Modulus Young dari Alumina

Modulus Young adalah ukuran yang sangat berharga untuk pengujian nondestruktif bahan refraktori dan berfungsi sebagai indikator rekayasa struktur mikro refraktori ini.

Pemindaian mikroskop elektron transmisi (STEM) digunakan untuk mempelajari sistem terner yang terdiri dari alumina-ZrO2-YAG. Secara khusus, kami mengkarakterisasi secara rinci fase kedua yang terletak di sepanjang batas butir alumina dan di antara masing-masing butir menggunakan pencitraan SEM.

Modulus Young

Para insinyur menggunakan modulus Young untuk menilai seberapa besar tekanan yang dapat ditahan oleh suatu material sebelum berubah bentuk secara permanen atau gagal, sehingga membantu mereka menciptakan struktur yang tahan terhadap gaya eksternal tanpa retak atau hancur. Menghitung Modulus Young membutuhkan pengukuran yang tepat, pemahaman mekanika elastis, dan cara yang akurat untuk memprediksi bagaimana material merespons di bawah tekanan.

Pengujian tarik adalah cara yang paling sering digunakan untuk mengukur Modulus Young. Sampel material dipaparkan pada tegangan tarik yang meningkat secara bertahap hingga batas elastisitasnya tercapai; pengukuran gaya dan defleksi pada setiap titik sepanjang proses ini kemudian dicatat sebelum memplotkannya ke kurva tegangan-regangan dengan kemiringan daerah elastis yang mewakili Modulus Young material.

Modulus Young juga dapat diukur melalui berbagai cara lain. Nanoindentasi adalah salah satu teknik yang sering digunakan untuk mengkarakterisasi sifat mekanik pada skala mikro dan nano; namun, pengujian tersebut memerlukan peralatan pengujian resolusi tinggi serta alat khusus untuk menyiapkan sampel untuk dianalisis.

Salah satu keuntungan menggunakan lekukan nano untuk mengukur Modulus Young adalah kebutuhan sampel yang lebih kecil daripada sampel uji tarik tradisional, menghasilkan distribusi dengan kurva distribusi yang lebih teratur yang memberikan koreksi statistik yang lebih tepat daripada yang mungkin dilakukan dengan distribusi skala penuh.

Modulus Young untuk aluminium telah ditetapkan dengan baik melalui pengukuran eksperimental dan perhitungan teoretis, dan nilai ini dapat digunakan sebagai titik perbandingan saat membuat perhitungan atau melakukan pengukuran eksperimental. Variasi dalam modulus Young dapat disebabkan oleh faktor-faktor seperti suhu, komposisi paduan, struktur kristal, atau proses manufaktur - misalnya menambahkan elemen paduan dapat mengubah susunan ikatan antarmolekul dan dengan demikian sifat mekaniknya.

Rasio Poisson

Rasio Poisson adalah properti material yang mengukur hubungan antara regangan longitudinal dan regangan transversal. Nilainya bervariasi sesuai dengan jenis deformasi; positif untuk deformasi tarik sementara itu bisa menjadi negatif selama deformasi tekan. Meskipun nilai rasio Poisson cenderung tetap konsisten di seluruh material, nilainya dapat berubah secara signifikan di antara material; fenomena ini terutama terjadi pada logam dan paduan yang sering kali menunjukkan variasi yang luas dalam nilai rasio Poisson.

Rasio Poisson biasanya menurun seiring dengan meningkatnya kepadatan, karena perubahan struktur seluler material yang mengubah bentuk dan ukuran pori-pori - yang pada gilirannya memengaruhi rasio Poisson. Selain itu, densifikasi mengubah distribusi pori-pori serta distribusi ukurannya; densifikasi juga mempengaruhi proses ini. Banyak penelitian telah mengeksplorasi hubungan ini dengan menggunakan berbagai metode getaran seperti mengukur frekuensi resonansi dengan akurasi tinggi - ukuran akurat yang memungkinkan perhitungan sifat elastis sampel.

Perhitungan ini dapat dilakukan dengan menggunakan teknik non-destruktif yang disebut pengukuran ultrasonik. Hal ini melibatkan penyadapan sampel dengan proyektil dan merekam sinyal getarannya untuk dianalisis guna memastikan kecepatan gelombang akustik longitudinal dan transversal; kemudian menggunakan informasi ini untuk menghitung modulus Young material sampel berdasarkan metode analisis ini - menghasilkan hasil yang konsisten dan tepat setiap saat.

Modulus Young untuk alumina dapat dijelaskan dalam hal densitas dan rasio Poisson, dua elemen utama dalam perilaku elastisitasnya. Alumina memiliki rasio Poisson yang rendah karena struktur mikronya; akibatnya, sifat elastisitasnya meningkat seiring dengan peningkatan densitas; namun, modulus Young-nya tetap lebih rendah daripada logam yang sebanding.

Rasio Poisson dalam alumina sensitif terhadap suhunya. Meskipun menurun saat suhu naik, setelah suhu pembakaran tercapai, rasio Poisson akan melonjak tajam kembali karena sintering yang terus berlanjut pada suhu ini yang menyebabkan peningkatan modulus Young secara tiba-tiba. Sayangnya, hubungan yang tepat untuk perubahan suhu masih kurang dipahami karena berbagai pengaruh yang mempengaruhinya.

Modulus Elastisitas

Modulus elastisitas adalah properti integral dari bahan padat. Modulus elastisitas menggambarkan seberapa besar deformasi yang terjadi di bawah tegangan atau kompresi, dengan material yang kaku memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada material yang fleksibel; juga dikenal sebagai modulus tarik/regangan atau modulus regangan, pengukuran modulus elastisitas dapat dilakukan dengan mengukur tegangan yang disebabkan oleh perubahan bentuk akibat beban konstan dan kemudian membaginya dengan regangan untuk mendapatkan nilainya - menghasilkan nilai modulus elastisitas.

Kekakuan, kebalikan dari modulus elastisitas, mengukur seberapa besar gaya yang diberikan di bawah tekanan. Para insinyur menggunakan properti material ini untuk menentukan kapasitas penahan beban dan membuat modifikasi yang diperlukan; nilainya dapat bergantung pada faktor-faktor seperti ketebalan dan sifat material.

Pelat aluminium yang lebih tebal akan memiliki kekakuan yang lebih rendah tetapi nilai Modulus Young yang sama karena bahan yang lebih tebal lebih tahan terhadap deformasi di bawah tekanan dan memiliki luas permukaan yang lebih besar, sehingga lebih banyak tekanan perlu diterapkan untuk menyebabkan regangan pada titik tertentu.

Modulus elastisitas dapat dibandingkan dengan menggunakan persamaan berikut: E (T) = b (ph (T)) 6(k B T), di mana ph-g mewakili fungsi kerja elektron pada T dan b adalah massa jenis material.

Alumina adalah keramik tahan abrasi dengan modulus elastisitas tinggi yang dapat dikarakterisasi dengan uji tekuk tiga dan empat titik. Dalam penelitian ini, korelasi numerik/eksperimental digunakan untuk memprediksi modulus Young intrinsik lapisan alumina yang diendapkan pada substrat aluminium dan menemukan kesesuaian yang sangat baik antara nilai eksperimental dan nilai prediksi. Selain itu, tegangan kompresi terbukti lebih kuat daripada tegangan tegangan untuk sebagian besar aplikasi yang menggunakan lapisan Alumina; menunjukkan kinerja yang lebih sukses.

Modulus Kekuatan Tarik

Modulus Young yang tinggi pada alumina menunjukkannya sebagai material kaku yang tahan terhadap deformasi, namun tidak plastis dan tidak memiliki titik leleh sehingga tidak cocok untuk aplikasi yang membutuhkan plastisitas seperti komponen struktural dan alat pemotong. Sebaliknya, kegagalannya terjadi di bawah beban tekan atau tarik hampir seketika daripada secara bertahap berubah bentuk dan melemah dari waktu ke waktu. Karena sifat ini, sifatnya yang rapuh membuatnya tidak cocok untuk penggunaan seperti komponen struktural atau alat pemotong yang membutuhkan plastisitas.

Alumina dapat dikombinasikan dengan polimer untuk meningkatkan sifat tariknya secara signifikan. Sebagai contoh, menambahkan 0,2% serat nano alumina ke dalam komposit epoksi meningkatkan kekuatan tarik utamanya dari 41 MPa menjadi 71 MPa karena serat nano alumina menambah kekakuan dan bertindak sebagai pembatas rantai alami, serta terhubung ke gugus epoksi dalam rantai polimer melalui gugus fungsi epoksipropil yang menciptakan ikatan kuat antara serat dan molekul resin.

Alumina heksagonal merupakan bahan keramik rekayasa yang ideal karena modulus Young yang tinggi dan tingkat ekspansi termal yang rendah, yang membuatnya tahan terhadap tekanan mekanis dalam kondisi suhu tinggi. Selain itu, alumina heksagonal menawarkan konduktivitas yang sangat baik serta kinerja yang stabil dalam kondisi lingkungan yang ekstrem - kualitas yang membuat alumina heksagonal menjadi pilihan yang sangat baik untuk aplikasi listrik.

Berbeda dengan jenis alumina lainnya, AlN heksagonal memiliki koefisien difusi diri yang sangat tinggi yang membuat sintering sulit dilakukan dengan metode tradisional. Selain itu, bahan ini memiliki suhu leleh yang rendah dan sifat tahan guncangan termal yang sangat baik.

Pengujian Sistem Sonelastic pada suhu kamar serta suhu rendah dan tinggi memungkinkan karakterisasi yang akurat dari modulus elastisitas (Modulus Young, Modulus Geser, dan Rasio Poisson) dan sifat redaman bahan keramik untuk menilai secara tepat modulus elastisitas (Modulus Young, Modulus Geser, dan Rasio Poisson) dan karakteristik redaman - sifat-sifat ini sangat penting dalam mendesain varian baru dari bahan-bahan ini untuk berbagai aplikasi.

Secara dinamis selama proses sintering, modulus elastisitas alumina diukur secara dinamis. Pada suhu yang lebih rendah, modulus Young menurun secara linier karena alumina yang disinter parsial menjadi padat; tetapi pada suhu yang lebih tinggi karena densifikasi lebih lanjut, modulus Young meningkat dengan cepat karena proses sintering dan densifikasi; tren ini sejalan dengan pengukuran statis pada suhu kamar dari bahan yang sama; modulus geser dan rasio Poisson juga menunjukkan tren yang sama.