Investigation of Internal Cracks in Epoxy-Alumina Using In Situ Mechanical Testing Coupled with Micro-CT
Investigation of Internal Cracks in Epoxy-Alumina Using In Situ Mechanical Testing Coupled with Micro-CT
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使用原位机械测试结合显微 CT 研究环氧氧化铝的内部裂纹
DOI：
10.1007/s11837-021-04714-x
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
2.6
通讯作者：
Du, Jing
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tang, Yichun;Su, Kangning;Man, Ruyi;Hillman, Michael C.;Du, Jing
聚合物陶瓷复合材料广泛应用于生物医学领域。本文介绍了环氧氧化铝内部裂纹扩展的实验研究结果。制备了具有 5 vol.%、10 vol.%、…、25 vol.% 填料分数的样品。分别使用传统机械测试仪和结合微型 CT 的原位机械测试仪对单边缺口弯曲试样进行三点弯曲。测得断裂韧性为 2.10-2.51，并且随着填料分数的增加而降低。当裂纹短于 0.88 毫米时，5 体积% 和 25 体积% 环氧氧化铝的抗裂性相似。超过 0.88 mm，25 vol.% 环氧氧化铝没有表现出抗裂性，而 5 vol.% 环氧氧化铝的应力强度因子不断增加。基体-颗粒界面是最薄弱的环节，裂纹常常从这里开始。未裂纹韧带的裂纹桥接和裂纹偏转是常见的增韧机制。为了设计坚固的环氧氧化铝复合材料，建议在未来的工作中增加基质-颗粒界面强度。
Polymer-ceramic composites are widely used in biomedical applications. This paper presents the results of an experimental investigation on the crack extension inside epoxy-alumina. Specimens with 5 vol.%, 10 vol.%, …, 25 vol.% fillers fractions were fabricated. Three-point bending on single-edge notched bend specimens were performed using conventional mechanical tester and in situ mechanical tester coupled with micro-CT, respectively. Fracture toughness was measured to be 2.10–2.51, and it decreased with increasing filler fraction. When cracks were shorter than 0.88 mm, crack resistance for 5 and 25 vol.% epoxy-alumina was similar. Beyond 0.88 mm, 25 vol.% epoxy-alumina exhibited no crack resistance, whereas stress intensity factor kept increasing in 5 vol.% epoxy-alumina. The matrix-particle interfaces were the weakest link, where cracks often initiated from. Crack bridging by uncracked ligament and crack deflection were commonly observed toughening mechanisms. To design robust epoxy-alumina composites, increasing matrix-particle interface strength is recommended for future work.
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