Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität des Saarlandes HANDOUT Vorlesung: Keramik-Grundlagen Gefüge, Keramographie und Methoden der Strukturuntersuchung 05.01.2017 Leitsatz: "Die Art und Menge [von] Phasen und Poren, sowie deren Größe, Form, Orientierung und Verteilung wird als Gefüge bezeichnet. Auf atomistischem Massstab rechnet man ferner noch null-, ein-, zwei- und dreidimensionale Kristallbaufehler zu den Gefügebestandteilen, also auch z.B. Zwischengitteratome, Versetzungen und Korngrenzen. Das Gefüge bestimmt wesentlich viele wichtige Eigenschaften keramischer Werkstoffe. Die Ausprägung des Gefüges hängt von vielen Parametern ab, z.B. der Art, Menge, Korngröße und Reinheit der Rohstoffe, dem Mischvorgang, der Formgebung, der Trocknung und den Brennbedingungen." Quelle: [GL-1, S. 144] Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk „Keramik-Grundlagen“ "Gefüge, Keramographie und Methoden der Strukturuntersuchung keramischer Werkstoffe“ Ziele Grundlagen der keramischen Gefügebildung herleiten können und Untersuchungsmethoden zur qualitativen und quantitativen Gefügeanalyse ableiten können. ð Begriffe, Kennzeichen und Elemente des keramischen Strukturaufbaus nennen können ð Methoden der Strukturuntersuchung einteilen können ð Methodenwahl hinsichtlich Ortsauflösung und Informationsgehalt bewerten können Inhalte Gefüge keramischer Werkstoffe Mikrostruktur, Elemente und Kennzeichen der Strukturbildung Keramographie Methoden, Gefügecharakteristika, Fallbeispiele Methoden der Strukturuntersuchung keramischer Werkstoffe Einteilung, Kennzeichen und Mechanismen der Strukturuntersuchungsmethoden keramischer Werkstoffe Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Lerntfafel 1 Gefüge keramischer Werkstoffe Werkstoffaufbau und Elemente der Mikrostruktur Schematischer Aufbau eines polykristallinen keramischen Werkstoffgefüges Korngrößenverteilung und entstehende Werkstoffgefüge beim Sintern keramischer Pulver Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Schematische Darstellung der Gefügeveränderungen beim a) Festphasen-, b) Flüssigphasen- und c) Reaktionssintern mit einer Übergangsschmelze Schrumpfung und Dichteänderung beim isothermen Sintern pulverförmiger Formkörper Lerntafel 2 Keramographie Arbeitsabläufe bei der keramographischen Anschliffherstellung Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Aufbau des oberflächennahen Bereiches eines mechanisch getrennten und grobgeschliffenen Anschliffes (schematischer Schnitt senkrecht zur Schlifffläche) Schematische Darstellung eines wahren (links) und eines durch Ausbrüche verfälschten porenhaltigen Gefüges (rechts) Schlittenmikrotom Methoden für das keramographische Ätzen Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Standardpräparationen für dichte Keramiken (halbautomatisch) Standardpräparationen Metallkeramiken (halbautomatisch) Standardpräparationen für poröse und spröde Keramiken (halbautomatisch) Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Mikrostruktur von TZP Gefüge von teilstabilisiertem ZrO 2 (PSZ) Mikrostruktur von PSZ: Kubische Matrix mit tetragonaler Ausscheidung in 110Ebene (oben links) Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Mikrostruktur von CSZ: Grobkörniges einphasiges Gefüge, Stabilisierung durch 8 mol-% Y 2 O 3 Mikrostruktur von ZTA (=Zirconia toughened Alumina) bzw. ZTC (Zirconia toughened Ceramics) Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Gefüge von ZrO 2 stabilisiertem α -Al 2 O 3 ZTA mit hohem ZrO 2 -Anteil als Bruchgefüge Eigenschaften von ZrO 2 Eigenschaften von SiC Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk SiC: Sintermethoden Gefüge von grobem, silicatisch gebundenem Siliciumcarbid (a) und Gefüge von feinem, silicatisch gebundenem Siliciumcarbid (b) Gefüge von flüssigphasengesintertem Siliciumcarbid Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Gefüge von drucklos gesintertem Siliciumcarbid (SSiC) Gefüge von grobkörnigem drucklos gesintertem Silicium-carbid (SSiC) Gefüge von Silicium infiltriertem Siliciumcarbid (SiSiC) Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Gefüge von rekristallisiertem Siliciumcarbid (RSiC) Gefüge von Nitrid gebundenem Siliciumcarbid (NSiC) Eigenschaften von Si 3 N 4 Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Gefüge von gasdruckgesintertem Siliciumnitrid Gefüge von reaktionsgebundenem Siliciumnitrid Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Oberfläche von Aluminiumnitrid Bruchfläche von Aluminiumnitrid Verbundkeramiken: MMC = Metal Matrix Composites Herstellung des Durchdringungsgefüges Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Gefüge einer partiellen Verstärkung mit Werkstoffübergang Gefügebeispiele von MMCs Lerntfafel 3 Methoden der Strukturuntersuchung keramischer Werkstoffe Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Prinzip akustischer Mikroskopieverfahren (S-Sender, R-Empfänger, T-Ultraschallübertrager, LS-Laserabrasterung) Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Punktauflösung moderner hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie Prinzip der Bildentstehung bei der Rastertunnelmikroskopie Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk STM Aufnahme einer (110) Oberfläche von TiO 2 . Sauerstoffleerstellen (A), nicht identifiziert (B). Prinzip der Entstehung eines Elektronen-Beugungsdiagrammes im Transmissionselektronenmikroskop Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Geometrische Anordnung beim Electron BackScattered Diffraction Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Prinzip der analytischen Elektronenmikroskopie im TEM in Kombination mit spektroskopischen Methoden Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk Schema der Wechselwirkung eines Elektronenstrahls in eienr Oberfläche (a) sowie einer dünnen Folie (b) Ortsauflösung mikrostruktureller und mikroanalyt. Untersuchungsverfahren für keramische Werkstoffe Vorlesung Keramik Grundlagen, WS 2016/17, PD Dr.-Ing. Guido Falk
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