ОГЛЯД НАЯВНИХ МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕННЯ ФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ КЕРАМІКИ
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2023.4.11Ключові слова:
керамічні матеріали, механічні властивості, твердість, модуль юнга, міцність на розрив.Анотація
Досліджено механічні властивості керамічних матеріалів, зокрема твердість, модуль Юнга, міцність, міцність на розрив, яка є ключовою характеристикою для оцінки стійкості до тріщин, а також модуль Вейбулла. Розглянуті різні режими розриву, такі як чисте розтягнення, плоский та поперечний зсув. Вивчено теорію Гріффіта та поняття коефіцієнта вивільнення енергії деформації (G). У роботі також розглядаються методи вимірювання міцності на розрив, включаючи тестування з одностороннім кутом засічки та зигзагоподібною засічкою. Аналізувались дослідження Айрвіна на вплив параметрів пластичності на механізм розриву та розробив різні методи вимірювання міцності на розрив для керамічних матеріалів.Використання цих методів, які передбачають нанесення засічок на зразок та його випробування на згин, дозволяє визначити критичний коефіцієнт інтенсивності напруження. Окрема увага приділена моделюванню напружень на кінці тріщини та визначенню коефіцієнта інтенсивності напруження (KI) за різних умов. Коефіцієнт інтенсивності напруження способу I (KIC) використовується для визначення міцності при розриві керамічних матеріалів. Додатково, розглядалась модель Вейбулла, яка використовується для статистичного аналізу міцності матеріалів. Вейбулл вводить концепцію слабких ланок у ланцюгу, що аналогічно дефектам у кераміці, які можуть впливати на міцність. Ймовірність відмови матеріалу описується матеріальною функцією Вейбулла. Узагальнюючи, дана робота ставить за мету вивчення механічних властивостей керамічних матеріалів. Використані моделі та методи дозволяють глибше розуміти процеси руйнування матеріалів та визначити їхні характеристики з точністю, необхідною для практичних застосувань у виробництві та інженерії. Отже, дана робота розкриває ключові аспекти механічних властивостей керамічних матеріалів та надає підґрунтя для подальших досліджень у сфері керамічних технологій.
Посилання
Wachtman, J. B., Cannon, W. R., & Matthewson, M. J. (2009). Mechanical properties of ceramics. John Wiley & Sons.
Hays, C., & Kendall, E. G. (1973). An analysis of Knoop microhardness. Metallography, 6(4), 275-282.
Simes, T. R., Mellor, S. G., & Hills, D. A. (1984). A note on the influence of residual stress on measured hardness. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, 19(2), 135-137.
Chiang, S. S., Marshall, D. B., & Evans, A. G. (1982). The response of solids to elastic/plastic indentation. I. Stresses and residual stresses. Journal of Applied Physics, 53(1), 298-311.
Standard, A. S. T. M. (2013). Standard test method for Knoop indentation hardness of advanced ceramics.
Krell, A. (1998). A new look at grain size and load effects in the hardness of ceramics. Materials Science and Engineering: A, 245(2), 277-284.
T. Anderson, T.L., (2005). Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications, Third Edition (3rd ed.). CRC Press.
Gu, W. H., & Faber, K. T. (1995). Tensile Behavior of Microcracking SiC‐TiB2 Composites. Journal of the American Ceramic Society, 78(6), 1507-1512.
Standard, A. S. T. M. (2008). Dynamic Young’s Modulus, Shear Modulus, and Poisson’s Ratio for Advanced Ceramics by Impulse Excitation of Vibration.
Kittel, C. (2005). Introduction to solid state physics. John Wiley & sons, inc.
Griffith, A. A. (1921). VI. The phenomena of rupture and flow in solids. Philosophical transactions of the royal society of london. Series A, containing papers of a mathematical or physical character, 221(582-593), 163-198.
Li, K., & Liao, T. W. (1996). Surface/subsurface damage and the fracture strength of ground ceramics. Journal of Materials Processing Technology, 57(3-4), 207-220.
Standard, A. S. T. M. (2008). Standard Test Method for Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature.
Irwin, G. R. (1956). Onset of fast crack propagation in high strength steel and aluminum alloys (No. NRL-4763; PB-121224). Naval Research Lab., Washington, DC.
Hilmas, G. E., & Tien, T. Y. (1999). Effect of AlN and Al2O3 additions on the phase relationships and morphology of SiC Part I Compositions and properties. Journal of materials science, 34, 5605-5612.
Irwin, G. R. (1957). Analysis of Stresses and Strains Near the End of a Crack Traversing a Plate. Journal of Applied Mechanics, 24(3), 361-364.
Evans, A. G. (1990). Perspective on the development of high‐toughness ceramics. Journal of the American Ceramic society, 73(2), 187-206.
Munz, D., Bubsey, R. T., & Shannon Jr, J. L. (1980). Fracture Toughness Determination of A12O3 Using Four‐Point‐Bend Specimens with Straight‐Through and Chevron Notches. Journal of the American Ceramic Society, 63(5‐6), 300-305.
Cook, R. F., & Lawn, B. R. (1983). A modified indentation toughness technique. Journal of the American Ceramic Society, 66(11), c200-c201.
G Anstis, G. R., Chantikul, P., Lawn, B. R., & Marshall, D. B. (1981). A critical evaluation of indentation techniques for measuring fracture toughness: I, direct crack measurements. Journal of the American ceramic society, 64(9), 533-538.
Weibull, W. (1939). AStatistical theory ofthe Strength of materials. Proc. Royal 4cademy Engrg Science, 15.
Weibull, W. (1951). A statistical distribution function of wide applicability. Journal of applied mechanics.
Gong, J., Si, W., & Guan, Z. (2001). Weibull modulus of fracture strength of toughened ceramics subjected to small-scale contacts. Journal of materials science, 36, 2391-2396.
Swab, J. J. (2004). Recommendations for determining the hardness of armor ceramics. International Journal of Applied Ceramic Technology, 1(3), 219-225.
