• Unterlink Werkstoffpaarungen kompatiblen thermischen Aus-dehnungskoeffizienten: ZrO2 und ferritische Edelstähle, hoch molybdänhaltige Ni-Basiswerkstoffe

Ein oft auftretendes Problem ist der thermische Misfit bei Kombination verschiedener Werkstoffe.

Bekannt für Keramik ist die Kombination von Zirkonoxid und ferritischen Edelstählen, wie er in der Brennstoffzelle verwendet wird. Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Crofer 22 APU (1.4760) mit 22% Chrom ist perfekt auf Zirkonoxid mit 10,5 *E-06 /K abgestimmt [ ]. Das Fehlen von Nickel stabilisiert das ferritische, raumzentrierte Gitter und verleiht gute Hoch-temperaturoxidationsbeständigkeit, während Zirkonoxid bei hohen Temperaturen sauerstoffio-nenleitend ist. Nickelhaltige, austenitische, kubisch flächenzentrierte Stähle hingegen haben einen Ausdehnungskoeffizienten um 16 *E-06 /K.

Die Grüneisen`sche Regel besagt, dass ein Festkörper eine Ausdehnung von 6-7 vol-% bis zur Schmelztemperatur hat, was etwa 2% linearer Ausdehnung entspricht. Daher haben niedrigschmelzende Metalle oder Legierungen einen hohen, hochschmelzende Legierungen hingegen einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. 

Im Fall von Legierungen lässt sich der Ausdehnungskoeffizient gemäß den Mengenanteilen der enthaltenen Metalle abschätzen. Daher hat Hastelloy B-3 (2.4600), trotz eines austenitischen, kubisch flächenzentrierten Gitters, mit einem Anteil von 29% des hochschmelzenden Metalls Molybdän, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von nur 10,6 *E0-6/K, was typisch für ferritische, kubisch raumzentrierte Stähle ist. Ähnlich liegt der Fall bei der Legie-rung Hastelloc BC-1 (2.4708) mit 22% Molybdän und einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 11,5 *E0-6/K. Beide sollten gut mit Zirkonoxid kombinierbar sein.