Keramische Werkstoffe: Grundlagen und Technologien (WW3-P-BASIC)10 ECTS
(englische Bezeichnung: Ceramic Materials: Fundamentals and Technologies)

Lehrveranstaltungen:

• • Structure and properties I: mechanoceramic (WS 2022/2023)
    (Vorlesung mit Übung, Tobias Fey)
  • Physical and chemical properties of glass and ceramics I: Equilibrium systems (WS 2022/2023)
    (Vorlesung mit Übung, 2 SWS, Dominique de Ligny, Fr, 12:15 - 13:45, 0.15)
  • Physical and chemical properties of glass and ceramics II: Non-equilibrium systems (SS 2023)
    (Vorlesung mit Übung, 2 SWS, Dominique de Ligny, Do, 13:30 - 15:00, 0.15)
  • Sintering and advanced densification methods (SS 2023)
    (Vorlesung mit Übung, Kyle G. Webber, Di, 8:15 - 9:45, 0.15)

Inhalt:

Physikalisch-chemische Grundlagen von Glas und Keramik I: Equilibrium systems

• Atomic bonds
  

• Common crystal structures
  

• Volume, thermal expansion and compressibility
  

• Heat capacity and entropy
  

• Solutions
  

• Phase diagrams
  

• Homogeneous systems
  

• Heterogeneous systems
  

• Phase transition

Mechanokeramik

• Keramik als Konstruktionswerkstoff
  

• Festigkeit (bruchmechanische Grundlagen, Berechnungskonzeptionen)
  

• Konstruieren (Grundlagen, keramische Bauteile, lösbare Verbindungen)
  

• Bearbeiten (abrasive und nichtabrasive Verfahren)
  

• Verbindungstechnik (form-, kraft- und stoffschlüssige Verbindungen)
  

• Bauteilprüfung (proof test, zerstörungsfreie Prüfverfahren)
  

• Werkstoffe und Anwendungen
  

• Oxidkeramiken (Al2O3, ZrO2, Al2TiO5, Al6Si2O13, Mg2Al4Si5O18)
  

• Nichtoxidkeramiken (C, B4C, SiC, Si3N4, AlN)
  

• Faserverbundkeramik

Physikalisch-chemische Grundlagen von Glas und Keramik II: Non-equilibrium systems

• Time related properties:
  

• Thermal conductivity, Thermal shock and thermal fatigue, Viscosity, Relaxation, Superplasticity
  

• Glass transition and their characteristic properties
  

• Chemical behavior at high temperatures:
  

• Oxidation, corrosion, devitrification
  

• Design of glass ceramics:
  

• Theory of nucleation and growth, Morhology, Applications

Sintering and advanced densification methods

• Hochtemperaturprozesse bei polykristallinischer Keramiken (Grundlagen des Sinterns, Diffusionsmechanismen, Defekte)
  

• Mikrostrukturkontrolle (Sinterparameter, Zusammensetzungseffekte)
  

• Einfluss der Gefüge auf die physikalischen Eigenschaften

English

Physico-chemical fundamentals of glass and ceramics I: Equilibrium systems

• Atomic bonds
  

• Common crystal structures
  

• Volume, thermal expansion and compressibility
  

• Heat capacity and entropy
  

• Solutions
  

• Phase diagrams
  

• Homogeneous systems
  

• Heterogeneous systems
  

• Phase transition

Mechanoceramics

• Ceramics as a structural material
  

• Strength (fracture mechanics basics, calculation concepts)
  

• Design (basics, ceramic components, detachable connections)
  

• Machining (abrasive and non-abrasive processes)
  

• Joining technology (form-fit, force-fit and material-fit joints)
  

• Component testing (proof test, non-destructive testing methods)
  

• Materials and applications
  

• Oxide ceramics (Al2O3, ZrO2, Al2TiO5, Al6Si2O13, Mg2Al4Si5O18)
  

• Non-oxide ceramics (C, B4C, SiC, Si3N4, AlN)
  

• Fiber composite ceramics

Physico-chemical fundamentals of glass and ceramics II: Non-equilibrium systems

• Time related properties:
  

• Thermal conductivity, Thermal shock and thermal fatigue, Viscosity, Relaxation, Superplasticity
  

• Glass transition and their characteristic properties
  

• Chemical behavior at high temperatures:
  

• Oxidation, corrosion, devitrification
  

• Design of glass ceramics:
  

• Theory of nucleation and growth, Morphology, Applications
  

Sintering and advanced densification methods

• High temperature processes in polycrystalline ceramics (basics of sintering, diffusion mechanisms, defects)
  

• Microstructure control (sintering parameters, composition effects)
  

• Influence of microstructure on physical properties
  

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden

• erlernen des strukturellen Aufbaus von Gläsern und Keramiken und der damit verbundenen Grundeigenschaften sowie der Einteilung nichtmetallisch-anorganischer Werkstoffklassen

• vertiefen die wissenschaftlichen und praktischen Kenntnisse auf dem Gebiet der mechanischen Eigenschaften von Gläsern und Keramiken für Tätigkeiten im institutionellen und industriellen Umfeld.
  

• verstehen die Thermodynamik und die Zustandsdiagramme dieser Werkstoffklassen
  

• können die Eigenschaften nichtmetallisch-anorganischer Werkstoffe im Zusammenhang mit der chemischen Zusammensetzung, Aufbereitung, Struktur und Gefüge bewerten
  

• können selbständig über Werkstoffauswahl vor dem Hintergrund von Anwendungsprofilen entscheiden

English

The students

• learn the structural composition of glasses and ceramics and the basic properties associated with them, as well as the classification of non-metallic-inorganic material classes

• deepen the scientific and practical knowledge in the field of mechanical properties of glasses and ceramics for activities in institutional and industrial environments.
  

• understand the thermodynamics and the state diagrams of these classes of materials
  

• can evaluate the properties of non-metallic inorganic materials in relation to chemical composition, preparation, structure and microstructure
  

• can independently decide on material selection against the background of application profiles
  

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:

1. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science) | Kernfach 1 | Glas und Keramik | Grund- und Ergänzungsmodul | Keramische Werkstoffe: Grundlagen und Technologien)
2. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (Master of Science) | Kernfach 2 und 3 | Glas und Keramik | Grund- und Ergänzungsmodul | Keramische Werkstoffe: Grundlagen und Technologien)
3. Nanotechnologie (Master of Science)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | Nanotechnologie (Master of Science) | Gesamtkonto | Kernfächer | Glas und Keramik | Keramische Werkstoffe: Grundlagen und Technologien)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Keramische Werkstoffe: Grundlagen und Technologien (Prüfungsnummer: 62211)

Prüfungsleistung, mündliche Prüfung, Dauer (in Minuten): 30, benotet, 10 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Prüfungssprache nach Wahl der Studierenden

Prüfungssprache: Deutsch oder Englisch

Erstablegung: SS 2023, 1. Wdh.: WS 2023/2024

1. Prüfer:

Kyle G. Webber,

2. Prüfer:

Dominique de Ligny

1. Prüfer:

Tobias Fey