Slow crack-growth behavior of alumina ceramics

Abstract

The fracture behavior of high-purity alumina ceramics with grain sizes ranging from 2 to 13 μm is studied by means of the double torsion method. Crack-propagation tests conducted in air, water, and silicon oil, for crack velocities from 10−7 to 10−2 m/s, show that slow crack growth is due to stress corrosion by water molecules. An increase of the grain size leads to enhanced crack resistance, which is indicated by a shift of the V–KI (crack velocity versus applied stress intensity factor) plot toward high values of KI. Moreover, the slope of the curve is apparently higher for coarse grain alumina. However, if the R-curve effect is substracted from the experimental results, a unique V–KItip (crack velocity versus stress intensity factor at the crack tip) law is obtained for all alumina ceramics, independently of the grain size. This means that the crack-growth mechanism (stress corrosion by water molecules) is the same and that the apparent change of the V–KI law with grain size is a direct effect of crack bridging.

Crack growth resistance of alumina, zirconia and zirconia toughened alumina ceramics for joint prostheses

“…yttria stabilized: 3Y-TZP, with a grain size of 0.5 mm and E99.9% theoretical density), and alumina-zirconia composites. Alumina and zirconia have already been studied, details of the experimental procedure and material features can be found elsewhere [21,23].…”

Slow‐Crack‐Growth Behavior of Zirconia‐Toughened Alumina Ceramics Processed by Different Methods

“…34,35 More details concerning the method for determination of V-K I curves from P-t plots can be found elsewhere. [33][34][35][36][37][38][39] Measurement of the crack velocities (V) under constant load presents the advantage of allowing the measurement of very low velocities. Thus, the specimens were subjected to different static loads under a prescribed duration, ⌬t.…”

Revisión de la técnica de doble torsión y del método experimental en materiales cerámicos

“…Por lo tanto, la expresión analítica para B, ver [2], queda como sigue: [13] Finalmente, sustituyendo B, por su valor, en [9] tenemos la expresión analítica del factor de intensidad de tensiones, K I , para la configuración particular del ensayo de doble torsión: [14] Se ve claramente como la expresión de K I , es independiente de la longitud de la grieta. Como se menciono anteriormente, esta es la principal ventaja que ofrece la DT con respecto a los otros métodos de ensayo.…”

“…En dicho estudio, realizado con un material cerámico de circona (3Y-TZP), proponen una corrección a la expresión analítica tradicional del factor de intensidad de tensiones en Modo I, para este tipo de geometría, que tiene en cuenta esta variación. Esta corrección se recoge en la siguiente expresión: [15] en la cual a 0 es la longitud inicial (entalla), ver figura 3, a es la longitud de la grieta en cada instante (entalla más fisura), y m y k son constantes que dependen del material y de la geometría (18,20,21). Por lo tanto, si se quiere obtener valores precisos de los parámetros que gobiernan el crecimiento subcrítico de grieta debe aplicarse esta corrección al cálculo de K I en DT.…”

“…Entre los métodos directos, la doble torsión (DT), propuesta por Kies y Clark (5), viene siendo objeto de un interés creciente, debido a su simplicidad, y a la posibilidad de realizar propagaciones estables de grietas en un amplio intervalo de velocidades, gracias a su particular configuración de carga (6,7,8,9). Estudios teóricos, basados en el análisis de la flexibilidad de la probeta (8), han mostrado que el factor de intensidad de tensiones, K I , es independiente de la longitud de grieta.…”