Die Arbeit führt Methoden zur Durchführung von Zugversuchen und bruchmechanischen Versu-chen ein und liefert mechanische Kennwerte für zwei kohlenstoffgebundene FFW im Bereich von RT bis 1500°C. Dafür standen ein grobkörniges MgO-C und ein feinkörniges Al2O3-C zur Ver-fügung. Die Werkstoffe zeigten bis 1200°C keine Duktilität und sprachen spröde. Die Schädigung erfolgte ausschließlich durch Risswachstum. Dieses fand beim MgO-C temperaturunabhängig auf Grund der rissbehafteten Mikrostruktur durch stabiles Risswachstum bereits vorhandener Risse statt. Es kam dabei zur Bildung von Rissnetzwerken sowie zu zahlreichen energiedissipierenden Prozessen. Beim Al2O3-C trat be RT instabiles Risswachstum auf. Bei hohen Temperaturen kam es durch thermisch aktivierte Prozesse zu duktilem Verhalten und stabilem Risswachstum. Beim grobkörnigen MgO-C wurden große Verformungen durch das starre Oxidgerüst verhindert. Zu-sätzlich zeigten die Werkstoffe auf Grund ihrer Mikrostruktur eine Zunahme der Festigkeit mit steigender Temperatur. Aus den Versuchen wurde ein Heißpressverfahren zur Herstellung von gradierten Werkstoffen abgeleitet.:1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Feuerfestwerkstoffe
2.1.1 Einsatz und Beanspruchung von FFW
2.1.2 Einteilung von FFW
2.2 Kohlenstoffgebundene FFW
2.2.1 Kohlenstoff und seine Terminologie
2.2.2 Grundlegende Eigenschaften kohlenstoffgebundener FFW
2.2.3 Anwendungen kohlenstoffgebundener FFW
2.2.4 Aufbau und Mikrostruktur kohlenstoffgebundener FFW
2.2.5 Herstellungsparameter kohlenstoffgebundener FFW
2.2.6 Chemische Eigenschaften kohlenstoffgebundener FFW
2.3 Mechanische Eigenschaften kohlenstoffgebundener FFW
2.3.1 Mechanische Eigenschaften kohlenstoffgebundener FFW bei RT
2.3.2 Mechanische Eigenschaften kohlenstoffgebundener FFW bei HT
2.4 Grundlagen zur Werkstoffprüfung bei RT und hohen Temperaturen
2.4.1 Streuung und Einfluss der Probengröße
2.4.2 Belastungsrate
2.4.3 Zugversuche
2.4.4 Druckversuche
2.4.5 Biegeversuche
2.4.6 Bruchmechanische Untersuchungen
2.4.7 Temperaturwechselbeständigkeit
2.4.8 Kriechen
2.4.9 Spannungsrelaxation
2.4.10 Härtemessung
2.4.11 Hochtemperaturprüfung in Kaltkammerofen mit induktiver Heizung
2.4.12 Temperaturmessung mit Thermoelement, Pyrometrie, Thermographie
2.4.13 Bestimmung elastischer Konstanten mittels akustischer Methoden
2.4.14 Optische in situ Schadensbeschreibung mittels Mikroskopie und DIC
2.5 Heißpressverfahren
3 Experimentelles
3.1 Werkstoffe
3.1.1 Kohlenstoffgebundenes Magnesiumoxid (MgO-C)
3.1.2 Kohlenstoffgebundenes Aluminiumoxid (Al2O3-C)
3.1.3 Graphit (ISEM 8)
3.2 Mechanische Tests
3.2.1 Prüfmaschine für Druck- und Biegeversuche
3.2.2 Prüfmaschine für Zug-Druck-Versuche
3.2.3 Probengeometrien
3.2.4 Druckversuche
3.2.5 Biegeversuche
3.2.6 Bruchmechanische Versuche
3.2.7 Versuche mit Zugbeanspruchung
3.2.8 Versuchsabläufe der Hochtemperaturversuche
3.2.9 Temperaturmessung mittels Thermographie
3.3 Weitere Versuchsmethoden
3.3.1 Mikrostrukturuntersuchung mittels Mikroskopie und Röntgenbeugung
3.3.2 Porositäts- und Dichtemessung
3.3.3 Härtemessung
3.3.4 Dynamischer E-Modul
4 Methodische Erkenntnisse und Voruntersuchungen
4.1 Temperaturmessung und -verteilung
4.1.1 Temperaturmessung mittels Thermoelement und Pyrometer
4.1.2 Emissionskoeffizient und Probenbeschichtung
4.1.3 Temperaturverteilung
4.2 Dehnungsmessung
4.3 Zugversuche an Keramiken
4.3.1 Übertragung von Zugkräften
4.3.2 Axialität in Zugversuchen
4.4 Bruchmechanische Versuche
4.4.1 Kerbeinbringung
4.4.2 Überprüfung des optischen Messsystems
4.4.3 Bestimmung der Risslänge während des Versuchs
4.5 Überprüfung der Messmethodik mit dem Referenzwerkstoff Graphit ISEM-8
5 Ergebnisse
5.1 Mikrostrukturbeschreibung der untersuchten FFW
5.1.1 Mikrostruktur des MgO-C’s
5.1.2 Mikrostruktur des Al2O3-C’s
5.2 Mechanisches Verhalten bei RT
5.2.1 Mechanisches Verhalten von MgO-C bei RT
5.2.2 Mechanisches Verhalten von Al2O3-C bei RT
5.3 Mechanische Eigenschaften bei HT
5.3.1 Mechanisches Verhalten von MgO-C bei HT
5.3.2 Mechanisches Verhalten von Al2O3-C bei HT
5.4 Heißpressverfahren für kohlenstoffgebundene FFW
5.4.1 Beschreibung des Heißpressverfahrens
5.4.2 Physikalische Eigenschaften und Mikrostruktur des Presslings
5.4.3 Mechanische Eigenschaften des Presslings
6 Diskussion
7 Zusammenfassung und Ausblick
Literatur
Anhang
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:37432 |
| Date | 22 January 2020 |
| Creators | Solarek, Johannes |
| Contributors | Biermann, Horst, Aneziris, Christos G., Technische Universität Bergakademie Freiberg |
| Publisher | Technische Universität Bergakademie Freiberg |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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