6. Hochtemperatureigenschaften

Question 1

Die für eine hohe Thermoschockbeständigkeit geforderten Eigenschaften zielen nicht immer in die gleiche Richtung. Zeigen Sie anhand der erforderlichen Korngröße, welche Eigenschaften sich verbessern und welche sich verschlechtern.

Answer 1

• Wärmeleitfähigkeit verbessert sich mit steigender Korngröße (freie Weglänge der Phononen)
• Eigenspannungen erhöhen sich (ist schlecht für Thermoschock)

Question 2

Warum besitzen feuerfeste Werkstoffe üblicherweise eine Porosität von 15-17 Vol.%?

Answer 2

• Elastizitätsmodul sinkt mit steigender Porosität

- Dehnungen steigen

Question 3

Wieso kann die Wärmeleitfähigkeit durch reine Korngrenzen große Körner verbessert werden?

Answer 3

• Größere freie Weglänge für Phononen bis zur nächsten Impedanz (Hindernis): Korngrenze.

Question 4

Welche Wärmetransportmechanismen treten bei Faserdämmstoffen auf?

Answer 4

• Strahlung und Konvektion

Question 5

Warum ist es werkstofftechnisch schwierig, Space-Shuttle-Kacheln unter Weltraumbedingungen zu reparieren?

Answer 5

1) Man muss adhäsive Bindungen bei –150°C herbeiführen!

2) Unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Aluminiumkonstruktion, Fasermatte und Kunststoffkleber.

Question 6

Welche Keramiken kommen als Wärmetauschermaterialien in Betracht?

Answer 6

• AlN
• Si3N4
• SiC

Question 7

Warum nimmt die Wärmeleitfähigkeit keramischer Stoffe mit zunehmender Temperatur zunächst ab, dann aber wieder zu?

Answer 7

• Gerichtete Phononenbewegung wird durch thermische Schwingungen zunehmend behindert, dann übernehmen Strahlung und Konvektion den Wärmetransport.

Question 8

Welche thermisch bedingten Schwierigkeiten hat man beim Löten von Keramik mit Metallen zu berücksichtigen?

Answer 8

• Wärmedehnungsunterschiede zwischen Metall und Keramik

Question 9

Welche Hochtemperaturanwendungen keramischer Werkstoffe kennen Sie in der Energietechnik?

Answer 9

• Wärmetauscher
• Brennerdüsen
• Kacheln für Müllverbrennungsanlage

Question 10

Welche Eigenschaften der Keramik nutzt man bei der Beschichtung von Turbinenschaufeln?

Answer 10

• Geringe Wärmeleitfähigkeit

Question 11

Wie äußert sich das Kriechen in einem Spannungs-Dehnungsdiagramm?

Answer 11

• Nach linear-elastischer Dehnung Fließen bei konstanter Last.

Question 12

Gibt es bei Keramiken eine „Verfestigung“ wie bei Metallen?

Answer 12

• Nein, es gibt nur dann einen Spannungsanstieg, wenn sich grobe Körner verhaken und das Korngrenzengleiten behindern.

Question 13

Welchen Verstärkungsmechanismus zur Steigerung des Bruchwiderstandes schlagen Sie für hohe Temperaturen vor?

Answer 13

• Faserverstärkung (alle anderen sind nicht mehr wirksam)

Question 14

Welchen Verstärkungsmechanismus zur Verbesserung der Kriechbeständigkeit schlagen Sie für hohe Temperaturen vor?

Answer 14

• grobe Gefüge