Abstract
Die Gefügestruktur hat einen signifikanten Einfluss auf das Bruchverhalten von feuerfesten Magnesiabaustoffen. Verglichen mit reinen Magnesiabaustoffen zeigen Magnesia-Spinell-Materialien schon am Ende des Produktionsprozesses eine höhere Anzahl von Mikrorissen, was zu Rissverzweigungen und einer größeren Prozesszone (fracture process zone, FPZ) führt. Die Entwicklung der FPZ von industriell hergestelltem Magnesia-Spinell und Magnesiabaustoffen wurde mittels digitaler Bildkorrelation (digital image correlation, DIC) anhand von Ergebnissen aus Keilspaltversuchen analysiert. Es konnte eine kritische Dehnung ermittelt werden, ab welcher es zu keiner Wechselwirkung zwischen den Rissflanken mehr kommt. Dazu wurde die Abmessung der FPZ untersucht. Es hat sich gezeigt, dass mit Auftreten des traktionsfreien Makrorisses die Breite der FPZ abnimmt. Die FPZ von Magnesia-Spinell ist bereits lang vor Erreichen der Maximallast detektierbar, der Beginn des traktionsfreien Makrorisses befindet sich im Bereich nach dem Last Abfall auf 60-70% der Maximallast. Für Magnesiabaustoffe konnte mittels DIC keine ausgeprägte FPZ nachgewiesen werden, es kommt nahe dem Lastmaximum zur Bildung des traktionsfreien Makrorisses. Aufgrund der Entwicklung der FPZ zeigt Magnesia-Spinell eine reduzierte Sprödigkeit. Für feuerfeste Materialien mit verminderter Sprödigkeit gilt eine ausgeprägte Abweichung vom linear elastischen Verhalten und üblicherweise eine erhöhte Temperaturwechselbeständigkeit. Die während der Bruchmechnikversuche konsumierte Energie wurde über die Risslänge ausgewertet. Feuerfeste Materialien mit verminderter Sprödigkeit konsumieren eine geringe Energiemenge zur Rissinitiierung als herkömmliche feuerfeste Baustoffe, jedoch wird bei Rissausbreitung eine größere Menge an Energie konsumiert. Magnesia-Spinell zeigt daher einen höheren Rissausbreitungswiderstand als Magnesiamaterialien. Zur Simulation der Rissausbreitung eines Magnesia-Spinell Baustoffes im Keilspalttest wurde ein heterogenes Kontinuumsmodell mit zufälliger Verteilung der Festigkeit entsprechend einer Weibullverteilung entwickelt. Bei Vergleich der simulierten Rissausbreitung mit Ergebnissen der DIC an Laborversuchen wurden ähnliche Rissbilder beobachtet. Bilineare Spannungs/Dehnungskurven kamen zur Anwendung, um das Entfestigungsverhalten der feuerfesten Materialien zu beschreiben. Mit einem Inversenansatz wurden die Form der bilinearen Spannungs/Dehnungs Beziehungen, die Zugfestigkeit und die spezifische Bruchenergie ermittelt. Das Verfahren könnte die Grundlage für eine realistische Simulation der Rissausbreitung in feuerfesten Werkstoffen in industriellen Anwendungen darstellen.
Titel in Übersetzung | Prozesszone in feuerfesten Keramiken |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dr.mont. |
Betreuer/-in / Berater/-in |
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Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2017 |
Bibliographische Notiz
gesperrt bis nullSchlagwörter
- Prozesszone
- digitale Bildkorrelation
- Sprödigkeit
- feuerfeste Baustoffe
- Magnesia
- Spinell
- Kohäsivzonenmodell
- heterogenes Kontinuumsmodell
- Inversenmethode