Mechanical fatigue in monolithic non-transforming ceramics

Roebben, Gert; Steen, Marc; Bressers, J.; Biest, Omer Van der

doi:10.1016/0079-6425(96)00003-5

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“…It should be noted that for crack growth due to static fatigue, failure is considered when the stress intensity at the crack tip exceeds the value of the materials fracture toughness. However, for certain brittle solids it has been shown that as the crack size increases the stress intensity at the crack is reduced 5 . A material that experiences this phenomenon is known as toughened.…”

Section: Static Fatiguementioning

confidence: 99%

Design strength of optical glass

Doyle

Kahan

2003

SPIE Proceedings

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Brittle materials such as glass do not possess a single characteristic strength. The strength of the material is dependent on the distribution of cracks or surface flaws. These factors, coupled with the inherent brittleness (cause of catastrophic or rapid failure) mean that extremely conservative design approaches are typically used for optical elements made of glass. Determining a design allowable for glass elements is critical for optical systems using relatively brittle glass types or for optical elements subject to relatively high stress levels. Rule-of-thumb tensile design strengths are typically at 1000 -1500 psi for nominal glass materials. This neglects the specific glass composition, subcritical crack growth, surface area under stress, and nature of the load -static or cyclic. Several methods to characterize the strength of optical glass are discussed to aid engineers in predicting a design strength for a given surface finish, glass type, and environment. These include estimating fracture toughness for a given glass, predicting inert strength using material test data, and lifetime predictions accounting for static fatigue and cyclic loading. Determining a design strength for a spaceborne optical element is discussed.

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Section: Static Fatiguementioning

confidence: 99%

Design strength of optical glass

Doyle

Kahan

2003

SPIE Proceedings

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“…Cuando se somete a una carga cíclica, la corrosión bajo tensión sigue actuando cuando la grieta está suficientemente abierta como para que penetre el vapor de agua. Así, hay algunos casos en los que toda la degradación de materiales cerámicos bajo cargas cíclicas es atribuible a corrosión bajo tensión [46]. Si sólo este mecanismo está activo, entonces la degradación bajo cargas cíclicas debe ser igual o menor que bajo cargas estáticas, ya que la punta de la grieta estará sólo un breve intervalo de tiempo sometida a las grietas anillo producidas mediante cargas estáticas y cíclicas en MEB, tal y como se ve en la figura 5, se aprecia que, mientras que la grieta producida con cargas estáticas es limpia, en la grieta por carga cíclica se observa que ha habido movimiento y daño en los granos adyacentes a la fractura, lo que indica la existencia de fatiga [47,48,49].…”

Section: Resultados Y Discusiónunclassified

Fatiga por contacto esférico en materiales multicapa de alúmina circona

Piqué¹,

Gomila²,

Chalvet³

et al. 2005

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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Es usual que en aplicaciones reales los materiales cerámicos sufran fatiga por contacto. Una estrategia para mejorar su resistencia a la aparición de fatiga por contacto es la utilización de materiales con tensiones residuales de compresión en la superficie. En concreto, en este trabajo se presenta el estudio de la resistencia al contacto esférico estático y cíclico de un cerámico multicapa de alúmina y alúmina / circona producido por colaje en cinta, en el que aparecen tensiones residuales debido al desajuste entre los coeficientes de expansión térmica de las capas. También se estudia una alúmina monolítica con objeto de realizar comparaciones con un material sin tensiones residuales. Se muestra que la resistencia a la aparición de grieta anillo es mayor en el caso del material multicapa que en el de la alúmina, tanto en contacto estático como cíclico. También se muestra que existe fatiga mecánica en los dos materiales bajo contacto cíclico, y no sólo corrosión bajo tensión. Finalmente se propone una relación simple entre carga aplicada y tiempo hasta aparición de daño. Hertzian fatigue in alumina/zirconia laminated compositesIn some engineering applications, ceramic materials are subjected to contact fatigue. In order to improve the resistance of ceramics to contact fatigue, it is proposed to use ceramic laminates with residual stresses at the surface. In this work, the Hertzian contact fatigue of an alumina-alumina/zirconia laminated composite produced by tape casting is studied, both under static loading and cyclic loading, together with a monolithic alumina for comparison purposes. It is shown that the laminate composite presents better resistance to the apparition of surface ring crack, due to the residual stresses of the laminate composite. It is also shown that there is a fatigue effect on both materials under cyclic loading, and not only stress corrosion cracking. A simple relationship between applied load and time to apparition of damage is finally proposed.Keywords: Laminated composites. Alumina, Zirconia, Hertzian contact, Fatigue, Stress corrosion cracking INTRODUCCIÓNEl uso de materiales cerámicos en aplicaciones reales se ve obstaculizado por su baja tenacidad y su gran dispersión en valores de resistencia mecánica, lo que compromete la integridad estructural de los componentes en servicio. Así, desde hace varias décadas se trabaja extensivamente en aumentar la tenacidad de las cerámicas, ya sea controlando la calidad de la microestructura, y por tanto, la población de defectos susceptibles de iniciar el fallo catastrófico, o haciendo que el material sea más resistente a la propagación de grietas una vez iniciadas, (mediante, por ejemplo transformaciones de fase), o fabricando composites cerámicos, ya sea con microestructuras dúplex, fibras o cerámicas multicapa. Estas cerámicas multicapa son una alternativa prometedora, ya que presentan valores altos de tenacidad y, en ciertos casos, la capacidad de frenar el crecimiento de grieta una vez iniciada ésta [1, 2, 3].La estrategia más utilizada en lo...

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“…This is due to the fact that ceramic materials are especially prone to stress corrosion cracking enhanced by water vapour, which acts in the existing crack tips when the maximum stress intensity factor is applied and the crack is completely open. In fact, in some cases, the apparent degradation of a ceramic material under cyclic loading can be solely attributed to stress corrosion cracking, discarding, thus, any influence in the degradation of the cyclic loading, 22 although this is not the case for alumina. It is important, therefore, to differentiate both mechanisms and compare the degradation under cyclic and static loading.…”

Section: Mechanical Testsmentioning

confidence: 99%