Untersuchungen zum zyklischen Ermüdungsverhalten von Si 3 N 4 und AL 2 O 3 ausgehend von natürlichen Fehlern:
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Aachen
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2010
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
2 KENNTNISSTAND 3
2.1 BRUCHMECHANIK 3
2.1.1 ENERGETISCHE BETRACHTUNG 3
2.1.2 LINEAR-ELASTISCHE BRUCHMECHANIK (LEBM) 5
2.1.3 EINFLUSS VON GEOMETRIE UND BELASTUNGSMODUS 6
2.2 VERSAGENSVERHALTEN KERAMISCHER WERKSTOFFE 9
2.2.1 STATISTISCHE BESCHREIBUNG 9
2.2.2 R-KURVEN-VERHALTEN KERAMISCHER WERKSTOFFE 11
2.2.3 UNTERKRITISCHES RISSWACHSTUM 15
2.2.4 STABILES RISSWACHSTUM 19
2.2.5 INSTABILES RISSWACHSTUM 21
2.2.6 VERSAGEN BEI HOHEN TEMPERATUREN 21
2.3 ZYKLISCHE ERMUEDUNG KERAMISCHER WERKSTOFFE 22
2.4 SCHLEIFBEARBEITUNG KERAMISCHER WERKSTOFFE 26
2.5 ALUMINIUMOXID (AI 2O3) 27
2.5.1 GEFUEGEENTWICKLUNG IN AI 2O3-WERKSTOFFEN 27
2.5.2 GEFUEGEABHAENGIGE MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN VON AI 2O3 28
2.6 SILIZIUMNITRID (SI 3N4) 28
2.6.1 GEFUEGEENTWICKLUNG IN SI 3N4-WERKSTOFFEN 29
2.6.2 GEFUEGEABHAENGIGE MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN VON SI 3N4 30
3 VERSUCHSMATERIAL UND PROBENFORMEN 35
3.1 AI 2O3F99,7 35
3.2 SI 3N4 SL 200 BG 37
3.3 VIER-PUNKT-BIEGEPROBEN 40
3.4 TORSIONSPROBEN 40
3.4.1 AI 2O3-TORSIONSPROBEN 41
3.4.2 SI 3N4-TORSIONSPROBEN 41
4 VERSUCHSEINRICHTUNGEN UND VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 42
4.1 VIER-PUNKT-BIEGEVERSUCHE 42
4.2 TORSIONSVERSUCHE 43
4.3 ANALYTISCHE METHODEN 44
4.3.1 AUSWERTUNG VON FESTIGKEITSMESSUNGEN 44
4.3.2 AUSWERTUNG ZYKLISCHER VERSUCHE 44
4.4 CHARAKTERISIERENDE METHODEN 46
SEITE V
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DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
4.4.1 LICHTMIKROSKOPIE 46
4.4.2 RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE 46
5 EINACHSIGE ZYKLISCHE MECHANISCHE BEANSPRUCHUNG 47
5.1 ZYKLISCHE VIER-PUNKT-BIEGEVERSUCHE AN SI 3N* 47
5.1.1 LEBENSDAUERVERHALTEN 47
5.1.2 FRAKTOGRAPHISCHE UNTERSUCHUNGEN 49
5.2 DISKUSSION DER ERGEBNISSE DER EINACHSIGEN BEANSPRUCHUNG 50
5.2.1 AUSWERTUNG DER RISSAUSBREITUNGSPARAMETER 51
5.2.2 BESCHREIBUNG DES ZYKLISCHEN DEGRADATIONSVERHALTENS 53
6 ZWEIACHSIGE ZYKLISCHE MECHANISCHE BEANSPRUCHUNG 61
6.1 MONOTONE TORSIONSVERSUCHE AN AI2O3 UND SI 3N4 61
6.1.1 TORSIONSFESTIGKEITSMESSUNGEN 61
6.1.2 FRAKTOGRAPHISCHE UNTERSUCHUNGEN 62
6.2 ZYKLISCHE TORSIONSVERSUCHE AN AI 2O3 66
6.2.1 LEBENSDAUERVERHALTEN 66
6.2.2 FRAKTOGRAPHISCHE UNTERSUCHUNGEN 68
6.2.3 STATISTISCHE AUSWERTUNG DER ERGEBNISSE ZYKLISCHER TORSIONSVERSUCHE
AN AI 2O370
6.3 ZYKLISCHE TORSIONSVERSUCHE AN SI 3N4 73
6.3.1 LEBENSDAUERVERHALTEN 74
6.3.2 FRAKTOGRAPHISCHE UNTERSUCHUNGEN 75
6.4 DISKUSSION DER ERGEBNISSE DER ZWEIACHSIGEN BEANSPRUCHUNG 77
6.4.1 VERGLEICH MIT EINACHSIGER BEANSPRUCHUNG 77
6.4.2 VERSAGENSMODELL DER ZYKLISCHEN TORSIONSBEANSPRUCHUNG 81
6.4.3 FRAKTOGRAPHISCHER NACHWEIS 89
7 BEANSPRUCHUNGEN UNTER VERAENDERTEN UMGEBUNGSBEDINGUNGEN 91
7.1 ZYKLISCHE VIER-PUNKT-BIEGEBEANSPRUCHUNG VON SI 3N4 BEI 800 C 91
7.2 DISKUSSION DER ERGEBNISSE BEI 800 C 92
7.3 ZYKLISCHE VIER-PUNKT-BIEGUNG VON SI 3N4 UNTER EINFLUSS VON WASSER 95
7.4 DISKUSSION DER ERGEBNISSE UNTER EINFLUSS VON WASSER 96
8 ABSCHLIESSENDE DISKUSSION 103
8.1 MODELLVORSTELLUNG ZUR ZYKLISCHEN ERMUEDUNG IN AI 2O3-WERKSTOFFEN 103
8.2 MODELLVORSTELLUNG ZUR ZYKLISCHEN ERMUEDUNG IN SI 3N4-WERKSTOFFEN 104
8.3 PRAKTISCHE BEDEUTUNG DER ERMUEDUNGSMECHANISMEN 105
9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 107
LITERATURVERZEICHNIS 109
SEITE VI
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