1
Q
Hochleistungskeramik defininierte Eigenschaften
A
- mechanisch
- thermisch
- chemisch
- elektronisch
- biologisch
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)
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
4
Q
Was sind keramische Verbundwerkstoffe?
A
Keramische Komponenten werden mit Metallen oder Kunststoffen kombiniert
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)
6
Q
Worüber unterscheidet man zwischen traditioneller und Hochleistungskeramik?
A
Art und Verarbeitung der Rohstoffe sind das ausschlaggebender Kriterium
7
Q
Aus welchen Werkstoffen bestehen Hochleistungskeramiken?
A
Aus speziell entwickelten Werkstoffen:
- ausschließlich synthetisch
- sehr hoher Reinheitsgrad
- feine Pulvergröße (oft< 1 Mikrometer)
8
Q
Auf welchen Rohstoffen basieren Silikatkeramiken?
A
Natürliche Mineralien:
- Quarz (SiO2)
- Tonmineralien/Kaolin (Alumosilikate)
- Feldspäte (Alkali-Alumosilikate)
mit allen Verunreinigungen.
9
Q
Welche Eigenschaften haben Alumosilikate und Alkali-Alumosilikate?
A
Alumosilikate: Nach Befeuchtung bildsam verformbar
Alkali-Alumosilikate: Herabsetzung der Glastemperatur
10
Q
Was ist Voraussetzung für eine weiße Farbe der Keramik?
A
Ein geringer Eisenanteil (Sanitär ,Geschirr, Zierkeramik)
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)
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)
13
Q
In welche Untergruppen gliedert sich die technische Keramik?
A
- Traditionelle (technische) Keramik
- Hochleistungskeramik: - Strukturkeramik
- Funtkionskeramik
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.
15
Q
Inwiefern grenzt sich Keramik von Salzen, Glas und mineralischen Baustoffen ab?
A
- Salze: Wasserlöslichkeit
- Glas (<30% kristallin: Glaskeramik): Kristallinität
- Mineralische Baustoffe: Prozesstechnik
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.
17
Q
Was folgt aus der starken chemischen Bindung innerhalb von Keramiken?
A
- hoher Schmelzpunkt
- chemische Beständigkeit
- hoher E-Modul
- hohe Härte
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
19
Q
Wie sieht die Einteilung keramischer Werkstoffe nach chemischen Gesichtspunkten aus?
A
Oxide:
Einfache Oxide
Mischoxide
Silicate
Phosphate
Nichtoxide:
Carbide
Nitride
Boride
Silicide
20
Q
Wie lauten die Schritte des keramischen Herstellungsprozesses und was passiert jeweils?
A
- Pulveraufbereitung - Formgebung:
Bei Raumtemperatur wird das Pulver aufbereitet und zum Grünkörper (kreideähnliche Vorform) geformt - Brand/Sintern:
Erfolgt bei 70-80% der Schmelztemperatur.
Hier finden irreversible chemische Prozesse und Gefügeveränderungen statt. (mögliche Gefügedefekte) - Endbearbeitung:
Bsp.: Schleifen, Polieren
Erst danach ist das Bauteil fertig. (manchmal teurer Schritt)
21
Q
Was bewirkt die Zerkleinerung während der Aufbereitung?
A
Zerkleinerung bewirkt eine Erhöhung der Oberfläche.
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
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.
24
Q
Wann wird eine Trockenaufbereitung durchgeführt?
A
- Bergfeuchte der Tone unter 10-12%
- Anteil an Quarz, Kalk, Feldspat sehr hoch
- Zementindustrie
- Feuerfestindustrie
- Glasrecycling
25
Wie läuft eine Trockenaufbereitung ab?
Die Rohstoffe werden in einer kontinuierlich arbeitenden Mühle zerkleinert:
1. Zerkleinern
2. Trocknen
3. zu Korngrößen aufmahlen
4. Mischen
5. Korngrößenklassen trennen
26
Wie sieht eine typische Walzenschüsselmühle aus?
Bild => ???
27
Wofür dient die Nassaufbereitung vor allem und wie läuft sie ab?
Dient vor allem der Herstellung von Gießschlickern.
In Trommelmühlen wird das Mahlgut mit Wasser und Mahlkörpern kontinuierlich/diskontinuierlich zerkleinert (gestürzt).
28
Welche Mahlkörper verwendet man bei der Pulverisierung von Keramik und Metallen?
Metall: Stahl, Hartguss und Hartmetalllegierungen
-> Kugeln/Zylinder
Keramik: Aluminiumoxid, Zirkonoxid, natürliche Quarzkiesel
29
Nach welchem Prinzip arbeitet der Attritor und wie ist er aufgebaut?
Prinzip: Rührwerkskugelmühle (rotierender Rührarm)
Wird nass betrieben (Umwälzung besser, Wärmeabfuhr)
Rotation: 100-1000 Umdrehungen pro Minute
30
Was ist das besondere am autogenen Mahlen? Welche Apparate gibt es?
Beim autogenen Mahlen kommt das Pulver nur mit gleichartigem Material in Berührung (keine Mahlkörper!)
Strahlmühle: Hoher Druck gegen Prallwand/Pulverstrahl
Jet/Gegenstrommühle: Kreuzende Teilchenstrahle
31
Wie läuft die Sprühtrocknung ab?
Nasse Suspensionen werden zu Granulaten aufbereitet.
Die Suspension wird zersprüht und durch Luft(300°C) getrocknet. Dabei gibt es zwei Verfahren.
- > Zentrifugalzerstäubung
- > Düsenzerstäubung
32
Was passiert bei der Formgebung allgemein?
Aus
- verflüssigtem Schlicker / plastifizierter Masse / Granulaten -
wird ein Grünkörper mit definierter
- Größe / Form / Dichte -
und reproduzierbaren Toleranzen gefertigt.
33
5 typische Formgebungsverfahren
| + Toleranz (%)
```
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 %)
34
Arten Formgebung
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
35
Schlickerguss
| Pro/Con
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
36
Foliengießen
| Ablauf und was wird hergestellt
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
37
Elemente Foliengießanlage
Schlickeraufgabe
Folienabnahme
Edelstahlband
->Warmluft -> Warmluft mit verdampften Lösungsmitteln
38
Strangpressen Produkte
```
Ziegel
Fliesen
Rohre
Substrate
„Honeycomb“-Katalysatorträgerstrukturen
```
39
Strangpresse Elemente
```
Masseaufgabe
Homogenisierungsschnecke
Schleuse
Vakuumkammer
Förderschnecke
Mundstück
Masseaustritt
```
40
Strangpressen
| pro/con
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
41
Wie Massen für Strangpressen plastifizieren & was bei Bearbeitung beachten
Plastifizierung
- bei ton/kaolinhaltigen Massen durch Wasser
- bei (nicht-)oxidischen Massen durch Bindersysteme
Beachten: S-förmige Makrotexturen zerstören Bauteile (Extrusion führt zu Texturen)
42
Keramik Spritzguss
| Ablauf
Keramisches Pulver (40-60%) mit organischen Bindern/Plastifizerern (60-40%) mischen
- > Abkühlen und Granulieren
- > Spritzen wie beim Kunststoff
43
Mögliche Formen Spritzguss & typische Bauteile
Kleine Bauteile mit komplexer Geometrie mit geringer Wandstärke, große Stückzahl
Typisch:
- Fadenführer
- Wendeschneidplatten
- Schweißdüsen
- Turboladerrotoren
44
Häufige Fehler Spritzguss
Einfallstellen
Feistrahl
Texturen (eingeschlossene Poren)
Fließnähte
45
Entbindern
Binder/Plastifizierer aus Grünkörper austreiben
46
Arten von Entbindern
Thermisch
Lösen
Kapillar
47
Thermisch Entbindern
Verdampfen, Oxidieren
48
Entbindern durch Lösen
In organischen Lösungsmitteln
in Wasser
In CO2 unter Hochdruck
49
Kapillares Entbindern
Heraussaugen des geschmolzenen Kunststoffs
50
Optimierungsparameter Spritzguss
```
Korngrößenverteilung
Art Werkzeugfüllung
Schneckengeometrie&Drehzahl
Einspritzdruck
Einspritzgeschwindigkeit
Werkzeugtemperatur
Viskosität organ. Bestandteile
```
51
Spritzguss
| Pro/Con
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
Arten Trockenformgebung
Axiales Trockenpressen
Isostatisches Trockenpressen
—> bei 0-3% Wassergehalt
53
Axiales Trockenpressen
- Stempelpressen
- 50-600MPa
- einfache Geometrien
- keine Hinterschneidungen
- gute Maßhaltigkeit
54
Isostatisches Trockenpressen
- flexible Gummimatrizen
- bis 300 MPa
- komplexe Formen
- starker Verzug
55
Brand
| Vorgänge
—> alle technischen Vorgänge zur Konsolidierung der pulverigeren Formkörper
Bsp:
- Ofenbau
- Temperaturführung
- Energieeintrag ins Gut
- Stapelung der Formkörper
56
Sintern
| Vorgänge
—> alle physikalisch-chemischen Vorgänge in einem Formkörper (Kinetik der Konsolidierung)
Bsp:
- Wärmebehandlung
- Verringerung Porenvolumen durch Schwindung
- Verfestigung durch Sinterhalsbildung/Korngrenzen
57
Was wird gesintert?
Materialien mit hohem Schmelzpunkt
Kombination mit unterschiedlichen Schmelzpunkten
Material mit hohem Dampfdruck
Reinste Stoffe
58
Festphasensintern
Bestandteile sind fest und schmelzen nicht auf
Verdichtung durch
- Diffusion
- Verdampfung
- Kondensation
59
Wo Verdichtungsverlauf ablesen?
Sinterkurve
Bestimmung durch Messung Längenänderung als Fkt. der Temp. und isoth. Haltezeit bei Maximaltemp.
Startpunkt: Grünkörperzustand
60
Sintern -> wo besonders sorgfältig sein?
Beim Abkühlen
- > Wärmedehnung
- > Phasenumwandlungen
61
Die 4 Sinterphänomene
- Sinterhalsbildung
- Kornwachstum
- Porenschwund
- Porenwachstum
62
Die 4 wichtigsten atomaren Transportmechanismen
1) Verdampfung
2) Oberflächendiffusion
3) Korngrenzendiffusion
4) Volumendiffusion (Gitterdiffusion)
1->4: zunehmende Aktivierungsenergie (höhere Temp.)
63
Wie verläuft das Kornwachstum und was entsteht dabei?
Pulverkörner->Punktkontakte->Korngrenzen mit Sinterhälsen->geschlossen Porosität->12 Nachbarn->Kuboktaeder (14 Flächen)
6 Würfelflächen +8 Oktaederflächen=14 (Tetrakaidekaeder)
64
Welchen Einfluss hat die Temperatur auf das Keramikgefüge?
```
Hohe Temperatur->Keramikgefüge vergröbert.
Auch sqrt(t)-Gesetz genannt.
```
65
Inwiefern unterscheiden sich die keramischen Werkstoffe von Metallen?
- Keramische Werkstoffe: höhere strukturelle Komplexität (große Elementarzellen, niedrige Symmetrien)
- Keramik: Fließspannung>Bruchspannung
- Metall: Fließspannung
66
Was verhindert plastische Verformung von Keramik?
- hohe Bindungstärke
- lokalisierte Elektronen (Ionen, Orbitale)
- große Verschiebungsdistanzen (Burgers-Vektoren)
- niedrige Kristallsymmetrien (geringe Anzahl Gleitrichtungen(von-Mises-Kriterium))
67
Wo liegt die typische Bruchdehnung von Keramik?
Bei 0,1-0,4%
68
Wie lautet die Gleichung der kritischen Griffith-Energie?
G=dW/dA-dUel/dA=dUf/dA
Griffith Energie wird kritisch (Index c) wenn es zum Bruch kommt.
69
Wann setzt Rissfortschritt ein?
Wenn die elastisch eingespeicherte Energie größer als die Bruchenergie ist.
(pi*a*sigma^2)/E>=Gc
70
Gleichung elastische Energie
1/2*sigma^2/E=elastische Energie
71
Was besagt die Spannungssingularität?
An scharfen Kerben mit Rissspitzenradius 0 müssen unendlich hohe Spannungen auftreten.
In das umliegende Gefüge klingt dies mit r^(-1/2) ab.
72
Wie lautet die Definition des Spannungsintensitätsfaktor?
K=Sigma*sqrt(pi*a) [MPa*sqrt(m)]
a: allgemeine Länge
Sigma: allgemeine Spannung
Übertragungsfaktor einer äußeren Spannung auf ein Volumenelement der Ausdehnung a.
73
Wie lautet die Griffith-Gleichung? (Irwin-Beziehung)?
sigmac=(Kc)/(Y*sqrt(pi*ac))
74
Welche Bruchmodi gibt es?
Zug
Schub
Scherung
75
Wie lautet die Griffith-Gleichung für den uniaxialen Zugzustand?
- Gerader Riss, unendlich große Probe: Y=sqrt(pi)
- Kantenriss: Y=1,12*sqrt(pi)
- Penny-Riss: Y=2/sqrt(pi)
76
Wie verhalten sich Druckfestigkeit und Zugfestigkeit zueinander?
Druckfestigkeit=15*Zugfestigkeit
77
Wann läuft ein Riss katastrophal ab?
Sigma*sqrt(pi*a)>=sqrt(EGc)
K>=KIc
lokaler Spannungsintensitäsfaktor>=Bruchzähigkeit
78
Eigenschaften von Keramik in Bezug auf Bruchverhalten
- Keramik ist formstabil bis zum Bruch
- Wenn Keramik bricht, dann meist katastrophal
- Es gibt keine duktile oder duktilisierte Keramik
- Keramik ist immer spröde
79
Wie wirken die Rissspitzenradien auf die Spannung?
Es kann zur Spannungserhöhung kommen umso schärfer die Spitze ist.
sigmayy=2*sigmaex*sqrt(a/roh)
80
Wie lassen sich Kerbspannungen vermeiden?
- Nie scharfe Konturübergänge schaffen
| - Kerbwirkung vermeiden
81
5 Grundannahmen der Bruchstatistik
- 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
Theorie hinter Weibull-Statistik
"Modell des schwächsten Gliedes"
Prinzip: Kette (versagt, wenn schwächstes Glied bricht)
Bauteil wird in kleine Volumenelemente zerlegt: Versagenswahrscheinlichkeit bestimmt durch jedes einzelne Volumenelement
83
Weibull-Gleichung
F=1-exp(-(Veff/V0)*(sigmac/sigma0)^m)
| F=Ausfallwahrscheinlichkeit
84
6 Schritte der Weibull-Statistik
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
Was sagt der Weibull-Parameter m aus?
m=Maß für die Zuverlässigkeit eines Bauteils
großes m: Streuung der Festigkeitswerte klein
kleines m: Streuung der Festigkeitswerte groß
86
Über welche Formel erlaubt Weibull-Statistik Extrapolation auf Bauteile anderer Volumina?
sigma1=sigma2*(V2/V1)^(1/m)
Größere Bauteile haben geringere Festigkeiten: Wahrscheinlichkeit für kritische Fehler größer
87
Methoden zur Risikominimierung für Versagen eines ausgelieferten Teils
- Proof-Test: Spannung anlegen und versagende aussortieren
- Werkstoffoptimierung: Materialverhalten enger gestalten
- Zerstörungsfreie Prüfung: Ultraschallmikroskopie usw.
88
Über welche Mittel kann man Gefügefehler beherrschen?
-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
Zu welcher Veränderung führt eine Beherrschung der Gefügefehler?
Große Defekte treten nicht mehr auf.
| Wahrscheinlichkeit für sehr kleine Defekte steigt.
90
Worauf zielen Verstärkungsmechanismen ab?
Bruchenergie eines Werkstoffes durch entsprechende Gefügeoptimierung zu erhöhen.
91
Strategien bei Verstärkungsmechanismen
- Bruchfläche erhöhen
- Riss ablenken
- Riss stoppen
- Rissflanke zusammenhalten
- Zugspannungen abbauen
- Druckspannungen aufbauen
Die meisten führen zu mehrphasigem Gefüge (Dispersionskeramik, Verbundwerkstoff)
92
Wie kann man beispielsweise Zugspannung in einem Gefüge minimieren?
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
Wie funktioniert Partikelverstärkung/Rissfrontbiegung?
Energie verbrauchender Schritt: Aufbau einer Gegenspannung (Linienspannung) in Gegenrichtung zur Rissausbreitung.
Vorraussetzung: Riss bleibt an der Teilchenkette hängen
94
Was muss man bei der Verstärkung mit duktilen Teilchen beachten?
R-Kurven Effekt.
- Es kommt zu lokal unterschiedlichen Bruchwiederständen.
- Teilchen werden zunächst vom Riss umgangen.
- Anschließend elastisch, später plastisch verformt, bevor sie reißen
95
Prinzip und Idee der Rissablenkung
- Prinzip: Aufbau innerer Spannungen durch Teilchen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizient.
- Idee: Herstellung eines Verbundwerkstoffes, Nutzung der Wärmeschwindung beim Abkühlen von Sintertemperatur.
96
Worauf beruht die Rissablenkung grundsätzlich?
Riss trifft auf ein Hindernis, wird gestoppt und anschließen um einen best. Winkel abgelenkt.
Spannung verringert sich um:
sigmayy=sigmaex*cos(phi)
97
Wie kann man Risse, welche nicht auf Teilchen treffen, einfangen?
Diese Risse werden durch innere Spannungen gefangen.
Diese werden automatisch beim Abkühlen von der Sintertemperatur eingebracht.
98
Wo gilt die Sensing-Gleichung?
Im Bereich der Rissablenkung durch bei der Abkühlung eingebrachte Eigenspannung (für kugelförmige isotrope Partikel)
99
Welche drei Fäller treten bei der Rissablenkung an Teilchen auf?
-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
Wann und in welcher Art und Weise kommt es zu Rissverzweigung?
- alpha(Teilchen) < alpha(Matrix): radiale Mikrorisse
| - alpha(Teilchen) > alpha(Matrix): tangentiale Mikrorisse
101
vier Arten von Energie für atomare Transportmechanismen
- chemische E. (Erniedrigung chem. Potenzial --> Reaktion, Oxidation...)
- elastische E. (Verzerrung-->Spannung/Dehnung)
- Oberflächenenergie (Erniedrigung Gesamtoberfläche)
- Grenflächenenergie (Verringerung Grasflächen (Kornwachstum))
102
was charakterisiert Transportmechanismus Verdampfung&Kondensation?
- wirkt im Anfangsstadium des Sinterns
- Körner sind konvex, Sinterhälse konkav--> wachsen auf Kosten der Körner radial
- Verschlankung und Kettenbildung
103
Was gild für das Kornwachstum nach dem Prinzip der Verdampfung&Kondensation?
entweder Bildung von kugeligen Teilchen (Minimierung Oberflächenenergie durch gesingste Fläche) oder Bildung von facettierten Kristallen (Minimierung Oberflächenenergie durch niedrigenergetischste Kristallfläche)
104
Inwiefern gleichen sich Gesetzmäßigkeiten und Triebkraft der Transportmechanismen Verdampfung&Kondensation, Oberflächendiffusion und Korngrenzendiffusion?
```
Es gelten die gleichen Gesetzmäßigkeiten.
Triebkräfte unterschiedlich:
V&K: Dampfdruckunterschied
Oberfl.diff.: Oberflächenspannung
Korngr.diff.: Grenzflächenspannung
```
105
Was passiert bei der Korngrenzendiffusion?
Korngrenzen wandern in Richtung ihrer Krümmungsradien.
| Tatsächlich diffundieren Atome in die Gegenrichtung
106
Was passiert bei der Korngrenzendiffusion wenn Oberflächen und Grenzflächen kombiniert werden?
Es kommt zum Einbau von Leerstellen (Situation des Sinterhalses)
107
Was passiert bei der Entstehung eines Sinterhalses?
| Was sind die Triebkräfte?
Leerstellen werden in eine Verengung (Sinterhals) eingebaut. Es entsteht ein Leerstellen-Konzentrationsgradient
Triebkräfte: Ausgleich chem. Konzentrationsgradienten, Relaxation der Oberflächenspannungen
108
Arten Porosität
geschlossene (Porenraum ohne Verbindung nach außen)
offene (durchströmbarer Porenraum)
Beim Sintern nimmt die geschlossene Porosität zu
109
was charakterisiert Volumendiffusion?
Effektivster Mechanismus des Materialtransports.
Wird genutzt um Schwingung herbeizuführen.
Partikel->Diffusionsgeschwindigkeit:
- Ionen->sehr schnell
- Kationen&Anionen->unterschiedlich(nur gemeinsam!)
- Sauerstoff->am langsamsten
110
Ordne die vier wichtigsten atomaren Transportmechanismen nach zunehmender Aktivierungsenergie. (G)
- Verdampfung und Kondensation
- Oberflächendiffusion
- Korngrenzendiffusion
- Volumendiffusion (Gitterdiffusion)
111
Was sind die vier elementaren Sinterphänomene?
- Sinterhalsbildung(an Korn-Korn-Kontakten)
- Kornwachstum (Grenzflächenenergie vernichtet)
- Porenschwund (Verringerung Oberflächenenergie)
- Porenwachstum (Verringerung Oberflächenenergie)
112
Wie funktioniert der Schlickerguss und welche zwei Arten gibt es?
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
Welche Elemente hat eine typische Foliengießanlage?
Schlickeraufgabe, Edelstahlband, Warmluft mit verdampften Lösungsmitteln, Warmluft, Folienabnahme
Bild im Kompendium S.14
114
Wie ist eine typische Spritzgießanlage aufgebaut?
Kompendium S.16
115
Wie sieht das axiale Trockenpressen zu Pressbeginn und Pressende aus?
Kompendium S.17
116
Wie sieht das isostatische Trockenpressen zu Pressbeginn und Pressende aus?
Kompendium S.18
117
Welche Arten von Porosität gibt es?
- 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
