Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Granit liegt üblicherweise bei etwa 5,5–7,5 × 10⁻⁶/℃. Allerdings kann er je nach Granitsorte leicht variieren.
Granit besitzt eine gute Temperaturstabilität, die sich vor allem in folgenden Aspekten widerspiegelt:
Geringe thermische Verformung: Aufgrund seines niedrigen Ausdehnungskoeffizienten ist die thermische Verformung von Granit bei Temperaturänderungen relativ gering. Dadurch behalten Granitbauteile in unterschiedlichen Umgebungen mit verschiedenen Temperaturen eine stabilere Größe und Form bei, was die Genauigkeit von Präzisionsgeräten gewährleistet. Beispielsweise kann bei hochpräzisen Messgeräten, bei denen Granit als Basis oder Arbeitsfläche verwendet wird, die thermische Verformung selbst bei gewissen Schwankungen der Umgebungstemperatur in einem kleinen Bereich gehalten werden, wodurch die Genauigkeit der Messergebnisse sichergestellt wird.
Gute Temperaturwechselbeständigkeit: Granit kann schnellen Temperaturwechseln bis zu einem gewissen Grad standhalten, ohne dass sichtbare Risse oder Schäden entstehen. Dies liegt an seiner guten Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität, wodurch Wärme bei Temperaturänderungen schnell und gleichmäßig abgeleitet und die Konzentration innerer thermischer Spannungen reduziert wird. Beispielsweise ändern sich die Temperaturen in manchen industriellen Produktionsumgebungen beim plötzlichen Anfahren oder Abstellen von Anlagen rapide. Granitbauteile können sich diesen Temperaturwechseln besser anpassen und ihre Leistungsfähigkeit stabil halten.
Hohe Langzeitstabilität: Nach langer natürlicher Alterung und geologischer Einwirkung sind die inneren Spannungen im Granit weitgehend abgebaut, wodurch die Struktur stabil ist. Auch nach wiederholten Temperaturzyklen bleibt die innere Struktur im Langzeiteinsatz weitgehend unverändert, sodass die hohe Temperaturstabilität erhalten bleibt und hochpräzise Geräte zuverlässig gestützt werden.
Im Vergleich zu anderen gängigen Werkstoffen weist Granit eine höhere thermische Stabilität auf. Nachfolgend ein Vergleich der thermischen Stabilität von Granit mit Metallen, Keramiken und Verbundwerkstoffen:
Im Vergleich zu metallischen Werkstoffen:
Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Metallen ist im Allgemeinen relativ hoch. Beispielsweise beträgt der lineare Ausdehnungskoeffizient von normalem Kohlenstoffstahl etwa 10⁻¹² × 10⁻⁶/°C und der von Aluminiumlegierungen etwa 20⁻²⁵/°C. Diese Werte sind deutlich höher als bei Granit. Das bedeutet, dass sich die Abmessungen von Metallen bei Temperaturänderungen stärker verändern und durch Wärmeausdehnung und Kältekontraktion leichter höhere innere Spannungen entstehen, was ihre Genauigkeit und Stabilität beeinträchtigt. Granit hingegen ändert seine Abmessungen bei Temperaturschwankungen weniger stark, wodurch seine ursprüngliche Form und Genauigkeit besser erhalten bleiben. Metalle besitzen in der Regel eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Bei schnellem Erhitzen oder Abkühlen wird Wärme schnell abgeleitet, was zu großen Temperaturunterschieden zwischen dem Inneren und der Oberfläche des Materials und somit zu thermischen Spannungen führt. Granit hingegen besitzt eine geringe Wärmeleitfähigkeit und leitet Wärme relativ langsam. Dadurch wird die Entstehung thermischer Spannungen bis zu einem gewissen Grad reduziert, was zu einer besseren thermischen Stabilität führt.
Im Vergleich zu keramischen Werkstoffen:
Der Wärmeausdehnungskoeffizient einiger Hochleistungskeramiken kann sehr niedrig sein, beispielsweise bei Siliziumnitridkeramiken mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 2,5–3,5 × 10⁻⁶/°C. Dieser ist niedriger als der von Granit und bietet Vorteile hinsichtlich der thermischen Stabilität. Allerdings sind Keramiken im Allgemeinen spröde, weisen eine relativ geringe Temperaturwechselbeständigkeit auf und neigen bei abrupten Temperaturänderungen zu Rissen oder sogar Sprüngen. Obwohl der Wärmeausdehnungskoeffizient von Granit etwas höher ist als der einiger Spezialkeramiken, zeichnet er sich durch gute Zähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit aus und kann Temperaturschwankungen bis zu einem gewissen Grad standhalten. In der Praxis erfüllt Granit in den meisten Umgebungen mit nicht extremen Temperaturschwankungen die Anforderungen an die thermische Stabilität. Zudem bietet er ein ausgewogenes Gesamtverhalten und ist vergleichsweise kostengünstig.
Im Vergleich zu Verbundwerkstoffen:
Einige moderne Verbundwerkstoffe weisen durch eine gezielte Kombination von Faser und Matrix einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine gute thermische Stabilität auf. So lässt sich beispielsweise der Wärmeausdehnungskoeffizient von kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen durch Faserrichtung und -anteil anpassen und erreicht in bestimmten Richtungen sehr niedrige Werte. Die Herstellung solcher Verbundwerkstoffe ist jedoch aufwendig und kostenintensiv. Granit hingegen ist ein Naturprodukt, das keine komplexen Aufbereitungsprozesse erfordert und vergleichsweise kostengünstig ist. Obwohl er in einigen Bereichen der thermischen Stabilität nicht mit High-End-Verbundwerkstoffen mithalten kann, bietet er aufgrund seines guten Preis-Leistungs-Verhältnisses Vorteile und findet daher breite Anwendung in konventionellen Bereichen mit Anforderungen an die thermische Stabilität. In welchen Branchen werden Granitbauteile eingesetzt, wobei die Temperaturstabilität ein entscheidender Faktor ist? Können Sie konkrete Testdaten oder Fallbeispiele zur thermischen Stabilität von Granit nennen? Welche Unterschiede bestehen zwischen verschiedenen Granitsorten hinsichtlich ihrer thermischen Stabilität?
Veröffentlichungsdatum: 28. März 2025