1046328967

M. Boniecki, M. Karczmarz

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PRZEŚWIECALNEGO SPINELU MgAlĄ

Marek Boniecki¹, Mateusz Karczmarz²

¹ Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa; e-mail: [e-mail]

² Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin; e-mail: [e-mail]

Streszczenie: W pracy badano w temperaturze pokojowej takie właściwości mechaniczne ceramiki spinelowej (Mg A 1.0,) jak: wytrzymałość na zginanie czteropunktowe, odporność na pękanie, moduł sprężystości (Younga) oraz twardość Vickcrsa. Odporność na pękanie zmierzono pięcioma metodami. Poza jednym przypadkiem uzyskane wyniki są do siebie zbliżone i są porównywalne z danymi literaturowymi dla ceramik o zbliżonych wielkościach ziaren.

w

Słowa kluczowe: spinel (MgAl.( )_i). wytrzymałość na zginanie, odporność na pękanie, moduł sprężystości (Younga), twardość Vickersa

MECHANICAL PROPERTIES OF TRANS-LUCENT MgAl₂0₄ SPINEL

Abstract: The following mechanical properties of spinel ce-ramics (MgAlĄ) were examined: bcnding strength. fracture toughness, Youngs modulus and Viekers hardness. Fracture toughness was determined using five methods. Aport from one ease. the results are similar and comparable with literaturę data on ceramics with particles of analogous sizes.

Keymords: spinel (MgAlĄ), bending strength. fracture toughness, Youngs modulus, Yickers hardness

i. WSTĘP

Materiały ceramiczne wy konane z bardzo czystych proszków oraz charaktery zujące się znikomą porowatością są przeźroczy ste albo przynajmniej przeświecałne w zakresie promieniowania widzialnego i bliskiej podczerwieni (zakres długości fal: 0.2 - 6 pm) 111. W ostatnich latach wzrosło znacznie zapotrzebowanie na stosowanie przeźroczystych ceramik jako: prętów laserujący ch, okienek i kopuł przepuszczających promieniowanie podczerwone, obudów lamp czy okien do zastosowań wojskowych (np. w wozach bojowych lub samolotach) |2| lub osłon czujników na podczerw icń. w które wyposażone są rakiety przeciw lotnicze. Zainteresowanie ceramiką wy nika z tego. że technologia stosowana do jej produkcji jest znacznie prostsza i tańsza w porównaniu z technologią w y twarzania monokryształów stosowanych do tej pory . Używana powszechnie w przemyśle ceramika korundowa Al.O. charaktery zująca się bardzo dobry mi właściwościami mechaniczny mi 131 nie może by ć zastosowana tutaj na dużą skalę ze względu na wy stępujące w niej zjawisko rozpraszania światła wskutek dwójlomności materiału (Al.O. ma strukturę heksagonalną). Polikry staliczny spinel MgAlĄ o regularnej strukturze krystalicznej jest pozbawiony tej wady i pomimo gorszych od ceramiki korundowej parametrów mechanicznych [4 - 9| jest brany pod uwagę jako materiał, z którego mogą by ć wy twarzane np. elementy do celów militarny ch.

0    konkretnym zastosowaniu materiału w danym przypadku można mówić wtedy kiedy są znane jego właściwości mechaniczne i ewentualnie cieplne (gdy istotna jest odporność na szok termiczny ). W literaturze np. |4 - 9| podano szereg wartości takich parametrów spinelu jak: w ytrzymałość <r., odporność na pękanie K,. moduł Younga E i twardość H. Wy raźnie w idoczne jest ich znaczne zróżnicowanie zależne od mikrostruktury i przy gotowania badanych próbek jak i zastosowanej metody pomiarowej. W szczególności duże różnice w y stępują w przypadku o

1    K,.. Przykładowo o = 470 MPa dla wielkości ziaren d= 0.345 pm |5| orazok. 80 MPa dla cl =35 pm |8| (pomiary wykonywano w temperaturze pokojowej). Z kolei dla K_l znaleziono wartość 3.0 ± 0.1 MPam¹² dla d = 1.5 ± 0,8 pm |9| oraz 1,3 ± 0,05 MPam¹² dla d ~ 5 pm |7|. Celem niniejszej pracy było wyznaczenie wyżej wymienionych właściwości mechaniczny cli spinelu czyli: wytrzymałości o. odporności na pękanie K_;. modułu Younga E i twardości H w temperaturze pokojowej. W przy padku K_Jc wy konano te pomiary kilkoma metodami.

3

MATERIAŁY ELEK TRONICZNI-: (Electmnic Materials), T. 40, Nr 4/2012