Вибори директора
  1. Головна
  2. Структура
  3. Фізичне матеріалознавство та фізика міцності
  4. Публікація

Дослідження особливостей руйнування шаруватої кераміки в її мікрооб’ємах методами індентування

О.М.Григорьєв 1,
 
Л.М.Мелах 1,
 
Т.В.Мосіна 1,
 
М.П.Бродніковський 1,
 
О.І.Запорожець 2,
 
В.А.Михайловський 2,
 
І.Л.Бережинський 1,
 
В.І.Субботін 1
 

1 Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України , Київ
2 Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ
melakh_lm@ukr.net

Usp. materialozn. 2020, 1:98-113
https://doi.org/10.15407/materials2020.01.098

Анотація

Розроблено технологію та режими виготовлення шаруватих керамічних композитів ZrB2—SiC, досліджено їх структури, пружні характеристики і властивості міцності. Вивчено вплив полів внутрішніх напружень на процеси руйнування в області індентування і механічні властивості кераміки в її мікрооб'ємах — в межах окремих шарів і в області їх границь. За значеннями контактної міцності на розтяг в різних напрямках в шарах кераміки розраховано значення діючих залишкових термічних напружень (≈180 МПа). Отримані дані по контактній міцності на розтяг і ефективної тріщиностійкості з урахуванням вкладів залишкових напружень в їх значення використані для оцінок контактної міцності і тріщиностійкості власне матеріалів шарів. Тріщиностійкість, яка виміряна методом трьохточкового згину, складає 3,3—3.7 МПа·м 1/2 . Аналіз отриманих даних свідчить про те, що іскровий надріз забезпечує більшу гостроту вершини тріщини та кращі умови вимірювання К1с , тоді як обробка лезом забирає гостру термічну тріщину у вершині надрізу. Вивчено пружні властивості багатошарової системи (SiC—15% ZrB2) + (SiC—30% ZrB2) з використанням ультразвукових методів дослідження. Значення швидкостей звуку та пружних характеристик достатньо великі та близькі до очікуваних з моделей композита, який не містить помітної пористості та мікротріщин в самих шарах і в області їх меж. Для направлень вздовж та поперек площини шарів значення модулей Юнга відрізняються приблизно на 6%. Для напрямків поширення УЗ хвилі вздовж і поперек шарів спостерігається анізотропія швидкостей УЗ ~5% і модулів пружності ~ 10—12%, що може бути обумовлено текстурою, яка розвивається в структурі шарів у ході гарячого пресування. 


Завантажити повний текст

ВЛАСТИВОСТІ МІЦНОСТІ, ІНДЕНТУВАННЯ, ТЕРМІЧНІ НАПРУЖЕННЯ, ШАРУВАТА КЕРАМІКА

Посилання

1. Development and properties of SiC—TiB 2 multilayered composites. Proc. 6th сonf. and Exhib. Eur. Ceram. Soc. (Brighton, UK, 20–24 June 1999). Chameleon Press, 1999. 165 p.

2. Grigoriev O.N., Koroteev A.V., Klimenko A.V. Production and properties of multilayered SiC—TiB 2 ceramics. Ogneupory Tekh. Keram. 2000. No. 11. P. 20—25.

3. Orlovskaya N., Lugovy M., Subbotin V., Radchenko A., Adams J., Cheda M., Shih J., Sankar J., Yarmolenko S. Robust design and manufacturing of ceramic laminates with controlled thermal residual stresses for enhanced toughness. J. Mater. Sci. 2005. No. 40. P. 5483-5490.
https://doi.org/10.1007/s10853-005-1923-x

4. Gogotsi G., Lugovy M., Slyunyayev V. Fracture resistance of residually-stressed ceramic laminated structures. Strength Mater. 2004. No. 3. P. 291-303.
https://doi.org/10.1023/B:STOM.0000035763.36493.5a

5. Orlovskaya N., Lugovy M., Subbotin V., Radchenko A., Adams J., Cheda M., Shih J., Sankar J., Yarmolenko S. Design and manufacturing B4C-SiC layered ceramics for armor applications. Ceramic Armor and Armor Systems (Ceramic Transactions). 2003. No. 151. P. 59-70.
https://doi.org/10.1002/9781118406793.ch5

6. Lugovy M., Orlovskaya N., Berroth K., Kuebler J. Macrostructural engineering of ceramic-matrix layered composites. Composite Sci. Techn. 1999. No. 8. P. 1429-1437.
https://doi.org/10.1016/S0266-3538(98)00183-3

7. Grigoriev O.N., Koroteev A.V., Maiboroda E.N., Berezhinsky I.L., Serdega B.K., Ostrovoi D.Yu., Piskunov V.G. Structure, nonlinear stress-strain state and strength of ceramic multilayered composites. Composites. 2006. Part B 37. P. 530-541.
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2006.02.009

8. Галанов Б.А., Григорьев О.Н. Аналитическая модель индентирования хрупких материалов. Электронная микроскопия и прочность материалов. К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. 2006. Вып. 13. С. 4—42.

9. Галанов Б.А., Григорьев О.Н., Трунова Е.Г. Статистические характеристики контактной прочности керамики. Электронная микроскопия и прочность мате- риалов. К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины, 2001. С. 125—135.

10. Григорьев О.Н., Галанов Б.А., Котенко В.А., Иванов С.М., Ковальчук В.В., Лажевский В.А. Контактная прочность и трещиностойкость хрупких материалов. Металлофизика и новейшие технологии. 2005. № 8. C. 1001—1018.

11. Броек Д. Основы механики разрушения. Москва: Высшая школа, 1980. 368 с.

12. Zaporozhets O.I., Lichko A.V., Nemoshkalenko V.V. A technology for non- destructive testing of metalworks. Met. Phys. Adv. Tech. 1999. No. 17. P. 961—971.

13. Бережинский И.Л., Бережинский Л.И., Григорьев О.Н., Сердега Б.К., Юхимчик В.О. Исследования остаточных напряжений на границе контакта композиционных материалов. Современные проблемы физического материаловедения. К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. 2006. Вып. 15. С. 51—63.

14. Eshelby J.D. The determination of the elastic field of an ellipsoidal inclusion, and related problems. Proc. Roy. Soc. 1957. No. 241. P. 376-396.
https://doi.org/10.1098/rspa.1957.0133

15. Григорьев О.Н., Галанов Б.А., Коротеев А.В., Мелах Л.М., Мосина Т.В. Структурообразование и механические свойства диборида циркония в присутствии активирующих спекание добавок. Электронная микроскопия и прочность материалов. К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины. 2015. Вып. 21. С. 111—129.

Публікації