96. V96 Festigkeit und Bruchzähigkeit keramischer Werkstoffe

Keramische Materialien werden für diverse Anwendungen z. B. in Verbrennungsmotoren, Katalysatoren und medizinischen Implantaten immer bedeutender. Dabei sind je nach Anwendung spezifische mechanische Eigenschaften von den verwendeten Keramiken gefordert. Deshalb ist es wichtig, mechanische Kennwerte, wie die Festigkeit oder Bruchzähigkeit von Werkstoffen, bestimmen und einordnen zu können. Generell weisen keramische Materialien neben hoher Härte und Festigkeit auch die Nachteile einer geringen Bruchzähigkeit und eines spröden Versagensmechanismus auf. Dabei bedeutet ein spröder Versagensmechanismus das Fehlen plastischer Deformation vor dem Bruch. In Abb. 96.1a ist eine idealisierte Spannungs‐Dehnungs‐Kurve einer typischen Keramik dargestellt. Vor dem Bruch (Abfall der Spannung) ist nur linear‐elastisches Verhalten zu beobachten. Mikro‐Mechanismen zur plastischen Verformung, die Spannungsspitzen abbauen können, wie zum Beispiel Versetzungsbewegung in Metallen, kommen in spröden Materialien wie Keramiken nicht vor. Aufgrund dessen erfolgt das Versagen von keramischen Materialien spontan und plötzlich ausgehend von Defekten in der Mikrostruktur oder Rissen. In Abb. 96.1b ist eine Bruchfläche eines spröden Materials dargestellt. Der Riss ist von einem Oberflächendefekt ausgegangen.