Забыли данные входа?   Регистрация  

ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗИ ТВЕРДОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ С ИЗГИБНОЙ ПРОЧНОСТЬЮ КЕРАМИК НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

Автор: Александр Андреевич Попов

Соавторы: М.С. Болдин, В.Н. Чувильдеев, Г.В. Щербак

Организация: Нижегородский государственный университет им Н.И. Лобачевского

ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗИ ТВЕРДОСТИ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ С ИЗГИБНОЙ ПРОЧНОСТЬЮ КЕРАМИК НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

В работе выполнено исследование связи твердости и трещиностойкости с изгибной прочностью керамик на основе оксида алюминия в условиях сложного напряженного состояния керамик. Керамики были получены методом электроимпульсного плазменного спекания при двух скоростях нагрева из порошка оксида алюминия (α-Al2O3) производитель Taimei Chemicals Сo., Ltd (α-Al2O3 (rhombohedral) – 100 %) со средним размером частиц 200 нм. Прочность на изгиб в условиях сложного напряженного состояния круглых образцов керамик диаметром 12 мм и толщиной 1,1 мм исследовалась по методике В3В [1].  

Зависимость изгибной прочности от трещиностойкости и твердости приведена на рисунке 1 для керамик полученных при двух скоростях разогрева (50 и 250 С/мин).

Анализ рисунка 1 а показывает, что чем выше твердость керамики на основе оксида алюминия, тем выше изгибная прочность керамик. Действительно, твердость керамик – это способность материала сопротивляться внедрению алмазного индентора (в работе индентор Виккерса). При внедрении индентора в образец верхние слои материала вынуждены смещаться относительно более глубоких слоев материала. В методе В3В – измерения изгибной прочности керамик в условиях сложного напряденного состояния, поверхностный слой материала (против нагружающего шарика) вынужден растягиваться больше, чем более глубокие слои. В таком случае изгибная прочность материала будет коррелировать с твердостью материла.

Зависимость изгибной прочности от трещиностойкости приведена на рисунке 1 б, откуда видно, что чем ниже трещиностойкость, тем выше прочность на изгиб. С точки зрения механики чем выше способность материала сопротивляться распространению трещины, тем при больших нагрузках должен разрушить материал. Полученный результат для керамик показывает обратный тренд. Чем меньше трещиностойкость материала, тем выше прочность на изгиб. На наш взгляд это связано с критическим дефектом в объеме керамик, который раскрывается при В3В тесте. Косвенно можно судить, что для керамик с меньшим значением трещиностойкости размер критического дефекта существенно ниже.

 

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. (грант №20-73-10113)

 

1.Popov А А New method of the estimation of the bending strength of ultrafine-grained structural ceramics for application in the conditions of multiaxial stress-strain state / Popov А А, Berendeev N N, Boldin М S, Nokhrin А V and Chuvil’deev V N // Journal of Physics 1431. 2020. P. 10