Werkstoffkunde
Keramik
Keramik
Kartei Details
| Karten | 111 |
|---|---|
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Technik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 04.04.2012 / 29.02.2024 |
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Wie bringt man am besten gleichmäßige unterkritische Porosität in ein Bauteil hinein ?
Stoppen der Verdichtung am Ende des 2 Sinterstadiums oder etwas später (je nach Porengröße)
Wie erzeugt man im Gefüge Texturen, also Vorzugsorientierungen von faser- oder plattenförmigen Teilchen ?
Spritzguß > Trockenpressen > Schlickerguß.
Ursachen sind Strömungen, Wandreibung, Ausweichen auf Druck.
Wie groß dürfen die Poren[Wechselwirkung Riß <=> Poren] maximal werden, um nicht die Festigkeit zu erniedrigen ?
< "ac"
Wie groß dürfen die Teilchen der Rißfrontbiegung maximal werden, um nicht die Festigkeit zu erniedrigen ?
< "ac"
Wie groß sind die Eigenspannungen in mehrphasigen Hochleistungskeramiken ungefähr (Größenordnung genügt) ?
100-1000 MPa
Wie hat die Entwicklung der Keramik die anderen Technologien (Elektrotechnik, Stahlerzeugung, technische Chemie) beeinflusst?
Keramik ist Schlüsseltechnologie. Sie ermöglicht die Entwicklung neuer Technologien, manchmal aber nur vorübergehend. Beispiele:
E-Technik:
~ Ohne Keramik k e i n e Entwicklung der E-Technik im 19.Jhdt. möglich ! Heute – abgesehen vom Hochspannungs- bereich – Verdrängung durch Kunststoffe
Stahlerzeugung:
~ Ohne feuerfeste Werkstoffe keine Metallurgie möglich !
Chemie:
~ Im 19. Jhdt. Ohne Keramik keine Chemie denkbar; heute weitgehende Verdrängung durch Kunststoffe
Wie kann man die Triebkräfte beeinflussen ?
~Oberfächenenergie erhöhen: Mahlen, feine Pulver synthetisieren.
~Grenzflächenenergie erhöhen: Sinteradditive
~Chemische Energie erhöhen: Reaktionssinterverfahren durchführen, d.h. Ausgangsstoffe wählen, die miteinander reagieren (zu Mischkristallen, neuen Verbindungen)
~[Verzerrungsenergie erhöhen: bei Metallen sehr hilfreich: Mahlen, Verformen bei der Formgebung durch z.B. Pressen]
Wie kann man mit die behandelten Effekte nutzen, um mit dem Sinterprozess Filterwerkstoffe oder Katalysatoren mit großen inneren Oberflächen usw. herzustellen?
~Abbruch des Sintervorgangs am Ende des 1.Sinterstadiums (Anfangsstadium);
~Nutzung der Verdampfung/Kondensation und Oberflächendiffusion zur Ausbildung definierter offener
Porosität
Wie kommt das "delta-T" der Selsing-Gleichung zustande?
Was ist die obere Temperatur To ?
T1: Prüftemperatur, bei der die Spannungen betrachtet werden
T0: ist diejenige minimale Temperatur, bei welcher spannungsrelaxierende Prozesse gerade noch spurbar ablaufen (also aktive Korngrenz-diff. bzw. aktives Korngrenzengleiten über Glasphasen oder Groswinkelkorngr.). D.h. unterhalb dieser
Temperaturen "frieren" beim Abkuhlen von Sintertemperaturen alle Spannungen ein, bzw. bauen sich erst auf, da "delta-T" steigt
T0: kritische Spannungsrelaxationstemp.
Wie müssen Sie die Oberflächenkonturen von Bauteilen aus Keramik gestalten, die Querschnittsverjüngungen
aufweisen sollen ?
Für die Übergänge große Radien vorsehen, Kerbwirkung vermeiden !
Formel für Spannung als Funktion des Kerbradius !!!
Wie schätzen Sie den Standort Deutschland/Westeuropa für diese Branchen ein ?
Wo gibt es steigende, wo stagnierende, wo fallende Umsatzzahlen ? Warum ?
SLK: hohe Personalkosten wg. Handarbeit; kann wieder attraktiv
werden, wenn Automatisierungsgrad erhöht wird (Fliesen,
Dachziegel, Geschirr), sonst allgemeine Stagnation
FFK: leicht steigende Tendenz wegen Stahlboom; Rohstoffe kommen aus Asien (China), daher oft Verlegung der Produktion an den Ort der Rohstoffgewinnung.
HLK: inkl. Traditionelle technische Keramik: konstant ca. 10%
Wachstum seit vielen Jahren
Wie sehen die Gefüge der Silikatkeramik, der feuerfesten Werkstoffe und der Hochleistungskeramik prinzipiell aus ?
SLK: heterogen, porös, Korngröße wenig relevant
FFK: heterogen, 15-17vol% Porosität, sehr grobkörnig
HLK: extrem homogen, Porosität und Korngröße auf Anwendungsfall zugeschnitten
Wie sehen Mg-PSZ-Gefüge aus ?
Grobkörnige kubische Matrix mit feinen tetragonalen Ausscheidungen, die nach monoklin umwandeln können.
Wie sehen Y-TZP-Gefüge aus ?
Feinkörniges Gefüge (< ca. 500 nm)
Wie unterscheiden sich der metallurgische und der keramische Prozess prinzipiell voneinander ?
Wegen der fehlenden Umformbarkeit nach der Halbzeugherstellung erfolgt bei der Keramik zuerst die Rohstoffaufbereitung und Formgebung zum (kreideähnlichen) Grünkörper, dann die irreversible, zu stofflichen und strukturellen Änderungen führende Wärmebehandlung. Das Teil ist danach so verfestigt, dass eine weitere Behandlung nur noch durch Schleifen möglich ist.
Metalle können – evtl. nach Wiedererwärmung - weiter
verformt werden.
Wie unterscheiden sich feinkörnige und grobkörnige Pulverpackungen in ihrem Sinterverhalten in Bezug auf die Materialtransportmechanismen der Verdampfung und Kondensation bzw. der Oberflächendiffusion?
Feinkörnige Teilchen haben einen höheren Dampfdruck als grobe. Die freie Weglänge für Oberflächendiffusion ist kleiner bei feinkörnigen Materialien. Die gen. Mechanismen sind also
sehr viel wirksamer als bei grobem Pulver.
Wie unterscheiden sich feinkörnige und grobkörnige Pulverpackungen in ihrem Sinterverhalten in Bezug auf die Materialtransportmechanismen der Verdampfung und Kondensation bzw. der Oberflächendiffusion?
Feinkörnige Teilchen haben einen höheren Dampfdruck als grobe. Die freie Weglänge für Oberflächendiffusion ist kleiner bei feinkörnigen Materialien. Die gen. Mechanismen sind also
sehr viel wirksamer als bei grobem Pulver.
Wie verhalten sich nanokristalline Pulver nach der Herstellung bei Raumtemperatur?
Sie beginnen bei Kontakt bereits spontan Sinterhälse auszubilden. Schädlich für die Formgebung !
Man muss erst diese Teilchenketten „knacken“.
Wie wichtig ist das Mahlen, Homogenisieren, Dispergieren der Rohstoffe für den weiteren
Herstellungsprozeß und die Eigenschaften der Erzeugnisse ?
Sehr wichtig für:
a) Formgebung: größere und gleichmäßige Packungsdichten werden erzielt
b) Sinterprozess: Schwindung beginnt bei niedrigeren Temperaturen und führt zu höheren Enddichten
c) mechanische Eigenschaften: höhere Festigkeit
Wie wirken Eigenspannungen in einer Al2O3/ZrO2-Mischkeramik auf die Phasenumwandlung?
"Alpha":
Al2O3= 8x10-6 1/K;
ZrO2= 10x10-6 1/K
Sind ZrO2-Keramiken gute verschleisresistente Werkstoffe ? Argumentieren Sie mit der Harte und der Warmeleitfahigkeit?
Al2O3-Matrix schwindet weniger als ZrO2-Teilchen. Es entstehen um das ZrO2-Teilchen radiale Zugspannungen, die die Umwandlung fördern. Auf diese Weise lässt sich die Umwandlung gerade so unterdrücken, dass das ZrO2 (bei kleiner Korngröße) in einem Lastspannungsfeld umwandelt.
Wie wirken sich große Teilchen relativ zu kleinen Teilchen bei gleichem Abstand aus ?
Große Teilchen heißt großes 2r im Diagramm; Kurven steigen nach links an, d.h. Festigkeitserhöhung
nimmt (wenig) zu.
Wie wirken sich hohe Teilchenkonzentrationen auf den Rißablenkungsmechanismus aus ?
Zunächst positiv, bis es zu einer Überlagerung der Spannungsfelder kommt und der Riss nicht mehr in Wechselwirkung mit diesen tritt. Ferner beachten Sie bitte das steigende Risiko für die Bildung von Gefügeinhomogenitäten und Defekte.
Wie wirkt sich das Glasieren und Dekorieren von Silikatkeramik wirtschaftlich auf die Kosten der traditionellen Erzeugnisse aus ?
Verteuernd wegen der Handarbeit.
Wie wirkt sich eine höhere Ausgangsdichte auf den weiteren Verdichtungsprozess aus ?
Wie wirkt sich eine höhere Ausgangsdichte auf den weiteren Verdichtungsprozess aus ?
Schwindung beginnt bei geringeren Temperaturen und führt zu höheren Enddichten.
Wie würden Sie einen leichten, aber wasserdichten Sinterkörper herstellen ?
~Abbruch des Sintervorgangs am Ende des 2.Sinterstadiums (Schwindungsstadium);
~Nutzung des Porenschlusses zur Ausbildung definierter geschlossener Porosität (ein kleiner Rest offener Porosität bleibt ggf. übrig).
Wieso benötigen Hartgewebeersatz-Implantate („Knochenreparaturstücke“) aus Calciumphosphatkeramik
eine definierte Porosität ?
Knochenzellen konnen Keramik besser resorbieren, wenn die Porendurchmesser 70-400 ym betragen. (Zelldurchmesser ca. 30 ym).
Wieso kann die Wärmeleitfähigkeit durch reine Korngrenzen und große Körner verbessert werden ?
Größere freie Weglänge für Phononen bis zur nächsten Impedanz (Hindernis): Korngrenze.
Wieso wirken die mehrphasigen Sintersysteme kornwachstumshemmend ?
Körner einer Zweitphase stehen der Korngrenzenwanderung der Matrixphase im Wege und andersherum. Sie müssen von der Korngrenze umgangen oder geschnitten werden.
Dabei baut sich eine Linienspannung auf, die der weiteren Korngrenzenbewegung entgegengerichtet ist.
Wo würde man am besten Qualitätskontrollen einbauen ?
~Rohstoffe (Eingangsprüfung:(Mineralbestand, Korngröße, chemische Zusammensetzung);
~danach mangels hochauflösender Charakterisierungsmethoden nahezu unmöglich;
~nach dem Sinterprozess (Rissfrei, Verzug der Geometrie); ~nach der Hartbearbeitung (Schleifen...), dann mechanische, elektrische usw. Funktionsprüfung.
[Bei den nicht kontrollierbaren Zwischenschritte sollten zumindest die apparativen Parameter erfasst und archiviert werden, damit man später Fehler zurückverfolgen kann.]
Wovon hängt die Ausgangsdichte ab ?
~Von der Packungsdichte und Korngröße der Pulver: also möglichst hohe Packungsdichte (gleichmäßige Pulverteilchen, Kugelform hilfreich, kleine Korngrößen).
[Im Idealfall Korngrößen so wählen, dass man auch die Lücken in der Dichtestpackung füllen kann.]
~Ferner vom Formgebungsverfahren, das eine möglichst hohe Grünkörperdichte erreicht
(Kaltisostatpressen > axiales Trockenpressen > Schlickerguss > Spritzguss.)
Würden Sie – um ein homogenes Gefüge bei optimaler Verdichtung einzustellen – eher länger bei niedrigeren Temperaturen sintern oder lieber kurz bei hohen Temperaturen (Begründung)?
Lieber kurz bei höheren Temperaturen, da höhere Enddichten erzielbar sind.
