Keramik: Einführung in keramische Werkstoffe Flashcards
Definieren Sie Keramiken
→ alle nichtmetalischen anorganischen, die schwer in Wasser löslich sind und aus Pulver durch Formgebung und eine Temperaturbehandlung (Sintern) hergestellt werden
Was sind Vorteile keramischer Werkstoffe?
- geringe elektrische Leitfähigkeit
- geringe thermische Leitfähigkeit & hohe Temperaturfestigkeit
- hohe Korrosionsbeständigkeit
- hoher Verschleißwiderstand
Wo wird die geringe elektrische Leitfähigkeit genutzt?
- Isolatoren (Porzellan)
- Zündkerzen als Isolatoren (Alumnimiumoxid, Al2O3)
- Platinen (Aluminiumoxid, Al2O3)
Wo wird die geringe thermische Leitfähigkeit & hohe Temperaturfestigkeit genutzt?
→ Nutzung als thermisch isolierende WK
- Isolationsschutz in Brennkammern (Aluminiumoxid, Al2O3)
- Lüfterrad für Öfen (Siliziumcarbid SiC)
- Wärmetauscher (Siliziumcarbid SiC)
- Lambda-Sonden (Zirkonoxid) –> kann Sauerstoff Ionen leiten, was in Verbrennungsmotoren die Kraftstoffeinspritzung regelt
Wo wird die hohe Korrosionsbeständigkeit genutzt?
→ Nutzung als bionierte Konstruktionswerkstoffe oder zur Medientrennung
- Medizinische Anwendungen –> Implantate/Prothesen (Al2O3, ZrO3)
- Membranen für chemische Anlagen
Wo wird der hohe Verschleißwiderstand genutzt?
- Produktionstechnik: Schneideplatten, Bohrer/Fräser (Si3N4, Hartmetall)
- Textilverarbeitung: Textilmesser/Fadenführer (Al2O3)
- Wälzlager (Si3N4, ZrO2, SiC)
- Gleitlager (SiC)
Was sind Nachteile keramischer Werkstoffe?
- spröder Bruch (energiearmer Bruch):
- geringe Zugfestigkeit bei RT
- Lokale Spannungsspitzen führen zum Versagen –> keine Kompensation durch elastische Verformung
- kleine herstellbedingte Fehler bestimmen das Versagen
Streuung der Festigkeit:
-Keramiken haben streuendes Festigkeitswerte → es wird die Versagenswahrscheinlichkeit beim WK angegeben
Unterkritisches Risswachstum:
- Versagen nach einer bestimmten Betriebszeit
- -> Wachstum von Mikrorisse führen zum Bruch
Wenn man Keramiken nach ihrer chemischen Zusammensetzung unterteilen möchte. Welche Kategorien liegen dann vor?
- Silikatkeramik
- Oxidkeramik
- Nichtoxidkeramik
- metallische Hartstoffe
- Verbundwerkstoffe
Welche Unterteilung gibt es, wenn man Keramiken nach ihren Anwendungsfeldern unterteilt?
- Gebrauchskeramik
- Technische Keramik
- Konventionelle
-Hochleistungskeramik
→ Struktur- und Funktionskeramik - Feuerfestkeramik
Aus welchen Schritten besteht die Herstellung von Keramiken
- Rohstoffaufbereitung
- Formgebung
- Sintern (Brand)
- Nachbehandlung (Vererdlung)
Woraus besteht die Rohstoffaufbereitung und welche Arten der Feuchte gibt es?
- Mischen (Korngröße wird eingestellt + Additive hinzugefügt)
- Homogenisieren (gleiche Korngrenze des Pulvers)
- Zerkleinern (bei zu großen Körnern)
Feuchtigkeitunterscheidung:
- Nassaufbereitung > 25% Feuchte (Schlicker)
- Feuchtaufbereitung 3-25% Feuchte
- Trockenaufbereitung < 3% Feuchte
Welche Formgebungsverfahren gibt es?
- Schlickerguss
- Folienguss
- Spritzguss
- Stangpressen
- Uniaxiales Trockenpressen
- Kalt-isostatisches Pressen
In welchen Schritten werden bei der Keramikherstellung Temperaturänderungen genutzt?
- Trocken –> Bei Feucht- oder Nassaufbereitung
- Ausbrennen –> Entbinden plastifizierbarer Massen
- Vorbrennen –> Bei indirekter Formgebung benötigt
- Sintern –> Pulver wird zu einem Festkörper konsolidiert
- Festphasensintern (einphasig/mehrphasig)
- Flüssigphasensintern
Aus welchen Schritten besteht das Sintern?
- Aufheizen auf Sintertemperatur (TSinter < TS)
- Halten
- Abkühlen
Wie ändert sich die Dichte beim Sintern?
- relative Dichte steigt auf 100% während des Haltens
- relative Dichte = Dichte gemessen/ Dichte theoretisch, wenn WK als reiner Körper vorliegen würde
