Keramikfedern – Herstellung, Eigenschaften und Applikation

  • Entwickelt wurde eine mehrstufige Fertigungstechnologie (Schruppen, Schlichten, Trennschnitt) zur Herstellung keramischer Federn aus gesinterten Hohlzylindern. Durch Optimierung von Maschinenparametern, Schleifscheiben sowie Werkstück- und Werkzeugaufnahmen ist es gelungen, Federn aus Hochleistungskeramik (Aluminiumoxid und Zirkonoxid) mit hoher Kanten- und Oberflächenqualität reproduzierbar herzustellen. Eine hohe Variabilität bezüglich Außen- und Innendurchmesser, Steigung, Windungsquerschnitt und Abstand zwischen den Windungen ermöglicht es, die Federkonstante über drei Größenordnungen zu variieren. Untersucht wurden Federstabilität und Spannungs-Dehnungs-Verhalten unter konstanter und zyklischer Druckbelastung sowie die thermomechanische Stabilität der Keramikfedern. Aluminiumoxid-Federn können bis etwa 800°C, Zirkonoxid-Federn bis etwa 600°C ohne bleibende geometrische Verformung eingesetzt werden. Unter konstanter Spannung zeigen Federn aus Y-stabilisiertemEntwickelt wurde eine mehrstufige Fertigungstechnologie (Schruppen, Schlichten, Trennschnitt) zur Herstellung keramischer Federn aus gesinterten Hohlzylindern. Durch Optimierung von Maschinenparametern, Schleifscheiben sowie Werkstück- und Werkzeugaufnahmen ist es gelungen, Federn aus Hochleistungskeramik (Aluminiumoxid und Zirkonoxid) mit hoher Kanten- und Oberflächenqualität reproduzierbar herzustellen. Eine hohe Variabilität bezüglich Außen- und Innendurchmesser, Steigung, Windungsquerschnitt und Abstand zwischen den Windungen ermöglicht es, die Federkonstante über drei Größenordnungen zu variieren. Untersucht wurden Federstabilität und Spannungs-Dehnungs-Verhalten unter konstanter und zyklischer Druckbelastung sowie die thermomechanische Stabilität der Keramikfedern. Aluminiumoxid-Federn können bis etwa 800°C, Zirkonoxid-Federn bis etwa 600°C ohne bleibende geometrische Verformung eingesetzt werden. Unter konstanter Spannung zeigen Federn aus Y-stabilisiertem TZP (Zirkonoxid)-Werkstoffen, von anderen Keramikwerkstoffen abweichend, bei Raumtemperatur eine zeitabhängige, elastische, Verformung (Superelastizität), die nach Entlastung über einen Zeitraum von mehreren Stunden reversibel verläuft. Als Ursache wird eine spannungsinduzierte reversible Phasenumwandlung zwischen austenitischer (tetragonales ZrO2) und martensitischer (monoklines ZrO2) Phase postuliert. Diskutiert wird das Anwendungspotenzial der entwickelten Federn für kapazitive keramische Federsensoren für Gravimeter und Wägetechnik.zeige mehrzeige weniger

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  • Rabe_2018-09-27_IAK_Keramikbearbeitung_E.pdf
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Metadaten
Autoren/innen:Torsten Rabe
Koautoren/innen:Bärbel Schulz, Martin Hollesch, Andreas Börner
Dokumenttyp:Vortrag
Veröffentlichungsform:Präsentation
Sprache:Deutsch
Jahr der Erstveröffentlichung:2018
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.5 Technische Keramik
9 Komponentensicherheit
9 Komponentensicherheit / 9.2 Versuchsanlagen und Prüftechnik
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Fertigungstechnologie; Keramikfeder; Spannungs-Dehnungs-Verhalten; Thermomechanische Eigenschaften; Zyklische Belastung
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialien und Stoffe
Veranstaltung:AK-Sitzung "Keramikbearbeitung" des Fraunhofer IPK
Veranstaltungsort:Berlin, Germany
Beginndatum der Veranstaltung:27.09.2018
Enddatum der Veranstaltung:27.09.2018
Verfügbarkeit des Volltexts:Volltext-PDF im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:15.10.2018
Referierte Publikation:Nein