Thermische Dehnung
Referenzprobe aus Korund-Einkristall
Referenzprobe aus Korund-Einkristall

Im Allgemeinen dehnen sich keramische Komponenten bei Erwärmung aus. Dieser Thermischen Dehnung muss bei der Konstruktion von Baugruppen oder bei Zustellung mit Feuerfest Material Rechnung getragen werden. Für die Dehnung müssen beispielsweise ausrechende Dehnfugen vorgesehen werden. Die Bestimmung der Thermischen Dehnung erfolgt bis 1500°C in einem Dilatometer. Je nach zu prüfendem Temperaturbereich werden unterschiedliche Referenzmaterialien eingesetzt (z.B. Platin oder Saphir). Die Probenlänge beträgt typischerweise 50mm, bei einem Durchmesser bis 7,5 mm.

Prozentuale thermische Längenänderung unterschiedlicher keramischer Werkstoffe
Prozentuale thermische Längenänderung unterschiedlicher keramischer Werkstoffe
Thermischer Längenausdehnungskoeffizient α unterschiedlicher keramischer Werkstoffe
Thermischer Längenausdehnungskoeffizient α unterschiedlicher keramischer Werkstoffe
RCS-Messung an ZrO2- Grünling
RCS-Messung an ZrO2- Grünling

Das Dilatometer bietet darüber hinaus die Möglichkeit das Schwindungsverhalten von Grünlingen während des Sinterprozesses zu erfassen. Dazu werden sog. RCS-Messungen durchgeführt. Dabei kann die Aufheißrate entsprechend der geplantgen Sinterkurve gewählt werden oder auch schwindungskontrolliert ermittelt werden.

Druckerweichen / Druckfließen
Schematischer Versuchsaufbau für Druckerweichen bzw. Druckfließen
Schematischer Versuchsaufbau für Druckerweichen bzw. Druckfließen

Für die Prüfungen Druckerweichen und Druckfließen kommt das gleiche Prüfgerät zum Einsatz. Die Prüfungen unterscheiden sich lediglich in Hinblick auf die Prüfparameter. Die zu prüfenden Proben haben einen Durchmesser und eine Höhe von jeweils 50mm und weisen eine zentrale durchgehende Bohrung auf.

Beispiel einer ausgewerteten DE-Kurve
Beispiel einer ausgewerteten DE-Kurve

Beim Druckerweichen (DE) – nach DIN EN 993-8 – wird die Deformation bzw. das Erweichungsverhalten bei steigender Temperatur unter konstanter Belastung geprüft. Das Erweichungsverhalten wird mit ausgewählten Temperaturpunkten charakterisiert.

Beispiel einer ausgewerteten DFL-Kurve
Beispiel einer ausgewerteten DFL-Kurve

Beim Druckfließen (DFL) – nach DIN EN 993-9 – wird die Deformation bzw. das Erweichungsverhalten bei konstanter Belastung und konstanter Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit geprüft. Dabei ist eine Prüfzeit von 25 h üblich.

Heißbiegefestigkeit
Probe nach der Prüfung der Heißbiegefestigkeit bei 1500°C
Probe nach der Prüfung der Heißbiegefestigkeit bei 1500°C

Die Biegefestigkeit keramischer Probekörper kann am WZR bei Temperaturen bis 1500°C ermittelt werden. Für Feuerfeste Werkstoffe ist die Prüfung in DIN EN 993-7 festgelegt. Durch einen speziellen Aufbau ist es zusätzlich möglich, die Druchbiegung der Probe mit steigender Belastung bis zum Bruch zu erfassen. Aus diesen Daten kann der E-Modul bzw. der V-Modul berechnet werden.

Heißabrieb

Die Bestimmung der Abriebbeständigkeit keramischer Werkstoffe ist in der ASTM C 704-88 als Prüfung bei Raumtemperatur beschrieben. In Anlehnung an diese Norm ist es im WZR möglich den Abrieb bei Temperaturen bis 1500°C zu ermitteln. Dabei wird die Probe mit SiC-Partikeln bestrahlt. Bei der Bestrahlung erfolgt eine Taktung die sicherstellt, dass die Probe nicht abkühlt. Der Aufprallwinkel kann zwischen 0° und 90° variiert werden. Als Maß für den Verschleiß gilt das Verhältnis von Gewichtsverlust und Rohdichte.

Temperaturwechselbeständigkeit
TWB Prüfung einer Beschichtung mittels Flamme: a) Aufheizen, b) Abschrecken c) Schicht ohne Schädigung, d) Rissbildung, e) Abplatzung
TWB Prüfung einer Beschichtung mittels Flamme: a) Aufheizen, b) Abschrecken c) Schicht ohne Schädigung, d) Rissbildung, e) Abplatzung

Unterliegen Komponenten während der Anwendung raschen Änderungen in Bezug auf die Einsatztemperatur, so ist die Temperaturwechselbeständigkeit (TWB) eine entscheidende Kenngröße. Die bei Temperaturwechseln entstehenden Wärmespannungen führen zur Rissbildung.

Die Bestimmung der TWB erfolgt mittels definiertem Aufheizen und Abschrecken der Proben. Das Aufheizen kann in einem Ofen oder mittels einer Gasflamme erfolgen. Beim Aufheizen im Ofen wird die gesamte Probe homogen erwärmt, erfolgt dagegen das Aufheizen mittels einer Gasflamme so wird primär die Oberfläche erwärmt. Die Abschreckung kann mittels Wasser oder mit Pressluft (nach DIN 51068-1 bzw. nach DIN EN 993-11) erfolgen. Die Prüfung nach Norm sieht vor, dass die Anzahl der Temperaturwechsel bis zur Schädigung der Probekörper ermittelt wird. Darüber kann eine Bewertung der Restfestigkeit der Proben durchgeführt werden. Diese kann in Abhängigkeit von der Anzahl der durchführten Temperaturwechsel oder der Temperaturdifferenz durchgeführt werden.

Temperaturempfindlichkeit dichter und poröser Keramik.
Temperaturempfindlichkeit dichter und poröser Keramik.
Biegefestigkeit und dyn. E-Modul in Abhängigkeit der Thermoschocks
Biegefestigkeit und dyn. E-Modul in Abhängigkeit der Thermoschocks