Progress in strength, toughness and lifetime methods for ceramics

Fortschritte auf dem Gebiet der Festigkeit, Risszähigkeit und Lebensdauer von Keramik Zur Charakterisierung des Versagensverhaltens keramischer Werkstoffe sind Festigkeits- und Risszähigkeitsmessungen erforderlich. Weist eine Keramik noch den Effekt des unterkritischen Risswachstums auf, sind auch Lebensdauermessungen unter statischer Belastung von großer Wichtigkeit. Neuere Beiträge der Autoren zur Untersuchungs-Methodik sind in diesem Bericht zusammengefasst. Teil A befasst sich mit der Berechnung der maximalen Spannungen in runden Scheiben unter Kugelbelastung. Hierbei werden der “ball-on-ring test”, der “ball-on-3-balls test” und der kürzlich von den Verfassern entwickelte „3-balls-on-3-balls test“ betrachtet. Als praktische Anwendung der ermittelten Spannungen im “ball-on-3-balls test” wird das bei grobkörnigem Aluminiumoxid gefundene stabile Bruchverhalten als Effekt einer stark ansteigenden Risswiderstandskurve diskutiert. In Teil B wird auf eine von den Verfassern entwickelte Methode eingegangen, die es gestattet, sehr kurze Kerben mit extrem kleinen Kerbradien zu erzeugen. Bei einer ZrO2-Keramik konnten Kerbradien von unter 0.1 μm bei einer Kerbtiefe von nur 40μm erzeugt werden. Derartig kurze und scharfe Kerben sollten geeignet sein, das Verhalten natürlicher Risse in Keramiken anzunähern. Schließlich wird in Teil C über eine Prozedur berichtet, die sich dafür eignet, eine vorhandene Anzahl an Lebensdauer-Versuchsproben optimal auszunutzen. Hierbei kann aus der erneuten Verwendung von auf niederem Lastniveau angefallenen „Durchläufern“ zusätzliche Information über das Risswachstumsgesetz gewonnen werden. Die Methode wird an Lebensdauermessungen von SIALON in destilliertem Wasser von 20°C demonstriert