Thermoschock- und Thermoermüdungsverhalten von induktiv erhitzen Wärmetauscherrohren aus SiSic-Keramik

Keramische Wärmetauscherrohre aus Silicium-infiltriertem Siliciumcarbid (SiSiC) werden in eine Induktionsschleife geschoben und lokal induktiv erhitzt. Durch die thermische Ausdehnung der heißen Zone entstehen Spannungen, die zu Brüchen in Umfangsrichtung führen. Der Versuch ist einfach in der Durchführung, aber aufwendig in der Auswertung. Da im überstrichenen Temperaturbereich 20 - 1300 Grad Celsius spezifische Wärme und Wärmeleitungskoeffizient stark temperaturabhängig sind, wurden neue analytische Lösungen der Wärmeleitungsgleichung entwickelt, die die pyrometrisch gemessenen Temperaturverläufe gut wiedergeben. Die Spannungsanalyse wurde auf der Grundlage der Schalentheorie durchgeführt. Die so bestimmten Festigkeiten fügen sich zwanglos in die Ergebnisse von Biege- und Zugversuchen ein. Beim Vergleich sind die effektiv beanspruchten Volumina entsprechend der statistischen Festigkeitstheorie (Weibull) zu berücksichtigen. Bei Versuchszeiten bis zu mehreren Wochen konnte keine Ermüdu ng durch wiederholten Thermoschock festgestelllt werden. Auch bei Belastungen bis 96% der mittleren Bruchspannungen traten nach 12000 Zyklen keine Brüche auf.