Abstract
Für die Herstellung von Funktionsflächen keramischer Werkstoffe, ist das Schleifen mit Diamantwerkzeugen eines der wichtigsten Bearbeitungsverfahren. Aus den besonderen Eigenschaften der Hochleistungskeramiken, wie hoher Härte, hohem abrasiven und korrosiven Widerstand sowie der geringen Dichte, leitet sich ihr
beträchtliches Substitutionspotential gegenüber Metallen ab. Durch ihre hohe Härte aber gleichzeitig geringe Zähigkeit reagieren keramische Werkstoffe bei der Bearbeitung spröde und sind empfindlich gegenüber Oberflächenschädigungen in Verbindung mit Zugspannungen.
Im Rahmen dieser Arbeit werden bestehende Ergebnisse zum Schleifen keramischer Werkstoffe und Literaturmodelle zur Schädigung beim Einzelschneideneingriff behandelt. Der zweite Abschnitt dieser Arbeit befaßt sich mit Untersuchungen des Materialverhaltens bei Schleif- und Analogieversuchen sowie mit den eingebrachten
Randzonenschädigungen. Diese Versuche werden an drei unter-schiedlichen Aluminiumoxidkeramiken durchgeführt. Dabei werden die Einflüsse verschiedener Prozeßparameter und Kühlschmierstoffsysteme auf die Ausbildung der Oberfläche sowie auf die Randzonenschädigung untersucht.
Die Oberflächenausbildung läßt sich eindeutig auf die mechanischen und thermischen Beanspruchungen des Werkstoffs durch den Schleifprozeß zurückführen. Dabei zeigt sich, daß durch die Verwendung von Mineralöl als Kühlschmierstoff bessere Oberflächen im Vergleich zum Schleifen mit Emulsion erzielt werden können. Die höheren Schleifkräfte bei der Bearbeitung mit Mineralöl
wirken sich jedoch negativ auf die Randzonenschädigung aus. Eine duktil generierte und schädigungsfreie Oberfläche wird in dieser Arbeit nicht erreicht. Die Randzonen weisen vorwiegend sprödbrüchiges Verhalten auf, wobei die Schleifbearbeitung zu
trans- sowie zu interkristalliner Rißinduzierung im Werkstoff führt.
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Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
- 1. Einleitung
- 2. Stand des Wissenschaft und Technik
- 2.1 Keramische Werkstoffe
- 2.1.1 Eigenschaften von Hochleistungskeramiken
- 2.1.2 Bruchmechanisches Verhalten keramischer Werkstoffe
- 2.2 Technologie des Schleifens
- 2.2.1 Schleifscheiben zur Bearbeitung von Hochleistungskeramik
- 2.2.2 Verwendete Kühlschmierstoffe zur Bearbeitung von Hochleistungskeramik
- 2.3 Modelle zur Beschreibung des Schleifprozesses, zur Spanbildung und Oberflächenentstehung
- 2.4 Modelle zur Randzonenschädigung
- 3. Zielsetzung
- 4. Experimentelles Vorgehen
- 4.1 Herstellung, Präparation und Charakterisierung der Versuchswerkstoffe
- 4.1.1 Härtemessung
- 4.1.2 Bestimmung der Rißzähigkeit
- 4.2 Durchführung der Ritztests
- 4.3 Schleifversuchsdurchführung
- 4.4 Meßtechniken
- 5. Darstellung der Ergebnisse
- 5.1 Ergebnisse der Werkstoffuntersuchung
- 5.1.1 Ergebnisse der Härtemessungen
- 5.1.2 Ergebnisse der KIC-Wertbestimmung
- 5.2 Darstellung der Ritztestergebnisse
- 5.3 Ergebnisse der Nanoindentertests
- 5.4 Ergebnisdarstellung der Schleifversuche
- 6. Diskussion der Ergebnisse
- 6.1 Experimentell ermittelte Härtewerte
- 6.2 Ritztests
- 6.3 Schleifversuche
- 7. Zusammenfassung und Ausblick
- 8. Literaturverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)
Diese Diplomarbeit untersucht die Entstehung von Oberflächenschäden an ultrapräzise geschliffenen keramischen Werkstoffen. Sie analysiert die bestehenden Ergebnisse zum Schleifen keramischer Werkstoffe und bestehende Modelle zur Schädigung beim Einzelschneideneingriff. Die Arbeit befasst sich mit Untersuchungen des Materialverhaltens bei Schleif- und Analogieversuchen und der eingebrachten Randzonenschädigungen. Ziel ist es, die Einflüsse von Prozeßparametern und Kühlschmierstoffen auf die Oberflächenausbildung und Randzonenschädigung zu erforschen.
- Einfluß von Prozeßparametern und Kühlschmierstoffen auf die Oberflächenausbildung und Randzonenschädigung beim Schleifen keramischer Werkstoffe
- Analyse bestehender Modelle zur Schädigung beim Einzelschneideneingriff
- Untersuchungen des Materialverhaltens bei Schleif- und Analogieversuchen
- Ermittlung und Bewertung der durch die Bearbeitung eingebrachten Schädigungen
- Charakterisierung der verwendeten Werkstoffe hinsichtlich Härte, Rißzähigkeit und Gefüge
Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)
Kapitel 2 bietet einen umfassenden Überblick über die Eigenschaften, das bruchmechanische Verhalten und die Bearbeitungstechnologie von keramischen Werkstoffen. Es behandelt gängige Modelle zur Beschreibung des Schleifprozesses und der Oberflächenentstehung sowie verschiedene Ansätze zur Modellierung von Randzonenschädigungen.
Kapitel 4 beschreibt die Herstellung und Präparation der Versuchswerkstoffe, die Durchführung der Ritztests und die Methodik der Schleifversuche. Es werden die verwendeten Meßtechniken zur Analyse der induzierten Schädigungen vorgestellt.
Kapitel 5 präsentiert die Ergebnisse der Gefügeanalyse und Härtemessungen sowie die Bestimmung der Rißzähigkeit. Es zeigt die Ergebnisse der Ritztests und Schleifversuche in Hinblick auf Materialverhalten, auftretende Kräfte und induzierte Randzonenschädigung.
Schlüsselwörter (Keywords)
Die Arbeit befasst sich mit den Themen Schleifen, keramische Werkstoffe, Oberflächenschädigung, Randzonenschädigung, Kühlschmierstoffe, Ritztests, Indentertests, Nanoindentation, Rasterelektronenmikroskopie, Härte, Rißzähigkeit, Materialverhalten.
- Citation du texte
- Daniel Grimme (Auteur), 2000, Schädigungsuntersuchungen an ultrapräzise geschliffenen keramischen Werkstoffen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/339
