Keramische Werkstoffe werden in drei Gruppen nach ihrer chemischen Struktur eingeteilt. Nennen Sie die Gruppen mit je einem Werkstoff daraus!
Silikatkeramik: Sanitärkeramik aus Steinzeug, Porzellan
Oxidkeramik: Al-Oxid für Wendeschneidplatten, Dicht- und Führungselemente
Nichtoxidkeramik: Si-Carbid und Si-Nitrid für Düsen, Wälzkörper, Abgasturbinenläufer, Schleifscheiben
Welche chemischen Bindungsarten liegen bei der technischen Keramik vor?
Oxidkeramik: Ionenbindung/Atombindung gemischt, Nitride und Carbide: überwiegend Atombindung
Keramiken verhalten sich auf Grund von Bindungsart und Kristallgitter deutlich anders als Metalle, nennen Sie hierzu Beispiele:
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
- Welches Fertigungsverfahren wird hauptsächlich für Bauteile aus keramischen Werkstoffen angewandt (Begründung)?
Pulvermetallurgische Herstellung durch Pressen von Pulvern und anschließendes Sintern. Die Dichte kann durch Variationen wie z.B. Heißpressen, kaltisostatisches oder heißisostatisches Pressen erhöht werden
- Die Eigenschaften keramischer Werkstoffe entstehen erst beim Formgebungsprozess. Deshalb sind sie von den Verfahrensbedingungen abhängig. Welche Einflussgrößen gibt es?
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)
- Welche Größen beeinflussen außer der chemischen Zusammensetzung wesentlich die mechanischen Eigenschaften von keramischen Körpern (Begründung)?
Porengröße, Porenform, Porenvolumenanteil, Oberflächenrauigkeit. Poren und Oberflächenrauigkeit wirken bei mechanischer Belastung als Kerben und können deshalb einen Bruch bei niedrigen Spannungen auslösen.
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
1Siliziumnitrid Si 3 N 4 2 hohe Thermoschockbeständigkeit 3 heißgepresst, auf Grund der minimalen Porosität
- Geben Sie ein Anwendungsbeispiel von Aluminiumoxid!
Schneidplatten für besonders harte metallische Werkstoffe
- Überlegen Sie, welchen Einfluss die Eigenschaft Elastizitätsmodul auf das Thermoschockverhalten eines keramischen Werkstoffs hat!
Ein hoher Elastizitätsmodul erhöht die Thermoschockempfindlichkeit, da thermische Dehnungen besonders große thermische Spannungen erzeugen
- Ordnen Sie die Keramiken MgO, ZrO 2 , Tonerdekeramik, SiC, Steatit und AlN den folgenden Klassen keramischer Werkstoffe zu: a. Nichtoxidkeramik: b. Oxidkeramik: c. Silikatkeramik:
a. Nichtoxidkeramik: SiC, AlN b. Oxidkeramik: MgO, ZrO 2 c. Silikatkeramik: Steatit
- a. Welche Keramik hat die höchste Zähigkeit? b. Welche Nachteile hat diese Keramik gegenüber anderen Hochleistungskeramiken?
a) ZrO 2 b) etwas geringere Härte, nicht absolut korrosionsbeständig in suren Medien
- Warum werden Gelenkköpfe von Hüftimplantaten teilweise aus Aluminiumoxid hergestellt?
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.
- Welche Bindungsarten liegen in folgenden Keramiken vor: Al 2 O 3 Si 3 N 4 MgO SiC ZrB 2
Al 2 O 3 ionische Bindung Si 3 N 4 kovalente Bindung MgO Ionenbindung SiC kovalente Bindung ZrB 2 kovalente Bindung
- Worin unterscheiden sich Grobkeramik und Feinkeramik?
Grobkeramik: Pulverkörner größer als 0,1 mm Feinkeramik: Pulverkörner kleiner als 0,1 mm
- Zeichnen Sie schematisch die Spannungs-Dehnungs- Kurven von Metall und Keramik!
- Keramische Werkstoffe haben bestimmte Vorzüge, deshalb werden sie gern verwendet. Nennen Sie mindestens fünf Beispiele!
Sehr hart,, verschleißfest, korrosionsbeständig, hohe Temperaturbeständigkeit, elektrisch isolierend, geringe bis hohe thermische Leitfähigkeit
- 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)
a) Sintern b) Pulveraufbereitung -> Urfomung -> Grünbearbeitung -> Ausbrennen des Bindemittels -> Sintern
- 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)
a) Sprödigkeit, große Festigkeitsstreuung, geringe Zähigkeit b) Fehler verringern: synthetische Rohstoffe (extrem rein und feinkörnig), Dichtsintern (Druck, Reaktionssintern) Fehlerempfindlichkeit verringern: Umwandlungsverstärkung, Faserverstärkung o.Ä.
