Fallstudie Nr. 01: Rollenbruch nach nur zwei Monaten in der NCM-Produktion
Ein Hersteller von Kathodenmaterialien berichtete von einem vorzeitigen Ausfall mehrerer in einem NCM-Produktionsofen betriebener Siliziumkarbid-Rollstäbe.
Die Rollen waren erst zwei Monate zuvor eingebaut worden, was deutlich unter der erwarteten Lebensdauer lag.
Auf den ersten Blick vermutete der Kunde ein Materialqualitätsproblem.
Eine eingehende Untersuchung ergab jedoch eine andere Geschichte.
Zu den typischen Bedingungen des Ofen gehören:
- Temperatur: 700°C bis 800°C
- Dauerbetrieb
- Lithiumhaltige Atmosphäre
- NCM-Kathodenmaterialproduktion
Die Rollen zeigten:
- Oberflächenverfärbung
- Lokalisierte Korrosion
- Stärkeverringerung
- Frühzeitige Fraktur
Mikroskopische Untersuchung ergab, dass sich der Schaden in der Nähe der Rollenoberfläche konzentrierte.
Statt eines einfachen mechanischen Rissens zeigte die Struktur Hinweise auf chemischen Abbau.
Die am stärksten betroffenen Gebiete entsprachen Regionen, die Lithium enthaltenden Dämpfen ausgesetzt waren.
Der primäre Ausfallmechanismus war eine Lithium-induzierte Korrosion.
Bei erhöhten Temperaturen reagierten Lithiumverbindungen mit der schützenden Kieselsäure auf der SiC-Oberfläche.
Die Reaktion erzeugte Lithiumsilicate, die allmählich die Schutzbarriere zerstörten.
Sobald der Oberflächenschutz gefährdet war:
- Korrosion, die nach innen dringt
- Vergrößerte Porosität
- Verringerte mechanische Festigkeit
Schließlich zerbrach die Walze unter normalen Betriebsbelastungen.
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Der Kunde hat Folgendes umgesetzt:
- Verbesserung der Atmosphärenkontrolle
- Verstärkte Wartungskontrollen
- SSiC-Komponenten mit höherer Dichte
Diese Änderungen haben die Lebensdauer der Rollen erheblich verbessert.
Bei der Produktion von Lithiumbatterien ist ein Rollenausfall nicht immer ein mechanisches Problem.
Der chemische Abbau kann schon lange beginnen, bevor sichtbare Schäden auftreten.
