Kriechverhalten von glasphasehaltigem Aluminiumoxid:
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| Schriftenreihe: | Verein Deutscher Ingenieure: [Fortschritt-Berichte VDI / 5]
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| adam_text | Titel: Kriechverhalten von glasphasehaltigem Aluminiumoxid
Autor: Wolf, Christian
Jahr: 1995
INHALTSVERZEICHNIS v Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Gefüge glasphasehaltiger Keramiken.................... 3 2.1.1 Gefüge von glasphasehaltigem Aluminiumoxid .......... 4 2.1.2 Beschreibung der Komgrenzen................ 6 2.1.3 Verteilung der Glasphase...................... 7 2.1.3.1 2-dimensionale Betrachtung................ 7 2.1.3.2 3-dimensionale Betrachtung........ 10 2.2 Kriechmechanismen in Keramiken ..................... 11 2.2.1 Kriechmechanismen einphasiger Keramiken............ 12 2.2.1.1 Versetzungskriechen.................... 12 2.2.1.2 Korngrenzengleiten.................... 12 2.2.1.3 Diffusionskriechen..................... 13 2.2.2 Kriechmechanismen glasphasehaltiger Keramiken....... 14 2.2.2.1 Korngrenzengleiten.................... 15 2.2.2.2 Viskoses Fließen der Glasphase.............. 16 2.2.2.3 Lösung-Wiederausscheidung............... 17 2.2.2.4 Kristallisation der Glasphase............... 21 2.2.3 Verformungsmechanismuskarten................... 22 2.2.4 Tertiäres Kriechen — Schädigungsmechanismen ........... 22 2.2.5 Lebensdauer und Duktilität..................... 24 2.3 Experimentelle Ergebnisse aus der Literatur ................ 25
vi INHALTSVERZEICHNIS 2.3.1 Kriechverhalten von Aluminiumoxid................ 25 2.3.1.1 Glasphasehaltiges Aluminiumoxid............ 25 2.3.1.2 Glasphasefreies Aluminiumoxid.............. 27 2.3.2 Verformungsmechanismen...................... 27 2.3.3 Lebensdauer von glasphasehaltigem Aluminiumoxid....... 28 2.4 Struktur und Eigenschaften von Silicatglas................. 28 2.4.1 Struktureller Aufbau von Glas................... 29 2.4.2 Rheologie von Gläsern........................ 29 2.4.3 Diffusion in Gläsern......................... 30 2.4.4 Aluminiumoxid in Silicatgläsern.................. 32 3 Modellierung des Kriechverhaltens 33 3.1 Modellierung für unvollständige Benetzung................ 34 3.1.1 Effekt der Spannungserhöhung................... 35 3.1.2 Kurzschlußeffekt........................... 36 3.2 Annahmen zur Modellentwicklung..................... 37 3.2.1 Verteilung der Glasphase im Gefüge ................ 38 3.2.2 Mechanische Eigenschaften von dünnen Glasfilmen........ 40 3.2.3 Diffusion durch die Glasphase.................... -42 3.3 Modellierung des LW-Kriechens....................... 43 3.3.1 Diffusionskontrolliertes LW-Kriechen................ 44 3.3.1.1 Struktureffekt....................... 45 3.3.1.2 Verkürzungseffekt..................... 45 3.3.2 Reaktionskontrolliertes LW-Kriechen................ 46 3.4 Geometrische Gefügebeschreibung..................... 49 3.5 Modellrechnungen zum Einfluß des Volumengehaltes . .......... 54 3.5.1 Kriechgleichungen des LW-Kriechens................ 54 3.5.2 Einfluß der Diffusion in den Komgrenzen............. 55 3.5.3 Einfluß der Korngröße und der Schichtdicke der Glasphase .... 59 3.5.4 Einfluß der Kornform........................ 60
INHALTSVERZEICHNIS vii 3.6 Zusammenfassung der Modellentwicklung................. 61 4 Experimentelle Methoden 63 4.1 Herstellung der Keramiken ......................... 63 4.1.1 Auswahl der Gläser ......................... 63 4.1.2 Herstellungsverfahren........................ 65 4.2 Materialcharakterisierung.......................... 66 4.2.1 Sinterverhalten............................ 66 4.2.2 Dichtemessung............................ 67 4.2.3 Gefügeuntersuchungen........................ 67 4.2.3.1 Korngrößenanalyse..................... 67 4.2.3.2 Benetzungsverhalten.................... 68 4 2.4 Phasenuntersuchungen........................ 68 4.3 Untersuchung des Kriechverhaltens..................... 69 4.3.1 Versuchsmethodik.......................... 69 4.3.2 Versuchsdurchführung........................ 69 4.3.3 Modellkriechversuche......................... 72 5 Experimentelle Ergebnisse 74 5.1 Materialcharakterisierung.......................... 74 5.1.1 Sinterverhalten............................ 74 5.1.2 Gefügecharakterisierung....................... 75 5.1.3 Benetzung durch die Glasphase................... 78 5.1.4 Phasenanalyse............................ 79 5.2 Kriechverhalten................................ 82 5.2.1 Form der Kriechkurve........................ 82 5.2.1.1 Aluminiumoxid mit Supremaxglas — Typ S ...... 82 5.2.1.2 Aluminiumoxid mit Corning 7059-Glas—Typ C .... 87 5.2.1.3 Phasenentwicklung während der Kriechverformung ... 90 5.2.2 Spannungsabhängigkeit der Kriechgeschwindigkeit........ 94
INHALTSVERZEICHNIS viii 5.2.3 Temperaturabhängigkeit der Kriechgeschwindigkeit........ 97 5.2.4 Korngrößenabhängigkeit der Kriechgeschwindigkeit........ 101 5.2.5 Einfluß des Volumengehaltes der Glasphase............ 103 5.3 Einfluß der Glasphase im Modellversuch.................. 105 5.4 Kriechporenbildung.............................. 105 5.5 Lebensdauer und Duktilität......................... 107 6 Diskussion 116 6.1 Kriechmechanismen............................. 116 6.1.1 Überblick über die Kriechmechanismen in Keramiken ...... 116 6.1.2 Zusammenfassung der experimentellen Ergebnisse ........ 120 6.1.2.1 Einfluß der Spannung................... 122 6.1.2.2 Einfluß der Korngröße................... 124 6.1.2.3 Einfluß des Volumengehaltes der Glasphase ....... 130 6.1.2.4 Temperaturabhängigkeit ................. 131 6.1.3 Erstellung einer Verformungsmechanismuskarte..........- 133 6.1.4 Vergleich mit den Modellvorstellungen...............135 6.2 Überprüfung der Modellvorhersagen....................141 6.2.1 Einfluß des Volumengehaltes der Glasphase............ 141 6.2.2 Struktur- oder Verkürzungseffekt?................. 142 6.3 Einfluß der Zusammensetzung der Glasphase............... 143 6.3.1 Kristallisation der Glasphase.................... 143 6.3.2 Vergleich der verschiedenen Glasphasen.............. 145 6.4 Lebensdauer.................................. 146 7 Zusammenfassung 150 A Vergleich der Diffusionsströme 152 B Zum Einfluß der Korngrößenverteilung 153 B.l Kriechgeschwindigkeit für den Fall der konstanten lokalen Spannung . . 153
V INHALTSVERZEICHNIS ix B.2 Berechnung der Geschwindigkeitsverhältnisse............... 154 C Liste der verwendeten Symbole 155 Literaturverzeichnis 159
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