Estimation of lifetime of zirconia and zirconia-alumina composites using constant stress rate data

• Autorzy: Wojteczko A. , Lach R. , Wojteczko K. , Pędzich Z.

Warianty tytułu

PL

Wyznaczanie czasu życia spieków z tlenku cyrkonu oraz kompozytów tlenek cyrkonu-tlenek glinu na podstawie wyników testu stałego przyrostu naprężeń

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Ceramic failure, at stresses lower than those when KIc is reached, might be an effect of subcritical crack propagation. It occurs when the material is in service in the presence of water (even water vapour) for a long time. If this phenomenon leads to limiting its useful life, it is important to predict the lifetime of a ceramic component under specific conditions. Dynamic tests are suitable to determine subcritical crack growth parameters. Calculations are made to determine material behaviour under static loading on the basis of strength data. The paper presents the results for zirconia-alumina composites with 5, 15 and 50 vol.% inclusions to compare materials with different types of microstructures. Pure zirconia sintered bodies were used as the reference material.

PL

Zniszczenie materiałów ceramicznych, przy obciążeniach niższych niż te, gdy osiągane jest KIc, może być efektem pękania podkrytycznego. Ma to miejsce, gdy materiał używany jest w obecności wody (również w postaci pary wodnej) przez długi czas. Jeśli to zjawisko prowadzi do ograniczenia czasu użytkowania, istotne jest, aby przewidzieć czas przeżycia elementu ceramicznego działającego w danych warunkach. Odpowiednie do wyznaczania parametrów pękania podkrytycznego są testy dynamiczne. Obliczenia wykonywane są w celu przewidzenia zachowania materiału pod stałymi obciążeniami na podstawie wyników wytrzymałości. Praca przedstawia wyniki dla kompozytów tlenek cyrkonu-tlenek glinu z 5, 15 oraz 50 obj.% wtrąceń w celu porównania materiałów o różnych typach mikrostruktur. Spieki z czystego dwutlenku cyrkonu zostały zbadane jako materiał odniesienia.

Słowa kluczowe

EN

tetragonal zirconia; zirconia-alumina composites; subcritical crack growth; constant stress rate test; lifetime determination

PL

tetragonalny dwutlenek cyrkonu; kompozyty dwutlenek cyrkonu-tlenek glinu; test stałego przyrostu naprężeń; wyznaczanie czasu przeżycia

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 17, nr 1
• Strony: 14--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wojteczko A.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Lach R.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Wojteczko K.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Pędzich Z.

• AGH - University of Science and Technology, Faculty of Materials Science and Ceramics, Department of Ceramics and Refractory Materials al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Salem J.A., Jenkins M.G., The effect of stress rate on slow crack growth parameter estimates, [in:] Fracture Resistance Testing of Monolithic and Composite Brittle Materials, ASTM STP 1409, American Society for Testing and Materials 2002, 213-227.
• [2] Michalske T.A., Freiman S.W., A molecular mechanism for stress corrosion in vitreous silica, J. Am. Ceram. Soc. 1983, 66, 4, 284-288.
• [3] De Aza A.H., Chevalier J., Fantozzi G., Schehl M., Torrecillas R., Crack growth resistance of alumina, zirconia and zirconia toughened alumina ceramics for joint prostheses, Biomaterials 2002, 23, 937-945.
• [4] Benaqqa Ch., Chevalier J., Saadaoui M., Fantozzi G., Slow crack growth behaviour of hydroxyapatite ceramics, Biomaterials 2005, 26, 6106-6112.
• [5] Griggs J.A., Alaqeel S.M., Zhang Y., Miller A.W., Cai Z., Effects of stress rate and calculation method on subcritical crack growth parameters deduced from constant stress-rate flexural testing, Dental Mater. 2011, 27, 364-370.
• [6] Taskonak B., Griggs J.A., Mecholsky J.J., Yan J.H., Analysis of subcritical crack growth in dental ceramics using fracture mechanics and fractography, Dental Mater. 2008, 24, 700-707.
• [7] Pędzich Z., Sub-critical crack propagation in particulate composites with Y-TZP matrix (in Polish), Compos. Theory Practice 2005, 5, 86-90.
• [8] Wiederhorn S.M., Subcritical crack growth in ceramics, [in:] Fracture Mechanics of Ceramics, eds. R.C. Bradt et al., Plenum Press, New York 1974, 613-646.
• [9] Bermejo R., Supancic P., Krautgasser C., Morrell R., Danzer R., Subcritical crack growth in low temperature co-fired ceramics under biaxial loading, Eng. Fract. Mech. 2013, 100, 108-121.
• [10] Wojteczko A., Lach R., Wojteczko K., Pędzich Z., Investigations of the subcritical crack growth phenomenon and the estimation of lifetime of alumina and alumina-zirconia composites with different phase arrangements, Ceramics Int. 2016, 42, 9438-9442.
• [11] McCool J.I., Statistical error in crack growth parameters deduced from dynamic fatigue tests, Int. J. Fatigue 2004, 26, 1207-1215.
• [12] Cheng M., Chen W., Measurement and determination of dynamic biaxial flexural strength of thin ceramic substrates under high stress-rate loading, Int. J. Mech. Sci. 2005, 47, 1212-1223.
• [13] ASTM Standard, C1368-06, Standard Test Method for Determination of Slow Crack Growth Parameters of Advanced Ceramics by Constant Stress-Rate Flexural Testing at Ambient Temperature.
• [14] Wachtman J.B., Cannon W.R., Matthewson M.J., Subcritical Crack Propagation, Mechanical Properties of Ceramics, Second Edition, John Wiley & Sons, 2009.
• [15] ASTM Standard, E1820-13&1, Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).