Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Mechanical strength and fracture toughness of brittle monocrystalline and ceramic materials

Boniecki M., Kamiński P., Wesołowski W., Krzyżak K.

Materiały Elektroniczne

|

2016

|

T. 44, nr 4

8--16

EN

The article compares the mechanical properties of a n-type silicon single crystal with an orientation <100> and resistivity ~ 2000 Ωcm, obtained by the floating zone (FZ) method, with the mechanical properties of Y2O3 ceramics. Both materials are characterized by a high value of transmission coefficient of electromagnetic radiation in the wavelength range from 2 μm to 8 μm and they can be used as optical windows in a near infrared range. However, the choice of a material type for the specific applications may depend on their mechanical properties. these properties have been determined both at room temperature and at elevated temperature, i.e. 700°C for si and 800°C for Y2O3 ceramics. We have found that at room temperature the fracture toughness of the Si single crystal KIc = 1.3 ± 0.1 MPam1/2 and the four-point bending strength σc = 289 ± 61 MPa. For Y2O3 ceramics these parameters are 1.8 ± 0.2 MPam1/2 and 184 ± 20 MPa, respectively. At 700°C the mechanical parameters for the Si single crystal are: KIc = 20 ± 3 MPam1/2 and σc = 592 ± 86 MPa. for Y2O3 ceramics at 800°C, KIc = 1.7 ± 0.1 MPam1/2 and σc = 230 ± 23 MPa. The presented data show that at elevated temperatures both fracture toughness and bending strength of the Si single crystal are significantly greater than the values of those parameters found for Y2O3 ceramics.

PL

W artykule porównano właściwości mechaniczne monokrystalicznego krzemu typu n o orientacji <100> i rezystywności ~ 2000 Ωcm, otrzymanego metodą beztyglową, z właściwościami mechanicznymi ceramiki Y2O3. Oba materiały charakteryzują się dużym współczynnikiem transmisji promieniowania elektromagnetycznego w zakresie długości fali od 2 μm do 8 μm i mogą być stosowane jako okna optyczne w zakresie bliskiej podczerwieni. Wybór rodzaju materiału dla konkretnych zastosowań może być jednak uzależniony od ich właściwości mechanicznych. Właściwości te określano zarówno w temperaturze pokojowej, jak i w temperaturze podwyższonej do 700°C w przypadku Si oraz do 800°C w przypadku ceramiki Y2O3. Stwierdzono, że dla Si w temperaturze pokojowej odporność na pękanie KIc = 1,3 ± 0,1 MPam1/2,a wytrzymałość na zginanie czteropunktowe σc = 289 ± 61 MPa. Dla Y2O3 parametry KIc i σc przyjmują wartości wynoszące w tej temperaturze odpowiednio 1,8 ± 0,2 MPam1/2 i 184 ± 20 MPa. W temperaturze 700°C wartości parametrów KIc i σc dla Si są równe odpowiednio 20 ± 3 MPam1/2 oraz 592 ± 86 MPa, zaś dla ceramiki Y2O3 w 800°C KIc = 1,7 ± 0,1MPam1/2 i σc = 230 ± 23 MPa. Prezentowane dane wskazują, że w temperaturze pokojowej wytrzymałość na zginanie czteropunktowe monokrystalicznego Si jest znacząco większa niż ceramiki Y2O3. W podwyższonych temperaturach zarówno odporność na pękanie, jak i wytrzymałość na zginanie monokrystalicznego Si jest wielokrotnie większa niż w przypadku ceramiki Y2O3.

2

Właściwości mechaniczne w podwyższonej temperaturze ceramiki Y2O3 wzmocnionej płatkami grafenowymi

Boniecki M., Wesołowski W., Gołębiewski P., Zybała R., Kaszyca K., Koziński R., Piątkowska A., Romaniec M., Ciepielewski P., Krzyżak K.

Materiały Ceramiczne

|

2016

|

T. 68, nr 4

324--328

PL

W pracy badano wpływ płatków grafenowych oraz temperatury (w zakresie od 20 °C do 800 °C) na właściwości mechaniczne kompozytu Y2O3-grafen w funkcji zawartości tlenku grafenu (GO) w kompozycie. Do otrzymania próbek użyto handlowego nanometrycznego proszku Y2O3 o czystości 99,99% i płatków tlenku grafenu (GO) otrzymanych w ITME. Kompozyty otrzymano na bazie wodnej mieszaniny obu składników, którą po wysuszeniu spiekano pod jednoosiowym ciśnieniem (metoda HP) i metodą SPS. Wykonano kompozyty o zawartości wagowej GO 1% i 3%. Spektroskopia Ramana potwierdziła obecność zredukowanego tlenku grafenu (RGO) w otrzymanych kompozytach. Stwierdzono, że w funkcji zawartości GO wzrasta wytrzymałość na zginanie σc dla próbek spiekanych metodą HP o ok. 21% i 28% metodą SPS. Z kolei odporność na pękanie KIc malała w funkcji zawartości GO dla próbek spiekanych metodą HP, ale za to rosła dla próbek spiekanych metodą SPS o ok. 78%. W funkcji temperatury σc rosło o 15% (dla 800 °C) w przypadku Y2O3 spiekanego metodą HP i nie zmieniało się dla kompozytów z GO. Z kolei dla próbek spiekanych metodą SPS σc nie zmieniało się dla Y2O3 , wzrosło o ok. 8% dla 1% GO i o 19% dla 3% GO. KIc malało w funkcji temperatury dla Y2O3 spiekanego metodą HP, ale za to rosło dla kompozytów zawierających 1% i 3% GO odpowiednio o 39% i 73%. W przypadku tworzyw spiekanych metodą SPS KIc wzrosło w funkcji temperatury o ok. 88% dla Y2O3, o 20% dla 1% GO i o 26% dla 3% GO. Mechanizm wzmacniania przez płatki GO polegał na skręcaniu płaszczyzny pękania i blokowaniu jego propagacji.

EN

The influence of graphene flakes and temperature (in the range of 20 °C to 800 °C) on mechanical properties of Y2O3-graphene composites was studied. In order to obtain samples the commercial nano-sized Y2O3 powder with a purity of 99.99% and GO flakes obtained in ITME were used. The composites were manufactured basing on an aqueous mixture of both components, which was dried and sintered using HP and SPS methods. The composites contained 1% and 3% by weight of graphite oxide (GO). Raman spectroscopy confirmed the presence of reduced graphene oxide (RGO) in the resulting composites. It was found that as a function of the GO content the bending strength σc increased by approx. 21% and 28% for composites sintered using HP and SPS, respectively. In turn, the KIc fracture toughness decreased as a function of the GO content in the HP sintered samples, but it increased by approx. 78% for the samples sintered using SPS. In case of the HP sintered samples, σc increased by 15% at 800 °C for Y2O3, but did not change for the composites with GO. On the other hand, for the SPS sintered samples, σc did not change for Y2O3, but it increased by approx. 8% and 19% for the composites with 1% and 3% GO additive, respectively. KIC decreased as a function of temperature for the Y2O3 sintered by HP, but it increased by 39% and 73% for the composites with 1% and 3% GO additive, respectively. In case of the SPS sintered ceramics KIC increased at 800 °C by approx. 88% for Y2O3, 20% and 26% for 1% and 3% GO additive. The mechanism of toughening by RGO flakes consisted of twisting the plane of fracture and blocking of crack propagation.

3

Właściwości mechaniczne ceramiki Y2O3 wzmocnionej płatkami grafenowymi

Boniecki M., Librant Z., Wesołowski W., Gołębiewski P., Zybała R., Kaszyca K., Koziński R., Librant K., Piątkowska A., Romaniec M., Ciepielewski P., Krzyżak K., Kurpaska Ł.

Materiały Elektroniczne

|

2015

|

T. 43, nr 3

15--24

PL

W pracy badano wpływ płatków grafenowych na właściwości mechaniczne kompozytu Y2O3 – grafen w funkcji sposobu przygotowania zawiesin tlenku grafenu GO oraz jego zawartości w kompozycie. Do otrzymania próbek użyto handlowy nanometryczny proszek Y2O3 o czystości 99,99% i GO otrzymany w ITME. Kompozyty otrzymano na bazie wodnej mieszaniny obu składników, którą spiekano po wysuszeniu w piecu Astro pod jednoosiowym ciśnieniem i metodą SPS. Wykonano kompozyty o zawartości wagowej GO 1 i 3%. Spektroskopia Ramana potwierdziła obecność zredukowanego tlenku grafenu w otrzymanych kompozytach. Poza pojedynczymi przypadkami sposób przygotowania zawiesin GO nie miał wpływu na wartości mierzonych właściwości mechanicznych. Stwierdzono, że w funkcji zawartości GO dla próbek spiekanych w piecu Astro twardość oraz moduł Younga nieznacznie maleją, wytrzymałość na zginanie rośnie maksymalnie o ok. 30% dla 3% GO. Odporność na pękanie mierzona na belkach z karbem nieznacznie maleje w funkcji zawartości GO, ale za to rośnie odporność na pękanie mierzona metodą Vickersa (o ok. 50%). Odporność na pękanie próbek spiekanych metodą SPS rośnie maksymalnie ok. 80% (dla obu metod pomiaru). Zaobserwowany na zdjęciach pęknięć Vickersa mechanizm wzmacniania przez płatki GO, polegał na skręcaniu płaszczyzny pękania i blokowaniu jego propagacji.

EN

The influence of graphene flakes on the mechanical properties of Y2O3 – graphene composite as a function of the preparation method of the suspensions of graphene oxide GO and its content was studied. To obtain samples, a commercial nano-sized Y2O3 powder with a purity of 99.99% and GO fabricated at ITME were used. The composites were based on an aqueous mixture of both components. They were sintered after drying under uniaxial pressure in an Astro furnace and an SPS machine. The GO weight content in the case of these composites was 1 and 3%. Raman spectroscopy confirmed the presence of reduced graphene oxide in the resultant composites. Besides isolated cases,the preparation of the GO suspensions did not affect the measured mechanical properties. It was found that for the samples sintered in the Astro furnace both hardness and Young's modulus as function of the GO content were slightly reduced, whereas the bending strength increased to approx. 30% for 3% GO. In addition, the fracture toughness measured at the notched beams decreased slightly as a function of the GO content but grew (about 50%) for the fracture toughness measured by the Vickers method. The fracture toughness of the samples sintered in the SPS machine increased up to about 80% for both measurement methods. The mechanism of reinforcing the material with graphene flakes observed in the pictures of the Vickers cracks was based on crack deflection and crack blocking.

4

Odporność na pękanie ceramiki Y2O3

Boniecki M., Librant Z., Wesołowski W., Gizowska M., Osuchowski M., Perkowski K., Witek A., Witosławska I., Karczmarz M.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 4

378--382

PL

W niniejszej pracy zmierzono odporność na pękanie ceramiki z tlenku itru o średniej wielkości ziaren ok. 6 μm poprzez analizę pęknięć wywołanych odciskiem twardościomierza Vickersa. Wartości KIc były wyliczone kilkoma sposobami, opracowanymi przez różnych autorów. Otrzymane wyniki mieszczą się w granicach od 1,0 MPa∙m1/2 do 1,5 MPa∙m1/2, ale są mniejsze od wyników wyznaczonych metodą zginania trójpunktowego belki z karbem (ok. 1,8 MPa∙m1/2).

EN

In this study we have measured fracture toughness of yttrium oxide ceramics, which had a mean grain size of approx. 6 μm, by analyzing cracks of stress cracking impressions of a Vickers pyramid. Values of KIc were calculated by means of several formulas that originated from analytical considerations of different authors. The obtained results were in the range of 1.0-1.50 MPa∙m1/2, being smaller than those obtained by the three-point bending method (approx. 1.8 MPam1/2).

5

Mechanika kruchego pękania ceramiki Y2O3

Boniecki M., Jach K., Librant Z., Wesołowski W., Węglarz H., Gizowska M., Perkowski K., Witek A., Witosławska I.

Materiały Ceramiczne

|

2015

|

T. 67, nr 1

43--47

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych ceramiki Y2O3 w temperaturze pokojowej oraz w 800 °C. Pomiary wytrzymałości na zginanie σc, odporności na pękanie KIc i rozwoju pęknięć podkrytycznych przeprowadzono w funkcji wielkości ziaren w zakresie 6-44 µm. Wartości KIc określano w teście na zginanie trójpunktowe belek z karbem. Wyznaczono parametry rozkładu Weibulla, jakiemu podlega wytrzymałość badanej ceramiki. Parametry rozwoju pęknięć podkrytycznych ustalono na podstawie testów, w których mierzono wytrzymałość próbek w funkcji szybkości przykładania obciążenia.

EN

The paper presents mechanical properties of Y2O3 ceramics determined at room temperature and at 800 °C. Measurements of bending strength σc, fracture toughness KIc and subcritical crack growth were carried out as a function of particle size in a range of 6-44 µm. KIc values were determined by the three-point bending test of notched beams. The Weibull parameters of strength distribution were determined. Parameters of subcritical crack growth were obtained on the basis of tests in which bending strength of the samples was measured as a function of stress rate.