In der Norm EN 60672 - 1 bzw. 3 sind Magnesiumoxidkeramiken beschrieben, C 820 .

Unter Magnesia versteht man im allgemeinen auch eine bestimmte Gruppe von Magnesiumverbindungen. Sie umfaßt u.a. Magnesiumcarbonat, Magnesiumhydroxid, Magnesiumhydroxidcarbonat und Magnesiumoxid (z.B. Magnesia usta). Für natürliches Magnesiumoxid sind öfters auch die Begriffe gebrannte Magnesia und gebrannter Magnesit gebräuchlich.

Man unterscheidet bei Magnesia einerseits zwischen hochgebrannten (ca. 1500°C ). totgebrannten (ca. 1900°C) und elektrogeschmolzenen (ca. 2800°C, Periklas) Typen.

Diese Werkstoffe sind chemisch kaum noch reaktiv, im Gegensatz zu kaustisch (ca. 800°C) gebrannten Typen, welche noch eine chem. Reaktivität zeigen und in wäßriger Aufschlämmung alkalisch reagieren.

Die bekanntesten mineralischen Formen sind.

Magnesit: MgCO₃
Nesquehonit MgCO₃ x 3 H₂O
Hydromagnesit 3 MgCO₃ x Mg(OH)₂ x 3H₂O
Brucit Mg(OH)₂
Periklas MgO

Kristallklasse: kubisch
Mohs´sche Härte: 5,5 - 6
Knoop´sche Härte: 3700 N/mm²
Reindichte: 3,58 g/cm³
spez. Wärme: 1,0 kJ /kg x K ( 20 - 200°C )
Wärmeleitfähigkeit: 12 W/mK ( 300°C, niedriger Porenanteil )
lin therm. Ausdehnungskoeff.: 13 - 14 x10^-6 K^-1 (1000 °C )
E - modul: 3 x 10⁵ N/mm² (Raumtemp.)
Dielektrizitätskonstante: 11 ( 30 Hz - 1 MHz )
spez. elektr. Widerst.: 10¹¹ W m (1000°C Einkristall)

Magnesiumoxid tritt nur sehr selten als natürliches Mineral (Periklas) auf, nie gesteins -oder lagerstättenbildend, da es sich über die geologischen Zeiten in feuchter Atmosphäre in Magnesiumhydroxid umwandelt. Somit wird es wegen seines hohen Erweichungspunktes ( ca 2400°C oxid. Atmosphäre), der guten Wärmeleitfähigkeit und hervorragender Isolationsfähigkeit in großtechnischem Maße hergestellt.

Holland, Deutschland, Italien, Österreich, Spanien, Griechenland, Slowakei, Großbritannien

Indien, Australien, Mexiko, USA, Kanada, Israel, Japan, Südkorea, Rußland

Magnesiumoxid wird im allgemeinen über Magnesiumkarbonat oder Magnesiumhydroxid gewonnen, die beide zu MgO gebrannt werden. Desweiteren sind, da Lagerstätten mit besonders reinen oder leicht zugänglichen Magnesit nicht sehr häufig sind, auch andere Aufbereitungsverfahren industriell gebräuchlich:

MgO - Herstellung aus Seewasser

MgO - Herstellung aus Salzsolen

MgO - Herstellung über Pyrolyseverfahren MgCl₂ ( Sprührostverfahren )

Die weltweit produzierte Menge wird auf >10Mio t/ Jahr geschätzt.

Anwendungsgebiete allgemein in der Keramik

• Baustoffe ( Leichtbauwände, Sorelzement )
• Glasindustrie ( Fritten )
• Schleifscheibenindustrie
• Feuerfestindustrie
• Elektrowärme Industrie ( z.B. Rohrheizkörper )
• Mineralisolierte Leitungen ( z.B. Thermoelemente )

Auf Grund der verschiedenen Aufbereitungsformen sind die physikalischen Eigenschaften bei MgO sehr unterschiedlich. Deswegen werden in der techn. Keramik weniger totgebrannte Magnesiatypen, sondern hauptsächlich Schmelzmagnesia für die Herstellung der Produkte für die Elektrowärmeindustrie sowie für die Herstellung der Isolierteile für mineralisolierte Leiter eingesetzt. Die Gründe sind:

• hohe Reinheiten möglich ( >99,8%)
• nur Spuren von Bor, Cadmium, Schwefel, Chlor
• beste elektr. Isolation
• inert gegen Metalle bei hohen Temperaturen
• gute Beständigkeit gegen Feuchte ( abhängig von Kristallitgröße )
• hohe Wärmeleitfähigkeit
• hervorragende chem. Beständigkeit

Aus diesem Werkstoff werden für die Wärmetechnik, mineralisolierten Thermoelementen, Meßleitungen und Heizleitern, vorwiegend Röhrchen mit definierter Festigkeit gefertigt. Der MgO - Gehalt liegt hier in der Wärmetechnik oft bei 85%, bei den mineralisolierten Leitungen zumeist bei 97 bis 99,8%.

Die Keramikröhrchen werden über die Widerstandsdrähte gezogen und in Metallrohre eingeführt. Durch Ziehen, Hämmern oder Walzen verlängert man die Ausgangslänge. Hierbei kommt es zu einer Querschnittsverkleinerung, wobei die Keramik zerdrückt wird. Es gelingt bei diesem Arbeitsgang ohne Zerstörung des Innenleiters die Ausgangslänge des Kabels enorm zu vervielfachen. Hierbei spielt die eingesetzte Korngröße des Rohstoffes eine entscheidende Rolle, da zu große Kristallite den Innenleiter durchschneiden und somit die Kabelnutzlänge gravierend verkürzen würden. Die MgO-Kristallite sollten hier nicht größer als 70µm sein. Für besonders kritische Anwendungen sind auch kleinere Kristallitgrößen (<40µm) möglich. Somit ist gewährleistet, daß ein oder mehrere drahtförmige Leiter allseitig von gut isolierenden MgO - Pulver umgeben sind. Die Verdichtung hierbei ist sehr hoch, sodaß man nahezu 85% der theoretischen Dichte von Periklas erreicht.

Die angewandten Geometrien sind sehr unterschiedlich. Allgemein werden MgO-Rohre ( Einloch- und Mehrlochrohre ) AØ 2mm - 25mm, Bohrungen IØ 0,5mm - 15mm eingesetzt. Es ist jederzeit auch eine Vielfalt von Flach-oder Ovalrohren denkbar. Die Mindestwandstärke ist abhängig von der Größe der Rohre, sollte aber 0,2mm nicht unterschreiten.

MgO 97 MA%
SiO₂ 1,2
Al₂O₃ 0,5
CaO 1,0
Na₂O <0,005
K₂O <0,005
Fe₂O₃ 0,08
Bor 20ppm

*Rohdichte: 2,15 - 2,5g/cm³

*Wasseraufnahme: 18 - 12 Gew%

*Biegefestigkeit: 10 - 60 N/mm²

( drei - Punkt - Messung )

r _v600 2 x 10¹⁰ W m
r _v800 6 x 10⁸
r _v1000 2 x 10⁷

Dieser kleine Ausschnitt bietet einen Überblick der Möglichkeiten in der Keramik. Gleichermaßen kann man auch sehr komplexe Formen uniaxial verpressen oder mit "injection mouldingVerfahren" herstellen.

Literatur:

Ullmann Encyklopädie der techn. Chemie
Lehmann & Voss Magnesia

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