Experimental investigation of the structure, elastic, and strength characteristics of porous corundum ceramics
This paper aims to investigate the internal structure and to evaluate the elastic and strength characteristics of the corundum ceramic samples sintered at different temperatures. The average value of porosity of the sintered samples at the temperatures of 1400, 1500, and 1600 °C is 33, 26, and 17%, respectively. Mechanical tests of the ceramic samples are performed using the three-point bending method. The ultimate bending strength varies from 135 to 265 MPa in the studied sintering temperature range. The elastic moduli of the sintered samples are found to be in the range of 58 - 113 GPa. An analysis of the ceramic samples’ microstructure is performed using a scanning electron microscope. The dependence of the porosity, pore size, and grain size on the sintering temperature is indicated. The values of strength and elastic modulus of the samples increase nonlinearly with rising sintering temperature in the experiment. Statistical behavior of mechanical properties of the ceramic samples is described using the Weibull analysis. The strength data for the sintering temperatures of 1500 and 1600 °C are well described by the Weibull distribution, and the strength values for a sintering temperature of 1400 °C are described with a significant scatter.
Keywords
alumina,
porous ceramics,
three-point bending,
microstructure,
SEM analysis,
flexural strength,
Young's modulusAuthors
| Zimina Valentina A. | Institute of Strength Physics and Materials Science SB RAS; Tomsk State University | mikushina_93@mail.ru |
Всего: 1
References
Weibull W. A statistical distribution function of wide applicability // J. Appl. Mech. 1951. V. 18. P. 293-305.
Le Corre V., Brusselle-Dupend N., Moreaud M. Numerical modeling of the effective ductile damage of macroporous alumina // Mech. Mater. 2017. V. 114. P. 161-171. DOI: 10.1016/j.mechmat.2017.08.002. Экспериментальное исследование структуры, упругих и прочностных характеристик 125
Curkovic L., Bakic A., Kodvanj J., Haramina T. Flexural strength of alumina ceramics: Weibull analysis // Transactions of Famena. 2010. V. 34(1). P. 13-19.
Meille S., Lombardi M., Chevalier J., Montanaro L. Mechanical properties of porous ceramics in compression: On the transition between elastic, brittle, and cellular behavior // J. Eur. Ceram. Soc. 2012. V. 32. P. 3959-3967. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2012.05.006.
Savchenko N., Sevostyanova I., Sablina T., Gomze L., Kulkov S. The influence of porosity on the elasticity and strength of alumina and zirconia ceramics // AIP Conference Proceedings. 2014. V. 1623 (1). P. 547-550. DOI: 10.1063/1.4899003.
Johnstone C., Ruiz C. Dynamic testing of ceramics under tensile stress // Int. J. Solids Struct. 1995. V. 32 (17-18). P. 2647-2656. DOI: 10.1016/0020-7683(94)00287-7.
Sheikh M. Z., Wang Z., Du B., Suo T., Li Y., Zhou F., Wang Y., Dar U. A., Gao G., Wang Y. Static and dynamic Brazilian disk tests for mechanical characterization of annealed and chemically strengthened glass // Ceram. Int. 2019. V. 45. P. 7931-7944. DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.01.106.
Properties: Alumina - Aluminium Oxide - Al2O3 - A Refractory Ceramic Oxide. URL: https://www.azom.com/properties.aspx7ArticleID = 52 (дата обращения: 13.04.2020).
ГОСТ Р 57749-2017 (ИсО 17138:2014) Композиты керамические. Метод испытания на изгиб при нормальной температуре, М.: Стандартинформ, 2017. 11 с.
ГОСТ 9550-81 Пластмассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. 6 с.
Григорьев М.В., Савченко Н.Л., Буякова С.П., Кульков С.Н. Неупругое поведение при сжатии керамики с иерархической поровой структурой // Письма в ЖТФ. 2017. Т. 43. Вып. 15. С. 79-86. DOI: 10.21883/PJTF.2017.15.44874.16652.
Смолин И.Ю., Еремин М.О., Макаров П.В., Буякова С.П., Кульков С.Н., Евтушенко Е.П. Численное моделирование механического поведения модельных хрупких пористых материалов на мезоуровне // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2013. № 5(25). С. 78-90.
Carter C.B., Norton M.G. Ceramic materials: science and engineering. New York: Springer, 2007. 716 p.
Basu B., Balani K. Advanced Structural Ceramics. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 2011. 512 p.
Севостьянова И.Н. Саблина Т.Ю. Горбатенко В.В., Кульков С.Н. Локализация деформации при диаметральном сжатии керамики ZrO2 (Y2O3) // Письма в ЖТФ. 2019. Т. 45. Вып. 18. С.40-43. DOI: 10.21883/PJTF.2019.18.48237.17766.
Жолудев Д.С., Григорьев С.С., Панфилов П.Е., Зайцев Д.В. Обоснование использования керамики на основе оксида алюминия с помощью изучения её механических свойств // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. С. 520.
Красный Б.Л., Тарасовский В.П., Красный А.Б., Кутейникова А.Л. Свойства пористой проницаемой керамики на основе монофракционных порошков корунда и нанодисперсного связующего // Стекло и керамика. 2009. № 6. С. 18-21.
Лукин Е. С., Макаров Н.А., Козлов А.И., Попова Н.А., Ануфриева Е.В., Вартанян М.А., Козлов И.А., Сафина М.Н., Лемешев Д.О., Горелик Е.И. Оксидная керамика нового поколения и области ее применения // Стекло и керамика. 2008. №10. С. 27-31.
Sequeira S., Fernandes M.H., Neves N., Almeida M.M. Development and characterization of zirconia-alumina composites for orthopedic implants // Ceram. Int. 2017. V. 43. P. 693-703. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.09.216.
Okada A. Ceramic technologies for automotive industry: current status and perspectives // Mater. Sci. Eng. B. 2009. V. 161. P. 182-187. DOI: 10.1016/j.mseb.2008.11.017.
