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Institut für Struktur- und Funktionskeramik

modifizierter 4-Kugel-Versuch

Entwicklung von Probengröße und Probenform (Bruchstücke nach dem Versuch)

 

Um die Festigkeit von rechteckigen oder quadratischen Proben wie Varistorchips und LTCC`s bestimmen zu können, wurde der am ISFK entwickelte 4-Kugeltest modifiziert.

Die viereckige Probe wird an einer Deckfläche an drei Punkten gelagert und an der gegenüberliegenden Deckfläche mittig belastet.

Als Auflager für den Chip werden drei Kugeln verwendet.

Mit Hilfe von Einlegeschablonen werden die Positionen von Chip und Kugeln zueinander ausgerichtet. Die Krafteinleitung erfolgt ungefähr im Mittelpunkt der viereckigen Platte.

2a
2b

Prüfanordnung - modifiziertes Auflager für viereckige plattenförmige Proben unterschiedlicher Größe siehe Bilder 2a und b.

Für die Bewertung der Bruchspannung wird voneiner Platte homogener Dicke ausgegangen, so dass sich die Maximalspannung ? max  an der Oberfläche gegenüber der Krafteinleitungskugel wie folgt ausdrücken lässt:

 

Der dimensionslose Vorfaktor wird für die jeweilige Probengeometrie mittels FEM-Simulation berechnet.

Mit dieser Methode ist es möglich die Festigkeit plattenförmiger Proben mit Seitenlängen bis zu 2,56 mm ×2,56 mm ohne Präparationsaufwand in biaxialer Belastung zu bestimmen.