Einfluss der Umwandlungsverstärkung von Zirkonoxidkeramiken auf das tribologische Verhalten bei hoher mechanischer Belastung unter Wasserschmierung

• Antragsteller: Dr. Andreas Kailer; Professor Klaus G. Nickel, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233894750

Werkstoffe auf ZrO2-Basis werden oft wegen einer Kombination exzellenter Verschleißeigenschaften mit hohen Festigkeiten und Bruchzähigkeiten eingesetzt. So ist Zirconia heute der keramische Standardwerkstoff im Bereich von Dichtungen und Punpen. Wegen der hohen Festigkeiten gepaart mit hoher Bruchzähigkeit ist es hier erste Wahl, wenn hohe mechanische Belastungen das Anforderungsprofil bestimmen. Um aber eine erfolgreiche Anwendnung wassergeschmierter Bauteile mit Verschleißbeanspruchung über lange Zeiträume zu garantieren, muss die Problematik der Niedertemperaturdegradation im Verschleißbereich untersucht und beherrschbar sein. Daher soll das Projekt a) die zugrunde liegenden Mechansimen, Kinetik und Wirkparameter ergründen und gleichzeitig in-situ-Testverfahren für die Degradation entwicklen, um insbesondere die Einlaufphase mit der potentiellen Interaktion von Verschleiß und Degradation zu verstehen und zu modellieren.Als Modellmaterialien sind Y-haltige tetragonale Zirkonia-Polykristallitwerkstoffe (Y-TZP) und ein aluminiumoxidhaltiger Verbundwerkstoff (AZT) vorgesehen, an denen die oberflächennahe Umwandlung der tetragonalen in die monokline Phase in wassergeschmierten Systemen als Funktion der Umgebungsvariablen Temperatur (20 bis 90°C), Beanspruchung (Last, Geschwindigkeit, Geometrie) und Zeit untersucht wird. Die Menge, Ausdehnung und Verteilung der Umwandlungszone wird mit den Auswirkungen auf die Mikrostruktur (Rißwachtsum, Eigenspannungen und Dekete) und die mechanischen Eigenschaften (Härte, effeketive Elastizität, Bruchzähigkeit) korrelliert werden. Röntgendiffraktometrische Techniken werden entwickelt, um Spannungen und Umwandlungen zu korrelieren und in-situ tests und Kalibrierungen vorzunehmen, die kritische Bedingungen eingrenzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Biegeeinsatzapparatur für Mikro-XRD
• Gerätegruppe: 2900 Statische und quasistatische Prüfmaschinen und -anlagen