Mechanical response of textured alumina-based ceramics after Hertzian contact damage

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Die Nachahmung biologischer Materialien (z. B. Perlmutt) hat sich als wirksamer Ansatz zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Hochleistungskeramiken erwiesen. Der Aufbau von keramischen Mehrschichtstrukturen mit starken Grenzflächen führt zu wechselnden Eigenspannungen, diese werden durch die thermische Fehlanpassung nach dem Abkühlen von der Sintertemperatur verursacht. In so genannten schadenstoleranten Designs können eingebettete Schichten mit Druckeigenspannungen in einem Mehrschichtsystem (Laminat) als Barriere gegen die Rissausbreitung genutzt werden. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die "Texturierung" der Mikrostruktur durch plattenähnliches Kornwachstum (engl. template grain growth) die Bruchfestigkeit von Laminaten durch Rissablenkungsmechanismen innerhalb der texturierten Schicht weiter erhöht wird. Die Kombination von Texturierung und Druckeigenspannungen in einer Mehrschichtarchitektur kann zur Verbesserung der Kontaktschädigungstoleranz in Keramiken genutzt werden. In neueren Forschungsarbeiten wurde die Wirksamkeit von Aluminiumoxid-Schichtkeramiken gegen die Hertz´sche Rissbildung als Kombination von Mikrorissbildung unter der Oberfläche und Rissablenkung innerhalb der texturierten Schichten nachgewiesen. Es stellt sich die Frage, ob eine solche Architektur mit texturierten Aluminiumoxidschichten auch gegen die weitere Ausbreitung von Kontaktrissen wirksam sein kann. In dieser Arbeit wird das mechanische Verhalten von texturierten Aluminiumoxid-basierten Schichtkeramiken nach Hertz'schen Kontaktschäden untersucht. Schichtdesigns und monolithische Proben werden im Foliengießverfahren (engl. Tape Casting) hergestellt. Einachsige Biegeversuche werden an Laminaten nach Kontaktbelastung mit einem Kugelindenter durchgeführt. Zwei Ausrichtungen, parallel und senkrecht zu den hergestellten Schichten, werden getestet. Die Ergebnisse werden zur Referenzierung mit dem mechanischen Verhalten von equiaxialen und texturierten monolithischen Aluminiumoxidproben verglichen. Um den Bruchprozess zu verstehen, werden fraktografische Analysen durchgeführt.

Details

Titel in ÜbersetzungMechanisches Verhalten von texturierten Keramiken auf Aluminiumoxidbasis nach Hertz'scher Kontaktschädigung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung20 Okt. 2023
StatusVeröffentlicht - 2023