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Institut für Struktur- und Funktionskeramik

Thermoschockfestigkeit

Abhängigkeit der dimensionslosen Spannung σ* von der Biotzahl

Thermische Spannungen entstehen durch die Behinderung thermischer Dehnungen (z. B.: bei einem Aufheiz- oder Abkühlvorgang). Diese Behinderung kann durch eine äußere Einspannung oder auch durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zweier Phasen, die nebeneinander in einem Werkstoff vorliegen, bedingt sein.

Sowohl Materialeigenschaften und Geometrie des Bauteiles als auch die Bedingungen des Thermoschocks sind für die auftretenden Spannungen maßgebend.
Die Biotzahl B i   stellt eine Maßzahl für die maximal auftretenden Zugspannungen dar, die beim Abkühlthermoschock (für Werkstoffe mit konstanten Materialeigenschaften) immer an der Probenoberfläche auftreten.

Abkühlsituationen mit kleiner Biotzahl ( B i <1) stellen „weiche“ Thermoschockbedingungen dar, bei denen die maximalen Zugspannungen näherungsweise proportional zur Biotzahl sind. Große Biotzahlen ( B i >20)
entsprechen „harten“ Thermoschocks, die im Belastungsniveau nahe dem Grenzfall des „worst case“ liegen.


Der „worst case“ mit einer Maximalspannung von

 

entspricht einer 100%igen Dehnungsbehinderung.

Um Aussagen über die Thermoschockbeständigkeit von Keramiken zu treffen, werden Abschreckversuche unter möglichst definierten Bedingungen durchgeführt. Ein normiertes Verfahren stellt der Wasserabschreckversuch dar,
bei dem erwärmte Proben durch rasches Einbringen in kühleres Wasser thermisch geschockt werden. Gesucht wird jene „kritische“ Temperaturdifferenz zwischen Anfangsprobentemperatur und Wassertemperatur, bei der ein signifikanter Abfall der Probenfestigkeit nach dem Versuch eintritt.