Sub-Critical Crack Growth in Alumina – a Comparison of Different Measurement and Evaluation Methods
Sub-Critical Crack Growth in Alumina – a Comparison of Different Measurement and Evaluation Methods
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氧化铝中的亚临界裂纹扩展——不同测量和评估方法的比较
DOI：
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发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
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通讯作者：
R. Baierl
中科院分区：
文献类型：
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作者：
T. Lube;R. Baierl
ZusammenfassungJedem spröden Bruch eines Keramikbauteiles geht ein gewisses Maß an unterkritischem Risswachstum voraus. Um diesem bei der Auslegung von Bauteilen durch Lebensdauervorhersagen Rechnung tragen zu können, müssen die entsprechenden Materialkennwerte bekannt sein. Solche Daten stehen bisher nur für wenige Keramiken zur Verfügung。 Das liegt unter anderem anderem daran, dass die nötigen Experimente zeitaufwändig sind, and die Auswertung mitunter durch die Datenstreuung verkompliziert wird.在工作过程中，必须采用 Messmethoden – statische Biegeversuche 和 Biegeversuch mit konstanter Lastrate – verwendet，um die Parameter des unterkritischen Risswachstums, n und B，eines kommerziell erhältlichen Aluminium Oxides zu messen。 Dabei wurden die Biegeversuch mit konstanter Lastrate mit verschiedenen Methoden ausgewertet。就这样，在秋天的战争中，我们的行动变得更加困难，在这场战争中，所有的惰性节日都将成为一场盛宴。 Zur Auswertung konnte ein Lastratenbereich von fünf Größenordnungen herangezogen werden。 Alle Messmethoden und Auswertungen resultierten in vergleichbaren Ergebnissen für n und B. Die Daten, die aus der Lebensdauerverteilung gewonnen wurden, zeigen allerdings eine größere Streuung. 摘要陶瓷部件的每次脆性破坏之前都会出现一定量的亚临界裂纹扩展 (SCCG)。为了将寿命预测纳入设计考虑中，必须了解这种现象的材料数据。此类材料数据仅适用于少数材料。这主要是因为必要的实验非常耗时并且数据的评估可能很复杂。在这项工作中，使用两种常见的测量方法，即静态弯曲测试和恒定应力率测试来确定商用氧化铝陶瓷的亚临界裂纹扩展参数 n 和 B。对恒定应力率数据应用了多种评估程序。数据评估结果很简单，因为可以观察到惰性强度平台与 SCCG 影响强度的明显分离。跨越五个数量级的大范围应力率可用于评估。所有评估程序都会得出 n 和 B 的可比较值，恒定应力率测试为 SCCG 参数提供比寿命分布评估更准确的值。虽然 n 可以通过合理的分散来确定，但 B 中的变化要大得多。
ZusammenfassungJedem spröden Bruch eines Keramikbauteiles geht ein gewisses Maß an unterkritischem Risswachstum voraus. Um diesem Phänomen bei der Auslegung von Bauteilen durch Lebensdauervorhersagen Rechnung tragen zu können, müssen die entsprechenden Materialkennwerte bekannt sein. Solche Daten stehen bisher nur für wenige Keramiken zur Verfügung. Das liegt unter anderem anderem daran, dass die nötigen Experimente zeitaufwändig sind, und die Auswertung mitunter durch die Datenstreuung verkompliziert wird. In dieser Arbeit wurden zwei bekannt Messmethoden – statische Biegeversuche und Biegeversuch mit konstanter Lastrate – verwendet, um die Parameter des unterkritischen Risswachstums, n und B, eines kommerziell erhältlichen Aluminiumoxids zu messen. Dabei wurden die Biegeversuch mit konstanter Lastrate mit verschiedenen Methoden ausgewertet. Es stellte sich heraus, dass die Auswertung im untersuchten Fall einfach durchzuführen war, da es eine klare Trennung des Bereichs der Inertfestigkeit von jenem gab, wo die Festigkeit lastratenabhängig ist. Zur Auswertung konnte ein Lastratenbereich von fünf Größenordnungen herangezogen werden. Alle Messmethoden und Auswertungen resultierten in vergleichbaren Ergebnissen für n und B. Die Daten, die aus der Lebensdauerverteilung gewonnen wurden, zeigen allerdings eine größere Streuung.SummaryEvery brittle failure of a ceramic component is preceded by a certain amount of sub-critical crack growth (SCCG). In order to incorporate lifetime predictions into design considerations, material data on this phenomenon have to be known. Such material data are only available for a few materials. This is primarily due to the fact that the necessary experiments are time consuming and the evaluation of the data may be complicated. In this work two common measurement methods, static bend tests and constant stress-rate tests were used to determine the parameters for sub-critical crack growth, n and B of a commercial alumina ceramic. Several evaluation procedures were applied to the constant stress-rate data. The data evaluation turned out to be straightforward because a clear separation of the inert strength plateau from the SCCG influenced strength could be observed. A large range of stress-rates spanning five orders of magnitude could be used for the evaluation. All evaluation procedures lead to comparable values for n and B, constant stress-rate tests provide more accurate values for the SCCG parameters than the evaluation of the lifetime distribution. While n could be determined with reasonable scatter, the variety in B was much bigger.