Kokios yra aliuminio oksido keramikos savybės?

Youngo modulis matuoja medžiagos standumą ir atsparumą deformacijai veikiant ją jėga.

Youngo modulis matuoja medžiagų standumą ir jų atsparumą tempimui. Kadangi realiose sistemose retai būna vienašės apkrovos sąlygos, nustatant Youngo modulio vertes taip pat reikėtų atsižvelgti į sukimo bandymus.

Jaunojo modulis

Youngo modulis parodo tam tikros medžiagos tamprumo deformacijos ir įtempių santykį, kuris rodo jos deformaciją tempimo ar gniuždymo sąlygomis ir deformacijos dydį veikiant apkrovoms tam tikruose taškuose tarp atramų. Youngo modulis yra labai svarbus inžinerijoje, pavyzdžiui, projektuojant tiltus ir pastatus, nes pagal jį numatoma, kiek izotropinis strypas išsitemps tempiamas arba suspaustas suspaudžiamas - tai pagrindinės savybės inžinerijoje, kur medžiagos naudojamos kaip konstrukciniai elementai, pavyzdžiui, tiltai ir pastatai; jis taip pat yra neatsiejama dalis matuojant įlinkį, kai apkrovos veikiamos tarp atramų esančiuose taškuose tarp atramų - savybėmis, kuriomis inžinieriai labai pasikliauja.

Youngo modulis kinta priklausomai nuo temperatūros, todėl jis yra neįkainojama neardomojo bandymo (NDT) medžiagų ir ugniai atsparių medžiagų dalis. Dėl temperatūros sukelto smūginio pažeidimo sumažėja tamprumo moduliai ir Puasono santykis, o slopinimas padidėja. Sistemos "Sonelastic(r)" gali matuoti betono ir ugniai atsparių medžiagų dinaminius tamprumo parametrus (Youngo modulį, šlyties modulį ir Poissono santykį) ir slopinimą esant tiek žemai, tiek aukštai temperatūrai.

ALD aliuminio oksido mechaninis apibūdinimas buvo atliktas naudojant keletą matavimo metodų, tokių kaip nanoindentavimas, išgaubtumo bandymas ir rodyklės sukimas. Šie matavimai leido mokslininkams apskaičiuoti šios medžiagos Youngo modulio, Berkovičiaus kietumo universalaus kietumo, taip pat vidinių plokštumos įtempių vertes.

Medžiagos tamprumo modulis priklauso nuo jos struktūros ir sudėties, tiksliau, nuo joje esančių atomų tarpatominio ryšio, kurį galima apskaičiuoti pagal lygtį E=B(E-B(E)). Youngo modulis metaluose kinta priklausomai nuo temperatūros dėl elektronų darbo funkcijos pokyčių.

Kompozitinių medžiagų mechanines savybes gali labai keisti veikiančios jėgos kryptis, vadinamoji anizotropija, būdinga daugeliui medžiagų. Anglies pluošto Youngo modulis didėja, kai jis apkraunamas lygiagrečiai grūdų struktūrai, o ne statmenai; panašūs principai taikomi ugniai atsparioms medžiagoms ir betonams, todėl labai svarbu žinoti, ar tam tikra medžiaga yra anizotropinė, ar ne.

Elastinis modulis

Tamprumo modulis - tai medžiagos savybė, kuria matuojamas jos standumas arba atsparumas tampriajai deformacijai veikiant apkrovai. Šią konstantą galima apskaičiuoti pagal medžiagos įtempių ir deformacijų kreivės nuolydį ir išreikšti slėgiu ploto vienetui (Pa arba psi). Didesnis tamprumo modulis reiškia didesnį pasipriešinimą deformacijai, nesukeliant pažeidimų.

Dėl didelio Youngo modulio aliuminio oksidas tinka daugeliui inžinerijos sričių, nes gali atlaikyti didelius įtempimus prieš lūžtant. Tačiau labai svarbu, kad inžinieriai visiškai suprastų, kaip ši savybė kinta priklausomai nuo temperatūros dėl galimo poveikio, kurį gali daryti matricos dalelių ir armuojančiųjų dalelių šiluminio plėtimosi nesutapimai arba liekamieji įtempiai gamybos metu, arba dalelių lūžiai dėl laipsniškos deformacijos.

Šiame straipsnyje nagrinėjamos aliuminio oksido ir cirkonio oksido keramikos tamprumo savybės kaitinant, ypač jų tempimo ir gniuždymo tamprumo modulių kitimas. Po to šie rezultatai lyginami su įprastiniais polikristaliniais aliuminio oksido ir cirkonio monokristalais. Be to, tiriami degimo kintamieji, turintys įtakos miltelių kompakto tamprumui, pavyzdžiui, Youngo modulis arba Poissono santykis, nustatomas pagal didžiausią degimo temperatūros ir laiko derinį; ypač daug dėmesio skiriama tam, kas turi ir neturi įtakos medžiagos medžiagos tankiui.

Aliuminio-cirkonio miltelių kompaktų Youngo modulis yra gerokai didesnis nei monokristalinių analogų, nors ši savybė mažėja didėjant temperatūrai dėl cirkonio fazės tamprumo modulio pokyčių, kai degimo metu pereinama iš tetragoninės į monoklininę fazę, taip pat dėl padidėjusio abiejų fazių šlyties modulio.

Sonelastinių sistemų bandymai kambario ir aukštoje temperatūroje leidžia tiksliai apibūdinti stiklo tamprumo savybes, o suspaudimo šlyties modulio vertės ir Puasono santykis apskaičiuojami pagal šių bandymų metu atliktus suspaudimo ir šlyties bangų greičio matavimus. Šiuos duomenis galima naudoti kokybės kontrolės tikslais, pavyzdžiui, nustatant degtų keraminių kūnų tankį pagal jų sklidimo greičio matavimus.

Kietumas

Youngo modulis ir aliuminio oksido keramikos medžiagos kietumas yra pagrindinės savybės, į kurias reikia atkreipti dėmesį, nes kietumas rodo atsparumą mechaniniam įtempimui ir deformacijai.

Kietumą galima išmatuoti matuojant jėgą, kurios reikia įdubimui bandinyje padaryti. Atliekant šį bandymą paprastai naudojamos kontroliuojamos apkrovos (pvz., deimantiniai antgaliai), veikiančios tiesiai į medžiagos paviršių, ir matuojami visi atsiradę įdubimai. Aliuminio oksidas pasižymi daug didesniu kietumu nei plienas ar volframo karbido medžiagos, todėl jis tinka toms reikmėms, kurioms reikalingas atsparumas mechaniniam dilimui ir nusidėvėjimui.

Aliuminio oksido keramikos kietumas [31], iš dalies sukepinta keramika paprastai pasižymi anizometrine mikrostruktūra su išgaubtomis arba įgaubtomis poromis, kurios sukuria sudėtingą porų erdvių hierarchiją, sudarančią jų mikrostruktūrą, todėl šios medžiagos kietumas papildomai naudojamas kaip kitų savybių, pavyzdžiui, šilumos laidumo, prognozavimo rodiklis [32,33].

Aliuminio oksidas yra itin kieta medžiaga, kaip rodo 9 balai pagal Moso skalę. Dėl tokio kietumo aliuminio oksidas gali atlaikyti dideles apkrovas nesutrūkinėdamas ir nesulūždamas, todėl yra populiarus pramonėje, pavyzdžiui, dilimui atsparių latakų ir konvejerių sistemų įdėklų gamyboje.

Pjovimo įrankių, uždegimo žvakių ir storasluoksnių puslaidininkių substratų savybėms pagerinti naudojama pažangi techninė keramika, pagaminta iš cirkonio oksido, todėl jos kūrimas taip pat tapo svarbiu veiksniu.

Aliuminio-cirkonio kompozitų kietumą galima gerokai padidinti į jų aliuminio oksido matricą pridėjus cirkonio fazės transformacijos, dėl kurios 3-5% tūris išsiplečia ir stabdomas šlyties plyšių plitimas aliuminio oksido matricos medžiagose. Dėl ZrO2 įkrovos daugiau kaip tris kartus padidėja aliuminio oksido ir cirkonio keramikos, pavyzdžiui, ZTA arba Y-TZP, lūžio atsparumas, palyginti su gryno aliuminio oksido keramika, nes dėl ZrO2 įkrovos sumažėja kristalitų dydis ir sunkiau šlifuojama, todėl dar labiau padidėja medžiagos atsparumas dilimui. Be to, grūdelių tiltelių buvimas veikia kaip "amortizatorius", išsklaidydamas įtempimo įtempius grynojo aliuminio oksido matricoje.

Trinties koeficientas

Medžiagos trinties koeficientas apibrėžiamas kaip santykis tarp trinties jėgos ir normalinės jėgos, išmatuotas tribometru, kuriuo tarp dviejų paviršių veikia kontroliuojamos jėgos, ir jų sąveikos rezultato; trinties koeficientas gali skirtis priklausomai nuo paviršiaus sąlygų, temperatūros, tepimo lygio ir kitų veiksnių, turinčių įtakos paviršių sąveikai; be to, jis tiesiogiai veikia energijos nuostolius mechaninėse sistemose. Dėl šio tiesioginio ryšio su sistemos veikimu aliuminio oksido trinties koeficientas yra ypač svarbus.

Šiame tyrime penkių rūšių aliuminio oksido keramika, slystanti su įrankiniu plienu, buvo tiriama sausuoju ir tepamuoju vandeniu. Tyrimo rezultatai parodė, kad trinties savybės priklauso nuo jos sudėties, ypač nuo to, kiek į ją pridėta silikatinės stikliškosios fazės ir cirkonio oksido, o tų, į kurias pridėta daugiau, dilimo greitis yra mažesnis nei kitų, kuriose šių fazių kiekis mažesnis.

Aliuminio oksidas, kuriame yra daugiau silikatinių stikliškųjų fazių ir cirkonio oksido, pasižymi geresnėmis apdirbimo savybėmis; mažas šių fazių kiekis labai padidina apdirbimo jėgas. Trinties charakteristikos taip pat priklauso nuo kontakto kampų tarp jo trisluoksnio ir įrankių plieno paviršių bei šio šiurkštumo.

Iš dalies sukepto aliuminio oksido dinaminio Youngo modulio stebėjimui buvo naudojamas impulsinis sužadinimas nuo 1200 iki 1600 laipsnių C ir prasidėjus tankėjimui / sukepimui; gauti rezultatai atskleidė tiesinį Youngo modulio mažėjimą su temperatūra, kol viršijama degimo temperatūra. Tuomet prasidėjo tankėjimas ir (arba) sukepinimas, dėl kurio atsirado eksponentinis Youngo modulio kitimas, kuris labai atitiko kambario temperatūros rezultatus, gautus iš lygiavertės akytosios keramikos.

Statinės apkrovos sąlygomis buvo tiriama aliuminio oksido pagrindu pagamintų titano lydinių kompozitų trintis ir dilimas, veikiant statinėms apkrovoms su B20 ir A20 bandiniais ir įrankiniu plienu. Rezultatai parodė, kad pirmųjų trinties koeficientas (COF) buvo mažesnis, greičiausiai dėl to, kad tarp plieno ir aliuminio oksido susidarė pereinamasis sluoksnis.