تحليل و بررسي چقرمگي شكست با استفاده از فرورونده ويكرز در سراميك هاي نانوكامپوزيت Al2O3-SiC

تحليل و بررسي چقرمگي شكست با استفاده از فرورونده ويكرز در سراميك هاي نانوكامپوزيت Al2O3-SiC

ويژگي عمده سراميك ها، تردي زياد يا چقرمگي شكست كم آنها در مقايسه با ساير مواد است كه در عمل تعيين عدد مذكور يكي از ملاك هاي مهم جهت طراحي و كاربرد آنها به حساب مي آيد. در اين مقاله شيوه اي نو در جهت تعيين چقرمگي شكست سراميك ها ارايه شده است كه در جهت كاهش هزينه هاي ناشي از تعيين چقرمگي شكست، نسبت به روش هاي پيشين نقشي موثر دارد. به عبارتي اين تحقيق، منجر به پي بردن به شرايط بهينه طراحي با كاهش هزينه هاي ناشي از تعيين خواص مورد استفاده مواد سراميكي در انواع صنايع مي شود. از اينرو و با توجه به قيمت پايين و سهولت دسترسي به آلومينا (Al2O3) كه به طور وسيعي در انواع صنايع سراميكي كاربرد دارد، از اين ماده به عنوان ماده پايه در جهت رسيدن به هدف مورد نظر استفاده فراواني شده است. آلوميناي خالص با داشتن خواص عالي مانند ديرگدازي و سختي بالا، داراي معايبي مانند چقرمگي شكست كم مي‌باشد كه با محدوده گسترده‌اي از انواع افزودني‌ها، براي بهبود خواص مكانيكي، به زمينه آلومينا اضافه مي شود. يكي از اين افزودني‌ها مي‌تواند نانوذرات كاربيد سيليسيم (SiC) ‌باشد. در مقاله حاضر پودر ميكروني آلومينا حاوي 05/0% وزني نانواكسيد منيزيم به طور جداگانه و نيز همراه با مقادير مختلف نانوذرات كاربيد سيليسيم شامل 5/2، 5، 5/7، 10 و 15% مخلوط ‌گرديد. تا با ساخت انواعي از سراميك هايي كه خواص فيزيكي و مكانيكي متفاوتي را دارا مي باشند؛ معادله نيمه تجربي براي تعيين مقدار چقرمگي شكست آنها ارايه كرد و استفاده از اين معادله را براي ديگر مواد ترد بسط داد. اين معادله باعث كاهش هزينه هاي ناشي از انجام آزمايشات در تعيين چقرمگي شكست مواد ترد مختلف خواهد شد.

The basic trait in the ceramics is their high brittle or low fracture toughness, and the main criteria in the design and application is specifying the fracture toughness in ceramics. In this paper, a new method is proposed to determine the fracture toughness of ceramics, which is enhanced in lowering the cost of fracture toughness determination relative to the previous methods. Hence due to the low cost and case of access of alumina (Al2O3) which is extensively used in ceramics industry, it is applied as the most important source for achieving the objectives. Pure alumina has excellent properties such as refractory and high hardness on one hand, and has disadvantages such as low fracture toughness on the other hand. In order to improve its mechanical properties, various additives such as nano scale silicon carbide (SiC) powder are used. In this paper, alumina micro powder having 5% nano magnesium oxide by weight were mixed separately with silicon carbide nano particles of 2.5%, 5%, 7.5%, 10% and 15% to construct various types of ceramics, with different physical and mechanical properties. Semi experimental equation for their fracture toughness determination was presented and used for other brittle materials. This equation has minimal cost of experiments for determining fracture toughness of different brittle materials.