TY - THES

T1 - Mechanische Eigenschaften von Varistorkeramiken

AU - Bleicher, Christoph

N1 - gesperrt bis 12-10-2026

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Moderne Hochleistungskeramiken besitzen neben strukturellen Einsatzbereichen aufgrund ihrer speziellen elektrischen, optischen oder magnetischen Eigenschaften eine breite Verwendung als Funktionsbauteile. Ein Anwendungsgebiet stellen spannungsabhängige elektrische Widerstände, sogenannte Varistoren auf Zinkoxidbasis dar. Industriell verwendete Varistoren bestehen aus dotiertem, polykristallinem Zinkoxid, dessen charakteristische elektrische Eigenschaften durch Korngrenzeffekte und damit vom Gefüge bestimmt werden. Neben den elektrischen Eigenschaften haben funktionskeramische Werkstoffe sowohl in der Herstellung und der Verarbeitung als auch im Betrieb hohe mechanische Belastungen zu ertragen. Für die Erfüllung der funktionalen Aufgaben müssen die Bauteile den mechanischen Anforderungen standhalten können. Die relevanten mechanischen Kennwerte zur Beurteilung der Einsetzbarkeit eines funktionskeramischen Werkstoffes stellen die Bruchzähigkeit und die Festigkeit dar.In dieser Arbeit sollen an vier industriell verwendeten Varistor-Materialien unterschiedlicher Dotierung diese wesentlichen mechanischen Eigenschaften bestimmt werden. Um bauteilnahe Probengeometrien zu untersuchen wurden Platten mit Dicken im Bereich zwischen 400 und 800µm gewählt. Zur Bestimmung der Bruchzähigkeit wurden die genormten Methoden der SEVNB- und SEPB-Methode verwendet. Zur Messung der Festigkeit wurde der 4-Kugelversuch zum einen bei Raumtemperatur und zum anderen bei 400°C durchgeführt, um Festigkeitsaussagen bei erhöhten Temperaturen zu gewinnen. Begleitet wurden die Messungen durch Gefüge- und Bruchflächenstudien am Licht- und Rasterelektronenmikroskop.Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die gemessene Bruchzähigkeit bei der Verwendung der SEPB-Methode über den bestimmten Werten der SEVNB-Methode liegt. Die Festigkeit nimmt für alle untersuchten Varianten bei den 400°C-Versuchen gegenüber den Raumtemperaturversuchen ab. Bei einer Varistor-Variante wurde die Festigkeit in einem Zwischenschritt auch bei 200°C gemessen, wobei die Festigkeit entgegen den Erwartungen gegenüber den Raumtemperaturversuchen zunahm. Die höchste Festigkeit zeigt die Variante mit der geringsten Korngröße.

AB - Moderne Hochleistungskeramiken besitzen neben strukturellen Einsatzbereichen aufgrund ihrer speziellen elektrischen, optischen oder magnetischen Eigenschaften eine breite Verwendung als Funktionsbauteile. Ein Anwendungsgebiet stellen spannungsabhängige elektrische Widerstände, sogenannte Varistoren auf Zinkoxidbasis dar. Industriell verwendete Varistoren bestehen aus dotiertem, polykristallinem Zinkoxid, dessen charakteristische elektrische Eigenschaften durch Korngrenzeffekte und damit vom Gefüge bestimmt werden. Neben den elektrischen Eigenschaften haben funktionskeramische Werkstoffe sowohl in der Herstellung und der Verarbeitung als auch im Betrieb hohe mechanische Belastungen zu ertragen. Für die Erfüllung der funktionalen Aufgaben müssen die Bauteile den mechanischen Anforderungen standhalten können. Die relevanten mechanischen Kennwerte zur Beurteilung der Einsetzbarkeit eines funktionskeramischen Werkstoffes stellen die Bruchzähigkeit und die Festigkeit dar.In dieser Arbeit sollen an vier industriell verwendeten Varistor-Materialien unterschiedlicher Dotierung diese wesentlichen mechanischen Eigenschaften bestimmt werden. Um bauteilnahe Probengeometrien zu untersuchen wurden Platten mit Dicken im Bereich zwischen 400 und 800µm gewählt. Zur Bestimmung der Bruchzähigkeit wurden die genormten Methoden der SEVNB- und SEPB-Methode verwendet. Zur Messung der Festigkeit wurde der 4-Kugelversuch zum einen bei Raumtemperatur und zum anderen bei 400°C durchgeführt, um Festigkeitsaussagen bei erhöhten Temperaturen zu gewinnen. Begleitet wurden die Messungen durch Gefüge- und Bruchflächenstudien am Licht- und Rasterelektronenmikroskop.Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die gemessene Bruchzähigkeit bei der Verwendung der SEPB-Methode über den bestimmten Werten der SEVNB-Methode liegt. Die Festigkeit nimmt für alle untersuchten Varianten bei den 400°C-Versuchen gegenüber den Raumtemperaturversuchen ab. Bei einer Varistor-Variante wurde die Festigkeit in einem Zwischenschritt auch bei 200°C gemessen, wobei die Festigkeit entgegen den Erwartungen gegenüber den Raumtemperaturversuchen zunahm. Die höchste Festigkeit zeigt die Variante mit der geringsten Korngröße.

KW - strength

KW - fracture toughness

KW - varistor

KW - Festigkeit

KW - Bruchzähigkeit

KW - Varistoren

M3 - Masterarbeit

ER -