Werkstoffkunde 2 (Subject) / Keramiken und Glas (Lesson)

Keramiken und Glas

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• Keramische Werkstoffe lassen sich nach ihrer chemischen Zusammensetzung in drei Klassen einteilen. Nennen Sie diese drei Klassen und dazu jeweils einen Vertreter. Silikatkeramik: Porzellan, Cordierit, Steatik (Speckstein) Oxidkeramik: Aluminiumoxidkeramiken, Zirkonoxidkeramiken Nichtoxidkeramiken: Karbidkeramiken, Boridkeramiken, Nitridkeramiken
• Nennen Sie eine Werkstoffeigenschaft von Keramiken, die in technischen Anwendungen in der Regel eine Herausforderung darstellt. sprödes Verhalten
• Die Temperaturwechsel-Beständigkeit stellt eine Größe dar, die zur vergleichenden Abschätzung der (mechanischen) Beständigkeiten verschiedener Keramiken gegenüber Temperaturänderungen herangezogen werden kann. Welche (thermo-)mechanische Kennwerte setzt die Temperaturwechsel-Beständigkeit in Beziehung? (Biege-)Festigkeit, E-Modul, Wärmeausdehnungskoeffizient R1=σb/Eα
• Welche Keramiken weisen die höchsten Wärmeleitfähigkeiten (unter den Keramiken) auf? Aluminiumnitridkeramiken, Karbidkeramiken
• Welche Keramiken weisen die höchsten Härten (unter den Keramiken) auf? (kubisches) Bornitrid
• Welche Keramik weist die höchste Festigkeit und die höchste Zähigkeit (unter den Keramiken) sowie eine hervorragende Verschleißbeständigkeit auf, so dass sie sogar als Rollen in Wälzlagern Verwendung findet? Siliziumnitrid (Si4N3)
• Aus welchen Gründen werden im Allgemeinen zur Festigkeitsprüfung von Keramiken Biegeversuche (3-Punkt-Biegeversuch bzw. 4-Punkt-Biegeversuch) und Druckversuche herangezogen, aber nur selten Zugversuche? Im Zugversuch an Keramiken lassen sich unerwünschte Biegespannungen aufgrund geometrischer Fehler bei der Probenausrichtung sowie Kerbwirkung bei der Lasteinleitung nur mit großem Aufwand beherrschen.
• Die Bruchzähigkeit (auch: kritischer Spannungsintensitätsfaktor) K-Ic stellt eine Werkstoffkenngröße für spröde Werkstoffe (wie z.B. Keramiken) dar. Welche Größen setzt sie miteinander in Beziehung? Nennen Sie den formelmäßigen Zusammenhang und bezeichnen Sie die Größen. KIc ~ σc * sqrt(πa) Defektgröße (Risslänge 2a) und Festigkeit (kritische Spannung σc)
• Nennen Sie drei unterschiedliche Werkstoffeigenschaften von Keramiken. spröde korrosionsbeständig hitzebeständig
• Nennen Sie den Kennwert zur vergleichbaren Abschätzung der Beständigkeit verschiedener Keramiken gegen Temperaturänderungen. Termperaturwechselbeständigkeit
• Benennen Sie den Versuch zur Festigkeitsprüfung von Keramiken. 3-Punkt-Biegeversuch
• Erläutern sie den Unterschied von Keramik und Glas in der Atomanordnung. Glas: Nahordnung Keramik: Fernordnung
• Wie ändert sich die kritische Spannung, wenn sich in einem Werkstoff die Risslänge vervierfacht? kritische Spannung halbiert sicht σc ~ KIc / sqrt(πa)
• Was besagt das Gesetzt von Paris? Ermüdungswachstum pro Zyklus da/dN = C*(ΔK)^m ΔK = Kmax - Kmin = (σmax - σmin)*sqrt(a)*const
• Aus welchen Gründen sind Silikatkeramiken wesentlich kostengünstiger als Oxid- oder Nichtoxidkeramiken? gute Verfügbarkeit der Rohstoffe niedrige Sintertemperatur gute Prozessbeherrschung
• In welchen technischen Anwendungsfeldern kommen Silikatkeramiken hauptsächlich zum Einsatz? Wärme-, Regelungs-, Messtechnik
• Welche Klasse der Keramiken weist den höchsten Anteil an kovalenten Bindungen auf? Welche Herausforderungen bei der Herstellung bringt dies mit sich? Nichtoxidkeramiken Sintervorgang erschwert feine Pulverteilchen, hohe Sintertemperatur, Sinteradditive zur Erzeugung einer flüssigen Phase notwendig
• Nennen Sie drei Mechanismen, die sich nutzen lassen, um die Bruchzähigkeit bzw. den Risswiderstand von Keramiken zu erhöhen? Verlängerung der Risspfades Spannungsinduzierte Phasentransformation Mikrorissbildung und -verzweigung Rissbrückenbildung

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