Исследование структуры, фазового состава и механических свойств керамики на основе ZrO2
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
. является пассивным, в отличие от других методов, метод АЭ обнаруживает движение дефекта, а не статические неоднородности, связанные с наличием дефектов, т.е. АЭ обнаруживает развивающиеся, а потому наиболее опасные дефекты, метод АЭ является дистанционным, т.е. не требует сканирования поверхности, метод АЭ позволяет обнаружить местоположение дефектного участка, метод АЭ дает возможность проведения неразрушающего контроля всего объекта целиком за один цикл, возможность получения наиболее низкой себестоимости работ и достижения технической адекватности результатов контроля. На рисунке 3 изображен внешний вид керамики до и после деформации в ходе испытаний на универсальной машине INSTRON - 1185. Датчики акустической эмиссии закреплены в верхней и нижней части образца.
рис 3. Внешний вид керамики до (а) и после (б) деформации в ходе испытаний на универсальной машине INSTRON - 1185.
Также определялась твердость образцов методом индентирования. Индентирование проводили с помощью твердомера СУПЕРВИККЕРС на полированной поверхности. При нагрузке 10 кг было сделано 5 отпечатков. Измерения длин диагоналей отпечатков и образовавшихся после снятия нагрузки трещин, диаметра зоны превращения вокруг отпечатка проводились с помощью оптического микроскопа NEOPHOT-21.
Твердость при внедрении индентора определяли по ГОСТ-2999-75 и рассчитывали по формуле:
V =1.854 P/ d2
где - среднее арифметическое значение длин обеих диагоналей отпечатка после снятия нагрузки, м, P - усилие нагружения.
Критический коэффициент интенсивности напряжений рассчитывали по формулам, выведенных в предположении образования медианных трещин [17]:
1C = 0.16 (E / HV)0.5 (P / c3/2 )
где - модуль упругости, Р - приложенная к индентору нагрузка, HV - твердость
Глава 3. Структура, фазовый состав и механические свойства ZrO2
.1 Фазовый состав керамики ZrO2-Y2O3-Al2O3
В соответствии с выбранной технологической схемой изготовления керамики, методом шликерного литья, были исследованы образцы до, и после деформации, которые представлены на рисунках. Анализ представленных рентгенограмм позволяет заключить, что после деформации происходит изменение фазового состава, т. е появляется моноклинная фаза, что свидетельствует о полиморфных превращениях в материале.
а)
б)
рис.4. Рентгенограммы керамики ZrO2-Y2O3-Al2O3 до деформации (а), после деформации (б).
3.2 Структура керамики ZrO2-Y2O3-Al2O3.
На рисунке представлена структура. керамики ZrO2-Y2O3-Al2O3.
В матрице ZrO2 равномерно распределены округлые частицы Al2O3.(серые включения на фото). Форма пор близкая к сферической. Пористость неравномерно распределена по объему и составляет около 12%.
Рис.5. Структура спеченной при 1600 OС на воздухе керамики ZrO2-Y2O3-Al2O3 из отожженных при 1100 OС , 1 ч., м/а в течение 25 часов порошков. Условия литья шликера (Т =80-85 OС, Р=4 атм., Тформы=20 OС)
.3 Механические свойства материалов
В таблице 1. приводятся значения пористости, твердости и вязкости разрушеня керамики ZrO2-Al2O3. Как видно из таблицы благодаря включениям Al2O3 керамика обладает большой вязкостью разрушения и твердостью, что обьясняется совместным действием двух механизмов упрочнения - трансформационного (фазовый переход тетрагональной фазы диоксида циркония в моноклинную) и отклонения или ветвления трещин на включениях оксида алюминия [1,2].
Таблица 1. Механические свойства керамики ZrO2-AL2O3
Hv, МПаК1с10600 50 6 0,5
.4 Исследование деформационного поведения керамики ZrO2 методом акустической эмиссии
Деформированию подвергали образцы, отличающиеся между собой наличием дефектов.
Деформационные кривые представлены на рисунке 6. Из рисунка 6 (а) видно, что упругая область сохраняется до разрушения, отклонения от линейности практически нет, пластической деформации не наблюдается. Значения предела прочности при сжатии и предельной деформации довольно низкие.
Анализ кривой ?-e второго образца (рис.6(б)) свидетельствует о наличии в материале большого количества дефектов. Предел прочности при сжатии очень низкий. Также следует отметить наличие нескольких максимумов на деформационной кривой, свидетельствующих о локальных разрушениях материала при деформации. На основании полученных зависимостей установлено, что в материале наблюдается одновременно несколько механизмов макро-деформации: упругая деформация, микро и макро-растрескивание с накоплением микро- и макро-повреждений и.
Деформированию также подвергали керамику ZrO2 - MgO. Из деформационной кривой (рис.6(в)), как и в первом случае, можно наблюдать упругую область деформации до окончательного разрушения материала. Происходит зарождение и рост магистральной трещины, которая и приводит к разрушению образца
На всех рисунках очевидна взаимосвязь деформации и количества звуковых импульсов, выходящих на поверхность образца в единицу времени, как функций напряжения. Лучше всего это заметно на рисунке 8: также как и на деформационной кривой, на акустико-эмиссионной диаграмме можно увидеть максимумы и минимумы, причем разница между ними видна отчетливее на диаграмме акустической эмиссии.
(а)
(б)
(в)
рис. 6. Связь между количеством импульсов акустической эмиссией и деформацией керамики ZrO2-AL2O3 (а, б), керамики ZrO2-MgO(в).
На рисунке 7 представлены изображения поверхности керамики ZrO2-MgO в процессе деформации. Уже на ранних стад?/p>