Structure degradation, textureand acoustic emission in compressed corundum ceramics

• Autorzy: Ranachowski P. , Rejmund F. , Pawełek A. , Piątkowski A.

Warianty tytułu

PL

Tekstura, degradacja struktury oraz emisja akustyczna w ceramice korundowej w procesie ściskania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of microscopic, ultrasonic and acoustic emission (AE) iiwestigations of corundum ceramic materiał C 799 kind samples, exposed to compressive stress. On the basis of AE measurements of slowly compressed samples, the successive stages of structural degradation have been registered. Microscopic analysis enabled to specify the processes of the gradual growth of microcracks and crushing out of corundum grains, similarly to the aging processes occurring in materiał after long period of exploitation under mechanical stress. The analysis of AE results revealed diversified strength and mechanical-acoustic characteristics of the particular samples. It was found that this effect was due to technological defects, especially textural inaccuracies - different grain size and their non-uniform spatial distribution. The structure analysis of the samples compressed to advanced subcritical stage revealed the presence of micro- and macrocracks. The most of the cracks underwent propagation along grain boundaries, whereas only few within the grains. It was found that the centers of joined bigger grains are especially susceptible to the destruction process. During the critical stage of destruction the propagation of cracks occurs at great velocity and throughout all the elements of the structure. lnvestigations revealed that differences registered for the strength and the mechanical-acoustic characteristics are due to the inhomogeneity of the materiał in the semi-macro as well as in the micro scalę. The occurrence of groupings of grains in the structure of the corundum materiał represents most probably the intermediate state, leading to the known effect of the abnormal grain growth (AGG).

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mikroskopowych, ultradźwiękowych oraz emisji akustycznej (EA) próbek poddanych wolno narastającemu obciążeniu ściskającemu. Przedmiotem badań były małogabarytowe kształtki z tworzywa korundowego rodzaju C 799. Zawartość tlenku glinu w badanym materiale wynosiła 99,7%. Z uwagi na szerokie zastosowanie we współczesnej technice, badania procesów degradacji tworzyw korundowych mają istotne znaczenie poznawcze. Przeprowadzone badania umożliwiły rozpoznanie tekstury tworzywa oraz monitorowanie kolejnych etapów degradacji struktury, aż do całkowitego jej zniszczenia. Zastosowana metodyka badań pozwala na odniesienie wyników do procesów starzeniowych, zachodzących w trakcie wieloletniej eksploatacji elementów korundowych. Wykonane pomiary wykazały zróżnicowaną wytrzymałość oraz charakterystykę mechaniczno-akustyczną poszczególnych próbek. Obserwacje mikroskopowe struktur w różnych fazach degradacji ujawniły, że zróżnicowane właściwości próbek są konsekwencją defektów technologicznych, wielomodalnego rozkładu wielkości ziarn oraz niejednorodnego ich rozmieszczenia (tekstury materiału). Autorzy uważają, że rejestrowana struktura próbek odpowiada wstępnemu etapowi znanego efektu nadnaturalnego wzrostu ziarn (abnormal grain growth).

Słowa kluczowe

EN

corundum material; compressive strength; structural degradation; acoustic emission; ultrasonic testing

PL

tworzywo korundowe; obciążenie ściskające; degradacja struktury; emisja akustyczna

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 53, iss. 3
• Strony: 703--709
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Ranachowski P.

autor

Rejmund F.

autor

Pawełek A.

autor

Piątkowski A.

• Institute of Fundamental Technological Research PAS, 00-049 Warszawa, 21 Świętokrzyska Str., Poland

Bibliografia

• [1] Z. Pohl - editor, High voltage overhead insulation in electrical power engineering (in Polish), Published by Wrocław University of Technology (2003).
• [2] IEC Publication 672-1:1995 Ceramic and glass--insulating materials, Part 1: Definitions and classifica-tion.
• [3] IEC Publication 672-2:1999 Ceramic and glass--insulating materials, Part 2: Methods of tests.
• [4] IEC Publication 672-3:1997 Ceramic and glass--insulating materials, Part 3: Specifications for individual materials.
• [5] P. Ranachowski, F. Rejmund, A. Pawełek, A. Piątkowski, Acoustic emission in aluminous porcelain under compression load (in Polish), Mat. XLIX Open Seminar on Acoustics OSA 2002, Warszawa-Stare Jabłonki, 465-472 (2002).
• [6] P. Ranachowski, F. Rejmund, A. Pawełek, A. Piątkowski, Mechanical-Acoustic and Structural Investigations of Degradation Processes of Aluminous Insulator Porcelain C 130 Type, Archives of Metallurgy and Materials 52, 4, 551-564 (2007).
• [7] P. Ranachowski, F. Rejmund, A. Pawełek, A. Piątkowski, Structural and Acoustic Investi-gation of the Quality and Degradation Processes of Electrotechnical Insulator Porcelain under Compressive Stress, AMAS Workshop on Nondestructive Testing of Materials NTM'03, Warsaw, May 19-21, 179-196 (2003).
• [8] A. G. Evans, T. G. Langdom, Structural Ceramics in: Progress in Mat. Sci. 21, 171-441, Chalmers B., Christian J.N., Massalski T.M. (Editors), Pergamon Press, (1976).
• [9] P. Ranachowski, F. Rejmund, A. Pawełek, A. Piątkowski, Investigation of Influence of De-fectiveness in Aluminous Porcelain Structure on Frac-ture Process under Compressive Loading using Acoustic Emission Methods, Archives of Acoustics 31, 4, 83-90 (2006).
• [10] G. B. Prabhu, D. L. Bourell, Abnormal Grain Growth in Alumina-Zirconia Nanocomposites, Nanos-tructured Materials 5, 6, 727-732 (1995).
• [11] O. M. Ivasishin, S. V. Shevchenko, S. L. Semiatin, Modeling of Abnormal Grain Growth in Textured Materials, Scripta Materialia 50, 1241-1245 (2004).
• [12] P. R. Rios, Abnormal grain growth development from uniform grain size distributions due to a mobility advantage, Scripta Materialia 38, 9, 1359-1364 (1998).