4130651196

Materiałoznawstwo - Laboratorium

wymaga próbek o dużych i kontrolowanych wymiarach. Pomiaru przekątnej wgłębienia i długości spękań dokonuje się pod mikroskopem, co wymaga przygotowania zgładu przed wykonaniem wgłębienia, chyba że badana próbka posiada wystarczająco gładką powierzchnię (emalie, szkła).

Podstawy metody wyznaczania K_Jc materiałów ceramicznych

Podstawą metody jest obserwacja Palmqvista, że długość spękań wychodzących z naroży wgłębień Vickersa ma związek z odpornością badanego materiału na kruche pękanie (Kie), wyznaczoną metodą Evansa lub inną podobną do niej metodą. Na tej podstawie znaleziono kilkadziesiąt empirycznie określonych związków funkcyjnych, wiążących wartość K/c, długość spękań, przekątną wgłębienia, twardość i moduł Younga badanego materiału. Forma tych równań zależy od rodzaju i geometrii spękań wokół wgłębienia, przedstawionych na rysunku 3.

Rys. 3. Geometria i rodzaje spękań wokół wgłębienia Yickersa: a) widok z góry; b) przekrój pionowy

Obraz spękań zależy od rodzaju materiału i wielkości siły nacisku wgłębnika. Dla materiałów z niską wartością Kj_c (np. krzem, węglik krzemu, szkło —K/_c 1 -r 3 MPa-m⁰'⁵) z reguły obserwuje się radialne spękania wychodzące symetrycznie z naroży wgłębienia (rys. 3a). Dokładniejsza analiza wskazuje (rys. 3b), że najczęściej są to spękania środkowe, choć dla stosunkowo niskich nacisków wgłębnika (P < 10 N) uzyskać można spękania Palmqvista. Dla materiałów z wyższą wartością Kj_c (Si3N₄, B₄C, WC/Co, Z1O2 — K/_c 4-J-15 MPa-m^0,5) dla niższych nacisków obserwuje się spękania Palmqvista, a dla wyższych (P > 50 N) — spękania środkowe. Ponadto obok wyżej wymienionych pojawiają się spękania boczne o długościach większych i mniejszych od spękań radialnych. Dla kruchej ceramiki z niską wartością K/_c przy wyższych naciskach pojawiają się spękania rozgałęzione wychodzące z naroży lub boków wgłębień. Poniżej wgłębienia rozciąga się strefa odkształceń plastycznych o promieniu b. Mogą przez nią przebiegać spękania środkowe i boczne. Strefa ta charakteryzuje się znacznymi przemieszczeniami materiału i dużą ilością krótkich spękań. Jej wielkość zależy przede wszystkim od kruchości materiału określanej stosunkiem twardości do modułu Younga H/E lub stosunkiem twardości do wartości K_k , H/K, tym samym ma ona związek z rozwojem spękań w zależności od wielkości obciążeń, co determinuje rodzaj obserwowanych spękań (Palmqvista, środkowe).

Istnieje kilka sposobów identyfikacji rodzaju powstających spękań, np. szlifowanie powierzchni zgładu i obserwacja przebiegu spękań czy badanie zależności długości spękań od