Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Granit liegt üblicherweise bei 5,5–7,5 x 10–6/°C. Der Ausdehnungskoeffizient kann jedoch bei verschiedenen Granitarten leicht unterschiedlich sein.
Granit weist eine gute Temperaturstabilität auf, die sich vor allem in folgenden Aspekten widerspiegelt:
Geringe thermische Verformung: Aufgrund seines geringen Ausdehnungskoeffizienten ist die thermische Verformung von Granit bei Temperaturänderungen relativ gering. Dadurch behalten Granitkomponenten in unterschiedlichen Temperaturumgebungen eine stabilere Größe und Form, was die Genauigkeit von Präzisionsgeräten gewährleistet. Beispielsweise kann bei hochpräzisen Messgeräten, bei denen Granit als Unterlage oder Werkbank verwendet wird, die thermische Verformung selbst bei gewissen Schwankungen der Umgebungstemperatur in einem kleinen Bereich kontrolliert werden, um die Genauigkeit der Messergebnisse zu gewährleisten.
Gute Temperaturwechselbeständigkeit: Granit verträgt bis zu einem gewissen Grad schnelle Temperaturschwankungen ohne sichtbare Risse oder Schäden. Dies liegt an seiner guten Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität, die bei Temperaturänderungen Wärme schnell und gleichmäßig ableitet und so die innere thermische Spannungskonzentration reduziert. In einigen industriellen Produktionsumgebungen beispielsweise ändert sich die Temperatur schnell, wenn die Anlage plötzlich anläuft oder stoppt. Granitkomponenten können sich diesem Temperaturschock besser anpassen und ihre Leistung stabil halten.
Gute Langzeitstabilität: Nach einer langen Zeit natürlicher Alterung und geologischer Einflüsse hat sich die innere Spannung des Granits weitgehend gelöst und die Struktur ist stabil. Im Langzeitgebrauch, auch nach mehreren Temperaturwechseln, verändert sich die innere Struktur nicht so leicht, behält weiterhin eine gute Temperaturstabilität und bietet zuverlässigen Halt für hochpräzise Geräte.
Im Vergleich zu anderen gängigen Materialien weist Granit eine höhere thermische Stabilität auf. Im Folgenden wird die thermische Stabilität von Granit mit metallischen Materialien, keramischen Materialien und Verbundwerkstoffen verglichen:
Im Vergleich zu metallischen Werkstoffen:
Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Metallen ist relativ hoch. Beispielsweise beträgt der lineare Ausdehnungskoeffizient von gewöhnlichem Kohlenstoffstahl etwa 10-12 x 10-⁶/°C, während der lineare Ausdehnungskoeffizient von Aluminiumlegierungen etwa 20-25 x 10-⁶/°C beträgt und damit deutlich höher ist als bei Granit. Dies bedeutet, dass sich die Größe des Metalls bei Temperaturschwankungen stärker ändert und durch Wärmeausdehnung und Kältekontraktion leicht höhere innere Spannungen entstehen, was seine Genauigkeit und Stabilität beeinträchtigt. Die Größe von Granit ändert sich bei Temperaturschwankungen weniger stark, wodurch die ursprüngliche Form und Genauigkeit besser erhalten bleibt. Metalle haben in der Regel eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Bei schneller Erwärmung oder Abkühlung wird die Wärme schnell abgeleitet, was zu einem großen Temperaturunterschied zwischen der Innenseite und der Oberfläche des Materials und damit zu thermischen Spannungen führt. Im Gegensatz dazu hat Granit eine geringe Wärmeleitfähigkeit und leitet die Wärme relativ langsam weiter, was die Entstehung von thermischen Spannungen bis zu einem gewissen Grad mindert und eine bessere thermische Stabilität gewährleistet.
Im Vergleich zu keramischen Werkstoffen:
Der Wärmeausdehnungskoeffizient einiger Hochleistungskeramiken kann sehr niedrig sein, wie beispielsweise Siliziumnitridkeramiken, deren linearer Ausdehnungskoeffizient etwa 2,5–3,5 x 10–6/°C beträgt und damit niedriger als Granit ist. Dies bietet gewisse Vorteile hinsichtlich der thermischen Stabilität. Keramikmaterialien sind jedoch in der Regel spröde, weisen eine relativ geringe Wärmeschockbeständigkeit auf und können bei starken Temperaturschwankungen leicht Risse oder sogar Sprünge bilden. Obwohl der Wärmeausdehnungskoeffizient von Granit etwas höher ist als der einiger Spezialkeramiken, weist er eine gute Zähigkeit und Wärmeschockbeständigkeit auf und hält einem gewissen Grad an Temperaturschwankungen stand. In der Praxis erfüllt die thermische Stabilität von Granit in den meisten Umgebungen mit nicht extremen Temperaturschwankungen die Anforderungen. Die Gesamtleistung ist ausgewogener und die Kosten sind relativ gering.
Im Vergleich zu Verbundwerkstoffen:
Einige moderne Verbundwerkstoffe erreichen durch eine sinnvolle Kombination aus Fasern und Matrix einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine gute thermische Stabilität. Beispielsweise lässt sich der Wärmeausdehnungskoeffizient von kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen je nach Faserrichtung und -gehalt anpassen und kann in einigen Richtungen sehr niedrige Werte erreichen. Allerdings ist die Herstellung von Verbundwerkstoffen aufwendig und teuer. Granit hingegen ist als Naturmaterial nicht aufwendig herzustellen und relativ kostengünstig. Zwar erreicht er in einigen Punkten der thermischen Stabilität nicht die gleiche Qualität wie hochwertige Verbundwerkstoffe, bietet aber ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis und wird daher häufig in konventionellen Anwendungen mit bestimmten Anforderungen an die thermische Stabilität eingesetzt. In welchen Branchen wird Granitbauteile eingesetzt, wobei die Temperaturstabilität ein wichtiger Aspekt ist? Nennen Sie einige konkrete Testdaten oder Fälle zur thermischen Stabilität von Granit. Worin bestehen die Unterschiede zwischen verschiedenen Arten von Granit in Bezug auf die thermische Stabilität?
Veröffentlichungszeit: 28. März 2025