Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Uproszczenia w wyznaczaniu metodą ultradźwiękową stałych materiałowych materiałów anizotropowych o symetrii heksagonalnej

Piekarczyk W., Kata D.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 4

383--387

PL

Dla materiałów izotropowych wyznaczenie modułu Younga, modułu sztywności i liczby Poissona metodą ultradźwiękową jest stosunkowo prostą procedurą. Wystarczy zmierzyć prędkości rozchodzenia się podłużnej i poprzecznej fali ultradźwiękowej i z właściwych wzorów obliczyć odpowiednie stałe. Natomiast dla materiałów anizotropowych należy wykonać znaczną liczbę pomiarów prędkości fali podłużnej i spolaryzowanej fali poprzecznej w ustalonych kierunkach próbki, którą należy odpowiednio zorientować względem osi symetrii. Pomiary te są bardzo czasochłonne i skomplikowane. W pracy, na przykładzie anizotropowego kompozytu Al2O3-hBN oraz anizotropowego porowatego polikrystalicznego grafitu o anizotropii typu heksagonalnego, wyznaczono metodą ultradźwiękową wszystkie stałe materiałowe zgodnie ze skomplikowaną procedurą obowiązującą w przypadku materiałów anizotropowych. Na tych materiałach wyznaczono również w odpowiednich kierunkach stałe materiałowe próbek metodą uproszczoną, traktując je jako materiały izotropowe. Wyznaczone metodą uproszczoną wartości modułów Younga (E║, E┴) i modułów sztywności (G║ i G┴) różnią się nieznacznie (do 7%) od wartości wyznaczonych zgodnie z metodyką obowiązującą dla materiałów anizotropowych, wykazujących symetrię heksagonalnego. Natomiast metodą uproszczoną nie można wyznaczyć prawdziwych wartości liczb Poissona. Wyznaczone metodą uproszczoną wartości modułów Younga w przypadku próbki Al2O3 o największej zawartości hBN (30%) wynoszą: E║(3) = 95,0 GPa, E┴(1) = 177,1 GPa, a wyznaczone metodyką anizotropową: E║(33) = 93,5 GPa, E┴(11) = 181,3 GPa.

EN

The calculation of Young's modulus, shear modulus and Poisson’s ratio for isotropic materials by the ultrasound method is a relatively simple procedure. It is enough to measure the velocity of propagation of longitudinal and transverse ultrasonic waves, and to use the appropriate formulas to calculate the constants. However, a lot of measurements of longitudinal and transverse waves, polarized in appropriate directions are needed for anisotropic materials. A sample should be properly oriented to the axis of symmetry. These measurements are very time-consuming and complicated. All material constants for anisotropic composite Al2O3 - hBN and anisotropic porous polycrystalline graphite, which have hexagonal anisotropy, were calculated by ultrasound method in accordance with the complicated procedure appropriate for anisotropic materials. The material constants were also determined in respective directions of the samples, using the simplified method by treating them as the isotropic materials. Values of Young’s (E║, E┴) and shear modules (G║ and G┴), when determined using the simplified method, differ slightly (no more than 7%) from the values determined from the equations adequate for the anisotropic materials belonging to the hexagonal system. However, the simplified method cannot be used to determine Poisson's ratio values. In the case of Al2O3 composite with the highest content of hBN (30%) Young's modules of 95.0 GPa (E║(3)) and 177.1 GPa (E┴(1)) were calculated by the simplified method, and of 93.5 GPa (E║(33)) and 181.3 GPa (E┴(11)) by the anisotropic methodology.

2

Stałe materiałowe anizotropowych kompozytów Al2O3–hBN

Piekarczyk W., Rutkowski P., Górny G.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 2

113--116

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących wyznaczania stałych sprężystości i stałych materiałowych tworzyw kompozytowych złożonych z tlenku glinu i heksagonalnego azotku boru o udziale objętościowym od 0% do 30%. Na podstawie pomiarów prędkości rozchodzenia fal podłużnych i odpowiednio spolaryzowanych poprzecznych fal ultradźwiękowych wyznaczono wszystkie stałe sprężystości i stałe materiałowe próbek o charakterze izotropowym i wykazujących anizotropię analogiczną do układu heksagonalnego. Pozwoliło to na weryfikację i uzupełnienie wzorów służących do wyznaczania wszystkich stałych sprężystości anizotropowych materiałów ceramicznych. W przypadku kompozytu Al2O3 z dodatkiem 30% hBN, wykazującego największą anizotropię, moduł Younga w kierunku równoległym do kierunku prasowania na gorąco miał wartość E║ = 93,5 GPa, a w kierunku prostopadłym E┴ = 181,3 GPa; moduł sztywności G║ = 52,9 GPa i G┴ = 74,4 GPa; liczby Poissona wynosiły µ12 = 0,219; µ13 = 0,162; µ31 = 0,084. W pracy stwierdzono, że w przypadku kompozytów o anizotropii związanej z układem heksagonalnym składowych faz, otrzymywanych przez prasowanie, istnieje możliwość wyznaczania niektórych stałych materiałowych w sposób szybki i uproszczony, korzystając z wzorów obowiązujących dla materiałów izotropowych.

EN

This paper presents the results of determination of elastic and material constants of hot pressed aluminium oxide matrix composites containing from 0% to 30% of hexagonal boron nitride. The measurements of ultrasonic waves velocities with required polarization allowed determining all elastic and material constants for the tested samples both isotropic and anisotropic due to the presence of the hexagonal phase. This gave a possibility to verify and supplement formulas used for determining all the elastic constants of ceramic materials with hexagonal anisotropy. For alumina composite with 30% hBN, the following material constants were determined: Young's moduli E║ = 93,5 GPa and E┴ = 181,3 GPa, moduli of rigidity G║ = 52,9 GPa and G┴ = 74,4 GPa, in a direction parallel and perpendicular to the pressing, respectively; Poisson ratios had values of μ12 = 0,219; μ13 = 0,162; μ31 = 0,084. Regarding anisotropic materials fabricated by pressing and belonging to the hexagonal system, there is an option of determining some material constants using the formulas usually used for isotropic materials.

3

Właściwości sprężyste anizotropowych materiałów kompozytowych Al2O3 – hBN.

Piekarczyk W., Górny G., Rutkowski P., Kata D.

Materiały Ceramiczne

|

2013

|

T. 65, nr 2

214--219

PL

W pracy przedstawiono rezultaty badań materiałów kompozytowych o osnowie tlenku glinu z udziałem od 0–30% obj. heksagonalnego azotku boru, otrzymanych metodą prasowania na gorąco. Dla oceny wpływu obecności fazy hBN w anizotropowych kompozytach na ich właściwości sprężyste zastosowano ultradźwiękową metodę wyznaczania stałych sprężystości Cij i stałych materiałowych: moduły Younga, moduły ścinania i liczby Poissona. Wyznaczone tą metodą stałe materiałowe porównano z odpowiednimi wartościami wyznaczonymi metodą ultradźwiękową przy traktowaniu tych kompozytów jako materiały izotropowe. Badania wykazały istotny wpływ obecności fazy hBN na anizotropię właściwości sprężystych materiałów kompozytowych; najwyższą, dochodzącą do 50% anizotropią modułu Younga charakteryzują się materiały kompozytowe o 30-procentowej zawartości hBN w Al2O3.

XX

The paper presents the results of a study on composite materials with aluminium oxide matrix containing from 0% to 30% hexagonal boron nitride. Composite materials were obtained by hot pressing. To assess the effect of hBN phase on the elastic properties of composites a new method of determining the elastic constants and material constants e.g.: Young's module, shear module and Poisson's coefficients was developed. The method consisted of measurements of ultrasonic wave propagation velocity in composite materials, that were treated as anisotropic materials. The material constants obtained by using this method were compared with values achieved from the ultrasonic measurement of the composites treated as isotropic materials. Studies have shown a significant effect of the presence of hBN phase on anisotropy of the composite materials’ elastic properties. The highest anisotropy of Young’s modulus, up to 50% was observed in the case of composite materials containing of 30% hBN.