Eigenspannungen in Hochleistungskeramiken

vor 2010

© Fraunhofer IWM
Applikation eines Auto-Ventils aus Siliziumnitrid in einer Rotationsvorrichtung zur röntgenographischen Eigenspannungsermittlung

Bearbeitungs- und verschleißbedingte Eigenspannungen und Schädigungen beeinflussen die Randschichtfestigkeit von Keramiken. Röntgenographische Beugungsanalysen und an die zu erwartende Betriebsbeanspruchung angepasste Festigkeitsuntersuchungen können hier aussagekräftige Ergebnisse liefern.

Sowohl makroskopische Eigenspannungen, die sich den Betriebsspannungen überlagern, als auch Versetzungsdichten, die ein Maß für die mechanische Beanspruchung bei der Bearbeitung oder dem Betrieb sind, können röntgenographisch ermittelt werden.  Beim Einfluss der Bearbeitungsverfahren auf die Randschichtfestigkeit ist, überraschend oft für den spröden Werkstoff Keramik, eine Erhöhung der Festigkeit durch grobe Bearbeitungsverfahren festzustellen. Die röntgenographische Ermittlung der Randschichtveränderungen und deren Bewertung mittels bruchmechanischer Methoden zeigen, dass in solchen Fällen der Einfluss festigkeitssteigernder Bearbeitungseigenspannungen den Einfluss bearbeitungsbedingter Schädigungen überwiegt. Ähnliche Zusammenhänge werden auch bei der Betrachtung des tribologischen Verhaltens keramischer Bauteile im Falle einer bevorzugt mechanischen Randschichtbeanspruchung gefunden. Grob geläppte Oberflächen bieten, wegen des in der Einlaufphase reduzierten Traganteils, zunächst geringere Schmiereffekte als feingeläppte Oberflächen. Die hohen und tiefreichenden bearbeitungsinduzierten Druckeigenspannungen können jedoch über lange Verschleißwege den Werkstoffabtrag vermindern.

 

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