RIDEG ANYAGOK FRAKTOGRÁFIÁJA

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "RIDEG ANYAGOK FRAKTOGRÁFIÁJA"

Zsófia Borbélyné
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 RIDEG ANYAGOK FRAKTOGRÁFIÁJA Dusza János J - Rudnayová á Emőke Institute of Materials Research, SAS, Košice NANOSMART, Centre of Excellence of SAS VIII. Országos Törésmechanikai Szeminárium

2 Tartalom Korszerű kerámiák és kerámia kötőanyagú kompozit kerámiák Fraktográfia: eljárások/módszerek Makrofraktográfia Mikrofraktográfia Egyes esetek tanulmányozása az előbbiek segítségével

3 KORSZERŰ KERÁMIÁK TULAJDONSÁGAI Ionos / vagy kovalens kötések Előnyök: magas keménység magas kopásállósság magas törésszilárdság jó magashőmérsékleti tulajdonságok Hátrányok:ridegek alacsony megbízhatóság

4 KORSZERŰ KERÁMIÁK ÉS KERÁMIA KÖTŐANYAGÚ KOMPOZITUMOK VÁGÓ SZERSZÁMOK MOTOROK-TURBINÁK ALKATRÉSZEI REPÜLŐGÉPEK ALKATRÉSZEI FUNKCIONÁLIS KERÁMIÁK HŐSZIGETELŐ BEVONATOK BIOKERÁMIÁK

5 RONGÁLÓDÁSI MECHANIZMUSOK rideg törés subkritikus törés terjedése ciklikus fáradás kúszás oxidáció és korózió

6 FRAKTOGRÁFIA HELYE A KORSZERŰ KERÁMIÁK KUTATÁSÁBAN Jobb tulajdonságokkal rendelkező anyagok fejlesztése gyártási minőség vezérlése ill. javítása Üzemelési meghibásodások okainak feltárása

7 VIZSGÁLATI TECHNIKÁK a b 2 µm 2 µm A TEM-replika és SEM összehasonlítása. Repedés az Al2O3-ban TEM (a - courtesy B. Djuricic) és SEM (b)

8 VIZSGÁLATI TECHNIKÁK a b 0.8 µm 200 nm SEM c d TEM 1.5 µm 200 nm Kaviták kialakulása a Si 3 N 4 kerámiákban (c-courtesy F.Lofaj

9 VIZSGÁLATI TECHNIKÁK a b 8 µm 8 µm A törési felület (a) és a törési vonal (b) összehasonlítása - Si 3 N 4

10 a VIZSGÁLATI TECHNIKÁK b A törésfelület (a) és a törésvonal (b) összehasonlítása a szálakkal erősített C-SiC kerámiáknál.

11 1 2 VIZSGÁLATI TECHNIKÁK 1 2 Egymáshoz tartozó WC-Co keményfém törésfelületein jól kivehetők az összefüggő mikrofelületek 3 µm

12 VIZSGÁLATI TECHNIKÁK A törésterjedés in-situ vizsgálata Deformáció a Ni3Al, stabil törés terjedése alatti határfelületek elválása és TiC törés a TiC-40%Ni3Al. Courtesy P.F.Becher

13 MEGFIGYELÉSI SZINTEK/LÉPÉSEK a b c r ~ 1-10X ~ X ~ X Makrofraktográfia: a- teljes törésfelület, defektus helye, b- defektust körülvevő régiók c- a törést kiváltó defektus alakja es nagysága a b ~ X ~ X Mikrofraktográfia: a- a törés mikromechanizmusai, b-a törés mikro-nano feluletei hasadás (cleavage), képlékeny gödrös (ductile dimple), stb.

defektus alakja es nagysága a b ~ 1000-10 000X ~ 10000-100 000X Mikrofraktográfia: a- a törés

14 FRAKTOGRÁFIA SZEREPE A KERÁMIÁK FEJLESZTÉSÉNÉL Fontos anyagszerkezeti elemek Felületi/térfogati DEFEKTUSOK Jellegzetes nagyság µm Fraktográfiai jelenség Törésokozók Kutatási módszerek. OM, SEM, NDT Statistical Analysis, Modeling Meghatározza a SZILÁRDSÁG WEIBULL PARAMÉTEREK Fejlesztési lehetőségek Tökéletesebb gyártás HIP Tiszta szoba, stb. MIKROSZÖVET- SZERKEZETI PARAMÉTEREK 1 10 µm SZEMCSE- HATÁROK ÉS HATÁR- MENTI FÁZISOK 0.1nm 1 µm Törésszívósságot növelő és törési mechanizmusok Szemcsehatár csuszamlás, Kavitáció SEM, TEM, AFM Statisztikai analízis, Modellezés HREM, AEM, SEM- EDAX, WDS, EELS SANS, AES FRACTURE TOUGHNESS R-CURVE FÁRADÁS, KÚSZÁS, DEFORMÁCIÓ ÉS TÖRÉS RESIDUAL Fennmaradó STRESSES!!!!!!!!!!!! feszültségek Anyagszerkezet megtervezése Szemcsehatár Engineering

MIKROSZÖVET- SZERKEZETI PARAMÉTEREK 1 10 µm SZEMCSE- HATÁROK ÉS HATÁR- MENTI FÁZISOK 0.

15 MAKRO-FRAKTOGRÁFIA mm 0,5 mm (a) (b) Hajlitási próbatest optikai fraktográfiája: a húzott felűletek (1), nyomott felületek (3) egy nagy tisztaságú finomszemcsés alumínium oxidban. Tisztán látható egy nagy póruscsoportot (5) az azt körülvévő tükör körül (2) wake hackle folyama (6). hackle - val (4) After R.Morrell and J.Kübler

16 MAKRO-FRAKTOGRÁFIA ,2 mm 1 Az Yttrium -TZP anyag próbatest (a) törésfelületének SEM képe: (a) a törés kezdőpontja (3) egyértelműen a húzott (b) felületel (1) függ össze; sugáralakú hacle bordák (2) is erre mutatnak; kinagyítva egy nagyobb aglomerátumot (5) látunk, mely egy repedésszerű üreggel (4) van körülvéve. After R.Morrell and J.Kübler.

felületel (1) függ össze; sugáralakú hacle bordák (2) is erre mutatnak; kinagyítva egy

17 MAKRO-FRAKTOGRÁFIA (a) (b) 1 0,5 mm 1 50 µm 2 3 (c) (d) 1 10 µm 1 Ytterbium 4 Egy magas-szilárdságú Si3N4 mintatest fraktográfiája kimutatja (a) a defektus körül egy apró tükör-területet, melynek morfológiája magas nagyításnál sem volt látható (b,c). Back-scattered electron kép (d) kimutatta, hogy rosszul elkevert sinterelési adalékanyagról van szó. After R.Morrell and J.Kübler 10 µm

tükör-területet, melynek morfológiája magas nagyításnál sem volt látható (b,c).

18 SZILÁRDSÁGI ÉRTÉKEK WEIBULL ELEMZÉSE probability of failure [%] 99, P Lab. A 4-pont. 4P Lab. B 3-pont. 3P stress [MPa] HAJLÍTÓ SZILÁRDSÁG, MPa

30 20 10 1 4P Lab. A 4-pont. 4P Lab. B 3-pont.

19 EGYES KERÁMIA KÖTŐANYAGÚ KOMPOZITUMOK MIKROSZERKEZETE a b c 7 µm 4 µ m 35 µ m d e f 2 µm 1.5µm 20 µm 2010 µm

20 TÖRÉSI MIKROMECHANIZMUSOK a b c 1 µm 3 µm 1.5 µm f d 35 nm e 5 µm

21 A MIKROSZERKEZET HATÁSA A K IC -re 14 K IC, MPam 1/ [12] [203] [204] In situ szívósított Si 3 N SZEMCSEÁTMÉRO, µm 1/2

22 A MIKROSZERKEZET HATÁSA A K IC -re KIC, MPam 1/ mullite+sic, [201] Si3N4+SiCpl, [199] Al2O3+SiCpl, [200] Si3N4+Si3N4wh, [198] Ni3Al+TiC, [209] WC+Co, [56] SECOND PHASE CONTENT, vol% A SZEKUNDÁRIS FÁZIS TÉRFOGATI HÁNYADA, VOL%

23 SZEMCSEHATÁROK A Si3N4 ÉS A Si3N4+SiC NANOKOMPOZITUMOKBAN a Si 3 N 4 b Si 3 N 4 SiC Si 3 N 4 SiC Si 3 N 4 7 nm 15 nm

24 SZEMCSEHATÁROK A Si3N4+SiC NANOKOMPOZITUMBAN Si 3 N 4 Si 3 N 4 SiC

25 TÖRÉSEK KÚSZÁSI MEGTERHELÉS UTÁN AZ Al 2 O 3 SZEMCSEHATÁRAIN, 1300 o C 3µm

26 MAGASHŐMÉRSÉKLETŰ ÜREGKÉPZŐDÉS A Si 3 N 4 ALAPÚ KERÁMIÁKBAN a b 2.5 µm 8 µm c 6 µm

27 CREEP DEFORMÁCIÓ A Si 3 N 4 ÉS Si 3 N 4 +SiC NANOKOMPOZITUMOKBAN 1,6 1,4 1, C Monolitikus Si 3 N 4 1,0 strain [%] 0,8 0,6 100MPa C-derived Si 3 N 4 + SiC nano 0,4 0,2 0,0 50MPa 50MPa 100MPa 150MPa -0, time [h]

28 KÖVETKEZTETÉSEK Makrofraktográfia - a kerámiák és kerámia kötőanyagú kompozitumokban nagyon szélesen el van már terjedve, főleg az anyagkutatás és fejlesztés terén; Mikrofraktográfia kevésbé elterjedt, főleg az egyes mikromechanizmusok azonosítására és statisztikai kiértékelésére használják, ezek szükségesek a korszerű, magasabb szivóssággal, szilárdsággal, kúszás- ill. oxidációállósággal és magasabb megbízhatósággal rendelkező kerámia kötőanyagú kompozitumok fejlesztéshez.

Hasonló dokumentumok

Kerámiák és kompozitok a munkavédelemben

ALKALMAZÁSOK 1. Kerámiák és kompozitok a munkavédelemben Kerámia erősítő szálak: - Ezek a leginkább elterjedtek -Elsőként tűzálló kemencék szigetelésénél alkalmazták - Könnyen beintegrálható más anyagok