Bryta Toughness av Si3N4/S45C som är Gemensam med en Ha KontaktSpricka

De keramiska/belägger med metall fogar ihop har mer och mer applicerats i en lång räcka av att iscensätta sätter in, därför att det keramiskt har stabil mekanisk rekvisita på mycket varmt och bra motstånd som ska ha på sig, erosion och oxidation. Emellertid belägger med metall skillnaden av materiell rekvisita between, och keramiskt framkallar spänningssingularities på ha kontakt kantar. Dessutom framkallas den ska termiska resterande spänningen för kicken under kyla som är processaa tack vare mismatchen av koefficienterna för termisk utvidgning. Spänningssingularityen samman med den termiska resterande spänningen degraderar styrkan av keramiskt/belägger med metall gemensamt och gör utvärderingen av styrkan svår. Många arbeten har gjorts om den resterande spänningen, och styrkautvärderingen av keramiskt/belägger med metall fogar ihop. Till exempel har Kobayashi o.a. [1, 2] utforskat den böjande styrkan och den resterande spänningen av SiN/S45C₃₄ fogar ihop och verkställa av storleksanpassa av prov på den böjande styrkan. Qiu o.a. [3] har utforskat påverkan av den resterande spänningen och cykliskt laddar på styrkan av gemensam₃₄ SiN/S45C. Emellertid tack vare belägger med metall har komplexiteten av problemet, en generaliserad utvärderingsmetod för det keramiskt/gemensamt inte ännu varit föreslagen.

Resårlösningen av den ovanliga spänningen sätter in av ha kontaktsprickan har varit utstuderad efter 1959 [4-9]. Rice [10] har resumerat arbetet i detta sätter in och ställer in resåret bryter mekanikerbegrepp för mellan två ytor sprickor. Yuuki [11, 12] har föreslaget maximat det normalaspänningskriterier för förutsägelse att bryta banan och styrka av keramiskt/belägger med metall o.a. gemensamt baserat på resårteorin. Den plast- deformeringen av belägger med metall ska oundvikligen verkar nära sprickaspetsen tack vare spänningssingularityen. För mest av det keramiskt/belägga med metall fogar ihop, den plast- deformeringen av belägger med metall har en viktig påverkan på styrkan av det keramiskt/att belägga med metall gemensamt. Tack vare belägger med metall har den analytiska komplexiteten, utvärderingen av brytabanan och styrka av keramiskt/gemensamt baserat på denplast- teorin inte ännu gjorts.

I denna studie pekar fyra att böja testar av SiN/S45C som₃₄ gemensamma prov med en ha kontaktspricka bars ut. Utvärderingen av brytabanan och bryter toughness var försökt baserat på denplast- analysen.

Figurera shows 1 geometrin och dimensionerar av gemensamt₃₄ prov för SiN/S45C. Den försilvra baserade brazingen legerar (WT % är: Ag 71%, Cu, 27%, Ti, 2%) med tjocklek för 60 μm användes för bindningen between Syndar₃₄ keramik, och S45C stålsätter. Brazing bars in en dammsugapanna (Torr^-5 2.5x10). Temperaturen av pannan ökades på en klassa av 20C/min^o upp till den brazing temperaturen av 850C^o och hölls för minut 10, då minskades på en klassa av 10C/min^o. Sammanfoga ytbehandlar polerades med diamanten pudrar av 0,25 μmdiameter. Under brazingen pressar en kontakt av 0,002 MPa applicerades.

Når du har brazing introducerades en ha kontaktspricka av den elektriska urladdningsmetoden med klippet binder av 0,1 en mmdiameter. Fyra prov med olika sprickalängder var förberedda. Två av proven hade sprickalängder av en mm 4,0, och de andra två proven hade sprickalängder av en mm 1,0 en mm och 2,0.

Fyra pekar att böja testar bars ut på brytatoughnessproven på en crosshead rusar av 0,5 mm/min. Bordlägga shows 1 resultaten av brytatoughnessen. Det påtagligt bryter toughness definieras som:

(1)

med

(2)

(3)

Var P_f är bryta laddar, är a sprickalängden, w provbredden, t provhighnessen, L som₂ det yttre spänner över och, L₁ de inre spänner över.

Bordlägga 1. Resultatet av brytatoughnessen testar.

Som synes i Bordlägga 1, indikerar proven med en sprickalängd av en mm 4,0 att ett högre bryter laddar än de med kortare sprickalängder av en mm 1,0 och 2,0. Som den ska resterande spänningen omfördelar efter klipp [2], kan avkopplingen av den termiska resterande spänningen för längre sprickalängd vara en möjlighet resonerar.

Figurera 2 shows den macroscopic observationen av det bröt prov. Knäcka fortplantat in i Syndar direkt från den initiala sprickaspetsen i riktningen av omkring 40 För₃₄ proven med en sprickalängd av en mm 1,0 och 2,0^o. För proven med en sprickalängd av en mm 4,0 Syndar sprickan som fortplantas längs ha kontakt för en mm omkring 1,0 och därefter vridas in i, ₃₄ i en riktning av omkring 10^o till ha kontakt.

Resårlösningen av spänningen sätter in av en ha kontaktspricka har varit fulländad vid Willimsen [4], Erdogan [5, 6], England [7] och Sih o.a. [8, 9]. Det har funnits att spänningen sätter in nära ha kontaktsprickaspetsen har den oscillatory singularityen. Under den polara koordinaten med beskärningen som lokaliseras på sprickaspetsen, sätter in spänningen, kan uttryckas som

(4)

Här är denmateriella konstanten som kan uttryckas som

(5)

(6)

var µ_j och v_j är saxmodulusen och Poissons förhållande av materialen, respektive.

Spänningsstyrkan dela upp i faktorer av den oscillatory ovanliga spänningen sätter in definieras som

(7)

benämna, var l är hänvisa tilllängden som avlägsnar dimensionera av det oscillatory. Vanligt tar l värdera av helhetssprickalängden, dvs. l=2a.

När spänningen längs ha kontakt har varit bekant, dela upp i faktorer spänningsstyrkan kan vara kan extrapoleras som:

(8)

(9)

Yuuki [11, 12] har o.a. föreslaget övre maximat det normalaspänningskriterier för bryta av att ha kontakt sprickan. Betrakta, att värdera avär mycket liten, kan det normalaspänningen ungefärligt uttryckas som

(10)

var

(11)

W=₁ e^-ε(π-θ), W=₂ e^ε(π+θ) (12)

(13)

Riktningen av maximat det normalaspänning kan vara beslutsam från:

θ för ∂B (θ, ε, y)/∂ = 0 (14)

Låt θ₀ föreställa riktningen av maximat det normalaspänning, den motsvarande spänningsstyrkan dela upp i faktorer kan uttryckas som:

(15)

Bryta ska uppstår längs riktningen av θreaches som_0θmax Ket_IC värderar av den materiella basera. Det bör noteras att bryta kan uppstå längs ha kontakt, när θ₀ blir mindre, än bestämt värdera, sedan styrkan av har kontakt är vanligt lägre än det av den materiella basera.

Denplast- ovanliga spänningen sätter in för linjärt hårdna som är materiellt [13] har funnits för att vara väsentligen samma som det av den materiella resåret vars resårkonstanter definieras som:

(16)

var E är den Young modulusen och Het' hårdna som är samverka.

Därför sätter in denplast- ovanliga spänningen på ha kontaktsprickaspetsen är väsentligen samma som den ovanliga spänningen för resåret sätter in av ha kontaktsprickaspetsen. Den reglerande regionen av denplast- ovanliga spänningen sätter in ska begränsas i en liten region runt om sprickaspetsinsidan som avkastningen zonplanerar. För keramiskt/belägga med metall gemensamt och att betrakta, att den samverka värdera av att hårdna är mycket mindre än värdera av den Young modulusen, det kan finnas från Eq. (16) och Eq. (5) det

(17)

FEM-analys bars ut under plan spänning villkorar genom att använda programet av ABAQUS. SiN₃₄ antas som en materiell resår vars materiella konstanter är vilden av temperaturen och E=289 GPa, v=0.25 och CTE=4.2x10^-6. S45C stålsätter antas som linjärt hårdna som är materiellt med de materiella konstanterna som in listas, Bordlägger 2 [14]. Den fria temperaturen för spänningen är ansedd att vara 550C^o för analysen av den termiska resterande spänningen.

Bordlägga 2. Materiella konstanter av S45C

För jämförelse bars resåranalysen också ut. Beräknat från resårkonstanterna av 25C^o, är denmateriellakonstanten för resårfall 0,01588. Bordlägga 3 listar spänningsstyrkan dela upp i faktorer såväl som riktningen av maximat det normalaspänning erhållande av resåranalysen. Det kan finnas att den resterande spänningen för värdera är tack vare mycket högre, än och värderar av θ, ₀ tack vare som den resterande spänningen är nästan samma, som är omkring 70^o. Prov med en sprickalängd av en mm 2,0 har maximat att värdera av K_θmax tack vare den resterande spänningen. Värderar av superposition_θmax för K tack vare av den resterande spänningen, och den applicerade spänningen under bryter toughness testar är nästan de tack vare den resterande spänningen.

Bordlägga 3. Spänningsstyrka dela upp i faktorer och riktningen av maximat det normalaspänning enligt resåranalysen.

Emellertid säger emott resultaten av resåranalys som synes med det som värdera av K_θmax är mycket högre, än IC värderar av SiN₃₄, som är omkring 6,0 MPa√m [15]. Också kan resåranalysen inte förklara därför prov med en mm a=4.0 indikerar bryter higher laddar än prov med en mm a=1.0, sedan K_θmax den resterande spänningen för en mm a=4.0 är tack vare större än det för en mm a=1.0.

Figurerar 3, och show 4 spänningsfördelningen som ha kontakt erhöll vid denplast- analysen. En fodra med diskvattnet av - 0,5 konspireras också i figurerar för hänvisar till. Vi kan se att buktar är nästan parallellt till hänvisa till fodrar i regionen r<10m^-6, som indikerar att spänningen nära sprickaspetsen domineras av denplast- ovanliga spänningen sätter in.

Figurerar 5, och show 6 som de uncoupled delarna definierade vid Eq. (8) och Eq. (9). Olikt från resårfallet, här tar hänvisa tilllängden l värdera av 1,0^-6 M, som är storleksanpassa av den reglerande regionen av denplast- ovanliga spänningen sätter in nästan. Figurera för spänningsfördelning för 5 shows den resterande spänningen tack vare och Figurera 6 shows den resterande spänningen för spänningsfördelning tack vare, och applicerat ladda. Det kan finnas att buktar är nästan parallellt att hänvisa till fodrar i regionen r<1.0^-5 M.

Bordlägga 4 listar spänningsstyrkan dela upp i faktorer och riktningarna av maximat det normalaspänning erhållande av denplast- analysen. Det kan finnas att minskningar_θmax för den resterande spänningen för K tack vare i ordna av en mm a=2.0, en mm a=1.0 och en mm a=4.0. Detta resultat kan förklara därför prov med en sprickalängd av 4,0 som en mm indikerar bryter higher laddar jämfört till de andra proven. Applicerade laddar ansar till minskning värdera av K.₂ Minskningen av K₂ för en mm a=4.0 är speciellt tydlig, och värdera av θ₀ för en mm a=4.0 är 33^o, som är mycket mindre än de för en mm a=1.0 och en mm a=2.0. Detta instämm med det experimentella resultatet, var proven med en mm a=1.0, och en mm som a=2.0 brytas med en meta av omkring 40^o från ha kontakt, fördriver proven av en mm som a=4.0 brytas längs ha kontakt. Värderar av K som_θmax De är också Ket värderar_IC nästan av SiN₃₄, även om mindre än den. Kobayashi et al [1] har funnit i böja testar av gemensam₃₄ SiN/S45C som resultaten kan delas in i två grupper, i, vilket visar förhållandevis en kick - styrkastunder annan shows som ett mycket lågt värderar. Man resonerar för en låg styrka är ansedd att vara existensen av en spricka i det keramiskt, sedan sprickorna är initierade från det naturligt hoppar av lätt under klipp, når de har sammanfogat. Detta kan vara också ansett att vara ett av resonerar därför Ket_θmax värderar, när bryta uppstått är mindre, än Ket_IC värderar av SiN₃₄.

Bordlägga 4. Spänningsstyrka dela upp i faktorer och riktningen av maximat det normalaspänning enligt denplast- analysen.

Bryta toughness testar bars ut på SiN/S45C som₃₄ gemensamma prov med har kontakt sprickor av olika längder. Utvärderingen av bryter banan och bryter toughness bars ut baserade på elasto-plast- analys som S45C stålsätter i antogs som linjärt hårdna som är materiellt. De erhållande avslutningarna kan resumeras som:

•,         Den termiska resterande spänningen har ett viktigt att verkställa på brytatoughnessen av det gemensamt. Tack vare har verkställa av den resterande spänningen, prov med en sprickalängd av en mm 4,0 higher att bryta toughness än de med sprickalängder av en mm 1,0 en mm och 2,0. En spricka som fortplantas in i, Syndar₃₄ direkt från den initiala sprickaspetsen i riktningen av 40^o för sprickalängder av en mm 1,0, eller en mm 2,0, fördriver den fortplantade längs ha kontakt för sprickalängden av en mm 4,0.

•,         Belasta nära sprickaspetsen domineras av denplast- ovanliga spänningen sätter in. Sätter in Maximat_θσkriterium som baseras på denplast- ovanliga spänningen, kunde lyckat appliceras för utvärdering av brytabanan, och att bryta toughness värdera. 3. K_θmax värderar tack vare minskningarna för den resterande spänningen i ordna av en mm a=2.0, en mm a=1.0 och en mm a=4.0. Detta är samma ordnar av bryter laddar av proven med en mm a=2.0, en mm a=1.0 och en mm a=4.0. Den applicerade spänningen resulterade i en minskning av värdera av K.₂ Minskningen av K₂ för en mm a=4.0 var viktig, och värdera av θ₀ för en mm a=4.0 var mycket mindre än de för en mm a=1.0 och en mm a=2.0. Detta instämm med det experimentella resultatet som proven med en mm a=1.0 och en mm som a=2.0 brytas med en meta av omkring 40^o till ha kontakt, fördriver proven av en mm som a=4.0 brytas längs ha kontakt. Ket_θmax värderar på bryta av prov var nästan samma för alla prov och var Ket värderar_IC nästan av SiN₃₄.

1.       H. Keramisk-Belägger med metall Kobayashi, Y. Arai, H. Nakamura och T. Sato, ”StyrkaUtvärderingen av Fogar Ihop”, MaterialVetenskap och att Iscensätta, A143 (1991) 91-102.

2.       H. Verkställer storleksanpassar belägger med metall Kobayashi, H., Nakamura, A. Todoroki, W. Parkera, T. Koide och H. Taniai, av prov som klipps av och, på böjande styrka av keramiskt/fogar ihop, Trans. av JSME A60-569 (1994) 65-70.

3.       J.H. Qiu, S. Nakamura, M. Kawagoe och M. Morita, ”Påverkan av Sammanfogande Styrka av Si3N4/S45C på Resterande Spänning”, Förar Journal över av Oorganiska Material, 13-4 (1998) 167-172.

4.       M.L. Williams, ”Spänningen Runt Om en Kritisera eller Spricka i Olikt Massmedia”, Information av det Seismologiska Samhället av Amerika, 49-2 (1959) 199-204.

5.       F. Erdogan, ”SpänningsFördelning i Obligations- Olika Material med Sprickor”, J. Appl. Mech., 32 (1965) 403-411.

6.       F. Erdogan, ”SpänningsFördelning i Obligations- Olika Material som Innehåller Cirkulär Ringa-Formade Hål”, J.Appl.Mech., 32 (1965) 829-836.

7.       A.H. England, ”En Spricka mellan Olika Medel”, J. Appl. Mech., 32 (1965) 400-407.

8.       G.C. Sih och J.R. Rice, ”Böja av Pläterar av Olika Material med Sprickor”, J. Appl. Mech., 31 (1964) 477-483.

9.       J.R. Rice och G.C. Sih, ”Plana Problem av Sprickor i Olikt Massmedia”, J. Appl. Mech., 32 (1965) 418-423.

10.   J. Bryter R. Rice, ”Resåret MekanikerBegrepp för Mellan två ytor Sprickor”, J. Appl. Mech., 55 (1988) 98-103.

11.   R. Yuuki och J.Q. Xu som Är Engelsk. Fract. Mech., ”Spänning Baserat Kriterium för en Ha Kontaktspricka som Vrider ut ur Ha Kontakt i Olika Material”, 41-5 (1992) 635-644.

12.   R. Fogar Ihop Yuuki, J.Q. Xu och Y. Mutoh, ”Utvärderingen av Fracture och Styrka av Metal/Keramiskt obligations- Baserat på Mellan två ytor Bryter Mekaniker”, Trans. av JSME A60-569 (1994) 37-45.

13.   J.Q. Xu och L. Fu, ”Spänningen Sätter In nära en Ha Kontakt Kantar av Linjära Hårdna Material”, Förar Journal över av den Zhejiang Universitetar: Vetenskap V No.3-1 (2002) 13-18.

14.   N. Tröttar Ut Belägger med metall Okabe, M. Takahashi, X. Zhu, K. Kagawa och M. Maruyama, ”den Resterande Spänningen och StyrkaRekvisita av Keramiskt/fogar ihop”, J. Soc. Mattt. Sci., Japan, 48-12 (1999) 1416-1422.

15.   Y. Bryter Belägger med metall Mutoh och I. Yumoto, ”ToughnessUtvärderingen för Keramik/Fogar Ihop”, Trans. av Symposiumen av Materiella Mekaniker av JSME No.900-50 (1990) 185-190.