziell in Anwendungen mit intensiver Temperatur- und Korrosionsbeanspruchung finden vermehrt Phosphate als sogenannte chemische Binder für Hochleistungskeramiken Verwendung. Konkret ist die Summe der Reaktionsverläufe während des Bindemechanismus in Folge einer thermisch-induzierten Aushärtung und somit die Wirkungsweise von Phosphatbindern prinzipiell innerhalb der Fachliteratur nicht eindeutig untersucht. Innerhalb dieser Arbeit wurden aufbauend auf einer umfangreichen strukturanalytischen Prüfungsanordnung (Festkörper-NMR, RBA, REM-EDX) einer exemplarischen phosphatgebundenen Al₂O₃-MgAl₂O₄-Hochtemperaturkeramikzusammensetzung unter Einbeziehung verschiedenartiger anorganischer Phosphate grundlegende Bindemechanismen charakterisiert. Mechanisch-physikochemische Eigenschaftsuntersuchungen (STA, Dilatometrie, DMA, KBF) deckten zudem den Einfluss der eingesetzten Phosphate auf die Eigenschaftsentwicklungen der Feuerfestkeramiken bezüglich des Abbindeverhaltens, der Biegefestigkeit sowie der thermischen Längenänderung auf, welche mit Strukturänderungen korreliert wurden. Es wurde gezeigt, dass sich Bindemechanismen bei Verwendung von Phosphaten temperaturgeleitet (20 °C ≤ T ≤ 1500 °C) grundsätzlich aus zwei parallel ablaufenden Reaktionsabfolgen zusammensetzen, wobei die sich entwickelnden Phosphatphasen innerhalb der Keramikmasse quantitativ und qualitativ bezüglich ihrer Bindewirkung bewertet wurden. Zum einen wurde die Bildung eines festigkeitssteigernden Bindenetzwerks aus Aluminiumphosphaten meist amorpher Struktur identifiziert und charakterisiert. Dieses bindungsfördernde, dreidimensionale Aluminiumphosphatnetzwerk baut sich innerhalb der Initialisierungs- und Vernetzungsphasen temperaturgeleitet kontinuierlich über multiple Vernetzungsreaktionen homogen auf. Zum anderen werden Reaktionsabfolgen durch parallel ablaufende Strukturumwandlungen nicht aktiv-bindender Phosphatspezies wie Magnesium-, Calcium- oder Zirkoniumphosphate ergänzt, welche lediglich thermische Umwandlungsreaktionen der Ausgangsphosphate darstellen. Vermehrt bei T > 800 °C geht das phosphatische Bindenetzwerk Festkörperreaktionen mit MgAl₂O₄ unter Ausbildung und Agglomeration von Magnesium-Orthophosphat-Sinterstrukturen ein. Die Bildung dieser niedrigschmelzenden Hochtemperaturphasen führt zu einem teilweisen Bruch des Bindenetzwerks.