Keramik - 05 Festigkeit

Question 1

Vorgehensweise bei der Ermittlung von KIC

Answer 1

1. Erzeugen eines Anfangrisses in einer Probe
2. Zügige Belastung und Messung der Bruchlast bzw. Bruchspannung
3. Berechnung von KIC nach der Beziehung:
   KIC = sigma(c) * sqrt(pi*a(c)) * Y

Question 2

Risserzeugung durch

Answer 2

• Sägen eines Schlitzes mit einer Diamantscheibe (Kerbradius zwischen 5 und 50 Mikrometer)
• Brückenmethode
• Ermüdung im Druckbereich
• Anriss durch Keilbelastung

Question 3

Festigkeit metallischer Werkstoffe

Answer 3

• Widerstand gegen unzulässige plastische Verformung (z.B. Dehngrenze)
• Widerstand gegen Bruch unter einsinniger Belastung (z.B. Zugfestigkeit)
• Widerstand gegen zyklische Beanspruchung (z.B. Duaerfestigkeit)

Question 4

Festigkeit keramischer Werkstoffe

Answer 4

• Widerstand gegen Bruch durch Zugspannungen
• Beschreibung der örtlichen Spannungsverteilung auch
  
  • > Peakspannung (Referenzsoannung)
  • > Spannungsfunktion

Question 5

Einfluss der Defektgröße auf die Festigkeit des Bauteils

Answer 5

1. Der größte Defekt bestimmt in einem homogenen Spannungsfeld die Werkstoff-Festigkeit (“weakest-link” Ansatz).
2. Die Streuung der Defektgröße bestimmt die Streuung der Festigkeit.
3. Die Festigkeit einer Keramik kann nicht als Werkstoffkennwert angegeben werden. Statt dessen ermittelt man eine Versagenswahrscheinlichkeit bei einer bestimmten Belastung.

Question 6

Vorgehensweise bei der Ermittlung der Weibullparameter

Answer 6

1. Sortieren der gemessenen Fertigkeiten nach der Größe
2. Durchnummerieren von 1 bis n
3. Zuordnung von Versagenswahrscheinlichkeitem Fi zu den einzelnen sigmas: Fi = (i-0,5)/n
4. Eintragen ins Wahrscheinlichkeitsnetz

Question 7

Bestimmung der Weibullparameter durch mathematische Näherungsverfahren

Answer 7

• Regressionsanalyse (Methode der kleinsten Fehlerquadrate)
• Gumbel-Methode
• Maximum-Likelihood Methode

Question 8

Einfluss des Bauteilvolumens auf die Festigkeit

Answer 8

1. Eine mittlere Probenfestigkeit bei hohem Weibullmodul kann sinnvoller sine als eine hohe Probenfestigkeit bei niedrigem Weibullmodul.
2. Fertigungstechnik bestimmt maßgeblich die zulässige Bauteilbeanspruchung.
3. Bauteilkonstruktion (Beanspruchungsprofil) und Fertigungstechnik (Gefüge und Defektverteilung) sind bei keramischen Werkstoffen sehr eng verknüpft.

Question 9

Abhäbgigkeit der stationären Dehnrate von der Spannung

Answer 9

• Niedrige Spannungen: Diffusionskriechen
• Mittlere Spannungen: Versetzungskriechen
• Hohe Spannungen: “power-law-breakdown”

Question 10

Erkenntnisse zum Kriechen keramischer Werkstoffe

Answer 10

• Nennenswerte Kriechverformung tritt erst oberhalb von 1000°C auf.
• Kriechgeschwindigkeit und Standzeit hängen stark von der Herstelltechnologie und der Umgebungsatmosphäre ab.
• Die Bruchdehnung keramischer Werkstoffe im Kriechversuch ist extrem klein.