TY - THES

T1 - Charakterisierung von additiv gefertigtem Aluminiumoxid

AU - Schlacher, Josef Christian

N1 - nicht gesperrt

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Die Additive Fertigung ist heutzutage vor allem wegen der Vielfältigkeit an Herstellungsmöglichkeiten für Spezialanwendungen bekannt. Im Sektor der Hochleistungskeramiken hat sich vor allem das LCM-Verfahren (Lithography-based Ceramic Manufacturing) zur Herstellung von komplex strukturierten Bauteilen durchgesetzt. Zur Beurteilung der Qualität und der Zuverlässigkeit von mittels LCM-Verfahren hergestelltem Aluminiumoxid wurden zwei Materialtypen grundlegend untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher neben einer umfassenden Materialcharakterisierung ebenso die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften durchgeführt. Einerseits wurde die Geometrie nach dem Sintern hinsichtlich des Verzugs und der Verwölbung der Probenkörper charakterisiert. Andererseits wurde das Gefüge der Materialien untersucht und jeweils die Korngrößenverteilungen bestimmt. Das Gefüge einer Serie ist zwar relativ feinkörnig, jedoch ist das Material makroskopisch inhomogener als jenes der anderen Serien. Demnach sind mehr oder weniger starke Unterschiede der Eigenschaften auf die geringe Homogenität des Materials zurückzuführen. Im Vergleich dazu sind die Materialien der Folgeserien homogener. Zusätzlich konnten hier geringe Anteile an Zweitphasen ausfindig gemacht werden. Ebenso wurden die Härte- und Dichtewerte einzelner Serien bestimmt. Des Weiteren wurden die Einflüsse einiger Sinterparameter auf die Oberflächenqualität einer bestimmten Serie ausführlich diskutiert. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit war die Beschreibung des Festigkeitsverhaltens von LCM-Aluminiumoxid. Dazu wurden einerseits uniaxiale und anderseits biaxiale Biegeversuche durchgeführt und in Verbindung mit fraktographischen Untersuchungen konnten verschiedene herstellungsbedingte, bruchauslösende Defektpopulationen identifiziert und beschrieben werden. Es wurde im Rahmen dieser Untersuchungen der Einfluss des Oberflächenzustandes, des Gefüges, der Defektarten und der Baurichtungen auf die Weibullparameter diskutiert. Ebenso wurden Bruchzähigkeitsmessungen nach der SEVNB-Methode durchgeführt. Es wurde kein signifikanter Unterschied der Bruchzähigkeitswerte in den unterschiedlichen Prüfrichtungen festgestellt. Des Weiteren wurden die Eigenspannungen der Proben nach der Härterissmethodik bestimmt. Die Spannungskomponenten in und normal zu der Baurichtung sind unterschiedlich. Diese Ergebnisse wurden mit jenen aus RAMAN-Messungen verglichen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass LCM-Aluminiumoxid ein vielversprechendes Material mit adäquaten Eigenschaften ist.

AB - Die Additive Fertigung ist heutzutage vor allem wegen der Vielfältigkeit an Herstellungsmöglichkeiten für Spezialanwendungen bekannt. Im Sektor der Hochleistungskeramiken hat sich vor allem das LCM-Verfahren (Lithography-based Ceramic Manufacturing) zur Herstellung von komplex strukturierten Bauteilen durchgesetzt. Zur Beurteilung der Qualität und der Zuverlässigkeit von mittels LCM-Verfahren hergestelltem Aluminiumoxid wurden zwei Materialtypen grundlegend untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher neben einer umfassenden Materialcharakterisierung ebenso die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften durchgeführt. Einerseits wurde die Geometrie nach dem Sintern hinsichtlich des Verzugs und der Verwölbung der Probenkörper charakterisiert. Andererseits wurde das Gefüge der Materialien untersucht und jeweils die Korngrößenverteilungen bestimmt. Das Gefüge einer Serie ist zwar relativ feinkörnig, jedoch ist das Material makroskopisch inhomogener als jenes der anderen Serien. Demnach sind mehr oder weniger starke Unterschiede der Eigenschaften auf die geringe Homogenität des Materials zurückzuführen. Im Vergleich dazu sind die Materialien der Folgeserien homogener. Zusätzlich konnten hier geringe Anteile an Zweitphasen ausfindig gemacht werden. Ebenso wurden die Härte- und Dichtewerte einzelner Serien bestimmt. Des Weiteren wurden die Einflüsse einiger Sinterparameter auf die Oberflächenqualität einer bestimmten Serie ausführlich diskutiert. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit war die Beschreibung des Festigkeitsverhaltens von LCM-Aluminiumoxid. Dazu wurden einerseits uniaxiale und anderseits biaxiale Biegeversuche durchgeführt und in Verbindung mit fraktographischen Untersuchungen konnten verschiedene herstellungsbedingte, bruchauslösende Defektpopulationen identifiziert und beschrieben werden. Es wurde im Rahmen dieser Untersuchungen der Einfluss des Oberflächenzustandes, des Gefüges, der Defektarten und der Baurichtungen auf die Weibullparameter diskutiert. Ebenso wurden Bruchzähigkeitsmessungen nach der SEVNB-Methode durchgeführt. Es wurde kein signifikanter Unterschied der Bruchzähigkeitswerte in den unterschiedlichen Prüfrichtungen festgestellt. Des Weiteren wurden die Eigenspannungen der Proben nach der Härterissmethodik bestimmt. Die Spannungskomponenten in und normal zu der Baurichtung sind unterschiedlich. Diese Ergebnisse wurden mit jenen aus RAMAN-Messungen verglichen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass LCM-Aluminiumoxid ein vielversprechendes Material mit adäquaten Eigenschaften ist.

KW - additive manufacturing

KW - LCM-alumina

KW - mechanical properties

KW - Additive Fertigung

KW - LCM-Aluminiumoxid

KW - Mechanische Eigenschaften

M3 - Masterarbeit

ER -