Keramik

Question 1

Keramische Werkstoffe werden in drei Gruppen nach ihrer chemischen Struktur eingeteilt. Nennen Sie die Gruppen mit je einem Werkstoff daraus!

Answer 1

Silikatkeramik: Sanitärkeramik aus Steinzeug, Porzellan

Oxidkeramik: Al-Oxid für Wendeschneidplatten, Dicht- und Führungselemente

Nichtoxidkeramik: Si-Carbid und Si-Nitrid für Düsen, Wälzkörper, Abgasturbinenläufer, Schleifscheiben

Question 2

Welche chemischen Bindungsarten liegen bei der technischen Keramik vor?

Answer 2

Oxidkeramik: Ionenbindung/Atombindung gemischt, Nitride und Carbide: überwiegend Atombindung

Question 3

Keramiken verhalten sich auf Grund von Bindungsart und Kristallgitter deutlich anders als Metalle, nennen Sie hierzu Beispiele:

Answer 3

elektrische Leitfähigkeit - Isolatoren, da keine freien Elektronen im Gitter

Urformen durch Gießen fast nicht möglich - hohe Schmelzpunkte >2000 °C,keine Formstoffe bekannt

Zerspanen nur durch schleifen möglich - hohe Härte wegen starker chemischer Bindung

Korrosionsbeständigkeit sehr hoch Keramik besteht aus chemischen Verbindungen, in denen Atome eine abgeschlossene
Elektronenhülle erreichen

Question 4

4. Welches Fertigungsverfahren wird hauptsächlich für Bauteile aus keramischen Werkstoffen angewandt (Begründung)?

Answer 4

Pulvermetallurgische Herstellung durch Pressen von Pulvern und anschließendes Sintern. Die Dichte kann durch Variationen wie z.B. Heißpressen, kaltisostatisches oder heißisostatisches Pressen erhöht werden

Question 5

5. Die Eigenschaften keramischer Werkstoffe entstehen erst beim Formgebungsprozess. Deshalb sind sie von den Verfahrensbedingungen abhängig. Welche Einflussgrößen gibt es?

Answer 5

Pulverherstellungsverfahren bestimmt Reinheit, Korngröße und Kornform, sowie die Korngrößenverteilung. Pressverfahren (kalt, heiß, isostatisch) beeinflusst zusammen mit der Korngröße die Pressdichte. Sintertemperatur beeinflusst die Schrumpfung (Nacharbeit)

Question 6

6. Welche Größen beeinflussen außer der chemischen Zusammensetzung wesentlich die mechanischen Eigenschaften von keramischen Körpern (Begründung)?

Answer 6

Porengröße, Porenform, Porenvolumenanteil, Oberflächenrauigkeit. Poren und Oberflächenrauigkeit wirken bei mechanischer Belastung als Kerben und können deshalb einen Bruch bei niedrigen Spannungen auslösen.

Question 7

Für thermisch hochbeanspruchte Bauteile wie z.B. Abgasturbinenläufer hat sich ein nichtoxidkeramischer Stoff hervorgehoben. Wie heißt er? 1 Warum wird gerade dieser verwendet? 2 Welche Herstellungsart führt zu höchsten mechanischen Eigenschaften (Begründung)? 3

Answer 7

1Siliziumnitrid Si 3 N 4 2 hohe Thermoschockbeständigkeit 3 heißgepresst, auf Grund der minimalen Porosität

Question 8

8. Geben Sie ein Anwendungsbeispiel von Aluminiumoxid!

Answer 8

Schneidplatten für besonders harte metallische Werkstoffe

Question 9

9. Überlegen Sie, welchen Einfluss die Eigenschaft Elastizitätsmodul auf das Thermoschockverhalten eines keramischen Werkstoffs hat!

Answer 9

Ein hoher Elastizitätsmodul erhöht die Thermoschockempfindlichkeit, da thermische Dehnungen besonders große thermische Spannungen erzeugen

Question 10

10. Ordnen Sie die Keramiken MgO, ZrO 2 , Tonerdekeramik, SiC, Steatit und AlN den folgenden Klassen keramischer Werkstoffe zu: a. Nichtoxidkeramik: b. Oxidkeramik: c. Silikatkeramik:

Answer 10

a. Nichtoxidkeramik: SiC, AlN b. Oxidkeramik: MgO, ZrO 2 c. Silikatkeramik: Steatit

Question 11

11. a. Welche Keramik hat die höchste Zähigkeit? b. Welche Nachteile hat diese Keramik gegenüber anderen Hochleistungskeramiken?

Answer 11

a) ZrO 2 b) etwas geringere Härte, nicht absolut korrosionsbeständig in suren Medien

Question 12

12. Warum werden Gelenkköpfe von Hüftimplantaten teilweise aus Aluminiumoxid hergestellt?

Answer 12

Al 2 O 3 korrodiert nicht, ist körperverträglich, hat auf Grund seiner Härte einen hohen Verschleißwiderstand. Die Gelenkköpfe werden nur auf Druck beansprucht, so dass die Sprödigkeit nicht zum Tragen kommt.

Question 13

13. Welche Bindungsarten liegen in folgenden Keramiken vor: Al 2 O 3 Si 3 N 4 MgO SiC ZrB 2

Answer 13

Al 2 O 3 ionische Bindung Si 3 N 4 kovalente Bindung MgO Ionenbindung SiC kovalente Bindung ZrB 2 kovalente Bindung

Question 14

14. Worin unterscheiden sich Grobkeramik und Feinkeramik?

Answer 14

Grobkeramik: Pulverkörner größer als 0,1 mm Feinkeramik: Pulverkörner kleiner als 0,1 mm

Question 15

15. Zeichnen Sie schematisch die Spannungs-Dehnungs- Kurven von Metall und Keramik!

Answer 15

Question 16

16. Keramische Werkstoffe haben bestimmte Vorzüge, deshalb werden sie gern verwendet. Nennen Sie mindestens fünf Beispiele!

Answer 16

Sehr hart,, verschleißfest, korrosionsbeständig, hohe Temperaturbeständigkeit, elektrisch isolierend, geringe bis hohe thermische Leitfähigkeit

Question 17

17. Keramische Werkstoffe werden i.d.R. in einem besonderen Fertigungsverfahren hergestellt. Wie heißt diese Verfahren? a ) Welche Prozessschritte gehören im Allgemeinen zur Herstellung von Keramikbauteilen? b)

Answer 17

a) Sintern b) Pulveraufbereitung -> Urfomung -> Grünbearbeitung -> Ausbrennen des Bindemittels -> Sintern

Question 18

18. Keramische Werkstoffe haben für den Gebrauch in Maschinenbau- Komponenten einen wichtigen Nachteil. Welcher Nachteil ist das? a) Durch welche Maßnahmen wird dieser Nachteil bei technischen Keramiken abgemindert? b)

Answer 18

a) Sprödigkeit, große Festigkeitsstreuung, geringe Zähigkeit b) Fehler verringern: synthetische Rohstoffe (extrem rein und feinkörnig), Dichtsintern (Druck, Reaktionssintern) Fehlerempfindlichkeit verringern: Umwandlungsverstärkung, Faserverstärkung o.Ä.