Модуль Юнга для глинозему

Модуль Юнга є безцінним показником для неруйнівного контролю вогнетривких матеріалів і служить індикатором мікроструктури цих вогнетривів.

Скануюча трансмісійна електронна мікроскопія (STEM) була використана для дослідження потрійної системи, що складається з глинозему-ZrO2-YAG. Зокрема, ми детально охарактеризували другу фазу, розташовану вздовж границь зерен глинозему та між окремими зернами, використовуючи СЕМ зображення.

Модуль Юнга

Інженери використовують модуль Юнга, щоб оцінити, яке навантаження може витримати матеріал, перш ніж він остаточно деформується або вийде з ладу, що допомагає їм створювати конструкції, які витримують зовнішні сили, не розтріскуючись і не руйнуючись. Обчислення модуля Юнга вимагає точних вимірювань, розуміння механіки пружності та точного способу передбачення реакції матеріалів на навантаження.

Випробування на розтяг - це основний спосіб вимірювання модуля Юнга. Зразок матеріалу піддається поступово зростаючому розтягуючому навантаженню до досягнення межі пружності; вимірювання сили і прогину в кожній точці процесу записуються, а потім наносяться на криву "напруження-деформація" з нахилом пружної області, що представляє модуль Юнга матеріалу.

Модуль Юнга можна виміряти й іншими способами. Наноіндентування - один з таких методів, який часто використовується для характеристики механічних властивостей на мікро- і нанорівні; однак такі випробування вимагають випробувального обладнання з високою роздільною здатністю, а також спеціальних інструментів для підготовки зразків до аналізу.

Однією з переваг використання наноінденторів для вимірювання модуля Юнга є менші вимоги до зразків, ніж у традиційних зразків для випробування на розтяг, що дозволяє отримати розподіли з більш регулярними кривими розподілу, які забезпечують більш точні статистичні поправки, ніж це можливо для повномасштабних розподілів.

Модуль Юнга для алюмінію добре відомий завдяки експериментальним вимірюванням і теоретичним розрахункам, і це значення можна використовувати як точку порівняння при проведенні розрахунків або експериментальних вимірювань. Зміни модуля Юнга можуть бути спричинені такими факторами, як температура, склад сплаву, кристалічна структура або виробничі процеси - наприклад, додавання легуючих елементів може змінити розташування міжмолекулярних зв'язків і, таким чином, його механічні властивості.

Коефіцієнт Пуассона

Коефіцієнт Пуассона - це властивість матеріалу, яка вимірює відношення між поздовжньою та поперечною деформацією. Його значення змінюється залежно від типу деформації: позитивне для деформації розтягування, тоді як воно може стати негативним під час деформації стиснення. Хоча значення коефіцієнта Пуассона, як правило, залишаються незмінними для різних матеріалів, його значення можуть значно змінюватися між матеріалами; це явище особливо помітне для металів і сплавів, які часто демонструють великий розкид значень коефіцієнта Пуассона.

Коефіцієнт Пуассона, як правило, зменшується зі збільшенням щільності через зміни в клітинних структурах матеріалу, які змінюють форму і розмір пор, що, в свою чергу, впливає на коефіцієнт Пуассона. Крім того, ущільнення змінює розподіл пор, а також їхній розподіл за розмірами; ущільнення також впливає на цей процес. Багато досліджень вивчали цей взаємозв'язок, використовуючи різні методи вібрації, такі як вимірювання резонансних частот з високою точністю - точна міра, яка дозволяє розраховувати пружні властивості зразків.

Ці розрахунки можна виконати за допомогою неруйнівного методу, який називається ультразвуковим вимірюванням. Він включає в себе простукування зразка снарядом і запис його вібраційного сигналу для аналізу, щоб визначити поздовжню і поперечну швидкості акустичних хвиль; потім використовувати цю інформацію для розрахунку модуля Юнга матеріалу зразка на основі цього методу аналізу - щоразу отримуючи узгоджені і точні результати.

Модуль Юнга для глинозему можна пояснити з точки зору його щільності та коефіцієнта Пуассона, двох основних елементів його пружної поведінки. Завдяки своїй мікроструктурі глинозем має низький коефіцієнт Пуассона, в результаті чого його пружні властивості зростають зі збільшенням щільності, проте модуль Юнга залишається нижчим, ніж у порівнянних металів.

Коефіцієнт Пуассона в глиноземі чутливий до температури. Хоча він зменшується з підвищенням температури, після досягнення температури випалу він різко зростає через продовження спікання при цій температурі, що призводить до різкого збільшення модуля Юнга. На жаль, його точний зв'язок зі зміною температури залишається недостатньо вивченим через різні впливи, які на нього впливають.

Модуль пружності

Модуль пружності є невід'ємною властивістю твердих матеріалів. Він описує, наскільки велика деформація відбувається при розтягуванні або стисканні, причому жорсткі матеріали мають вищі модулі пружності, ніж гнучкі; також відомий як модуль розтягування або модуль деформації, вимірювання модуля пружності можна проводити шляхом вимірювання напруження, викликаного деформацією при постійному навантаженні, а потім діленням на деформацію, щоб отримати його значення - в результаті отримуємо значення модуля пружності.

Жорсткість, протилежна модулю пружності, вимірює силу, що виникає під дією навантаження. Інженери використовують цю властивість матеріалів для визначення їхньої здатності витримувати навантаження та внесення необхідних модифікацій; її значення може залежати від таких факторів, як товщина та властивості матеріалу.

Товстіші алюмінієві пластини матимуть меншу жорсткість, але однакові значення модуля Юнга, оскільки товстіші матеріали більш стійкі до деформації під навантаженням і мають більшу площу поверхні, тому для того, щоб викликати деформацію в будь-якій точці, потрібно прикласти більше напруження.

Модулі пружності можна порівняти за допомогою наступного рівняння: E (T) = b(ph(T)) 6(k B T), де ph-g представляє робочу функцію електрона при T, а b - густину матеріалу.

Глинозем - це стійка до стирання кераміка з високим модулем пружності, який можна охарактеризувати за допомогою випробувань на три- та чотириточковий вигин. У цьому дослідженні було застосовано чисельну/експериментальну кореляцію для прогнозування власного модуля Юнга глиноземного покриття, нанесеного на алюмінієву підкладку, і виявлено відмінне узгодження між його експериментальними значеннями та прогнозованими значеннями. Крім того, для більшості застосувань, в яких використовуються алюмооксидні покриття, напруження при стисканні виявилося сильнішим за напруження при розтягуванні, що свідчить про більш успішну експлуатацію.

Модуль міцності на розрив

Високий модуль Юнга глинозему характеризує його як жорсткий матеріал, стійкий до деформації, в той час як непластичність і відсутність границі текучості робить його непридатним для застосування у сферах, де потрібна пластичність, наприклад, у конструкційних елементах і ріжучих інструментах. Натомість, його руйнування відбувається при стисканні або розтягуванні майже миттєво, замість того, щоб поступово деформуватися і слабшати з часом. Через цю властивість, крихкість робить його непридатним для використання в конструкціях або ріжучих інструментах, які вимагають пластичності.

Глинозем можна комбінувати з полімерами, щоб значно підвищити їхні властивості на розрив. Наприклад, додавання 0,2% алюмінієвих нановолокон до епоксидного композиту збільшує його межу міцності на розрив з 41 МПа до 71 МПа, оскільки алюмінієві нановолокна додають жорсткості і діють як природні обмежувачі ланцюга, а також зв'язуються з епоксидними групами в полімерних ланцюгах за допомогою епоксипропілових функціональних груп, які створюють міцні зв'язки між волокнами і молекулами смоли.

Шестигранний електрокорунд є ідеальним інженерним керамічним матеріалом завдяки своєму високому модулю Юнга і низькому коефіцієнту теплового розширення, що робить його стійким до механічних навантажень в умовах високих температур. Крім того, гексагональний електрокорунд має чудову провідність, а також стабільну роботу в екстремальних умовах навколишнього середовища - якості, які роблять гексагональний електрокорунд чудовим вибором для електротехнічних застосувань.

На відміну від інших типів електрокорунду, гексагональний AlN має надзвичайно високий коефіцієнт самодифузії, що ускладнює спікання традиційними методами. Крім того, цей матеріал має низьку температуру плавлення і відмінні властивості стійкості до термічних ударів.

Випробування Sonelastic Systems при кімнатній температурі, а також при низьких і високих температурах дозволяє точно оцінити модулі пружності (модуль Юнга, модуль зсуву і коефіцієнт Пуассона) і демпфуючі властивості керамічних матеріалів, що є важливими при розробці нових варіантів цих матеріалів для широкого спектру застосувань.

Під час процесу спікання динамічно вимірювали модулі пружності глинозему. За нижчих температур модуль Юнга лінійно зменшувався через часткове ущільнення спеченого глинозему; але за вищих температур через подальше ущільнення модуль Юнга швидко зростав завдяки процесам спікання і ущільнення; ця тенденція відповідала статичним вимірюванням за кімнатної температури цього ж матеріалу; модуль зсуву і коефіцієнт Пуассона також демонстрували подібні тенденції.