Werkstoffkunde
Keramik
Keramik
Kartei Details
| Karten | 111 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Technik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 04.04.2012 / 29.02.2024 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/werkstoffkunde
|
| Einbinden |
<iframe src="https://card2brain.ch/box/werkstoffkunde/embed" width="780" height="150" scrolling="no" frameborder="0"></iframe>
|
Was bringt eine Politur geschliffener Flächen für die Festigkeit, wenn sonst keine weiteren Gefügedefekte vorliegen ?
Abschätzung der Festigkeitssteigerung !
Oberflächenrauheit (Tiefe der Schleiffurchen) geht als "ac" in die Griffith-Gleichung ein!
Die Festigkeit kann bis um den Faktor 10 gesteigert werden, wenn ordentlich poliert wird.
Was ist der generelle Unterschied zwischen natürlichen und synthetischen Rohstoffen ?
Natürl. Rohstoffe:
~Reinheit abhängig von Lagerstätte, daher undefiniert;
~Korngröße muß durch mechanische Zerkleinerung eingestellt werden.
~Geringer Preis
Synthet. Rohstoffe.
~Chemische Fällungsprodukte definierter Reinheit;
~Preis steigt exponentiell mit Reinheit;
~Korngröße „von unten her“ einstellbar;
~nanoskalige Pulver ohne Zerkleinerung herstellbar.
Was ist der Unterschied zwischen Kunststoff-Spritzguss und Keramikspritzguss?
Kunststoff-Sp.:
~Spritzgussteil ist Fertigteil (abgesehen von Abtrennen des Angußkanals)
Keramik-Sp.:
~ Spritzgussteil ist nach dem Entbindern erst Grünteil ! Keramikpartikel wirken im Prinzip wie „Füller“ im Kunststoff-Spritzgussteil.
Was ist ein „Grünling“ (Grünteil) ?
Ungesinterter (unverfestigter) Pulverformkörper mit den Konturen des späteren Bauteils zuzüglich aller Aufmaße
Was ist spannungsinduzierte Umwandlung ?
Durch äußere Belastung (Zug) herbeigeführte Phasenumwandlung.
Was ist spontane Umwandlung?
Durch große Teilchengröße oder mangelnden Stabilisatorgehalt beim Abkühlen von Sintertemperatur herbeigeführte Phasenumwandlung. Diese führt natürlich auch zu
Druckspannungen und Mikrorissen, ist also nicht prinzipiell schädlich. Allerdings wirkt sie dann nicht mehr in einem Lastspannungsfeld.
Was muss man bei den Rohstoffen beachten, wenn man besonders feinkörnige und homogene
Gefüge erzielen möchte ?
Feine Pulver, enge Korngrößenverteilung und homogene Packungsdichte verwenden.
Was muss man bei den Rohstoffen beachten, wenn man besonders inhomogene Gefüge mit Grobkorn- und Feinkornanteil erzielen möchte ?
Pulver mit verschiedenen Maxima der Korngrößenverteilung verwenden (bimodale, trimodale Verteilungen), also Grobkorn mit Feinkorn mischen.
Was müssen Sie bei der Festlegung der Dimensionen der Formkörper vor dem Sintern beachten ?
Aufmaß wegen (hier angegeben: linearer) Schwindung:
a) beim Trocknen(1-3%) bzw.
Entbindern (15-17% Spritzguss; 1-2% Pressen);
b) beim Sinterprozess (12-15 %)
Aufmaß wegen Hartbearbeitung je nachdem, welche Oberflächengüten erforderlich sind.
Was passiert mit dem Gefüge, wenn man so schnell aufheizt, dass die Stadien der Verdampfung und Kondensation bzw. Oberflächendiffusion rasch übergangen werden und man schnell
zur Grenzflächendiffusion gelangt ?
Schnellere und effizientere Verdichtung, da die Triebkräfte nicht durch Verdampfung/Kondensation und Oberflächendiffusion verschwendet werden !
Homogenere Gefüge sind die Folge, kleine Poren, höhere Enddichten; geringere erforderliche Maximaltemperaturen.
Was passiert, wenn man die Temperaturerhohung am Ende des Anfangsstadiums abbricht?
Weitere Verdichtung erfolgt nach "Wurzel-t"-Gesetz bei den verfügbaren Aktivierungsenergien. Es kommt also nicht zur Grenzflachen- oder Volumendiffusion.
Fur das Gefuge heist das: Offenene Restporositat.
Was passiert, wenn man die Temperaturerhohung in der Mitte des Schwindungsstadiums abbricht?
Weitere Verdichtung erfolgt nach "Wurzel-t"-Gesetz bei den verfügbaren Aktivierungsenergien.
D.h. es erfolgt keine weitere Beschleunigung der Verdichtung. Die Enddichte bleibt geringer als bei weiterer Temperaturerhohung. Es ist also besser, ein wenig hoher zu heizen als lange Zeit bei geringerer Temperatur zu halten.
Fur das Gefuge heist das: Geschlossene Restporositat.
Was sind die Charakteristika einer „Martensitischen“ Umwandlung ?
Diffusionslose (displazive), spontane Umwandlung durch Scherung des Kristallgitters.
Was versteht man unter einer Prozeßzone ?
Lokal ausgedehnte Zone um laufenden Riss und vor der Rissspitze mit aktiven Verstärkungsmechanismen
(z.B. Umwandlungsverstärkung, Faserverstärkung, Mikrorissbildung)
Was versteht man unter Umwandlungsverstärkung ?
Einführung von Druckspannungen durch Phasenumwandlung von Teilchen unter Volumendehnung in einem lastbedingten Zugspannungsfeld.
Was versteht man unter unterkritischem und überkritischem Rißwachstum ?
R-Kurve: Falls die Lastspannung "Sigma-i"
bei keiner Risslange a eine Situation bewirkt, bei der Spannungsintensitatskurve Ki oberhalb der R-Kurve liegt, kommt der Riss zum Stillstand. Die maximale Risslange
betragt dann "a-i" .
Welche apparativen Möglichkeiten hat man, um den Sinterprozess zu beschleunigen?
Druck anwenden !
Der Pressdruck überlagert sich den Spannungen, die beim Materialtransport nützlich sind; auch wird die Teilchenumorientierung in die richtige Richtung (Verdichtung) getrieben.
Welche Branchen erschließen sich durch keramische Werkstoffe gerade völlig neu ?
Energietechnik:
~ Ionenleiter
Sensorik/Aktorik/Mikrosystemtechnik:
~ Piezokeramik;
Medizintechnik:
~ Bioaktive/bioinerte Implantate ....
Welche Dotierungselemente kommen in Frage, wenn man die tetragonale/monokline Hochtemperaturmodifikation
des ZrO2 bei Raumtemperatur stabilisieren möchte ?
MgO, CaO, Y2O3, Ce2O3 u.a., technisch wichtig sind insbesondere MgO und Y2O3.
Welche Eigenschaften der Keramik nutzt man bei der Beschichtung von Turbinenschaufeln ?
Geringe Wärmeleitfähigkeit
Welche Form müssen Poren anstreben, die im Inneren von Körnern sitzen ?
Kugelform wegen der Erniedrigung der Oberfläche relativ zum Volumen (auch wegen der o.g. Oberflächenspannungen).
Welche Gefügedefekte erwarten Sie in axial gepressten Bauteilen?
~Reste von Granulaten (Agglomeraten)
~Dichtegradienten wegen ungleichmäßiger Druckverteilung.
Welche Hochtemperaturanwendungen keramischer Werkstoffe kennen Sie in der Energietechnik?
~Wärmetauscher
~Brennerdüsen
~Kacheln für Müllverbrennungsanlage
~Wärmedämmschichten für Turbinenschaufeln
~Brennstoffzelle...
Welche Keramiken kommen als Wärmetauschermaterialien in Betracht ?
AlN, Si3N4, SiC
Welche Maßnahmen müssen Sie ergreifen, um die Festigkeit eines Bauteils zu erhöhen ?
Griffith-Gleichung:
~Bruchzähigkeit erhöhen
~Defektgrößen erniedrigen
Welche Qualitaten an Rohstoffen (Reinheit, Feinheit...) sind bei den jeweiligen Keramiken erforderlich ?
SLK: Spielt kaum eine Rolle [Ausnahme weise Keramik]
FFK: hohe Reinheiten wegen Korrosion
grobkornig (100ym - 10 mm)
HLK: extreme Reinheiten
Strukturkeramik extrem feinkornig (1 ym )
Welche Spannungen herrschen in Poren ?
Nach innen gerichtete Zugspannungen, die eine Triebkraft für Porenschwund erbringen.
Welche Stückzahlen der einzelnen Keramiktypen werden jeweils pro Muster/Werk und Jahr hergestellt ?
SLK: Dachziegel/Fliesen u.a. Baukeramik: > 10 Mio Stück
Geschirr, Sanitär: ca. 10.000 Stück
FFK: 10.000 t (ungeformte Massen)
> 10.000 Formteile
HLK: 10.000 - > 1 Mio Stück
Welche thermisch bedingten Schwierigkeiten hat man beim Löten von Keramik mit Metallen zu berücksichtigen ?
Wärmedehnungsunterschiede zwischen Metall und Keramik (und Lot).
Welche Verfahrensschritte kann man automatisieren ?
„Handling“:
~Alle Transport- und Handhabungsschritte der Teile (Umsetzen, Stapeln z.B. in Trockenschränke, auf Ofenwagen)
~Verpackung;
Welche Vorzüge haben keramische Biowerkstoffe gegenüber metallischen ?
~Korrosionsresistenz
~Bioaktivität (manche) bzw. Bioinertheit
~höhere Verschleißresistenz
~bessere Ästhetik durch weiße transluzente Farbe.
Welche Vorzüge haben metallische Biowerkstoffe gegenüber keramischen ?
Höherer Bruchwiderstand, größere Zuverlässigkeit
Welche Wärmetransportmechanismen treten bei Faserdämmstoffen auf ?
Strahlung und Konvektion (Luftumwälzung durch Temperaturgradienten)
Welchen Verstärkungsmechanismus zur Steigerung des Bruchwiderstandes schlagen Sie für
hohe Temperaturen vor ?
Faserverstärkung, alle anderen sind nicht mehr wirksam.
Welchen Verstärkungsmechanismus zur Verbesserung der Kriechbeständigkeit schlagen Sie für hohe Temperaturen vor ?
Grobe Gefüge
Welches Formgebungsverfahren würden Sie wählen, wenn Sie eine Serienproduktion (> 1 Mio Stück/Jahr) von Bauteilen mit minderer Oberflächenqualität aufbauen müssten ?
Schlickerguss; wenn bessere Oberflächengüten erforderlich werden, ist Spitzguss im Vorteil.
Welches ist der teuerste Prozeßschritt ?
Hartbearbeitung (50%), gefolgt von Sinterprozess (25 %).
Welches sind die jeweiligen Rohstoffe der drei Keramikbranchen Branchen ?
SLK: Natürliche Rohstoffe
FFK: natürliche und synthetische Werkstoffe
HLK: synthetische Werkstoffe: reine und komplexe Oxide, Nichtoxide
Welches sind die kristallographischen Voraussetzungen für die Umwandlungsverstärkung ?
Spontaner Wechsel der Kristallstruktur (Modifikation) durch displazive Mechanismen unter Volumendehnung (technisch am besten nutzbar, wenn dies mit sinkender Temperatur erfolgt).
Wie äußert sich das Kriechen in einem Spannungs-Dehnungsdiagramm ?
Nach linear-elastischer Dehnung Fließen bei konstanter Last.
