ASTM C1291 Hochtemperatur-Zugkriechdehnungs-, Kriechdehnungsgeschwindigkeits- und Kriechzeitprüfung für monolithische Hochleistungskeramik

Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Standard „ASTM C1291 Standard Test Method for High-Temperature Tensile Creep Strain, Creep Strain Rate, and Creep Time to Failure for Monolithic Advanced Ceramics“ beschreibt ein Testverfahren zur Bestimmung der Zugkriechdehnung, der Kriechdehnungsrate und der Kriechzeit bis zum Versagen für fortschrittliche monolithische Keramik bei erhöhten Temperaturen, typischerweise zwischen 1073 und 2073 K.

Diese Norm umfasst verschiedene Prüfkörpergeometrien. Die Kriechdehnung bei konstanter Temperatur wird durch direkte Messungen der Dehnung der Messlänge über den Prüfzeitraum ermittelt. Die minimale Kriechdehnungsrate, die zeitlich konstant sein kann, wird als Funktion der Temperatur und der angelegten Spannung ermittelt. Die Kriechzeit bis zum Bruch ist ebenfalls in dieser Prüfmethode enthalten.

Dieses Prüfverfahren ist für Hochleistungskeramiken vorgesehen, die sich makroskopisch wie isotrope, homogene, kontinuierliche Materialien verhalten. Obwohl dieses Prüfverfahren für monolithische Keramiken konzipiert ist, können auch whisker- oder partikelverstärkte Verbundkeramiken und kleinvolumige, fraktional stapelfaserverstärkte Verbundkeramiken diese makroskopischen Verhaltensannahmen erfüllen. Kontinuierlich faserverstärkte Keramikverbundwerkstoffe verhalten sich makroskopisch nicht wie isotrope, homogene, kontinuierliche Materialien, und dieses Prüfverfahren wird für diese Materialien nicht empfohlen.

Kriechversuche messen die zeitabhängige Verformung unter Krafteinwirkung bei einer bestimmten Temperatur und damit die Krafttragfähigkeit eines Materials für begrenzte Verformungen. Bei richtiger Interpretation liefern Kriechbruchversuche ein Maß für die Krafttragfähigkeit eines Materials in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur. Die beiden Tests ergänzen sich bei der Bestimmung der Krafttragfähigkeit eines Materials für einen bestimmten Zeitraum. Bei der Auswahl von Materialien und der Konstruktion von Teilen für den Einsatz bei erhöhten Temperaturen hängt die Art der verwendeten Testdaten von den Krafttragfähigkeitskriterien ab, die die Gebrauchstauglichkeit des Materials am besten definieren.

Dieses Testverfahren kann für die Materialentwicklung, Qualitätssicherung, Charakterisierung und Konstruktionsdatengenerierung verwendet werden.

Hochfeste, monolithische Keramikwerkstoffe, die typischerweise durch kleine Korngrößen (bis zu 50 μm) und Schüttdichten nahe ihrer theoretischen Dichte gekennzeichnet sind, eignen sich für strukturelle Anwendungen, die Belastungen bei hohen Temperaturen tragen. Zu diesen Anwendungen gehören Komponenten wie Turbinenschaufeln, die Spannungsgradienten und mehrachsigen Spannungen ausgesetzt sind.

Daten für Konstruktions- und Prognosezwecke sollten mithilfe einer geeigneten Kombination von Testmethoden gewonnen werden, die die relevantesten Informationen für die betrachteten Anwendungen liefern. Hierbei ist zu beachten, dass keramische Materialien dazu neigen, schneller zu schrumpfen als unter Druck. Dieser Unterschied führt zu zeitabhängigen Änderungen der Spannungsverteilung und der neutralen Achsenposition, wenn Tests unter Biegung durchgeführt werden. Folglich ist eine Dekonvolution (Entfaltung, Filterung) der Biegekriechdaten zur Gewinnung der für die Konstruktion erforderlichen konstitutiven Gleichungen nicht ohne eine gewisse Unsicherheit hinsichtlich der Form der Kriechgleichungen und der Größe der Kriechrate unter Zug im Verhältnis zur Kriechrate unter Druck möglich. Deshalb sollten Kriechdaten für Konstruktion und Lebensdauerprognose sowohl unter Zug als auch unter Druck sowie beim erwarteten Betriebsspannungszustand gewonnen werden.

Kurz gesagt: ASTM C1291 ist eine Spezifikation, die eine Schlüsselrolle bei der Bewertung der Haltbarkeit dekorativer Betonmaterialien bei Frost-Tau-Zyklen spielt. Diese Norm wird aus folgenden Gründen als wichtig erachtet:

• Bewertet die Frost-Tau-Beständigkeit: Bietet eine kontrollierte, wiederholbare Methode zum Testen der Beständigkeit dekorativer Betonmaterialien gegenüber zyklischem Gefrieren und Tauen, was für Außenanwendungen in kalten Klimazonen entscheidend ist. Es hilft festzustellen, ob ein Material unter realen Wetterbedingungen reißt, abblättert oder sich verschlechtert.
• Qualitätskontrolle und -sicherung: Ermöglicht Herstellern und Auftragnehmern, die Leistung dekorativer Betonprodukte vor der Installation zu überprüfen. Dies gewährleistet die Langlebigkeit und das Erscheinungsbild dekorativer Elemente wie geprägtem, lackiertem oder durchgefärbtem Beton.
• Produktentwicklung und -verbesserung: Hilft Forschern und Produktentwicklern bei der Bewertung neuer Additive, Beschichtungen oder Dichtungsmittel durch Messung ihrer Auswirkungen auf die Frost-Tau-Beständigkeit. Unterstützt Innovationen durch die Bereitstellung eines konsistenten Benchmarks für den Vergleich verschiedener Materialien.
• Konformität und Spezifikation: Dies kann in Projektspezifikationen oder von Aufsichtsbehörden angegeben werden, um sicherzustellen, dass die Materialien bestimmte Leistungskriterien erfüllen. Dadurch wird das Risiko eines vorzeitigen Ausfalls verringert, indem sichergestellt wird, dass die in einem Projekt verwendeten Materialien den Industriestandards entsprechen.
• Risikominderung: Trägt dazu bei, kostspielige Reparaturen oder Austausch zu vermeiden, indem Materialien identifiziert werden, die bei Frost-Tau-Bedingungen möglicherweise eine schlechte Leistung erbringen. Erhöht die Kundenzufriedenheit, indem sichergestellt wird, dass dekorativer Beton seine Funktion und Ästhetik im Laufe der Zeit behält.

Kurz gesagt: Die Norm ASTM C1291 ist wichtig, da sie eine wissenschaftlich fundierte Methode zur Beurteilung der Widerstandsfähigkeit von dekorativem Beton gegenüber Frost-Tau-Zyklen bietet. Damit ist sie ein wichtiges Instrument zur Gewährleistung von Haltbarkeit, Sicherheit und Qualität in Bereichen, in denen Beton rauen Witterungsbedingungen ausgesetzt ist.

Unser Unternehmen unterstützt seit Jahren Unternehmen aller Branchen mit einem breiten Spektrum an Prüf-, 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 „ASTM C1291 Standardtestmethode für Hochtemperatur-Zugkriechdehnung, Kriechdehnungsrate und Kriechzeit bis zum Versagen für monolithische Hochleistungskeramik“ an.