DE1140375B - Verfahren zum Ermitteln einer Masszahl fuer die Temperaturwechselbestaendigkeit keramischer Werkstoffe - Google Patents

Description

• Verfahren zum Ermitteln einer Maßzahl für die Temperaturwechselbeständigkeit keramischer Werkstoffe Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Maßzahl für die Temperaturwechselbeständigkeit keramischer Werkstoffe durch unmittelbare Messung von physikalischen Eigenschaften eines Prüfkörpers zugeordneten Kenngrößen.
• Die Widerstandsfähigkeit keramischer Werkstoffe gegenüber Temperaturschwankungen, die sogenannte Temperaturwechselbeständigkeit (TWB) ist bekanntlich eine der wichtigsten Verbrauchseigenschaften. Sie ließ sich bisher nur in unzulänglicher Weise bestimmen. Man hat versucht, die TWB aus einer Reihe physikalischer bestimmbarer Faktoren zu berechnen. Die vor langer Zeit von Winkelmann und Schott aufgestellte Formel zur Berechnung der TWB war nur für Stoffe anwendbar mit weitgehend homogenem Gefüge, insbesondere für Gläser und Porzellane. Nach dieser Formel erhielt man für die TWB der genannten Stoffe keine quantitativen Werte, sondern allenfalls eine qualitative Reihenfolge. Außerdem sind die bekannten Formeln für feuerfeste Erzeugnisse nicht anwendbar, weil in ihnen die sogenannte Kerbfestigkeit überhaupt nicht berücksichtigt wird und zum anderen die Faktoren, von denen die Größe der im Werkstoff bei einem Temperaturwechsel auftretende Temperaturdifferenz abhängig ist, nicht in die richtige Beziehung gesetzt werden.
• Man hat diese mit der Wärme- bzw. Temperaturleitfähigkeit zusammenhängenden Faktoren auf die ganz unsachgemäße Wasserabschreckmethode abgestimmt.
• Unabhängig hiervon sind die bisher vorgeschlagenen Wege zur Bestimmung der TWB für die Praxis umständlich, zeitraubend und kostspielig.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die oben geschilderten Mängel behoben, indem nach einem an sich bekannten Verfahren zum Ermitteln der thermischen Ausdehnung diejenige Temperatur tbr ermittelt wird, bei der die relative Ausdehnung des Prüfkörpers gerade so groß ist wie die mit Hilfe einer bekannten Biegeprüfeinrichtung mit zwei Auflagern und einem mittig an dem Prüfkörper angreifenden Belastungsstempel ermittelte relative Durchbiegung beim Eintritt des Bruches, und zwar zur Berücksichtigung der weiteren thermischen Eigenschaften, wie der Wärmeleitfähigkeit, der spezifischen Wärme und des Wärmeübergangswiderstandes, diese global durch eine an sich bekannte Messung des mittleren Temperaturgefälles d T zwischen zwei vorbestimmten Stellen des vorher auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmten Prüfkörpers während seiner Abkühlung ermittelt werden und der Quotient tbr/T die Maßzahl für die Temperaturwechselbeständigkeit darstellt.
• Zum Ermitteln des Temperaturgefälles werden in an sich bekannter Weise an dem Prüfkörper zwei Thermoelemente angebracht, wobei der Prüfkörper in einem nur seine Deckfläche frei lassenden wärmeisolierenden Kasten angeordnet wird.
• Eine Ausführungsform einer Prüfeinrichtung ist an Hand der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung des Gerätes zur Bestimmung der maximalen Durchbiegung und Fig. 2 eine schematische Darstellung der Versuchsanordnung zur Ermittlung der thermischen Einflußgrößen auf die TWB.
• Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 wird ein aus dem zu prüfenden keramischen Material gebildeter Prüfkörper 1, dessen Größenabmessungen genau festliegen, auf ortsfeste Auflager 2 gebracht und mit Hilfe einer Spindel 3 und einer daran befestigten Druckleiste 4 in seiner Mitte belastet. Die Spindel ist mittels einer Keilnut 5 längsverschiebbar in einem Maschinengestell 6 geführt und mittels eines Handrades 7 axial verschiebbar. An einer mit der Spindel oder dem Handrad verbundenen Skala, einem Meßrohr od. dgl. läßt sich die jeweilige Durchbiegung des Prüfkörpers bei Belastung ablesen. Die Spindel 3 wird allmählich immer weiter vorgeschoben, bis schließlich der Prüfkörper 1 zu Bruch geht. In diesem Augenblick hat man die maximale Durchbiegung, die man in bezug auf die Auflagelänge L des Prüfkörpers in Prozenten ausdrücken kann.
• An Stelle der Spindel 3 kann auch irgendein thermisch belasteter Ausdehnungsstab od. dgl. treten.
• Eine Gewichts- oder eine Federbelastung ist dagegen zu vermeiden, weil in diesem Falle die Belastungskräfte frei zur Wirkung kommen und sich die maximale Durchbiegung hierbei nicht genau ermitteln läßt.
• Nach bekannten Verfahren kann man die thermische Ausdehnung des Prüfkörpers ermitteln und diese in Beziehung setzen zur maximalen Durchbiegung, so daß man damit die Bruchtemperatur (tbr) erhält.
• Mit der Einrichtung gemäß Fig. 2 bestimmt man global die thermischen Einflußgrößen auf die TWB.
• Es ist im wesentlichen ein entsprechend großer Kasten 8 vorgesehen, der beispielsweise aus Holz bestehen und mit Quarzglaswolle gefüllt sein kann. Im Innern des Holzkastens 8 ist ein Eisenblechkasten 10 befestigt, der nach oben hin offen ist und innen mit Aluminiumfolie 11 ausgekleidet ist. Weiterhin sitzen in dem Kasten 10 keramische Füße 12, beispielsweise keramische Röhrchen, die eine Blechplatte 13 zur Aufnahme des Probekörpers 14 halten. Die Größenabmessungen der Füße 12 und des Kastens 10 sind so gewählt, daß der Prüfkörper 14 mit seiner Oberfläche in gleicher Höhe mit dem oberen Kastenrand liegt. Der Prüfkörper 14 wird beispielsweise in einem elektrischen Ofen vorsichtig auf 11500 C erhitzt und anschließend mindestens 5 Stunden bei dieser Temperatur gehalten, so daß er durch und durch die gleiche Temperatur aufweist. Er wird dann mit einer thermisch isolierten Zange dem Ofen entnommen und rasch in den eben beschriebenen Abkühlkasten auf die Platte 13 gestellt. Anschließend wird er mit einem hochisolierten Spinellpulver 15 allseitig umgeben. Letzteres kann man durch Erhitzen von Magnesium-Aluminat auf 14000 C gewinnen.
• Der Prüfkörper 14 hat in vorbestimmten Abständen von der Oberfläche Öffnungen 16, 17 für die Einführung von je einem Thermoelement Tht bzw.
• Th2. Vor dem Einbetten des Prüfkörpers 14 werden die Thermoelemente in den Prüfkörper eingeführt.
• Nunmehr kann man den Prüfkörper abkühlen lassen und mittels der Thermoelemente Tht und Th2 die Abkühlungstemperaturen an den vorgesehenen Stellen im Prüfkörper messen. Am Anfang ist die Temperaturdifferenz gleich Null; desgleichen nach vollständiger Abkühlung des Prüfkörpers. Zwischendurch tritt eine Temperaturdifferenz auf. Über einen längeren Zeitraum hinweg, beispielsweise während einer Abkühlzeit von 2 Stunden, läßt sich eine mittlere Temperaturdifferenz errechnen. Diese mittlere Temperaturdifferenz kann beispielsweise durch Ausplanimetrieren des durch die Abkühlungskurven der beiden Thermoelemente eingeschlossenen Temperaturfeldes ermittelt werden. Die Höhe dieser Temperaturdifferenz ist abhängig von der Wärmeleitfähigkeit, der spezifischen Wärme, dem Raumgewicht und dem Wärmeübergangswert des betreffenden Materials gegenüber Luft. Man kann also auf diese Weise alle diese Werte komplex erfassen, und zwar in ihrer richtigen Beziehung zur Temperaturwechselbeständigkeit des zu prüfenden Materials.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Ermitteln einer Maßzahl fül die Temperaturwechselbeständigkeit keramischer Werkstoffe durch unmittelbare Messung von physikalischen Eigenschaften eines Prüfkörpers zugeordneten Kenngrößen, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem an sich bekannten Verfahren zum Ermitteln der thermischen Ausdehnung diejenige Temperatur tbr ermittelt wird, bei der die relative Ausdehnung des Prüfkörpers gerade so groß ist wie die mit Hilfe einer bekannten Biegeprüfeinrichtung mit zwei Auflagern und einem mittig an dem Prüfkörper angreifenden B elastungs stempel ermittelte relative Durchbiegung beim Eintritt des Bruches, und daß zur Berücksichtigung der weiteren thermischen Eigenschaften, wie der Wärmeleitfähigkeit, der spezifischen Wärme und des Wärmeübergangswiderstandes, diese global durch eine an sich bekannte Messung des mittleren Temperaturgefälles j T zwischen zwei vorbestimmten Stellen des vorher auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmten Prüfkörpers während seiner Abkühlung ermittelt werden und daß der Quotient 4r/ T die Maßzahl für die Temperaturwechselbeständigkeit darstellt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln des Temperaturgefälles in an sich bekannter Weise an dem Prüfkörper zwei Thermoelemente angebracht werden und der Prüfkörper in einem nur seine Deckfläche frei lassenden wärmeisolierenden Kasten angeordnet wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Buch von H. Poetter: »Die Werkstoffprüfung im Maschinenbau und in der Elektrotechnik«, 2. Auflage, 1952, S.190; Buch von F. Kohlrausch: »Praktische Physik«, Bd. l, 1950, S.276, 277; »Archiv für Technisches Messen«, V 9213-1 vom Juli 1941, Doppelseiten T95, T96.