Methoden zur Bestimmung der Festigkeit:

Die Festigkeit von Hochleistungskeramiken wird standardmäßig mit uniaxialen Biegeversuchen gemessen. Die 3- und 4 Punktbiegeprüfungen können am ISFK mit verschiedenen Auflagergrößen (z. B. 4-Punktbiegeprüfung: 80/40 mm, 40/20 mm, 30/10 mm, 20/10 mm; bei Bedarf Sonderanfertigungen) durchgeführt werden.

 

Beim biaxialen Ring-on-Ring-Versuch wird die Probe zwischen zwei verschieden großen Ringen bis zum Bruch belastet und aus den Bruchkräften die Festigkeit berechnet.

 

Der 4-Kugel-Versuch ist eine einfache Möglichkeit zur biaxialen Festigkeitsprüfung von scheiben- oder plattenförmigen Proben aus spröden Werkstoffen.

 

 

 

Der Kerbkugelversuch dient zur Bestimmung der Festigkeit von keramischen Kugeln (z. B. Kugellagerkugeln) aus spröden Werkstoffen. Der Kerbkugelversuch kann auch zur Charakterisierung der Zeitfestigkeit (von Schäden, die im Einsatz entstanden sind), herangezogen werden.

 

 

Der Notched-Roller Test wird zur Prüfung von zylinderförmigen Proben verwendet.

 

 

 

Die statistische Auswertung der Festigkeitsversuche erfolgt für gewöhnlich mit dem Verfahren nach Weibull.

 

Langsames Risswachstum

EN843-3, ASTM C1368, ASTM C1576

Es gibt Fälle, bei denen keramische Werkstoffe nach einer gewissen Zeit versagen, obwohl die Belastung weit unter der charakteristischen Festigkeit der Keramik liegt, d. h. die Festigkeit verringert sich in Abhängigkeit von der Zeit. In diesen Fällen kommt es zu langsamen („unterkritischem“) Risswachstum. Bereits in der Keramik vorhandene Risse wachsen im Lauf der Zeit bis sie kritische Größe erreichen und der Bauteil bei Belastungen, die unter der Normfestigkeit des Werkstoffs liegen, bricht. Am ISFK werden die Versuche zum langsamen Risswachstum sowohl mit Biegeversuchen als auch mit dem 4-Kugelversuch durchgeführt.

 

 

Bestimmung der Bruchzähigkeit

EN 1425-1, EN 14425-3, EN ISO15732, ISO 18756, ISO 21618, ISO24370, ASTM C1421

Die SEVNB Methode eignet sich zur einfachen, genauen und zuverlässigen Bestimmung der Bruchzähigkeit keramischer Werkstoffe. Die Methode liefert gut reproduzierbare Werte. Dabei wird eine mit einem scharfen Kerb versehene Probe in Biegung bis zum Bruch belastet.

 

Weitere Methoden (z. B. IF, SCF, CNB, ) können auf Anfrage durchgeführt werden.

Bestimmung der Härte

EN 843-4, ISO 14705, ASTM C1326, ASTM C1327

Am ISFK werden folgende Verfahren verwendet:

  1. Härtemessung nach Vickers
  2. Härtemessung nach Knoop
  3. Härtemessung nach Brinell

Bestimmung des Elastizitätsmoduls

EN 843-2, ISO 17561

Der E-Modul kann als Widerstand eines Materials gegenüber elastischer Verformung angesehen werden. Er beschreibt die Steifigkeit des Materials. Am ISFK wird der E-Modul von Keramiken mit statischen Verfahren (3 oder 4-Punktbiegung) bestimmt. Dabei wird die Durchbiegung einer Biegeprobe in Abhängigkeit von der aufgebrachten Kraft gemessen.

 

 

Bestimmung der Kantenfestigkeit

CEN/TS 843-9

Beim Gebrauch von spröden Werkstoffen wird das Ausbrechen von Kanten häufig beobachtet (z. B. bei Belägen von Papiermaschinen oder Bohrern). Bei der Prüfung der Kantenfestigkeit wird ein Rockwell-C-Diamant in definierten Abständen von der Kante mit konstanter Geschwindigkeit in die Oberfläche gedrückt. Die Last steigt an, bis es zum Bruch kommt und sich ein Splitter löst. Die Spitzenlast wird registriert und der Abstand des Eindruckes von der Kante sowie die Splittergeometrie mikroskopisch vermessen.

 

 

 

Bestimmung thermophysikalischer Eigenschafen

EN 820-3, ASTM C1525

Um Aussagen über die Thermoschockbeständigkeit von Keramiken zu treffen, werden Abschreckversuche unter möglichst definierten Bedingungen durchgeführt. Ein normiertes Verfahren stellt der Wasserabschreckversuch dar, bei dem erwärmte Proben durch rasches Einbringen in kühleres Wasser thermisch geschockt werden. Gesucht wird jene „kritische“ Temperaturdifferenz zwischen Anfangsprobentemperatur und Wassertemperatur, bei der ein signifikanter Abfall der Probenfestigkeit nach dem Versuch eintritt.

 

Dabei wird eine Probe in einem Dilatometer bei einer bestimmten einheitlichen Rate oder unter definierten Temperaturinkrementen aufgeheizt und anschliessend abgekühlt. Die Längenänderung und die Temperatur werden während des Experiments kontinuierlich gemessen und die prozentuale Ausdehnung oder Verkürzung in Abhängigkeit von der Temperatur berechnet. Die Ergebnisse werden als mittlerer thermischer Ausdehnungskoeffizient über den Temperaturbereich angegeben.

 

 

Bei der Thermographie wird die Intensität der Infrarotstrahlung, die von einem Körper ausgeht, als Maß für dessen Temperatur gedeutet. Mit einer Wärmebildkamera wird die für das menschliche Auge unsichtbare Infrarotstrahlung in elektrische Signale umgewandelt und ein Bild in Falschfarben erzeugt. Diese Messtechnik wird am ISFK unter anderem zur Untersuchung elektrokeramischer Bauteile wie Varistoren oder PTC’s verwendet.

 

Keramographische (EN 623-3, EN 623-5, ASTM E112, ASTM E1382) und fraktographische Untersuchungen (EN 843-6, ISO CD13383-1, ISO CD1383-2, ASTM C1678):

Unter quantitativer Keramographie versteht man die quantitative Beschreibung des Gefügeaufbaus von Werkstoffen (Mengenanteil, Anordnung und Größenverteilung von Phasen, Korngrößenverteilung, Kornmorphologie, Ermittlung der Porosität). Die Auswertung erfolgt unter Verwendung des Bildanalysesystems OLYMPUS Stream.

 

 

Mit Hilfe von fraktographischen Untersuchungen werden versagensauslösende Defekte in Proben und Bauteilen identifiziert. Fraktographische Untersuchungen sind ein grundlegender Bestandteil von Schadensanalysen.