Thermische Dehnung von Keramik

Prüfung

Thermische Dehnung – Prüfung von Keramiken bei hohen Temperaturen

Bei WZR ceramic solutions testen wir die thermische Dehnung Ihrer Keramik in einem Dilatometer bis 1500°C. Hierbei gehen wir auf Ihre Fragestellung ein und führen die Untersuchungen normgerecht und aufgabenbezogen durch.

Bei der Lösungsfindung, wie eventuelle temperaturbedingte Spannungen verhindert werden können, stehen wir Ihnen gerne mit unserem Wissen und unserer langjährigen Erfahrung beiseite.

Sollte es bei Ihnen zu einem Schadensfall gekommen sein, helfen wie Ihnen gerne bei der Ergründung des Problems.

Längenänderungen

Was ist die thermische Dehnung?

Die thermische Dehnung beschreibt die Längenänderung eines Materials, die durch eine Temperaturänderung hervorgerufen wird. Sie wird angegeben als relative Längenänderung in Prozent. Des Weiteren kann diese spezifische Stoffeigenschaft über den Wärmeausdehnungskoeffizient α in K-1 definiert werden, der das Verhältnis der relativen Längenänderung zur Änderung der Temperatur darstellt.

Wie kommt es zur thermischen Längenänderung?

Die häufigsten Ursachen für Längenänderungen bei steigenden Temperaturen stellen Phasenumwandlungen in Bestandteilen der Keramik dar. Hierbei ändert sich die Anordnung der Atome in den Gefügekomponenten und dichtere oder weniger dichte Minerale entstehen.

Hierbei werden zwei Formen unterschieden: reversible und irreversible Längenänderungen. Bei reversiblen Längenänderungen wird die Anfangslänge der Probe nach Abkühlung wieder erreicht. Bei irreversiblen Längenänderungen weicht die Länge der Probe nach Abkühlung von der initialen Länge ab. Gründe hierfür können nicht umkehrbare Phasenumwandlungen sowie das Nachsintern von Keramiken darstellen.

bestimmung

Wieso ist die Bestimmung der thermischen Dehnung einer Keramik mittels Dilatometrie wichtig?

Keramische Werkstoffe können bei Temperaturen > 1.000°C – wenn Kunststoffe und Metalle bereits versagen – eingesetzt werden. Sie reagieren jedoch, wie alle Werkstoffe, auf sich ändernde Temperaturen. Hierbei können Ausdehnung oder Schwindung des Werkstoffs zu Schäden des Bauteils und den umliegenden Bereichen führen. Um die richtige Werkstoffauswahl zu treffen und das Bauteil bzw. eine Feuerfestzustellung bedarfsgerecht auszulegen, muss demnach der Kennwert der thermischen Dehnung bekannt sein. Da es sich bei Keramiken jedoch häufig um Komponentengemische handelt, kann das Verhalten bei hohen Temperaturen nicht vorhergesagt werden. Aus diesem Grund muss die thermische Dehnung im Vorfeld durch Dilatometrie bestimmt werden.

Ablauf

Wie wird die thermische Dehnung einer Keramik bestimmt?

Bei uns erfolgt die Messung der thermischen Ausdehnung in einem Dilatometer bis 1500°C. Dafür reicht eine Probe von maximal 50 mm Länge und 6,5 mm Breite. Als Referenzmaterial verwenden wir einen Korund-Einkristall.

Für die Messung wird die präparierte keramische Probe in das Dilatometer eingebaut und aufgeheizt. Die Aufheizrate wird im Vorfeld aufgabenbezogen und normgerecht von uns festgelegt. Nach Erreichen der Maximaltemperatur wird das System gleichmäßig wie bei der Aufheizung auf Raumtemperatur zurückgekühlt. Währenddessen zeichnet das Gerät die Längenänderung der eingespannten Probe während der gesamten Messdauer auf. Anhand des Zusammenhanges zwischen Längenänderung und Temperatur kann der thermische Ausdehnungskoeffizient und dadurch die thermische Dehnung des Materials bestimmt werden.

Es bietet sich ebenfalls an, bereits vor der Fertigung eines Bauteils das Schwindungsverhalten von Grünlingen am Dilatometer zu untersuchen. Die Aufheizrate der Messung kann dabei entsprechend der geplanten Sinterkurve gewählt werden, wodurch sich das Schwindungsverhalten des Grünlings dokumentieren lässt.

Grenzen

Wo liegen die Grenzen bei der Prüfung der thermischen Dehnung ?

Seit der Gründung von WZR ceramic solutions bauen wir auf einen engen Kontakt mit unseren Kunden. Bei der Prüfung der thermischen Dehnung ist der Austausch mit Ihnen besonders wichtig, um die Prüftemperatur optimal auf Ihren Werkstoff abzustimmen. Hierbei bitten wir Sie darauf zu achten, dass wir die thermische Dehnung von Werkstoffen bis zu einer Maximaltemperatur von 1500°C prüfen.

Durch Standards stellen wir eine Validierung der Messergebnisse sicher. Aus diesem Grund muss der zu testende Probekörper eine vergleichbare Probenlänge aufweisen oder eine Präparation auf eine geeignete Probengeometrie ermöglichen. Gerne setzen wir uns mit Ihnen in Verbindung, um über die Prüfung der thermischen Dehnung Ihrer Keramik zu sprechen.

Weitere Prüfverfahren

Welche weiteren Prüfverfahren bietet WZR bei hohen Temperaturen an?

Neben der Prüfung der thermischen Dehnung bieten wir die Prüfung der Heißbiegefestigkeit an.

Ansprechpartner

Anika Braun