TY - THES

T1 - Charakterisierung von elektrisch leitenden Keramiken für Zündkerzenelektroden

AU - Melcher, Verena

N1 - nicht gesperrt

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Zündkerzenelektroden sind – aufgrund der laufend geforderten Effizienzsteigerung von Motoren – einer immer weiter zunehmenden erodierenden Belastung ausgesetzt. Dies resultiert unter anderem aus den steigenden Betriebstemperaturen. Neben der Bauteilbeanspruchung spielen auch Überlegungen bezüglich Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit eine wichtige Rolle. Um diesen Materialanforderungen gerecht zu werden, sollen die aktuell eingesetzten Edelmetalle durch kostengünstigere, leichter verfügbare keramische Werkstoffe ersetzt werden. Dabei möchte man die exzellenten Hochtemperatureigenschaften der Keramiken auszunutzen. Neben einer hohen Schmelztemperatur und der guten Erosionsbeständigkeit, welche die Keramiken üblicherweise aufweisen, sind für einen erfolgreichen Einsatz als Elektroden in Zündkerzen hohe Festigkeiten und eine gute Thermoschockbeständigkeit ebenfalls von Bedeutung.Die vorliegende Arbeit liefert einen Überblick über die an die Elektrodenmaterialien gestellten Anforderungen, gleicht diese mit dem Eigenschaftsprofil von Keramiken im Allgemeinen ab und führt schließlich zu den wichtigsten Parametern, welche die Grundlage für die Auswahl der untersuchten Keramiken bilden. Auf Basis bestehender Literatur wurden Molybdändisilizid, Siliziumkarbid und Siliziumnitrid für eine umfangreiche Charakterisierung hinsichtlich Eignung als Elektrodenmaterial für Zündkerzen gewählt. Als Hauptkriterien für den Materialvergleich wurden die Erosionsbeständigkeit und die Thermoschockbeständigkeit herangezogen. Um diese und die damit verbundenen mechanischen und thermischen Belastungen abschätzen zu können, wurden Versuche zur Ermittlung von Dichte, Biegefestigkeit, Elastizitätsmodul, Rissbruchzähigkeit, Härte, thermischer Ausdehnung und Oxidationsbeständigkeit der Keramiken durchgeführt. Mit den ermittelten Daten, sowie weiteren aus der Literatur entnommenen Werkstoffdaten, wurden vier Thermoschockparameter berechnet. In einem abschließenden Fazit werden alle Materialdaten einander gegenübergestellt und die Werkstoffwahl für weitere mögliche Versuchsreihen wird getroffen. Diese fiel auf Molybdändisilizid und Siliziumkarbid.

AB - Zündkerzenelektroden sind – aufgrund der laufend geforderten Effizienzsteigerung von Motoren – einer immer weiter zunehmenden erodierenden Belastung ausgesetzt. Dies resultiert unter anderem aus den steigenden Betriebstemperaturen. Neben der Bauteilbeanspruchung spielen auch Überlegungen bezüglich Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit eine wichtige Rolle. Um diesen Materialanforderungen gerecht zu werden, sollen die aktuell eingesetzten Edelmetalle durch kostengünstigere, leichter verfügbare keramische Werkstoffe ersetzt werden. Dabei möchte man die exzellenten Hochtemperatureigenschaften der Keramiken auszunutzen. Neben einer hohen Schmelztemperatur und der guten Erosionsbeständigkeit, welche die Keramiken üblicherweise aufweisen, sind für einen erfolgreichen Einsatz als Elektroden in Zündkerzen hohe Festigkeiten und eine gute Thermoschockbeständigkeit ebenfalls von Bedeutung.Die vorliegende Arbeit liefert einen Überblick über die an die Elektrodenmaterialien gestellten Anforderungen, gleicht diese mit dem Eigenschaftsprofil von Keramiken im Allgemeinen ab und führt schließlich zu den wichtigsten Parametern, welche die Grundlage für die Auswahl der untersuchten Keramiken bilden. Auf Basis bestehender Literatur wurden Molybdändisilizid, Siliziumkarbid und Siliziumnitrid für eine umfangreiche Charakterisierung hinsichtlich Eignung als Elektrodenmaterial für Zündkerzen gewählt. Als Hauptkriterien für den Materialvergleich wurden die Erosionsbeständigkeit und die Thermoschockbeständigkeit herangezogen. Um diese und die damit verbundenen mechanischen und thermischen Belastungen abschätzen zu können, wurden Versuche zur Ermittlung von Dichte, Biegefestigkeit, Elastizitätsmodul, Rissbruchzähigkeit, Härte, thermischer Ausdehnung und Oxidationsbeständigkeit der Keramiken durchgeführt. Mit den ermittelten Daten, sowie weiteren aus der Literatur entnommenen Werkstoffdaten, wurden vier Thermoschockparameter berechnet. In einem abschließenden Fazit werden alle Materialdaten einander gegenübergestellt und die Werkstoffwahl für weitere mögliche Versuchsreihen wird getroffen. Diese fiel auf Molybdändisilizid und Siliziumkarbid.

KW - spark plug electrodes

KW - material's selection

KW - electrically conductive ceramics

KW - thermomechanical properties

KW - oxidation behaviour

KW - Zündkerzenelektroden

KW - Werkstoffwahl

KW - elektrisch leitfähige Keramiken

KW - thermomechanische Eigenschaften

KW - Oxidationsverhalten

U2 - 10.34901/mul.pub.2023.142

DO - 10.34901/mul.pub.2023.142

M3 - Masterarbeit

ER -