Aliuminio oksido Youngo modulis

Youngo modulis yra neįkainojamas matas atliekant ugniai atsparių medžiagų neardomuosius bandymus ir yra šių ugniai atsparių medžiagų mikrostruktūros inžinerijos rodiklis.

Skenuojanti elektroninė mikroskopija (STEM) buvo naudojama trejinei sistemai, sudarytai iš aliuminio-ZrO2-YAG, tirti. Visų pirma, naudodami SEM vaizdus, išsamiai apibūdinome antrąją fazę, esančią palei aliuminio oksido grūdelių ribas ir tarp atskirų grūdelių.

Jaunojo modulis

Inžinieriai naudoja Youngo modulį, kad įvertintų, kokią apkrovą gali atlaikyti medžiaga, kol ji visam laikui deformuosis arba sugrius, ir taip padeda kurti konstrukcijas, kurios atlaiko išorines jėgas, bet nesutrūkinėja ir nesubyra. Norint apskaičiuoti Youngo modulį, reikia atlikti tikslius matavimus, išmanyti tamprumo mechaniką ir tiksliai numatyti, kaip medžiagos reaguoja į įtempius.

Tempimo bandymas yra pagrindinis Jono modulio matavimo būdas. Medžiagos bandinys palaipsniui veikiamas vis didėjančiu tempimo įtempiu, kol pasiekiama jo tamprumo riba; tada kiekviename šio proceso taške fiksuojami jėgos ir deformacijos matavimai, o po to jie užrašomi ant įtempio ir deformacijos kreivės, kurios tamprumo srities nuolydis parodo medžiagos Jungo modulį.

Youngo modulį galima išmatuoti ir kitais būdais. Vienas iš tokių metodų - nanoindentavimas, dažnai taikomas mechaninėms savybėms mikro- ir nanomastelyje apibūdinti; tačiau tokiems bandymams atlikti reikia didelės skiriamosios gebos bandymo įrangos ir specialių įrankių bandiniams paruošti analizei.

Vienas iš nanoindentacinių bandymų privalumų matuojant Youngo modulį yra tai, kad jiems reikalingi mažesni bandiniai nei tradiciniams tempimo bandiniams, todėl gaunami pasiskirstymai su taisyklingesnėmis pasiskirstymo kreivėmis, leidžiančiomis atlikti tikslesnes statistines pataisas, nei tai įmanoma naudojant pilno mastelio pasiskirstymus.

Eksperimentiniais matavimais ir teoriniais skaičiavimais buvo gerai nustatytas aliuminio Youngo modulis, todėl atliekant skaičiavimus ar eksperimentinius matavimus šią vertę galima naudoti kaip palyginimo tašką. Youngo modulio pokyčius gali lemti tokie veiksniai kaip temperatūra, lydinio sudėtis, kristalinė struktūra arba gamybos procesai, pavyzdžiui, pridėjus legiruojančių elementų gali pasikeisti tarpmolekulinių jungčių išsidėstymas, taigi ir mechaninės savybės.

Poissono santykis

Poissono santykis - tai medžiagos savybė, kuria matuojamas išilginės ir skersinės deformacijos santykis. Jo reikšmė kinta priklausomai nuo deformacijos tipo; tempimo deformacijos atveju ji yra teigiama, o gniuždymo deformacijos metu gali tapti neigiama. Nors Poissono santykio vertės įvairiose medžiagose paprastai išlieka vienodos, jų reikšmės skirtingose medžiagose gali labai kisti; šis reiškinys ypač būdingas metalams ir lydiniams, kurių Poissono santykio vertės dažnai labai skiriasi.

Didėjant tankiui, Poissono santykis paprastai mažėja, nes dėl medžiagos ląstelių struktūros pokyčių keičiasi porų forma ir dydis, o tai savo ruožtu daro įtaką Poissono santykiui. Be to, tankinimas keičia porų pasiskirstymą ir jų dydžio pasiskirstymą; tankinimas taip pat turi įtakos šiam procesui. Daugelyje tyrimų šis ryšys buvo nagrinėjamas taikant įvairius vibracijos metodus, pavyzdžiui, labai tiksliai matuojant rezonansinius dažnius - tai tikslus matas, leidžiantis apskaičiuoti bandinių tampriąsias savybes.

Šiuos skaičiavimus galima atlikti naudojant neardomąjį metodą, vadinamą ultragarsiniu matavimu. Tai reiškia, kad į bandinį bakstelėjama sviediniu ir įrašomas jo virpesių signalas, kuris analizuojamas siekiant nustatyti išilginių ir skersinių akustinių bangų greitį; tada ši informacija naudojama bandinio medžiagos Youngo moduliui apskaičiuoti, remiantis šiuo analizės metodu, ir kiekvieną kartą gaunami nuoseklūs ir tikslūs rezultatai.

Youngo modulį aliuminio oksido atveju galima paaiškinti atsižvelgiant į jo tankį ir Puasono santykį - du pagrindinius elastingumo elementus. Dėl savo mikrostruktūros aliuminio oksidas turi mažą Poissono santykį, todėl, didėjant tankiui, jo tamprumo savybės didėja, tačiau Youngo modulis išlieka mažesnis nei panašių metalų.

Poissono santykis aliuminio okside yra jautrus jo temperatūrai. Nors kylant temperatūrai jis mažėja, pasiekus degimo temperatūrą jis vėl smarkiai padidėja dėl tolesnio sukepinimo šioje temperatūroje, todėl staiga padidėja Youngo modulis. Deja, tikslus jo ryšys su temperatūros pokyčiais vis dar menkai suprantamas dėl įvairių jį veikiančių veiksnių.

Tamprumo modulis

Tamprumo modulis yra neatsiejama kietųjų medžiagų savybė. Jis apibūdina, kiek deformuojasi tempimo ar gniuždymo metu; standžios medžiagos turi didesnį tamprumo modulį nei lanksčios; taip pat žinomas kaip tempimo / traukos modulis arba deformacijos modulis; tamprumo modulį galima išmatuoti išmatavus įtempius, atsirandančius deformuojantis pastovia apkrova, ir padalijus iš deformacijos, taip gaunama tamprumo modulio vertė.

Standumas, priešingas tamprumo moduliui, parodo, kokia jėga veikia įtempimas. Šią medžiagų savybę inžinieriai naudoja norėdami nustatyti jų laikomąją galią ir atlikti reikiamus pakeitimus; jos vertė gali priklausyti nuo tokių veiksnių kaip medžiagos storis ir savybės.

Storesnių aliuminio plokščių standumas bus mažesnis, bet Jono modulio vertės tokios pačios, nes storesnės medžiagos yra atsparesnės deformacijai veikiant įtempiams ir turi didesnį paviršiaus plotą, todėl, norint sukelti deformaciją bet kuriame taške, reikia taikyti didesnį įtempį.

Tamprumo modulius galima palyginti pagal šią lygtį: E (T) = b(ph(T)) 6(k B T), kur ph-g - elektronų darbo funkcija esant T, o b - medžiagos tankis.

Aliuminio oksidas yra dilimui atspari keramika, pasižyminti dideliu tamprumo moduliu, kurį galima nustatyti atliekant trijų ir keturių taškų lenkimo bandymus. Šiame tyrime, siekiant prognozuoti ant aliuminio pagrindo nusodintos aliuminio oksido dangos savitąjį Youngo modulį, taikyta skaitinė ir eksperimentinė koreliacija ir nustatyta, kad jos eksperimentinės ir prognozuojamos vertės puikiai sutampa. Be to, daugumoje aliuminio oksido dangų taikymo sričių gniuždymo įtempiai buvo stipresni už tempimo įtempius, o tai rodo, kad šios dangos veikia sėkmingiau.

Tempimo stiprumo modulis

Didelis Youngo modulis rodo, kad aliuminio oksidas yra standi medžiaga, atspari deformacijoms, o dėl to, kad jis nėra plastiškas ir neturi takumo taškų, jis netinka plastiškumo reikalaujančioms reikmėms, pavyzdžiui, konstrukciniams komponentams ir pjovimo įrankiams. Gniuždant ar tempiant beveik iš karto įvyksta gedimas, o ne palaipsniui deformuojasi ir ilgainiui silpnėja. Dėl šios savybės jis yra trapus, todėl netinka naudoti tokioms reikmėms kaip konstrukciniai komponentai ar pjovimo įrankiai, kuriems reikalingas plastiškumas.

Aliuminio oksidas gali būti derinamas su polimerais, kad žymiai padidintų jų tempimo savybes. Pavyzdžiui, į epoksidinį kompozitą pridėjus 0,2% aliuminio oksido nanopluoštų, jo ribinis tempiamasis stipris padidėja nuo 41 MPa iki 71 MPa, nes aliuminio oksido nanopluoštai padidina standumą ir veikia kaip natūralūs grandinės ribotuvai, taip pat jungiasi su polimerų grandinėse esančiomis epoksidinėmis grupėmis per epoksipropilo funkcines grupes, kurios sukuria stiprius ryšius tarp pluoštų ir dervos molekulių.

Šešiakampis aliuminio oksidas yra ideali inžinerinė keraminė medžiaga dėl didelio Youngo modulio ir mažo šiluminio plėtimosi greičio, todėl jis atsparus mechaniniam poveikiui aukštoje temperatūroje. Be to, šešiakampis aliuminio oksidas pasižymi puikiu laidumu ir stabiliomis eksploatacinėmis savybėmis ekstremaliomis aplinkos sąlygomis - dėl šių savybių šešiakampis aliuminio oksidas yra puikus pasirinkimas elektrotechnikos reikmėms.

Skirtingai nuo kitų aliuminio oksido rūšių, šešiakampio formos AlN pasižymi itin dideliu savidifuzijos koeficientu, todėl jį sunku sukepinti tradiciniais metodais. Be to, ši medžiaga pasižymi žema lydymosi temperatūra ir puikiomis atsparumo terminiams smūgiams savybėmis.

Sonelastinių sistemų bandymai kambario temperatūroje, taip pat žemoje ir aukštoje temperatūroje leidžia tiksliai apibūdinti keraminių medžiagų tamprumo modulį (Jungo modulį, šlyties modulį ir Puasono santykį) ir slopinimo savybes, kad būtų galima tiksliai įvertinti jų tamprumo modulį (Jungo modulį, šlyties modulį ir Puasono santykį) ir slopinimo charakteristikas - šios savybės yra labai svarbios kuriant naujus šių medžiagų variantus, skirtus įvairiems taikymams.

Dinaminiu būdu sukepinimo proceso metu buvo išmatuoti aliuminio oksido tampriojo modulio dydžiai. Esant žemesnei temperatūrai, Jungo modulis tiesiškai mažėjo dėl dalinio sukepinimo aliuminio oksido sutankėjimo; tačiau esant aukštesnei temperatūrai dėl tolesnio sutankėjimo Jungo modulis sparčiai didėjo dėl sukepimo ir sutankėjimo procesų; ši tendencija atitiko tos pačios medžiagos statinius matavimus kambario temperatūroje; šlyties modulis ir Puasono santykis taip pat turėjo panašias tendencijas.