Wyznaczanie naprężeń wewnętrznych w kompozytach ZrO2/Al2O3 metodami spektroskopowymi

• Autorzy: Tomaszewski H. , Strzeszewski J.

Warianty tytułu

EN

Piezospectroscopic study of residual stresses in ZrO2/Al2O3 composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Naprężenia wewnętrzne w ziarnach Al2O3 i ZrO2 kompozytów Ce-ZrO2/Al2O3 o szerokim udziale tlenku glinowego wyznaczano metodami spektroskopowymi. W przypadku Al2O3 wykorzystano przesunięcie linii luminescencyjnej R2 i literaturowe współczynniki piezospektroskopowe. Dla porównania naprężenia w Al2O3 obliczono również z przesunięcia linii ramanowskiej tlenku. Naprężenie w ziarnach t-ZrO2 określano w dwojaki sposób. W pierwszym przypadku obliczano je z równania równowagi sił opierając się na znajomości obliczonego wcześniej naprężenia w ziarnach Ar2O3 i znanych udziałach objętościowych obu składników w próbkach kompozytowych. W drugim zaś przypadku najpierw wyznaczono współczynniki piezospektroskopowe t-ZrO2 na podstawie znalezionej zależności pomiędzy przesunięciem linii ramanowskich i obliczonym wg pierwszego sposobu naprężeniem wewnętrznym wywołanym zmieniającym się udziałem obu faz w kompozycie. Wyznaczone współczynniki piezospektroskopowe posłużyły do obliczenia naprężenia w ziarnach t-ZrO2. Uzyskano bardzo dobrą zgodność wielkości naprężeń wyznaczonych obiema metodami. Współczynniki piezospektroskopowe t-ZrO2 wyznaczone za pomocą zaproponowanej w pracy nowej metody wykazały dobrą zgodność ze współczynnikami podanymi przez innych autorów. Omówiono wpływ zmierzonych naprężeń na własności mechaniczne badanych kompozytów.

EN

The residual stresses in Ce-ZrO2/Al2O3 composites having 0/90 vol. % of alumina were measured by piezospectroscopic techniques. The compressive stress in Al2O3 was determined from the frequency shift of the R2 luminescence band using the well-known piezospectroscopic coefficient. The tensile stress in t-ZrO2 has been found in two ways. At the first one, it has been derived from the equilibrium of forces in a free-standing piece of two-phase material. In the second, the frequency shifts of each Raman band of t-ZrO2 have been plotted against the calculated stress and the slopes provided the PS coefficients. Having the PS coefficients, the stress in t-ZrO2 was calculated from the known relationship between frequency shift and the stress state to which the material is subjected. The PS coefficients obtained show a good agreement with those previously published by other researches on a more limited set of compositions. In a result a new simple method for the determination of the piezospectroscopic coefficients of Raman bands of materials is proposed, which does not require neither loading devices nor sample machining. The effect of residual stresses on mechanical properties of composites is discussed.

Słowa kluczowe

PL

metoda spektroskopowa; naprężenia wewnętrzne; kompozyt; tlenek glinu; linia ramanowska; własności mechaniczne

EN

piezospectroscopic techniques; residual stresses; composites; alumina; Raman band; mechanical properties

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2003
• Tom: R. XXIV, nr 3
• Strony: 123--126
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tomaszewski H.

• Intytut Technologii Materiałowych Elektronicznych, Warszawa

autor

Strzeszewski J.

• Instytut Fizyki Politechniki Warszawskiej

Bibliografia

• 1. Tomaszewski H., Strzeszewski J., Gębicki W.: The role of residual stresses in layered composites of Y-Zr02 and Al2O3, J. Europ. Cer. Soc., 19, 255-262, 1999
• 2. Tomaszewski H., Węglarz H., Boniecki M., Recko W.: Effect of barrier layer thickness and composition on fracture toughness of layered zirconia/alumina composites, J. Mat. Sci., 35, 16, 4165-4176, August 2000
• 3. Tomaszewski H., Boniecki M., Węglarz H.: Toughness-curve behaviour of alumina-SiC and ZTA-SiC composites, J. Europ. Cer. Soc, 20,8,1215-1224, 2000
• 4. Tomaszewski H., Boniecki M., Węglarz H.: Effect of grain size on R-curve behaviour of alumina ceramics, J. Europ. Cer. Soc, 20, 2569-2574, 2000
• 5. Elektroceramika, Wybrane metody badań, tom 2, praca zbiorowa pod redakcją J. Ranachowskiego, PWN, Warszawa-Poznań, 1982, str. 127
• 6. Ma Q. and Clarke D.R.: Stress measurement in single-crystal and polycrystalline ceramics using their optical fluorescence, J. Amer. Cer. Soc, 76, 6, 1433-40, 1993
• 7. He J. and Clarke D.R.: Determination of the piezospectroscopic coefficients for chromium - doped sapphire, J. Amer. Cer. Soc, 78, 5, 1347-54, 1995
• 8. Tomaszewski H.: Raport końcowy z realizacji projektu badawczego nr 7 T08D 00515, „Badanie stref przemiany fazowej i rozkładu naprężeń wewnętrznych w ceramice zawierającej dwutlenek cyrkonu metodami spektroskopowymi", ITME, grudzień 2001
• 9. Sergo V., Clarke D. R., Pompę W.: Deformation bands in ceria-stabilized tetragonal zirconia/alumina: I.Measurement of internal stresses, J. Amer. Ceram. Soc, 78, 3, 633-640, 1995
• 10. Pardo J. A., Merino R. I., Oreta V. M., Pena J. 1., Gonzales C, Pastor J. Y., Llorca J.: Piezospectroscopic study of residual stresses in Al2O3-ZrO2 directionally solidified eutectics, J. Amer. Ceram. Soc, 83, 11, 2745-52, 2000
• 11. Gallas M. R., Chu Y. C, Piermarini G. J.: Calibration of the Raman effect in a-Al203 ceramics for residual-stress measurements, J. Mater. Res., 10,11, 2817-22, 1995
• 12. Belnap J. D., Tsai J. F., Shetty D. K.: Direct measurement of crack-shielding in ceramics by the application of Raman microprobe spectroscopy, J. Mater. Res., 9, 3183-93, 1994
• 13. Pezzotti G., Sergo V., Sbaizero O., Muraki N., Meriani S., Nishida T.: Strengthening contribution arising from residual stresses in Al2O3/ZrO2 composites: a piezo-spectroscopy investigation, J. Europ. Cer. Soc. 19, 247-253, 1999
• 14. Swain M. V., Rose L. R. F.: Strength limitations of transformation-toughened zirconia alloys, J. Amer. Cer. Soc, 69, 511-518, 1986