TY - THES

T1 - Vergleich biaxialer Versuchsmethoden zur Festigkeitsmessung von Keramiken

AU - Staudacher, Maximilian

N1 - gesperrt bis null

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Für die Entwicklung und Verbesserung keramischer Werkstoffe ist die Ermittlung der Festigkeit essenziell. Oft liegt Material in Form von dünnen Scheiben oder Platten vor. In diesen Fällen bietet es sich an, die Festigkeit direkt an diesen Kör-pern mithilfe von biaxialen Versuchen zu bestimmen. Zu diesen Versuchen zählen der Ball-on-Three-Balls-Versuch (B3B), der Piston-on-Three-Balls-Versuch (P3B) und der Ring-on-Ring-Versuch (RoR). In dieser Arbeit wurden solche Versuche an Scheiben aus Aluminiumoxid und quadratischen Platten aus einer LTC-Keramik durchgeführt und die Ergebnisse auf Basis der Weibulltheorie miteinander verglichen. Der Einfluss von verschiede-nen Zwischenschichten (Teflon, Gummi), die zur Reduktion der Reibung empfoh-len werden, wurde evaluiert. Unterstützend wurden Finite-Elemente-Berechnungen (FEM) in ANSYS® für den RoR-Versuch an scheibenförmigen Aluminiumoxid-Proben durchgeführt, um die Effekte von möglichen Abweichungen von den Idealbedingungen zu analysieren. Es wurden der Einfluss der Reibung zwischen den Auflagern und der Probe und die Auswirkungen von Unregelmäßigkeiten in der Krafteinleitung auf die maximal auftretenden Spannungen untersucht. Die Experimente zeigten, dass mit allen drei Versuchstypen korrespondierende Festigkeitswerte gemessen werden können. Im RoR-Versuch müssen dazu jedenfalls auf der Zug– und Druckseite Zwischenschichten verwendet werden. Im Fall von niedrigen Bruchkräften ist Teflonfolie geeignet, bei hohen Bruchkräften wird Gummi empfohlen, da die Teflonfolie unter diesen Bedingungen reißt. Ohne Verwendung von ausgleichenden Zwischenschichten wird die Festigkeit mit RoR-Versuchen unterschätzt. Wie die FEM-Berechnungen zeigen konnten, kann dieser Effekt nicht durch eine Änderung der Reibungsbedingungen, sondern durch eine ungleichmäßige Belastung über den Umfang des Lastringes erklärt werden.

AB - Für die Entwicklung und Verbesserung keramischer Werkstoffe ist die Ermittlung der Festigkeit essenziell. Oft liegt Material in Form von dünnen Scheiben oder Platten vor. In diesen Fällen bietet es sich an, die Festigkeit direkt an diesen Kör-pern mithilfe von biaxialen Versuchen zu bestimmen. Zu diesen Versuchen zählen der Ball-on-Three-Balls-Versuch (B3B), der Piston-on-Three-Balls-Versuch (P3B) und der Ring-on-Ring-Versuch (RoR). In dieser Arbeit wurden solche Versuche an Scheiben aus Aluminiumoxid und quadratischen Platten aus einer LTC-Keramik durchgeführt und die Ergebnisse auf Basis der Weibulltheorie miteinander verglichen. Der Einfluss von verschiede-nen Zwischenschichten (Teflon, Gummi), die zur Reduktion der Reibung empfoh-len werden, wurde evaluiert. Unterstützend wurden Finite-Elemente-Berechnungen (FEM) in ANSYS® für den RoR-Versuch an scheibenförmigen Aluminiumoxid-Proben durchgeführt, um die Effekte von möglichen Abweichungen von den Idealbedingungen zu analysieren. Es wurden der Einfluss der Reibung zwischen den Auflagern und der Probe und die Auswirkungen von Unregelmäßigkeiten in der Krafteinleitung auf die maximal auftretenden Spannungen untersucht. Die Experimente zeigten, dass mit allen drei Versuchstypen korrespondierende Festigkeitswerte gemessen werden können. Im RoR-Versuch müssen dazu jedenfalls auf der Zug– und Druckseite Zwischenschichten verwendet werden. Im Fall von niedrigen Bruchkräften ist Teflonfolie geeignet, bei hohen Bruchkräften wird Gummi empfohlen, da die Teflonfolie unter diesen Bedingungen reißt. Ohne Verwendung von ausgleichenden Zwischenschichten wird die Festigkeit mit RoR-Versuchen unterschätzt. Wie die FEM-Berechnungen zeigen konnten, kann dieser Effekt nicht durch eine Änderung der Reibungsbedingungen, sondern durch eine ungleichmäßige Belastung über den Umfang des Lastringes erklärt werden.

KW - Biaxiale Versuche

KW - Finite Elemente Methode

KW - Aluminiumoxid

KW - LTC-Keramik

KW - Biaxial Testing

KW - Finite Element Analysis

KW - Alumina

KW - LTC-Ceramic

M3 - Masterarbeit

ER -