Mechanisches Verhalten von Silica-Aerogelen in Abhängigkeit von der Druckdehnung

Abstract

Silica Aerogele sind 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. Die Eigenschaften der Silica Aerogele werden durch den Herstellungsprozess kontrolliert und hängen von der dabei erzeugten Mikro- bzw. Nanostruktur ab. Sie zeigen weitgehend sprödes Bruchverhalten mit sehr geringen Zugfestigkeiten, wogegen sie unter Druckbelastung bereits bei geringen Spannungen komprimiert werden und ihre Eigenschaften irreversibel verändern. Das mechanische Verhalten der Aerogele ist noch wenig untersucht, insbesondere fehlen Verfahren, mit denen quantitative Aussagen über ihr Verhalten unter mechanischer Beanspruchung getroffen werden können. Die aktuelle Arbeit zielt darauf, hier den Kenntnisstand zu erweitern. Dazu wurden Silica Aerogele mit unterschiedlichen Dichten bzw. Porositäten hergestellt. An Proben aus diesen Aerogelen wurden in Druckversuchen dehnungsabhängige elastische und nichtelastische Eigenschaften untersucht. Die Ergebnisse werden im Kontext numerischer Simulationen diskutiert.