40. Vortrags- und Diskussionstagung Werkstoffprüfung 2022
Vortrag
28.10.2022 (CEST)
Mechanisches Verhalten von Silica-Aerogelen in Abhängigkeit von der Druckdehnung
BF

Beruktayet Fekadu (M.Sc.)

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)

Fekadu, B. (V)¹; Bartsch, M.¹; Heyer, M.¹; Milow, B.¹; Rege, A.¹
¹Institut für Werkstoff-Forschung/Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Köln
Vorschau
20 Min. Untertitel (CC)

Silica Aerogele sind unregelmäßig verzweigte dreidimensionale Netzwerke aus amorphem Siliziumoxid, die durch Sol-Gel Synthese und anschließende überkritische Trocknung hergestellt werden. Sie weisen eine sehr hohe Porosität von bis zu 99.8 % auf und verfügen über eine extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit von bis zu 0,005 W m-1 K-1. Für diese Materialklasse gibt es zahlreiche Einsatzgebiete, insbesondere als thermische Isolatoren aber auch für sehr spezielle Anwendungen in der Raumfahrt, wie z.B. als Staubkollektor von kosmischem Staub. Die Eigenschaften von Silica Aerogelen sind stark von dem Herstellungsprozess und der dabei erzeugten Mikro- bzw. Nanostruktur abhängig. In der aktuellen Arbeit wurden Silica Aerogele mit unterschiedlicher Dichte hergestellt und sowohl die Porosität, BET-Oberfläche, Porenvolumen, Porengrößenverteilung, als auch die umhüllende  skeletale Dichte bestimmt. An Proben aus diesen Aerogel-Werkstoffen wurden die mechanischen Eigenschaften unter Druckbeanspruchung charakterisiert. Eine besondere Herausforderung bei der mechanischen Prüfung ist die Fragilität der Proben, die von vorneherein von Rissen durchzogen sind. Im Versuch auftretende Schädigungen wie Rissbildung und Abplatzen von Probenteilen wurden in Videoaufzeichnungen dokumentiert und den Spannungsabfällen im Spannungs-Dehnungsverlauf zugeordnet. Aus den Versuchen werden dehnungsabhängige elastische Eigenschaften, dissipierte Energie und Relaxationsverhalten zur experimentellen Validierung bzw. Kalibrierung von numerischen Modellen verwendet. Bisherige molekulardynamische Simulationen ließen erwarten, dass Silica-Aerogele selbst bei sehr geringen Dehnungen kein vollkommen elastisches Verhalten zeigen. Dies wurde auch in den aktuellen Experimenten beobachtet.

Abstract

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