Hodnocení zhouževnatění v důsledku visko-elastického přemostění trhliny u žáruvzdorných materiálů

Assessment of viscoelastic crack bridging toughening in refractory materials

journal article - other

en

Viscoelastic bridges can be formed in refractory ceramics while cooling from high temperatures. Such bridges can shield crack tips, thus reducing the effective crack tip stress intensity factors leading to higher resistance to creep and thermal shock. The extent to which the crack tip stress intensity is reduced can be estimated from fracture mechanics models that include experimental measurement of crack bridging and microstructural parameters. In this paper a novel approach is proposed for the assessment of the effective crack bridging toughening from combining destructive and non-destructive test methods. Fracture toughness values were determined applying chevron notched specimen technique and surface damage of the specimen was monitored by image analysis. Different cordierite-mullite compositions characterized by different microstructure morphologies and crack propagation behaviour were investigated. A brief discussion about the correlation between thermo-mechanical properties, microstructure, crack propagation behaviour and thermal shock resistance is presented. Moreover, an empirical model able to determine the presence and effectiveness of the viscoelastic crack bridging ligaments acting in the microstructure under thermal shock conditions and their degradation with increasing thermal shock cycles from parameters measured at room temperature is presented.

V průběhu ochlazování žáruvzdorné keramiky z vysokých teplot vznikají visko-elastické můstky přemosťující přítomné trhliny. Tyto můstky mohou vést ke stínícím účinkům a snížit tak efektivní faktor intenzity napětí a díky tomu vést k vyšší odolnosti vůči creepu a tepelným šokům. Rozsah tohoto efektu lze odhadnout z lomově mechanických modelů, které zahrnují měření parametrů přemostění a mikrostrukturních parametrů. V příspěvku je navrhován nový přístup ke kvantifikaci zhouževnatění na čele trhliny v důsledku přemostění na základě destruktivních i nedestruktivních zkoušek. Lomová houževnatost byla hodnocena na základě techniky chevronových vrubů, povrchové poškození vzorků bylo hodnoceno na základě obrazové analýzy. K analýzám byla použita rozdílná složení keramiky na bázi kordieritu a mulitu. Diskuse je orientována na korelaci mezi tepelně mechanickými vlastnostmi, mikrostrukturou, chováním při šíření trhliny a odolnosti vůči tepelným šokům. Byl předložen empirický model umožňující predikovat působení přemosťujících úseků za podmínek tepelných šoků a jejich degradaci s rostoucím počtem tepelných cyklů na základě parametrů měřených při pokojové teplotě.

Viscoelastic bridges can be formed in refractory ceramics while cooling from high temperatures. Such bridges can shield crack tips, thus reducing the effective crack tip stress intensity factors leading to higher resistance to creep and thermal shock. The extent to which the crack tip stress intensity is reduced can be estimated from fracture mechanics models that include experimental measurement of crack bridging and microstructural parameters. In this paper a novel approach is proposed for the assessment of the effective crack bridging toughening from combining destructive and non-destructive test methods. Fracture toughness values were determined applying chevron notched specimen technique and surface damage of the specimen was monitored by image analysis. Different cordierite-mullite compositions characterized by different microstructure morphologies and crack propagation behaviour were investigated. A brief discussion about the correlation between thermo-mechanical properties, microstructure, crack propagation behaviour and thermal shock resistance is presented. Moreover, an empirical model able to determine the presence and effectiveness of the viscoelastic crack bridging ligaments acting in the microstructure under thermal shock conditions and their degradation with increasing thermal shock cycles from parameters measured at room temperature is presented.

kordierit mullit, viskoelastické zhouževnatění, lomová houževnatost, obrazová analýza, lomová mechanika

Cordierite mullite; Viscoelastic toughening; Fracture toughness; Image analysis; Fracture mechanics

2008

05.03.2008

Elsevier

0955-2219

Journal of the European Ceramic Society

28

10

1941–1951

11