Keramik: Einführung in keramische Werkstoffe Flashcards

1
Q

Definieren Sie Keramiken

A

→ alle nichtmetalischen anorganischen, die schwer in Wasser löslich sind und aus Pulver durch Formgebung und eine Temperaturbehandlung (Sintern) hergestellt werden

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2
Q

Was sind Vorteile keramischer Werkstoffe?

A
  • geringe elektrische Leitfähigkeit
  • geringe thermische Leitfähigkeit & hohe Temperaturfestigkeit
  • hohe Korrosionsbeständigkeit
  • hoher Verschleißwiderstand
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3
Q

Wo wird die geringe elektrische Leitfähigkeit genutzt?

A
  • Isolatoren (Porzellan)
  • Zündkerzen als Isolatoren (Alumnimiumoxid, Al2O3)
  • Platinen (Aluminiumoxid, Al2O3)
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4
Q

Wo wird die geringe thermische Leitfähigkeit & hohe Temperaturfestigkeit genutzt?

A

→ Nutzung als thermisch isolierende WK

  • Isolationsschutz in Brennkammern (Aluminiumoxid, Al2O3)
  • Lüfterrad für Öfen (Siliziumcarbid SiC)
  • Wärmetauscher (Siliziumcarbid SiC)
  • Lambda-Sonden (Zirkonoxid) –> kann Sauerstoff Ionen leiten, was in Verbrennungsmotoren die Kraftstoffeinspritzung regelt
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5
Q

Wo wird die hohe Korrosionsbeständigkeit genutzt?

A

→ Nutzung als bionierte Konstruktionswerkstoffe oder zur Medientrennung

  • Medizinische Anwendungen –> Implantate/Prothesen (Al2O3, ZrO3)
  • Membranen für chemische Anlagen
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6
Q

Wo wird der hohe Verschleißwiderstand genutzt?

A
  • Produktionstechnik: Schneideplatten, Bohrer/Fräser (Si3N4, Hartmetall)
  • Textilverarbeitung: Textilmesser/Fadenführer (Al2O3)
  • Wälzlager (Si3N4, ZrO2, SiC)
  • Gleitlager (SiC)
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7
Q

Was sind Nachteile keramischer Werkstoffe?

A
  • spröder Bruch (energiearmer Bruch):
  • geringe Zugfestigkeit bei RT
  • Lokale Spannungsspitzen führen zum Versagen –> keine Kompensation durch elastische Verformung
  • kleine herstellbedingte Fehler bestimmen das Versagen

Streuung der Festigkeit:

-Keramiken haben streuendes Festigkeitswerte → es wird die Versagenswahrscheinlichkeit beim WK angegeben

Unterkritisches Risswachstum:

  • Versagen nach einer bestimmten Betriebszeit
  • -> Wachstum von Mikrorisse führen zum Bruch
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8
Q

Wenn man Keramiken nach ihrer chemischen Zusammensetzung unterteilen möchte. Welche Kategorien liegen dann vor?

A
  • Silikatkeramik
  • Oxidkeramik
  • Nichtoxidkeramik
  • metallische Hartstoffe
  • Verbundwerkstoffe
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9
Q

Welche Unterteilung gibt es, wenn man Keramiken nach ihren Anwendungsfeldern unterteilt?

A
  1. Gebrauchskeramik
  2. Technische Keramik
    - Konventionelle
    -Hochleistungskeramik
    → Struktur- und Funktionskeramik
  3. Feuerfestkeramik
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10
Q

Aus welchen Schritten besteht die Herstellung von Keramiken

A
  1. Rohstoffaufbereitung
  2. Formgebung
  3. Sintern (Brand)
  4. Nachbehandlung (Vererdlung)
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11
Q

Woraus besteht die Rohstoffaufbereitung und welche Arten der Feuchte gibt es?

A
  • Mischen (Korngröße wird eingestellt + Additive hinzugefügt)
  • Homogenisieren (gleiche Korngrenze des Pulvers)
  • Zerkleinern (bei zu großen Körnern)

Feuchtigkeitunterscheidung:

  • Nassaufbereitung > 25% Feuchte (Schlicker)
  • Feuchtaufbereitung 3-25% Feuchte
  • Trockenaufbereitung < 3% Feuchte
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12
Q

Welche Formgebungsverfahren gibt es?

A
  • Schlickerguss
  • Folienguss
  • Spritzguss
  • Stangpressen
  • Uniaxiales Trockenpressen
  • Kalt-isostatisches Pressen
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13
Q

In welchen Schritten werden bei der Keramikherstellung Temperaturänderungen genutzt?

A
  • Trocken –> Bei Feucht- oder Nassaufbereitung
  • Ausbrennen –> Entbinden plastifizierbarer Massen
  • Vorbrennen –> Bei indirekter Formgebung benötigt
  • Sintern –> Pulver wird zu einem Festkörper konsolidiert
  • Festphasensintern (einphasig/mehrphasig)
  • Flüssigphasensintern
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14
Q

Aus welchen Schritten besteht das Sintern?

A
  • Aufheizen auf Sintertemperatur (TSinter < TS)
  • Halten
  • Abkühlen
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15
Q

Wie ändert sich die Dichte beim Sintern?

A
  • relative Dichte steigt auf 100% während des Haltens
  • relative Dichte = Dichte gemessen/ Dichte theoretisch, wenn WK als reiner Körper vorliegen würde
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16
Q

Was sind die gängigen Gitterfehler bei Keramiken und wodurch entstehen diese?

A
  • Poren
  • Risse
  • Einschlüssen
  • Inhomogenitäten

→ entstehen herstellungsbedingt.

17
Q

Was sind Verbundwerkstoffe und zwischen welchen Grundtypen wird unterschieden?

A

→ mehrphasige, aber dennoch makroskopisch homogene Kombinationen von verschieden WK

Grundtypen:

  • Faserverbunde
  • Schichtverbunde
  • Partikelverbunde
18
Q

Welche Additive werden meistens Keramiken hinzugefügt und was sind ihre Eigenschaften?

A
  • Dispergiermittel → Verbessung der Homogenität
  • Verflüssiger → verbesserte Gießbarkeit
  • Gleitmittel → verbesserte Pressbarkeit und Grünfestigkeit
  • Plastifizierungsmittel + organische Binder → ermöglichen manche Formgebungsverfahren
  • Sinterhilfsmittel
19
Q

Was ist Grünfestigkeit?

A

Die Grünstandfestigkeit ist demnach die Standfestigkeit des Pulvers unmittelbar nach dem Verdichten.