21
Werkstoffkunde 2 (Subject) / Keramik (Lesson)
Advertisement
- Nennen Sie die 4 Hauptproblempunkte bei der Verwendung von Keramik für mechanisch belastete Bauteile (4) Sprödigkeit aufwendige Formgebungsverfahren (Sintern von Pulver), eingeschränkte Gestaltungsfreiheit Starke STreuung der Werkstoffeigenschaften von Probe zu Probe Abhängigkeit der Ausfallwahrscheinlichkeit von der Bauteilgröße
- Wieso ist die Ausfallwahrscheinlichkeit bei keramischen Bauteilen von der Größe abhängig? Was bedeutet das für die Bauteilgestaltung keramischer Bauteile? Je größer das Bauteil, desto wahrscheinlicher ist ein Werkstofffehler -> niedrige Festigkeit: z.B. Kettenglied meine ErklärungFestigkeitsverteilung gehorcht der Weibull-Verteilung, d.h. Festigkeit sinkt mit zunehmender Größe
- Vorteile von keramischen Werkstoffen hohe Härte hohe Verschleißfestigkeit hohe Druckfestigkeit hohe chemische Beständigkeit hohe thermische Beständigkeit thermische Isolationsfähigkeit bis gute thermische Leitfähigkeit elektrische Isolationsfähigkeit bis halbleitend spezifisches Gewicht ungefährt wie Leichtmetalle
- Nachteile von keramischen Werkstoffen spröde, d.h empfindlich gegen Schlagbelastung empfindlich gegen Riss Bruch ohne Vorwarnung geringe Zugfestigkeit starke Festigkeitsstreuung aufwendige Bauteilherstellung
- In welche 3 Gruppen wird Keramik eingeteilt? Was versteht man unter Ingenieurkeramik? Silikatkeramik (mineralische Rohstoffe), Oxidkeramik, Nichtoxidkeramik (synthetische Rohstoffe)b) Hochleistungskeramiken mit verbesserter Zähigkeit und höherer Zug- und Biegefestigkeit Werkzeuge und diverse technische Bauteile Ingenieurkeramik -> Oxidkeramik und Nichtoxidkeramik
- Nennen Sie 2 Keramiksorten, die für hohe Verschleißbeanspruchung geeignet sind Silizium Carbid (SiC) und Borcarbid (B4C)
- Wie werden keramische Bauteile hergestellt? Urformen (Pressen von Pulvern) Trocknen Bearbeitung (Trennen, Bohren, Fräsen) Sintern bei 1600°-2500° Endbearbeitung (Schleifen, Polieren)
- Welche Schritte führen zu Hochleistungskeramik? Fehler vermindern durch bessere Rohstoffe (reines und feines Pulver) und bessere Verarbeitung (Drucksintern) Zähigkeit verbessern durch Verstärkung-> Umwandlungsverstärkung durch Zirkoniumoxid-> hochfeste Partikel
- Anwendungsgebiete Silikatkeramik Warum? günstig aber nicht so hart und verschleißbeständigdafür chemisch beständig, temperaturbeständig, elektrische und thermische Isolation Isolatoren in der E-Technikkorrosions- und hitzebeständige TiegelHaushaltsgegenstände
- Nennen Sie 2 Oxidkeramiken Aluminiumoxid (Al2O3) Zirkoniumdioxid (ZrO2)
- Advertisement
- Wie sind Oxidkeramiken aufgebaut? Ionische Bindungen, sehr fest und chemisch sehr beständigGitterebenen können schlecht abgleiten, abstoßen gleicher Ladung -> nicht plastisch verformbar und spröde
- Wie sind Nichtoxidkeramiken aufgebaut? Kovalente Bindungen , außerordentlich hart und relativ festIm Gegensatz zu Oxidkeramiken sind sie bei hohen Temperaturen prinzipiell oxidationsanfällig
- Nennen Sie 2 Nichtoxidkeramiken Siliziumcarbid (SiC) Siliziumnitrid (Si3N4)
- Was muss man beim Konstruieren mit Keramiken beachten möglichst einfache Geometrie, nach Sintern ist Bearbeitung kaum möglich Fügen ist schwierig, bohren schrauben nieten nicht wegen kerbwirkung, kleben nur bis 200°, am besten Fügen durch zusammensintern Werkstoffeinflüsse (hohe Druckfestigkeit bei geringer Zugfestigkeit, hohe Festigkeitsstreuung unter Zugebanspruchung und Sprödigkeit)
- Welche Keramik hat die höchste Zähigkeit? Welche Nachteile hat diese Keramik gegenüber anderen Hochleistungskeramiken? Zirkoniumdioxid (ZrO2) Etwas geringere Härte, nicht absolut korrosionsbeständig in sauren Medien
- Warum werden Gelenkköpfe von Hüftgelenkimplantaten teilweise aus Aluminiumoxid hergestellt? Al2O3 korrodiert nicht, ist körperverträglich und hat aufgrund 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? a) Al2O3 b) Si3N4 a) ionische Bindung b) (polare) kovalente Bindung
- Keramische Werkstoffe haben bestimmte Vorzüge, deretwegen sie gerne verwendet werden. Nennen Sie mindestens 5 sehr hart verschleißfest (wenn keine Schläge auftreten) korrosionsbeständig hohe Temperaturbeständigkeit große Bandbreite an elektrischer Leitfähigkeit (isolierend bis halbleitend) große Bandbreite an thermischer Leitfähigkeit (gering bis hoch)
- Keramische Bauteile werden in der Regel in einem besonderen Herstellungsverfahren hergestellt. a) Wie heißt dieses Verfahren? b) Welche Prozessschritte gehören im Allgemeinen zur Herstellung von Keramikbauteilen a) Sintern b) Pulveraufbereitung -> Urformung-> Grünbearbeitung -> Ausbrennen des Bindemittels->Sintern
- Keramische Werkstoffe haben für den Gebrauch in Maschinenbau-Komponenten einen wichtigen Nachteil a) welcher Nachteil ist das? b) Durch welche Maßnahmen wird dieser Nachteil abgemindert? Sprödigkeit, große Festigkeitsstreuung, geringe Zugfestigkeit Fehler verringern: synthetische Rohstoffe, DichtsinternFehlerempfindlichkeit verringern: Umwandlungsverstärkung, Faserverstärkung
- a) Nennen Sie je einen Vertreter aus der Gruppe der Oxidkeramiken und aus der Gruppe der Nichtoxidkeramiken. b) Woraus bestehen Silikatkeramiken im Wesentlichen? c) Welche Keramik erreicht die höchsten Zähigkeitswerte? a) Oxid: Al2O3, ZrO2, MgO, Nichtoxid: SiC (Siliziumcarbid), Si3N4 (Siliziumnitrid), AlNb) SiO2 - Siliziumdioxidc) ZrO2 - Zirkoniumdioxid