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Werkstoffkunde 2 > Keramik > Flashcards

Keramik Flashcards

1
Q

Hochleistungskeramik defininierte Eigenschaften

A
  • mechanisch
  • thermisch
  • chemisch
  • elektronisch
  • biologisch
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2
Q

In welchen Felder werden Hochleistungskeramiken hauptsächlich verwendet?

A
  • Energietechnik (Brennstoffzelle, Wärmetauscher)
  • Elektronik (Gehäuse, Kondensatoren, Sensoren)
  • Medizintechnik (Hüftgelenksprothese, Knochenersatz.)
  • Verkehrstechnik (Kipphebelbeläge, Turbolader)
  • Fertigungstechnik (Schneidwerkstoffe, Schleifstoffe)
  • Maschinenbau (Gleitlager, Piezostellglieder)
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3
Q

Welche zwei Arten von Hochleistungskeramiken unterscheidet man und welche sind ihre besonderen Eigenschaften?

A

Strukturkeramiken:

  • Härte
  • Steifigkeit
  • Zähigkeit
  • Festigkeit

Funktionskeramiken:

  • thermisch
  • elektrisch
  • biologisch
  • chemisch
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4
Q

Was sind keramische Verbundwerkstoffe?

A

Keramische Komponenten werden mit Metallen oder Kunststoffen kombiniert

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5
Q

Welche sind die drei keramischen Branchen und was sind ihre Hauptprodukte?

A
  • Traditionelle Silikatkeramik(Geschirr,Fliesen Sanitär…)
  • Feuerfeste Werkstoffe (Formsteine und Feuerbetone)
  • Hochleistungskeramik (Struktur und Funktionskeramik)
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6
Q

Worüber unterscheidet man zwischen traditioneller und Hochleistungskeramik?

A

Art und Verarbeitung der Rohstoffe sind das ausschlaggebender Kriterium

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7
Q

Aus welchen Werkstoffen bestehen Hochleistungskeramiken?

A

Aus speziell entwickelten Werkstoffen:

  • ausschließlich synthetisch
  • sehr hoher Reinheitsgrad
  • feine Pulvergröße (oft< 1 Mikrometer)
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8
Q

Auf welchen Rohstoffen basieren Silikatkeramiken?

A

Natürliche Mineralien:

  • Quarz (SiO2)
  • Tonmineralien/Kaolin (Alumosilikate)
  • Feldspäte (Alkali-Alumosilikate)

mit allen Verunreinigungen.

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9
Q

Welche Eigenschaften haben Alumosilikate und Alkali-Alumosilikate?

A

Alumosilikate: Nach Befeuchtung bildsam verformbar

Alkali-Alumosilikate: Herabsetzung der Glastemperatur

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10
Q

Was ist Voraussetzung für eine weiße Farbe der Keramik?

A

Ein geringer Eisenanteil (Sanitär ,Geschirr, Zierkeramik)

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11
Q

Welche Unterscheidungen gibt es bezüglich der Korngröße?

A

Grobkeramik: Körner mit bloßem Auge erkennbar
(Ziegel, Terrakotta)

Feinkeramik: Körner sind <50 Mikrometer (Porzellan,
Steingut)

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12
Q

Woraus bestehen feuerfeste Erzeugnisse und welche Einsatzgebiete gibt es?

A

Feuerfeste Erzeugnisse bestehen teilweise aus natürlichen/synthetischen Rohstoffen und sind für chemische Angriffe bei hohen Temperaturen entwickelt worden.

Bsp.: Schlacken - & Gaskorrosion, Temperaturwechsel, Hochtemperaturfestigkeit

Sei sind meist sehr grobkörnig (>100 Mikrometer)

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13
Q

In welche Untergruppen gliedert sich die technische Keramik?

A
  • Traditionelle (technische) Keramik
  • Hochleistungskeramik: - Strukturkeramik
    - Funtkionskeramik
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14
Q

Wie lautet die Definition der Keramik? (G)

A

Keramische Werkstoffe sind:

  • anorganische, nichtmetallisch
  • in Wasser schwer löslich
  • und zu wenigsten 30% kristallin

In der Regel werden sie bei Raumtemperatur ais einer Rohmasse geformt und erhalten ihre typischen Werkstoffeigenschaften durch eine Temperaturbehandlung meist über 800°C.

Gelegentlich geschieht die Formgebung auch bei erhöhter Temperatur oder gar über den Schmelzfluss mit anschließender Kristallisation.

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15
Q

Inwiefern grenzt sich Keramik von Salzen, Glas und mineralischen Baustoffen ab?

A
  • Salze: Wasserlöslichkeit
  • Glas (<30% kristallin: Glaskeramik): Kristallinität
  • Mineralische Baustoffe: Prozesstechnik
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16
Q

Woraus bestehen Keramiken chemisch gesehen und wie stark/schwach ist ihre Bindung?

A

Keramiken sind Verbindungen aus:

  • Metallen
  • Nichtmetallen (Sauerstoff, Stickstoff,Bor)
  • Halbmetalle (Kohlenstoff, Silicium)

Die Bindungen sind sehr stark.

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17
Q

Was folgt aus der starken chemischen Bindung innerhalb von Keramiken?

A
  • hoher Schmelzpunkt
  • chemische Beständigkeit
  • hoher E-Modul
  • hohe Härte
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18
Q

Wie chemische Bindung von Keramiken charakterisiert und in welchen Formen tritt sie auf?

A

Sie ist durch stark lokalisierte Elektronen charakterisiert.

Formen:

  • stabile Kationen/Anionen mit Edelgaskonfiguration
  • kovalente Orbitalbindungen
  • Mischbindungen
  • manchmal metallische Bindungen
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19
Q

Wie sieht die Einteilung keramischer Werkstoffe nach chemischen Gesichtspunkten aus?

A

Oxide:

Einfache Oxide
Mischoxide
Silicate
Phosphate

Nichtoxide:

Carbide
Nitride
Boride
Silicide

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20
Q

Wie lauten die Schritte des keramischen Herstellungsprozesses und was passiert jeweils?

A
  1. Pulveraufbereitung - Formgebung:
    Bei Raumtemperatur wird das Pulver aufbereitet und zum Grünkörper (kreideähnliche Vorform) geformt
  2. Brand/Sintern:
    Erfolgt bei 70-80% der Schmelztemperatur.
    Hier finden irreversible chemische Prozesse und Gefügeveränderungen statt. (mögliche Gefügedefekte)
  3. Endbearbeitung:
    Bsp.: Schleifen, Polieren
    Erst danach ist das Bauteil fertig. (manchmal teurer Schritt)
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21
Q

Was bewirkt die Zerkleinerung während der Aufbereitung?

A

Zerkleinerung bewirkt eine Erhöhung der Oberfläche.

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22
Q

Welche drei Arten der Aufbereitung werden entsprechend des Feuchtegehalts unterschieden? In welchen Verarbeitungsverfahren werden sie meist eingesetzt?

A

Nassaufbereitung:

  • Pulversuspensionen in meist alkoholischen Mitteln
  • > 25% Flüssigkeit
  • Schlickerguss, Folienguss

Feuchtaufbereitung:

  • knetbare Massen, meist mit Additiven
  • 5 -25% Flüssigkeit
  • Strangpressen

Trockenaufbereitung:

  • rieselfähige Pulver-Granulate
  • < 3-5% Flüssigkeit
  • axiales und isostatisches Pressen
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23
Q

Wie läuft die Feuchtaufbereitung genau ab?

A

Traditionelle Art der Aufbereitung tonkeramischer Massen (Tone, Kaoline).

Typische Kristallitgröße: wenige Mikrometer (keine weitere Zermahlung)

Allerdings fallen oft Dezimeter große Klumpen an, die im Kollergang mühlsteinähnlich zermahlen und im anschließenden Walzwerk zerdrückt werden.

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24
Q

Wann wird eine Trockenaufbereitung durchgeführt?

A
  • Bergfeuchte der Tone unter 10-12%
  • Anteil an Quarz, Kalk, Feldspat sehr hoch
  • Zementindustrie
  • Feuerfestindustrie
  • Glasrecycling
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25
Q

Wie läuft eine Trockenaufbereitung ab?

A

Die Rohstoffe werden in einer kontinuierlich arbeitenden Mühle zerkleinert:

  1. Zerkleinern
  2. Trocknen
  3. zu Korngrößen aufmahlen
  4. Mischen
  5. Korngrößenklassen trennen
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26
Q

Wie sieht eine typische Walzenschüsselmühle aus?

A

Bild => ???

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27
Q

Wofür dient die Nassaufbereitung vor allem und wie läuft sie ab?

A

Dient vor allem der Herstellung von Gießschlickern.

In Trommelmühlen wird das Mahlgut mit Wasser und Mahlkörpern kontinuierlich/diskontinuierlich zerkleinert (gestürzt).

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28
Q

Welche Mahlkörper verwendet man bei der Pulverisierung von Keramik und Metallen?

A

Metall: Stahl, Hartguss und Hartmetalllegierungen
-> Kugeln/Zylinder

Keramik: Aluminiumoxid, Zirkonoxid, natürliche Quarzkiesel

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29
Q

Nach welchem Prinzip arbeitet der Attritor und wie ist er aufgebaut?

A

Prinzip: Rührwerkskugelmühle (rotierender Rührarm)
Wird nass betrieben (Umwälzung besser, Wärmeabfuhr)
Rotation: 100-1000 Umdrehungen pro Minute

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30
Q

Was ist das besondere am autogenen Mahlen? Welche Apparate gibt es?

A

Beim autogenen Mahlen kommt das Pulver nur mit gleichartigem Material in Berührung (keine Mahlkörper!)

Strahlmühle: Hoher Druck gegen Prallwand/Pulverstrahl

Jet/Gegenstrommühle: Kreuzende Teilchenstrahle

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31
Q

Wie läuft die Sprühtrocknung ab?

A

Nasse Suspensionen werden zu Granulaten aufbereitet.

Die Suspension wird zersprüht und durch Luft(300°C) getrocknet. Dabei gibt es zwei Verfahren.

  • > Zentrifugalzerstäubung
  • > Düsenzerstäubung
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32
Q

Was passiert bei der Formgebung allgemein?

A

Aus

  • verflüssigtem Schlicker / plastifizierter Masse / Granulaten -

wird ein Grünkörper mit definierter

  • Größe / Form / Dichte -

und reproduzierbaren Toleranzen gefertigt.

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33
Q

5 typische Formgebungsverfahren

+ Toleranz (%)

A 
Schlickergießen 2-3
Strangpressen    1,5-2
Spritzgießen  0,5-1
Uniaxiales Trockenpressen  0,5-1
Isostatisches Pressen  0,2-0,5

(Alle Werte +/- und in %)

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34
Q

Arten Formgebung

A

Nassformgebung (Feuchte >25%)
—> Schlicker in Formen gegossen/auf Bändern zu Folie

Feuchtformgebung (3-25%)
—> knetbare Massen mittels Pressen/Spritzen

Trockenformgebung (<3%)
—> Pulver-Granulate durch axiales/isostatisches Pressen

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35
Q

Schlickerguss

Pro/Con

A

Pro:

  • hohe Stückzahlen
  • mittlere Präzision (wenig Nacharbeit)
  • geringe Werkzeugentwicklungskosten (1-5T€)

Con:

  • schneller Verschleiß der Form
  • schlechte Oberflächengüte
  • lange Rücktrocknung (bis 3 Tage)
  • sensible Prozesswasserführung
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36
Q

Foliengießen

Ablauf und was wird hergestellt

A

Keramisches Pulver in organischen/wässrigen Lösungen mit Bindern, Verflüssigern & Plastifizierern dispergieren -> aus Stahlband gießen und trocken

Herstellung großflächiger keramischer Substrate (25 Mikrometern bis 1,5 mm dick)

  • Kondensatoren
  • piezoelektrische Bauteile
  • Halbleiter
  • Wärmetauscher
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37
Q

Elemente Foliengießanlage

A

Schlickeraufgabe
Folienabnahme
Edelstahlband
->Warmluft -> Warmluft mit verdampften Lösungsmitteln

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38
Q

Strangpressen Produkte

A 
Ziegel
Fliesen
Rohre
Substrate
„Honeycomb“-Katalysatorträgerstrukturen
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39
Q

Strangpresse Elemente

A 
Masseaufgabe
Homogenisierungsschnecke
Schleuse
Vakuumkammer
Förderschnecke
Mundstück 
Masseaustritt
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40
Q

Strangpressen

pro/con

A

Pro

  • kontinuierliche Produktion
  • fast vollst. automatisierbar

Con

  • schneller Verschleiß Mundstück&Schnecken
  • mittlere Oberflächengüte
  • mittlere Präzision (Nacharbeit erforderlich)
  • mittlere Werkz.entw.kosten (20-50T€)
  • Verzug beim Trocknen&Brennen
  • nur einfache Geometrien
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41
Q

Wie Massen für Strangpressen plastifizieren & was bei Bearbeitung beachten

A

Plastifizierung

  • bei ton/kaolinhaltigen Massen durch Wasser
  • bei (nicht-)oxidischen Massen durch Bindersysteme

Beachten: S-förmige Makrotexturen zerstören Bauteile (Extrusion führt zu Texturen)

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42
Q

Keramik Spritzguss

Ablauf

A

Keramisches Pulver (40-60%) mit organischen Bindern/Plastifizerern (60-40%) mischen

  • > Abkühlen und Granulieren
  • > Spritzen wie beim Kunststoff
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43
Q

Mögliche Formen Spritzguss & typische Bauteile

A

Kleine Bauteile mit komplexer Geometrie mit geringer Wandstärke, große Stückzahl

Typisch:

  • Fadenführer
  • Wendeschneidplatten
  • Schweißdüsen
  • Turboladerrotoren
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44
Q

Häufige Fehler Spritzguss

A

Einfallstellen

Feistrahl

Texturen (eingeschlossene Poren)

Fließnähte

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45
Q

Entbindern

A

Binder/Plastifizierer aus Grünkörper austreiben

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46
Q

Arten von Entbindern

A

Thermisch

Lösen

Kapillar

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47
Q

Thermisch Entbindern

A

Verdampfen, Oxidieren

48
Q

Entbindern durch Lösen

A

In organischen Lösungsmitteln

in Wasser

In CO2 unter Hochdruck

49
Q

Kapillares Entbindern

A

Heraussaugen des geschmolzenen Kunststoffs

50
Q

Optimierungsparameter Spritzguss

A 
Korngrößenverteilung
Art Werkzeugfüllung
Schneckengeometrie&amp;Drehzahl
Einspritzdruck
Einspritzgeschwindigkeit
Werkzeugtemperatur
Viskosität organ. Bestandteile
51
Q

Spritzguss

Pro/Con

A

Pro

  • hohe Stückzahlen (>1 Mio/Jahr)
  • hohe Präzision

Con

  • hohe Werkz.entw.kosten (20-60T€)
  • lange Entwicklungszeiten (6-12 Mon.)
  • schwierige Endbinderung (bis zu 3 Wo)
52
Q

Arten Trockenformgebung

A

Axiales Trockenpressen

Isostatisches Trockenpressen

—> bei 0-3% Wassergehalt

53
Q

Axiales Trockenpressen

A
  • Stempelpressen
  • 50-600MPa
  • einfache Geometrien
  • keine Hinterschneidungen
  • gute Maßhaltigkeit
54
Q

Isostatisches Trockenpressen

A
  • flexible Gummimatrizen
  • bis 300 MPa
  • komplexe Formen
  • starker Verzug
55
Q

Brand

Vorgänge

A

—> alle technischen Vorgänge zur Konsolidierung der pulverigeren Formkörper

Bsp:

  • Ofenbau
  • Temperaturführung
  • Energieeintrag ins Gut
  • Stapelung der Formkörper
56
Q

Sintern

Vorgänge

A

—> alle physikalisch-chemischen Vorgänge in einem Formkörper (Kinetik der Konsolidierung)

Bsp:

  • Wärmebehandlung
  • Verringerung Porenvolumen durch Schwindung
  • Verfestigung durch Sinterhalsbildung/Korngrenzen
57
Q

Was wird gesintert?

A

Materialien mit hohem Schmelzpunkt

Kombination mit unterschiedlichen Schmelzpunkten

Material mit hohem Dampfdruck

Reinste Stoffe

58
Q

Festphasensintern

A

Bestandteile sind fest und schmelzen nicht auf

Verdichtung durch

  • Diffusion
  • Verdampfung
  • Kondensation
59
Q

Wo Verdichtungsverlauf ablesen?

A

Sinterkurve

Bestimmung durch Messung Längenänderung als Fkt. der Temp. und isoth. Haltezeit bei Maximaltemp.

Startpunkt: Grünkörperzustand

60
Q

Sintern -> wo besonders sorgfältig sein?

A

Beim Abkühlen

  • > Wärmedehnung
  • > Phasenumwandlungen
61
Q

Die 4 Sinterphänomene

A
  • Sinterhalsbildung
  • Kornwachstum
  • Porenschwund
  • Porenwachstum
62
Q

Die 4 wichtigsten atomaren Transportmechanismen

A

1) Verdampfung
2) Oberflächendiffusion
3) Korngrenzendiffusion
4) Volumendiffusion (Gitterdiffusion)

1->4: zunehmende Aktivierungsenergie (höhere Temp.)

63
Q

Wie verläuft das Kornwachstum und was entsteht dabei?

A

Pulverkörner->Punktkontakte->Korngrenzen mit Sinterhälsen->geschlossen Porosität->12 Nachbarn->Kuboktaeder (14 Flächen)
6 Würfelflächen +8 Oktaederflächen=14 (Tetrakaidekaeder)

64
Q

Welchen Einfluss hat die Temperatur auf das Keramikgefüge?

A 
Hohe Temperatur->Keramikgefüge vergröbert.
Auch sqrt(t)-Gesetz genannt.
65
Q

Inwiefern unterscheiden sich die keramischen Werkstoffe von Metallen?

A
  • Keramische Werkstoffe: höhere strukturelle Komplexität (große Elementarzellen, niedrige Symmetrien)
  • Keramik: Fließspannung>Bruchspannung
  • Metall: Fließspannung
66
Q

Was verhindert plastische Verformung von Keramik?

A
  • hohe Bindungstärke
  • lokalisierte Elektronen (Ionen, Orbitale)
  • große Verschiebungsdistanzen (Burgers-Vektoren)
  • niedrige Kristallsymmetrien (geringe Anzahl Gleitrichtungen(von-Mises-Kriterium))
67
Q

Wo liegt die typische Bruchdehnung von Keramik?

A

Bei 0,1-0,4%

68
Q

Wie lautet die Gleichung der kritischen Griffith-Energie?

A

G=dW/dA-dUel/dA=dUf/dA

Griffith Energie wird kritisch (Index c) wenn es zum Bruch kommt.

69
Q

Wann setzt Rissfortschritt ein?

A

Wenn die elastisch eingespeicherte Energie größer als die Bruchenergie ist.

(piasigma^2)/E>=Gc

70
Q

Gleichung elastische Energie

A

1/2*sigma^2/E=elastische Energie

71
Q

Was besagt die Spannungssingularität?

A

An scharfen Kerben mit Rissspitzenradius 0 müssen unendlich hohe Spannungen auftreten.
In das umliegende Gefüge klingt dies mit r^(-1/2) ab.

72
Q

Wie lautet die Definition des Spannungsintensitätsfaktor?

A

K=Sigmasqrt(pia) [MPa*sqrt(m)]
a: allgemeine Länge
Sigma: allgemeine Spannung

Übertragungsfaktor einer äußeren Spannung auf ein Volumenelement der Ausdehnung a.

73
Q

Wie lautet die Griffith-Gleichung? (Irwin-Beziehung)?

A

sigmac=(Kc)/(Ysqrt(piac))

74
Q

Welche Bruchmodi gibt es?

A

Zug
Schub
Scherung

75
Q

Wie lautet die Griffith-Gleichung für den uniaxialen Zugzustand?

A
  • Gerader Riss, unendlich große Probe: Y=sqrt(pi)
  • Kantenriss: Y=1,12*sqrt(pi)
  • Penny-Riss: Y=2/sqrt(pi)
76
Q

Wie verhalten sich Druckfestigkeit und Zugfestigkeit zueinander?

A

Druckfestigkeit=15*Zugfestigkeit

77
Q

Wann läuft ein Riss katastrophal ab?

A

Sigmasqrt(pia)>=sqrt(EGc)
K>=KIc
lokaler Spannungsintensitäsfaktor>=Bruchzähigkeit

78
Q

Eigenschaften von Keramik in Bezug auf Bruchverhalten

A
  • Keramik ist formstabil bis zum Bruch
  • Wenn Keramik bricht, dann meist katastrophal
  • Es gibt keine duktile oder duktilisierte Keramik
  • Keramik ist immer spröde
79
Q

Wie wirken die Rissspitzenradien auf die Spannung?

A

Es kann zur Spannungserhöhung kommen umso schärfer die Spitze ist.

sigmayy=2sigmaexsqrt(a/roh)

80
Q

Wie lassen sich Kerbspannungen vermeiden?

A
  • Nie scharfe Konturübergänge schaffen

- Kerbwirkung vermeiden

81
Q

5 Grundannahmen der Bruchstatistik

A
  • Bruchfestigkeit (spröder Festkörper) ist statistisch verteilt (Gefügeinhomogenitäten)
  • Körper verhält sich bis zum Bruch linear elastisch
  • Bruch geht von Oberflächen-oder Volumenfehlern aus
  • Versagensrelevant ausschließlich Zugspannungen
  • Festigkeit durch schwächste Stelle bestimmt
82
Q

Theorie hinter Weibull-Statistik

A

“Modell des schwächsten Gliedes”
Prinzip: Kette (versagt, wenn schwächstes Glied bricht)

Bauteil wird in kleine Volumenelemente zerlegt: Versagenswahrscheinlichkeit bestimmt durch jedes einzelne Volumenelement

83
Q

Weibull-Gleichung

A

F=1-exp(-(Veff/V0)*(sigmac/sigma0)^m)

F=Ausfallwahrscheinlichkeit

84
Q

6 Schritte der Weibull-Statistik

A
  1. Bruchspannungen (Biege/Zugversuch) bestimmen (Probe 1-n)
  2. Bruchwahrscheinlichkeiten zuordnen
  3. Weibull-Gleichung 2mal logarithmieren
  4. Erstellen des doppelt logarithmischen “Weibull-Diagramms”
  5. Graphische Ermittlung Weibull-Parameter
  6. Entlogarithmierung
85
Q

Was sagt der Weibull-Parameter m aus?

A

m=Maß für die Zuverlässigkeit eines Bauteils

großes m: Streuung der Festigkeitswerte klein
kleines m: Streuung der Festigkeitswerte groß

86
Q

Über welche Formel erlaubt Weibull-Statistik Extrapolation auf Bauteile anderer Volumina?

A

sigma1=sigma2*(V2/V1)^(1/m)

Größere Bauteile haben geringere Festigkeiten: Wahrscheinlichkeit für kritische Fehler größer

87
Q

Methoden zur Risikominimierung für Versagen eines ausgelieferten Teils

A
  • Proof-Test: Spannung anlegen und versagende aussortieren
  • Werkstoffoptimierung: Materialverhalten enger gestalten
  • Zerstörungsfreie Prüfung: Ultraschallmikroskopie usw.
88
Q

Über welche Mittel kann man Gefügefehler beherrschen?

A

-Verwendung hochreiner Pulver (99,9….%)
-Verwendung extrem feiner Pulver (<10mikrom)
-sorgfältige Aufbereitung («1mikrom)
-sorgfältige Formgebung
-Kontrolle des Sinterprozesses:
+Vermeidung von Kornwachstum
+geringe Restporosität
+Vermeidung von Porenwachstum
-Sorgfältige Endbearbeitung

89
Q

Zu welcher Veränderung führt eine Beherrschung der Gefügefehler?

A

Große Defekte treten nicht mehr auf.

Wahrscheinlichkeit für sehr kleine Defekte steigt.

90
Q

Worauf zielen Verstärkungsmechanismen ab?

A

Bruchenergie eines Werkstoffes durch entsprechende Gefügeoptimierung zu erhöhen.

91
Q

Strategien bei Verstärkungsmechanismen

A
  • Bruchfläche erhöhen
  • Riss ablenken
  • Riss stoppen
  • Rissflanke zusammenhalten
  • Zugspannungen abbauen
  • Druckspannungen aufbauen

Die meisten führen zu mehrphasigem Gefüge (Dispersionskeramik, Verbundwerkstoff)

92
Q

Wie kann man beispielsweise Zugspannung in einem Gefüge minimieren?

A

Indem man mehr Poren einbaut.
Ausgehend von einem atomar scharfen Riss wird die Spannung bei treffen auf Pore um einige Zehnerpotenzen gesenkt.
Wichtig: E-Modul sinkt! Porendurchmesser darf nicht krit. Länge erreichen

93
Q

Wie funktioniert Partikelverstärkung/Rissfrontbiegung?

A

Energie verbrauchender Schritt: Aufbau einer Gegenspannung (Linienspannung) in Gegenrichtung zur Rissausbreitung.

Vorraussetzung: Riss bleibt an der Teilchenkette hängen

94
Q

Was muss man bei der Verstärkung mit duktilen Teilchen beachten?

A

R-Kurven Effekt.

  • Es kommt zu lokal unterschiedlichen Bruchwiederständen.
  • Teilchen werden zunächst vom Riss umgangen.
  • Anschließend elastisch, später plastisch verformt, bevor sie reißen
95
Q

Prinzip und Idee der Rissablenkung

A
  • Prinzip: Aufbau innerer Spannungen durch Teilchen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizient.
  • Idee: Herstellung eines Verbundwerkstoffes, Nutzung der Wärmeschwindung beim Abkühlen von Sintertemperatur.
96
Q

Worauf beruht die Rissablenkung grundsätzlich?

A

Riss trifft auf ein Hindernis, wird gestoppt und anschließen um einen best. Winkel abgelenkt.

Spannung verringert sich um:
sigmayy=sigmaex*cos(phi)

97
Q

Wie kann man Risse, welche nicht auf Teilchen treffen, einfangen?

A

Diese Risse werden durch innere Spannungen gefangen.

Diese werden automatisch beim Abkühlen von der Sintertemperatur eingebracht.

98
Q

Wo gilt die Sensing-Gleichung?

A

Im Bereich der Rissablenkung durch bei der Abkühlung eingebrachte Eigenspannung (für kugelförmige isotrope Partikel)

99
Q

Welche drei Fäller treten bei der Rissablenkung an Teilchen auf?

A

-Fall 1: alpha(Teilchen) < alpha(Matrix)
radiale Druckspannungen, tangentiale Zugspannungen
-Fall 2: alpha(Teilchen) = alpha(Matrix)
Keine thermischen Misfitspannungen, nur elastische Effekte
-Fall 3 alpha(Teilchen) > alpha(Matrix)
radiale Zugspannungen, tangentiale Druckspannungen

100
Q

Wann und in welcher Art und Weise kommt es zu Rissverzweigung?

A
  • alpha(Teilchen) < alpha(Matrix): radiale Mikrorisse

- alpha(Teilchen) > alpha(Matrix): tangentiale Mikrorisse

101
Q

vier Arten von Energie für atomare Transportmechanismen

A
  • chemische E. (Erniedrigung chem. Potenzial –> Reaktion, Oxidation…)
  • elastische E. (Verzerrung–>Spannung/Dehnung)
  • Oberflächenenergie (Erniedrigung Gesamtoberfläche)
  • Grenflächenenergie (Verringerung Grasflächen (Kornwachstum))
102
Q

was charakterisiert Transportmechanismus Verdampfung&Kondensation?

A
  • wirkt im Anfangsstadium des Sinterns
  • Körner sind konvex, Sinterhälse konkav–> wachsen auf Kosten der Körner radial
  • Verschlankung und Kettenbildung
103
Q

Was gild für das Kornwachstum nach dem Prinzip der Verdampfung&Kondensation?

A

entweder Bildung von kugeligen Teilchen (Minimierung Oberflächenenergie durch gesingste Fläche) oder Bildung von facettierten Kristallen (Minimierung Oberflächenenergie durch niedrigenergetischste Kristallfläche)

104
Q

Inwiefern gleichen sich Gesetzmäßigkeiten und Triebkraft der Transportmechanismen Verdampfung&Kondensation, Oberflächendiffusion und Korngrenzendiffusion?

A 
Es gelten die gleichen Gesetzmäßigkeiten.
Triebkräfte unterschiedlich:
V&amp;K: Dampfdruckunterschied
Oberfl.diff.: Oberflächenspannung
Korngr.diff.: Grenzflächenspannung
105
Q

Was passiert bei der Korngrenzendiffusion?

A

Korngrenzen wandern in Richtung ihrer Krümmungsradien.

Tatsächlich diffundieren Atome in die Gegenrichtung

106
Q

Was passiert bei der Korngrenzendiffusion wenn Oberflächen und Grenzflächen kombiniert werden?

A

Es kommt zum Einbau von Leerstellen (Situation des Sinterhalses)

107
Q

Was passiert bei der Entstehung eines Sinterhalses?

Was sind die Triebkräfte?

A

Leerstellen werden in eine Verengung (Sinterhals) eingebaut. Es entsteht ein Leerstellen-Konzentrationsgradient
Triebkräfte: Ausgleich chem. Konzentrationsgradienten, Relaxation der Oberflächenspannungen

108
Q

Arten Porosität

A

geschlossene (Porenraum ohne Verbindung nach außen)
offene (durchströmbarer Porenraum)
Beim Sintern nimmt die geschlossene Porosität zu

109
Q

was charakterisiert Volumendiffusion?

A

Effektivster Mechanismus des Materialtransports.
Wird genutzt um Schwingung herbeizuführen.

Partikel->Diffusionsgeschwindigkeit:

  • Ionen->sehr schnell
  • Kationen&Anionen->unterschiedlich(nur gemeinsam!)
  • Sauerstoff->am langsamsten
110
Q

Ordne die vier wichtigsten atomaren Transportmechanismen nach zunehmender Aktivierungsenergie. (G)

A
  • Verdampfung und Kondensation
  • Oberflächendiffusion
  • Korngrenzendiffusion
  • Volumendiffusion (Gitterdiffusion)
111
Q

Was sind die vier elementaren Sinterphänomene?

A
  • Sinterhalsbildung(an Korn-Korn-Kontakten)
  • Kornwachstum (Grenzflächenenergie vernichtet)
  • Porenschwund (Verringerung Oberflächenenergie)
  • Porenwachstum (Verringerung Oberflächenenergie)
112
Q

Wie funktioniert der Schlickerguss und welche zwei Arten gibt es?

A

Eine Suspension (25-35% feucht) wird durch eine poröse, wassersaugende Form Wasser entzogen und so Scherben (feste Form) gebildet.

  • Hohlgussverfahren (Innenkontur der Form)
  • Kerngussverfahren (Form komplett gefüllt)

Bild dazu im Kompendium S.14

113
Q

Welche Elemente hat eine typische Foliengießanlage?

A

Schlickeraufgabe, Edelstahlband, Warmluft mit verdampften Lösungsmitteln, Warmluft, Folienabnahme

Bild im Kompendium S.14

114
Q

Wie ist eine typische Spritzgießanlage aufgebaut?

A

Kompendium S.16

115
Q

Wie sieht das axiale Trockenpressen zu Pressbeginn und Pressende aus?

A

Kompendium S.17

116
Q

Wie sieht das isostatische Trockenpressen zu Pressbeginn und Pressende aus?

A

Kompendium S.18

117
Q

Welche Arten von Porosität gibt es?

A
  • geschlossene (Porenraum ohne Verbindung nach außen)
  • offene (Porenraum, der durchströmbar ist)

Beim Sintern nimmt die geschlossene Porosität zu (bei steigender Temperatur).

Bild im Kompendium S.32

Werkstoffkunde 2 (4 decks)

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