Effect of microstructure and slow crack growth on lifetime prediction of monolithic silicon carbide
Effect of microstructure and slow crack growth on lifetime prediction of monolithic silicon carbide
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微观结构和缓慢裂纹扩展对整体碳化硅寿命预测的影响
DOI：
10.1016/j.msea.2015.01.013
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Al Nasiri N
中科院分区：
文献类型：
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作者：
Al Nasiri N
碳化硅（SiC）基材料的寿命在很大程度上取决于预先存在的缺陷或裂纹的存在以及它们在其使用寿命期间在施加载荷下的延伸。本工作的目的是确定具有不同晶粒形态和晶界化学的SiC基材料的长期强度。使用碳和硼的SiC的固态（SS）烧结和使用氧化铝和氧化钇作为添加剂的SiC的液相（LP）烧结来生产细晶粒和粗晶粒材料，以分别阐明化学和晶粒形态的作用。断裂韧性，强度和缓慢裂纹扩展（SCG）的数据被用来确定寿命图，以准确地评估长期的自然和人为缺陷的强度行为。与SS-SiC相比，LP-SiC材料具有更大的SCG敏感性。然而，具有粗晶粒的LP-SiC具有更高的韧性，并且在意外引入大的缺陷之后可以在更高的应力下使用。这表明，由于在晶界上引入氧化物而导致的缓慢裂纹扩展的影响不足以改变材料之间在此类损伤事件后确定性许用应力方面的排名。另一方面，根据自然缺陷总数的许用应力显示了使用低失效概率（5%）和高得多的失效概率（63.2%）的不同结果：当使用的应力水平改变时，材料的等级也会改变。
The lifetime of silicon carbide (SiC) based materials is strongly dependent on the presence of pre-existing flaws or cracks and their extension under an applied load during their service life. The purpose of this work is to determine the long term strength of SiC based materials with different grain morphologies and grain boundary chemistry. Solid state (SS) sintering of SiC with carbon and boron and liquid phase (LP) sintering of SiC using alumina and yttria as additives were used to produce fine and coarse grained materials to clarify the role of chemistry and grain morphology respectively. Fracture toughness, strength and slow crack growth (SCG) data were used to determine lifetime diagrams to accurately evaluate the long term strength behaviour for natural and artificial defects. The LP-SiC materials have more susceptibility to SCG compared to SS-SiC. However, the LP-SiC with coarse grains has a higher toughness and can be used at higher stresses after a large defect has been accidentally introduced. This indicates that the effect of the slow crack growth as a result of introducing oxides on the grain boundaries is not sufficient to alter the ranking between materials in terms of their deterministic allowable stress after such a damage event. On the other hand, the allowable stress in terms of the natural defect population revealed different results for using a low probability of failure (5%) and a much higher probability of failure (63.2%): the ranking of the materials alters when the stress level at which it is to be used changes.
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DOI：
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