Mechanisches Verhalten Keramischer Werkstoffe: Versagensablauf, Werkstoffauswahl, Dimensionierung

ISBN-13: 9783540515081 / Niemiecki / Miękka / 1989 / 244 str.

Dietrich Munz; Theo Fett

Opis

Keramische Werkstoffe gewinnen zunehmend an Bedeutung im Maschinenbau und in der Verfahrenstechnik aufgrund ihrer guten Hochtemperaturfestigkeit, ihres hohen Verschleisswiderstandes, der guten Korrosionsbestandigkeit und wegen spezieller physikalischer Eigenschaften. Ihr grosser Nachteil ist die Sprodigkeit und die grosse Streuung der mechanischen Eigenschaften. Das Buch beschreibt die Versagensphanomene keramischer Werkstoffe unter mechanischer Belastung, die Methoden zur Ermittlung von Werkstoffkennwerten und die Prinzipien der Werkstoffauswahl sowie der Dimensionierung von Bauteilen. Behandelt werden die bruchmechanischen und statistischen Grundlagen und ihre Anwendung zur Beschreibung der Streuung der Festigkeit und der Lebensdauer. Ausfuhrlich wird auf das Kriechverhalten und auf die experimentellen Methoden zur Ermittlung der Kriechgesetze eingegangen. Spezielle Kapitel sind den Mehrachsigkeitskriterien, dem Thermoschockverhalten, dem Uberlastverfahren und der Fugetechnik gewidm

Spis treści

1. Übersicht und grundlegende Eigenschaften.- 1.1 Allgemeine Hinweise und Eigenschaften.- 1.2 Übersicht über die wichtigsten keramischen Werkstoffe.- 1.3 Anwendungen.- Literatur zu Kapitel 1.- 2. Physikalische Eigenschaften.- 2.1 Der Wärmeausdehnungskoeffizient.- 2.2 Wärmeleitfähigkeit.- 2.3 Elektrische Leitfähigkeit.- 2.4 Spezifische Wärme.- 2.5 Dichte.- 2.6 Elastische Konstanten.- Literatur zu Kapitel 2.- 3. Bruchmechanik.- 3.1 Grundlagen.- 3.2 Die ansteigende Rißwiderstandskurve.- 3.3 Experimentelle Methoden zur Ermittlung der Rißzähigkeit.- 3.3.1 Die Biegeprobe mit durchgehendem Riß.- 3.3.2 Doppeltorsionsprobe (DT-Probe).- 3.3.3 Proben mit Spitzkerben.- 3.3.4 Proben mit Oberflächenriß (Knoop-Riß).- 3.3.5 Vickers-Härteeindrücke.- 3.3.6 Vergleich verschiedener Probenformen.- 3.4 Rißzähigkeit verschiedener Keramiken.- 3.5 Unterkritisches Rißwachstum.- 3.5.1 Grunderscheinungen.- 3.5.2 Lebensdauer unter statischer Last.- 3.5.3 Lebensdauer bei wechselnder Belastung.- 3.5.4 Methoden zur Bestimmung von Rißwachstumsgeschwindigkeiten.- 3.5.4.1 Bestimmung des unterkritischen Rißwachstums an makroskopischen Rissen.- 3.5.4.2 Bestimmung des unterkritischen Rißwachstums an natürlichen Rissen.- Literatur zu Kapitel 3.- 4. Bestimmung der Festigkeit.- 4.1 Messung der Zugfestigkeit.- 4.1.1 Der Zugversuch.- 4.1.2 Der Biegeversuch.- 4.1.3 Versuche an Rohrabschnitten.- 4.2 Messung der Druckfestigkeit.- 4.2.1 Der Druckversuch an zylindrischen Proben.- 4.2.2 Der Druckversuch am Hohlzylinder.- 4.2.3 Ergebnisse aus Druckversuchen.- Literatur zu Kapitel 4.- 5. Streuung der mechanischen Eigenschaften.- 5.1 Ursache und prinzipielles Verhalten.- 5.2 Die Ermittlung der Weibull-Parameter.- 5.3 Der Größeneinfluß.- 5.4 Die Streuung der Lebensdauer.- 6. Das Überlastverfahren.- 6.1 Ohne Berücksichtigung des unterkritischen Rißwachstums.- 6.2 Mit Berücksichtigung des unterkritischen Rißwachstums.- 6.3 Probleme des Überlastverfahrens.- 6.3.1 Unterkritisches Rißwachstum während der Aufbringung der Überlast.- 6.3.2 Andere Fehlerverteilung bei hohen Temperaturen.- 6.3.3 Simulation der Betriebsbeanspruchung.- Literatur zu Kapitel 6.- 7. Mehrachsigkeitskriterien.- 7.1 Darstellung in Mehrachsigkeitsdiagrammen.- 7.2 Globale Mehrachsigkeitskriterien.- 7.3 Fehlermodelle.- 7.3.1 Kreisförmige zylindrische Pore.- 7.3.2 Kugelförmige Pore.- 7.3.3 Pore als Ellipsoid.- 7.3.4 Kreisförmige Risse.- 7.3.5 Schlußfolgerung aus den Ergebnissen der Fehlermodelle.- 7.3.6 Statistische Behandlung.- 7.3.7 Lebensdauer.- 7.4 Experimentelle Methoden.- 7.4.1 Der Doppelring-Versuch.- 7.4.2 Der Kugel-auf-Ring-Versuch.- 7.4.3 Scheiben-Versuch.- 7.4.4 Rohr-Versuche.- 7.5 Experimentelle Ergebnisse.- Literatur zu Kapitel 7.- 8. Thermoschockverhalten.- 8.1 Thermospannung.- 8.2 Messungen der Thermoschockempfindlichkeit.- 8.3 Thermoschock aus bruchmechanischer Sicht.- 8.4 Parameter der Thermoschockempfindlichkeit.- 8.5 Thermoermüdung.- Literatur zu Kapitel 8.- 9. Hochtemperaturverhalten.- 9.1 Kriechverformung.- 9.1.1 Kriechgesetzmäßigkeiten im Zugversuch.- 9.1.2 Abweichendes Kriechverhalten im Druckversuch.- 9.1.3 Kriechen bei variablen Spannungen.- 9.1.4 Kriechen im Biegeversuch.- 9.1.4.1 Der Biegestab unter Kriechbedingungen.- 9.1.4.2 Meßbare Größen im Kriechversuch.- 9.1.4.3 Auswertung von Biegekriechversuchen.- 9.1.4.4 Nichtlineare Kriechkurve durch Spannungsumlagerung.- 9.1.4.5 Spannungsverteilung im Biegestab.- 9.1.4.6 Messung der Unsymmetrie im Kriechverhalten.- 9.2 Versagen im Kriechbereich.- 9.2.1 Kriechbruch.- 9.2.2 Kriechrißwachstum.- 9.2.3 Versagenskarten.- Literatur zu Kapitel 9.- 10. Verbindungstechnik.- 10.1 Löten.- 10.2 Einschrumpfen.- 10.3 Einsintern.- 10.4 Eingießen.- 10.5 Kleben.- 10.6 Klemmen.- Literatur zu Kapitel 10.- 11. Bewertung von zerstörungsfrei festgestellten Fehlern.- 11.1 Vorgehensweise bei der Qualitätssicherung.- 11.2 Zerstörungsfreie Prüfung.- 11.2.1 Das Farbeindringverfahren.- 11.2.2 Die Röntgenprüfung.- 11.2.3 Ultraschallverfahren.- 11.2.4 Ultraschallmikroskop.- 11.3 Bruchmechanische Fehlermodelle.- 11.3.1 Zweidimensionale Fehler.- 11.3.2 Dreidimensionale Fehler.- 11.3.2.1 Die kugelförmige Pore.- 11.3.2.2 Kugelförmige Einschlüsse.- 11.4 Vergleich vorhergesagter Festigkeiten mit Messungen.- 11.5 Schlußfolgerung.- Literatur zu Kapitel 11.- 12. Beispiel für die Analyse eines Bauteils.- 12.1 Allgemeine Hinweise.- 12.2 Das Keramikfenster einer Mikrowellenheizröhre.- 12.2.1 Temperaturen und thermische Spannungen.- 12.2.2 Spontanes Versagen.- 12.2.3 Versagen durch unterkritisches Rißwachstum.- Literatur zu Kapitel 12.- Sachwortverzeichnis.