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Feuerfeste MgO-C Komposite mit zellularer Kohlenstoffstruktur, Teil 2: Mikrostrukturoptimierung durch thermo-mechanische Simulation

Refractory MgO-C Composites with a Cellular Carbon Structure, Part 2: Microstructural Optimization by Thermo-mechanical Simulation

  • Forschung und Technik
  • Published:
Keramische Zeitschrift

Kurzfassung

Feuerfestmaterialien sind in ihrer Anwendung sowohl quasistatischen als auch dynamischen thermischen Belastungszuständen ausgesetzt, welche zu Materialschädigungen bis hin zum Materialversagen führen. Zelluläre MgO-C-Komposite, bestehend aus einem Kohlenstoffschaum und mit Periklas (MgO) gefüllten Poren, konnten als vielversprechendes Material für Feuerfestmaterialen identifiziert werden. In dieser Arbeit wurde deren Thermoschockbeständigkeit in Abhängigkeit mikrostruktureller Parameter, wie Porengröße, Stegdicke und offene Porosität mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) untersucht und optimiert. Durch Anwendung der empirisch motivierten Hasselman-Beziehung konnte Rissinitiation für unterschiedliche Thermoschockraten numerisch identifiziert werden.

Abstract

In their applications, refractory materials are subjected to both quasi-static and dynamic thermal loading conditions, leading to material damage up to material failure. Cellular MgO-C composites consisting of a carbon foam, filled with periclase (MgO) are identified as potential refractory materials. In this contribution, the thermal shock resistivity of MgO-C cellular refractories as function of microstructural parameters like pore size, strut thickness and open porosity was investigated and optimized using the finite element method (FEM). Applying the empiric motivated Hasselman relationship, crack initiation could be numerically identified for different thermal shock rates.

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Authors and Affiliations

  1. Lehrstuhl für Technische Mechanik, Universität des Saarlandes, Campus A 4 2, 66123, Saarbrücken, Germany

    A. Jung & S. Diebels

  2. Arbeitsgruppe Struktur- und Funktionskeramik, Universität des Saarlandes, Campus C 6 3, 66123, Saarbrücken, Germany

    G. Falk & D. Petri

Authors
  1. A. Jung
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  2. G. Falk
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  3. D. Petri
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  4. S. Diebels
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Corresponding author

Correspondence to A. Jung.

Additional information

Dr.-Ing. Dr. rer. nat. Anne Jung studierte von 10/2002–09/2007 Chemie an der Universität des Saarlandes. Danach promovierte sie in ihrem weiteren wissenschaftlichen Werdegang zum Dr.-Ing. (2012) mit dem Thema: „Offenporige, nanobeschichtete Hybrid-Metallschäume — Herstellung und mechanische Eigenschaften“ und zum Dr. rer. nat. (2013) mit dem Thema: „Galvanoformen von nano-Nickel und nano-Invar“.

Beruflich war sie als Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Technische Mechanik der Universität des Saarlandes (10/2007–05/2009), am Deutsch-Französischen Forschungsinstitut Saint-Louis (ISL), Frankreich (06/2009–11/2010), am Transferzentrum für Nano-Elektrochemie der Universität des Saarlandes (12/2010–12/2011), am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik (ZeMA gGmbH) (01/2012–12/2012), am Lehrstuhl für Technische Mechanik der Universität des Saarlandes (01/2013–08/2013) tätig. Aktuell wirkt sie seit 09/2013 als Akademische Rätin auf Zeit und seit 11/2014 als Gruppenleiter für „Zelluläre Werkstoffe und mikromechanische Testung“ am Lehrstuhl für Technische Mechanik der Universität des Saarlandes. Dort habilitiert die Autorin seit 02/2014 zur Erlangung der Venia Legendi in Mechanik. Zu den Arbeitsschwerpunkten zählen die Simulation als auch experimentelle Charakterisierung zellulärer Materialien wie Hybirdmetallschäumen und Keramikschäumen.

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Jung, A., Falk, G., Petri, D. et al. Feuerfeste MgO-C Komposite mit zellularer Kohlenstoffstruktur, Teil 2: Mikrostrukturoptimierung durch thermo-mechanische Simulation. Keram. Z. 66, 295–300 (2014). https://doi.org/10.1007/BF03400362

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF03400362

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