Wie misst man das Poisson-Verhältnis von ZTA-Keramik?

Hallo! Als Lieferant von ZTA-Keramik werde ich oft nach verschiedenen technischen Aspekten unserer Produkte gefragt. Eine Frage, die immer wieder auftaucht, ist, wie man das Poisson-Verhältnis von ZTA-Keramik misst. Deshalb dachte ich, ich würde im heutigen Blog einige Erkenntnisse zu diesem Thema teilen.

Lassen Sie uns zunächst schnell verstehen, was das Poisson-Verhältnis ist. Einfach ausgedrückt ist es ein Maß dafür, wie sich ein Material verformt, wenn es gedehnt oder komprimiert wird. Wenn Sie ein Material in eine Richtung ziehen, wird es normalerweise in den senkrechten Richtungen dünner. Die Querdehnungszahl quantifiziert diese Beziehung zwischen der lateralen Dehnung (Änderung der Dicke) und der axialen Dehnung (Änderung der Länge).

Warum ist es nun wichtig, die Poisson-Zahl von ZTA-Keramik zu messen? Nun, ZTA-Keramik oder Zirconia Toughened Alumina-Keramik ist für ihre hervorragenden mechanischen Eigenschaften wie hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Bruchzähigkeit bekannt. Aufgrund dieser Eigenschaften eignet es sich für ein breites Anwendungsspektrum, von Schneidwerkzeugen bis hin zu Zahnimplantaten. Die Kenntnis des Poisson-Verhältnisses hilft Ingenieuren und Designern zu verstehen, wie sich das Material unter verschiedenen Belastungen verhält, was für die Gewährleistung der Leistung und Zuverlässigkeit von Produkten aus ZTA-Keramik von entscheidender Bedeutung ist.

Es gibt verschiedene Methoden zur Messung des Poisson-Verhältnisses von ZTA-Keramik, und ich werde hier einige der gebräuchlichsten Methoden durchgehen.

1. DMS-Methode

Dies ist eine der einfachsten und am weitesten verbreiteten Methoden. Die Grundidee besteht darin, Dehnungsmessstreifen an der Oberfläche der Keramikprobe anzubringen. Dehnungsmessstreifen sind kleine Geräte, die die Längenänderung des Materials unter Spannung messen können.

So funktioniert es:

• Probenvorbereitung: Zuerst müssen Sie eine ZTA-Keramikprobe in einer geeigneten Form vorbereiten, normalerweise ein rechteckiges Prisma oder einen Zylinder. Stellen Sie sicher, dass die Oberflächen glatt und sauber sind, um eine gute Haftung der Dehnungsmessstreifen zu gewährleisten.
• Installation von Dehnungsmessstreifen: Befestigen Sie zwei Dehnungsmessstreifen an der Probe – einen in axialer Richtung (Richtung der aufgebrachten Last) und einen in seitlicher Richtung (senkrecht zur aufgebrachten Last). Um die Dehnungsmessstreifen auf die Keramikoberfläche zu kleben, können Sie einen Spezialkleber verwenden.
• Laden der Probe: Üben Sie mit einer Prüfmaschine nach und nach eine bekannte Belastung auf die Probe aus. Während sich die Probe unter der Last verformt, messen die Dehnungsmessstreifen die Längenänderungen.
• Datenerfassung und -berechnung: Zeichnen Sie die Dehnungswerte sowohl der axialen als auch der lateralen Dehnungsmessstreifen auf. Berechnen Sie dann die Poissonzahl mithilfe der Formel:

[
\nu = - \frac{\epsilon_{lateral}}{\epsilon_{axial}}
]

Dabei ist (\nu) die Poissonzahl, (\epsilon_{lateral}) die seitliche Dehnung und (\epsilon_{axial}) die axiale Dehnung.

Bei dieser Methode ist zu beachten, dass die Genauigkeit der Messung von der Qualität der Dehnungsmessstreifen und der ordnungsgemäßen Installation abhängt. Außerdem sollte die Keramikprobe homogen sein, um zuverlässige Ergebnisse zu gewährleisten.

2. Ultraschallmethode

Die Ultraschallmethode ist eine zerstörungsfreie Prüftechnik, die auch zur Messung der Poissonzahl eingesetzt werden kann. Es basiert auf der Tatsache, dass die Geschwindigkeit von Ultraschallwellen in einem Material mit seinen elastischen Eigenschaften, einschließlich der Poissonzahl, zusammenhängt.

Hier ist der Prozess:

• Probenvorbereitung: Bereiten Sie ähnlich wie bei der Dehnungsmessstreifenmethode eine ZTA-Keramikprobe mit glatten Oberflächen vor.
• Einrichtung des Ultraschallwandlers: Platzieren Sie zwei Ultraschallwandler auf der Probe – einen zum Erzeugen von Ultraschallwellen und einen zum Empfangen dieser. Die Ankopplung der Wandler an die Probe erfolgt üblicherweise über ein geeignetes Kopplungsmedium, beispielsweise ein Gel oder eine Flüssigkeit.
• Messung von Ultraschallwellengeschwindigkeiten: Senden Sie Ultraschallwellen in verschiedene Richtungen (längs und quer) durch die Probe. Messen Sie die Zeit, die die Wellen benötigen, um sich durch die Probe zu bewegen, und berechnen Sie die Wellengeschwindigkeiten.
• Berechnung der Poissonzahl: Verwenden Sie die gemessenen Wellengeschwindigkeiten, um das Poisson-Verhältnis zu berechnen. Der Zusammenhang zwischen den Wellengeschwindigkeiten und der Poisson-Zahl wird durch die folgenden Gleichungen angegeben:

[
\nu=\frac{V_{l}^{2}-2V_{t}^{2}}{2(V_{l}^{2}-V_{t}^{2})}
]

wobei (V_{l}) die Longitudinalwellengeschwindigkeit und (V_{t}) die Transversalwellengeschwindigkeit ist.

Der Vorteil der Ultraschallmethode besteht darin, dass sie zerstörungsfrei ist und die Probe somit wiederverwendet werden kann. Für die genaue Durchführung der Messungen sind jedoch spezielle Geräte und Fachkenntnisse erforderlich.

3. Methode der digitalen Bildkorrelation (DIC).

DIC ist eine relativ neue und fortschrittliche Methode zur Messung von Dehnung und Verformung in Materialien. Mithilfe eines Kamerapaars werden Bilder der Probenoberfläche vor und während der Verformung aufgenommen.

So funktioniert es:

• Probenvorbereitung: Bereiten Sie die ZTA-Keramikprobe vor und tragen Sie ein zufälliges Fleckenmuster auf die Oberfläche auf. Dieses Muster wird verwendet, um die Bewegung von Punkten auf der Oberfläche während der Verformung zu verfolgen.
• Kamera-Setup: Richten Sie zwei Kameras ein, um die Probe aus verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten. Kalibrieren Sie die Kameras, um eine genaue Messung der Oberflächenverschiebungen sicherzustellen.
• Laden der Probe und Bildaufnahme: Belasten Sie die Probe und nehmen Sie eine Reihe von Bildern mit unterschiedlichen Belastungsniveaus auf. Die DIC-Software analysiert die Bilder, um die Verschiebungen und Dehnungen auf der Probenoberfläche zu berechnen.
• Berechnung der Poissonzahl: Sobald die axialen und seitlichen Dehnungen berechnet sind, kann das Poisson-Verhältnis mit der gleichen Formel wie bei der Dehnungsmessstreifenmethode bestimmt werden.

Die DIC-Methode bietet eine hochauflösende und vollflächige Dehnungsmessung. Es kann auch detaillierte Informationen über das Verformungsverhalten des Materials liefern. Allerdings ist es teurer und erfordert anspruchsvolle Software und Ausrüstung.

Als ZTA-Keramiklieferant wissen wir, wie wichtig genaue Materialeigenschaften für unsere Kunden sind. Deshalb stellen wir sicher, dass unsere ZTA-Keramikprodukte gründlich getestet werden, einschließlich der Messung der Poissonzahl, um die höchsten Qualitätsstandards zu erfüllen.

Wenn Sie auf der Suche nach hochwertigen ZTA-Keramikprodukten sind, sind Sie bei uns genau richtig. Wir bieten eine große Auswahl anZTA-Keramikfliesenund andere ZTA-Keramikkomponenten, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind. Ob Sie sie für Industriemaschinen, medizinische Geräte oder andere Zwecke benötigen, wir können die richtige Lösung für Sie bereitstellen.

Wenn Sie Fragen zu unseren Produkten, zur Messung der Poissonzahl oder zu anderen Themen im Zusammenhang mit ZTA-Keramik haben, können Sie sich gerne an uns wenden. Wir freuen uns immer über ein Gespräch und die Besprechung Ihrer spezifischen Bedürfnisse. Lassen Sie uns ein Gespräch beginnen und sehen, wie wir gemeinsam Ihre Anforderungen erfüllen können!

Referenzen

• Callister, WD, & Rethwisch, DG (2018). Materialwissenschaft und Werkstofftechnik: Eine Einführung. Wiley.
• Handbuch zur zerstörungsfreien Prüfung, Band 7: Ultraschallprüfung. Amerikanische Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung.
• Sutton, MA, Orteu, J. – J., & Schreier, H. (2009). Bildkorrelation für Form-, Bewegungs- und Verformungsmessungen: Grundkonzepte, Theorie und Anwendungen. Springer.