Gebruiksgrenzen van keramische onderdelen voorspelbaar
WN 01/39 * 1 juni 2001
promotie dr. ir. H. Metselaar, faculteit Werktuigbouwkunde: Thermally
induced wear transition in ceramics
Technische keramieken zijn veelbelovende materialen voor
gespecialiseerde toe- passingen. Ze hebben een lagere dichtheid dan
metalen en combineren een hoge druksterkte en hardheid met een grote
chemische stabiliteit. Deze eigenschappen blijven bovendien bewaard
bij hoge temperaturen. Desondanks is keramiek niet zo in trek bij
ontwerpers. Dat komt omdat het nogal bros is. Keramische onderdelen
breken relatief snel als ze tijdens gebruik intensief met elkaar in
contact komen.
Slijtagetypen
Slijtage van keramieken kan worden ingedeeld in verschillende typen.
Promovendus Henk Metselaar ontwikkelde een model om de overgang van
een mild slijtagetype naar een ernstig slijtagetype te voorspellen.
Voor ontwerpers is het immers van belang om te weten wanneer het
gebruik van onderdelen al dan niet veilig is. Het model is bruikbaar
voor een ruime keuze aan materialen en voor een groot gebied aan
gebruikscondities.
In het model zijn de spanningen, die ontstaan door wrijvingswarmte,
verantwoordelijk voor het falen van keramische onderdelen. Metselaar
gaat ervan uit dat breuk optreedt, wanneer deze spanning een bepaalde,
materiaalafhankelijke drempelwaarde overschrijdt. Om te berekenen
onder welke omstandigheden dit gebeurt, definieerde hij een effectieve
warmtegeleidingscoëfficiënt. In die coëfficiënt heeft hij zowel de
warmtegeleiding als de warmteafvoer door de bewegende oppervlakken
verwerkt. De effectieve warmtegeleidingscoëfficiënt is daardoor
afhankelijk van de snelheden van de rakende oppervlakken en van hun
thermomechanische eigenschappen. Metselaar gebruikte bovendien de
snelheden, de normaalkracht en de wrijvingscoëfficiënt om de opgewekte
hoeveelheid warmte te berekenen.
Henk Metselaar toetste zijn model op twee verschillende machines om
het bereik van gebruikscondities te vergroten. De resultaten van deze
experimenten vertoonden een goede overeenkomst met het model, waarbij
de drempelwaarde zeer dicht bij de voorspelde waarde lag. Daardoor is
het nu mogelijk de gebruiksgrenzen van een ontwerp met keramische
onderdelen aan te geven.
promotor prof. Ir. A.W.J. de Gee
co-promotor dr. ir. D.J. Schipper
contactpersoon mw. drs. B. Koopmans, telefoon (053) 489 4366
e-mail b.j.m.koopmans@cent.utwente.nl
© Universiteit Twente 2001
Laatst gewijzigd op 11-07-01 .
Voor nadere informatie kunt u contact
opnemen met de Dienst Communicatie en Transfer, Postbus 217, 7500 AE
Enschede, tel. (053) 489 43 85, e-mail: b.meijering@cent.utwente.nl
Laatste nieuws op Internet: URL: http://www.utwente.nl/nieuws