Die von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Norm ASTM C1161 beschreibt ein Prüfverfahren zur Bestimmung der Biegefestigkeit von Hochleistungskeramiken bei Umgebungstemperatur. Gemäß der Norm werden standardmäßig Vierpunkt-, Viertelpunkt- und Dreipunktbelastungen mit den vorgegebenen Öffnungen durchgeführt. Es werden rechteckige Proben mit den vorgegebenen Querschnittsabmessungen und den vorgegebenen Proben-Vorrichtungs-Kombinationen und -Eigenschaften verwendet.
Prüfkörper können Abmessungen von 3 x 4 x 45 bis 50 mm aufweisen und in Vierpunkt- oder Dreipunktvorrichtungen mit 40 mm Außenabstand geprüft werden. Alternativ können Prüfkörper und Vorrichtungsöffnungen mit der Hälfte oder dem Doppelten dieser Abmessungen verwendet werden. Das Verfahren ermöglicht die Prüfung von bearbeiteten oder gebrannten Prüfkörpern. Verschiedene Optionen zur Verarbeitungsvorbereitung sind enthalten: anwendungsangepasste Verarbeitung, übliches Verfahren oder festgelegtes Standardverfahren. Dieses Verfahren beschreibt die Vorrichtung, die Anforderungen an die Prüfkörper, das Prüfverfahren, die Berechnungen und die Berichtspflichten. Das Prüfverfahren ist auf monolithische oder partikel- oder whiskerverstärkte Keramik anwendbar. Es kann auch für Gläser verwendet werden. Diese Norm gilt nicht für endlosfaserverstärkte Keramikverbundwerkstoffe.
Dieses Prüfverfahren kann für die Materialentwicklung, Qualitätskontrolle, Charakterisierung und Konstruktionsdatengenerierung verwendet werden. Dieses Prüfverfahren ist für die Verwendung mit Keramiken mit einer Festigkeit von 50 MPa oder mehr vorgesehen.
Die Biegespannung wird anhand der einfachen Balkentheorie berechnet. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Material isotrop und homogen ist, die Elastizitätsmodule bei Zug und Druck gleich sind und das Material linear elastisch ist. Die durchschnittliche Korngröße sollte ein Fünfzigstel der Balkendicke nicht überschreiten. Die Annahme der Norm von Homogenität und Isotropie schließt die Anwendung dieses Tests für endlosfaserverstärkte Keramik aus.
Die Biegefestigkeit einer Reihe von Prüfkörpern wird durch verschiedene Parameter des Prüfverfahrens beeinflusst. Zu diesen Faktoren gehören Belastungsrate, Prüfumgebung, Probengröße, Probenvorbereitung und Prüfvorrichtungen. Probengrößen und Vorrichtungen wurden so gewählt, dass ein Gleichgewicht zwischen praktischen Konfigurationen und den daraus resultierenden Fehlern besteht.
Kurz gesagt, diese Norm bietet Prüfverfahren zur Bestimmung der Biegefestigkeit von Hochleistungskeramikmaterialien, die im Allgemeinen spröde sind und aufgrund ihrer mangelnden Duktilität und hohen Härte spezielle Prüfmethoden erfordern.
Der Zweck dieser Norm besteht darin, die Methodik zur Messung des Bruchmoduls (Biegefestigkeit) von monolithischer Hochleistungskeramik zu standardisieren. Diese Norm wurde speziell entwickelt, um das einzigartige mechanische Verhalten von Keramiken unter Belastung zu berücksichtigen, insbesondere ihre Empfindlichkeit gegenüber Defekten und Oberflächenzuständen.
ASTM C1161 ist bei Umgebungstemperatur anwendbar und wird üblicherweise verwendet für:
Diese Norm definiert drei empfohlene Probenkonfigurationen:
Stäbe werden mit polierten oder geschliffenen Oberflächen getestet, um tatsächliche Einsatzbedingungen zu simulieren und die Empfindlichkeit gegenüber Oberflächendefekten zu bewerten.
Der ASTM C1161-Standard beschreibt sowohl Dreipunkt- als auch Vierpunkt-Biegeprüfmethoden:
Bei beiden Methoden wird der Keramikstab mit einer konstanten Geschwindigkeit belastet, bis er bricht. Die Biegefestigkeit wird aus der Bruchkraft, den Probenabmessungen und der Testkonfiguration berechnet.
Die wichtigsten in dieser Norm bewerteten Parameter sind:
Der ASTM C1161-Standard ist in Branchen von entscheidender Bedeutung, in denen Keramik in strukturellen Anwendungen eingesetzt wird. Zum Beispiel:
Durch die Verwendung einer konsistenten und wiederholbaren Testmethode können Ingenieure und Materialwissenschaftler die Materialleistung zuverlässig vergleichen, die Fertigungsqualität überwachen und Designannahmen validieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der ASTM C1161-Standard eine wichtige Grundlage für die Bewertung der mechanischen Zuverlässigkeit von Hochleistungskeramiken bietet.
Unser Unternehmen unterstützt seit Jahren Unternehmen aller Branchen mit einem breiten Spektrum an Test-, Mess-, Analyse- und Evaluierungsaktivitäten. Es verfügt über ein starkes Team von Mitarbeitern, die die globalen Entwicklungen in Wissenschaft und Technologie aufmerksam verfolgen und sich ständig weiterentwickeln. In diesem Zusammenhang bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm „ASTM C1161 Standard Test Method for Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature“ an.
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