5. Gefügeverstärkung

Question 1

Wie groß dürfen die Poren/ Teilchen maximal werden, um nicht die Festigkeit zu erniedrigen?

Answer 1

< ac

Question 2

Wie bringt man am besten gleichmäßige unterkritische Porosität in ein Bauteil hinein?

Answer 2

• Stoppen der Verdichtung am Ende des 2 Sinterstadiums oder etwas später

Question 3

Wie wirken sich hohe Konzentrationen an Einlagerungsteilchen aus?

Answer 3

• Hohe Konzentration heißt kleines 2c im Diagramm

- Kurven steigen nach links an, d.h. Festigkeitserhöhung nimmt zu

Question 4

Wie wirken sich große Teilchen relativ zu kleinen Teilchen bei gleichem Abstand aus?

Answer 4

• Große Teilchen heißt großes 2r im Diagramm

- Kurven steigen nach links an, d.h. Festigkeitserhöhung nimmt zu.

Question 5

Sind steile oder eher flache R-Kurven nützlich für die Verstärkung keramischer Bauteile gegen statische Belastungen?

Answer 5

• Steile sind besser, da ein laufender Riss sofort einen großen Anstieg des Bruchwiderstandes sieht (damit bleibt auch a klein).

Question 6

Was versteht man unter unterkritischem und überkritischem Risswachstum?

Answer 6

• Es gibt kurze Risse mit a>ac, die zum katastrophalen Bauteilversagen führen

Question 7

Sie führen Proof-Tests mit Omega2 durch, um die Qualität Ihrer Bauteile zu garantieren. Wenn ein vorhandener Gefügedefekt vor dem Test die Ausgangslänge ao hatte, wie groß ist er dann, wenn das Bauteil die Prüfung gerade bestanden hat? Wie würde sich ein solches Bauteil verhalten, wenn es erneut geprüft würde? (Oberes Bild wäre im Falle dieser Frage vorgegeben!)

Answer 7

Der Riss wächst bis a2 an.

–> Bei einer erneuten Prüfung wäre dann dieser Defekt größer als vor der ersten Prüfung

Question 8

Wie groß sind die Eigenspannungen in mehrphasigen Hochleistungskeramiken ungefähr (Größenordnung genügt)?

Answer 8

100-1000 MPa

Question 9

Schätzen Sie ab, bei welchen Temperaturen elastische Spannungen in keramischen Werkstoffen relaxieren. Begründung ?

Answer 9

Also: Oxidkeramiken: um 800 °C (wg. Glasphasen), Nichtoxidkeramiken 900-1200 °C.
–> Verunreinigungen spielen auch eine Rolle!

Question 10

Kann man Keramiken spannungsfrei glühen? Worin liegt hier der wesentliche Unterschied zu Metallen??

Answer 10

• Nicht sinnvoll, da oberhalb To geglüht werden muss und sich beim Abkühlen dann die Spannungen wieder aufbauen.
• bei Metallen: Versetzungen !

Question 11

Wie wirken sich hohe Teilchenkonzentrationen auf den Rissablenkungsmechanismus aus?

Answer 11

• Zunächst positiv, bis es zu einer Überlagerung der Spannungsfelder kommt und der Riss nicht mehr in Wechselwirkung mit diesen tritt.

Question 12

Warum sind eingelagerte Fasern besser als Plättchen oder Kugeln?

Answer 12

• Mit steigendem Verhältnis von Länge zu Dicke nimmt der Einfluss von Rissverkippung und Rissverdrillung zu, d.h. neben dem KIc werden dann auch KIIc und KIIIc wirksam.

Question 13

Wie erzeugt man im Gefüge Texturen, also Vorzugsorientierungen von faser- oder plattenförmigen Teilchen?

Answer 13

• Spritzguss > Trockenpressen > Schlickerguss

Question 14

Warum sind die verstärkenden Teilchen in ihrer Größe einer sinnvollen Beschränkung unterworfen?

Answer 14

• Müssen < ac sein.

Question 15

Was versteht man unter Umwandlungsverstärkung?

Answer 15

• Einführung von Druckspannungen durch Phasenumwandlung von Teilchen unter Volumendehnung in einem lastbedingten Zugspannungsfeld.

Question 16

Welches sind die kristallographischen Voraussetzungen für die Umwandlungsverstärkung?

Answer 16

• Spontaner Wechsel der Kristallstruktur (Modifikation) durch displazive Mechanismen unter Volumendehnung

Question 17

Was sind die Charakteristika einer „martensitischen“ Umwandlung?

Answer 17

• Diffusionslose (displazive)

- spontane Umwandlung durch Scherung des Kristallgitters.

Question 18

Wie sehen Mg-PSZ-Gefüge aus?

Answer 18

• Grobkörnige kubische Matrix mit feinen tetragonalen Ausscheidungen, die nach monoklin umwandeln können.

Question 19

Wie sehen Y-TZP-Gefüge aus?

Answer 19

• sehr feinkörniges Gefüge (< ca. 500 nm)

Question 20

Sind ZrO2-Keramiken gute thermoschockresistente Werkstoffe? Argumentieren Sie mit der Wärmedehnung, der Wärmeleitfähigkeit und dem E-Modul.

Answer 20

• Nein, Wärmedehnung sehr hoch, Wärmeleitfähigkeit sehr gering
• der E-Modul ist aber gering, was wiederum günstig ist.

Question 21

Was versteht man unter einer Prozesszone?

Answer 21

• Lokal ausgedehnte Zone, um laufenden Riss und vor der Rissspitze mit aktiven Verstärkungsmechanismen (z.B. Umwandlungsverstärkung, Faserverstärkung, Mikrorissbildung)

Question 22

Was ist spannungsinduzierte Umwandlung?

Answer 22

• durch äußere Belastung (Zug) herbeigeführte Phasenumwandlung.

Question 23

Was ist spontane Umwandlung?

Answer 23

• durch große Teilchengröße oder mangelnden Stabilisatorgehalt beim Abkühlen von Sintertemperatur herbeigeführte Phasenumwandlung.