Способ подготовки образца при испытании на трещиностойкость

 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям на трещиностойкость. Цель изобретения - обеспечение испытания об разцов из нитридной керамики путем создания на ее поверхности окисной пленки. Образец из нитридной керамиш облучают импульсами лазера длительностью каждого импульса 10 - 10 с. Энергия каждого импульса обеспечивает диссоциацию исходного материала . При этом азот уходит в атмосферу , а кремний вступает в реакцию с кислородом, образуя прочную окисную пленку. Прикладывают к образцу нагрузку до получения трещин, измеряют ее длину и далее нагружают образец до разрушения. с (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН д5И 4 С 01 N 3/60! !

1Ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4005882/25-28 (22) 07.01.86 (46) 23.02,88. Бюл. N- 7 (71) Институт сверхтвердых материалов АН УССР (72) А.В.Лавринович и И.M.Àíäðîñoâ (53) 620.172.251(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 892266, кл. G 01 N 1/28, 1978. (54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ОБРАЗЦА ПРИ

ИСПЫТАНИИ НА ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ (57) Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям на трещиностойкость. Цель изоб„„SU„„1375999 ретения — обеспечение испытания об= разцов из нитридной керамики путем создания на ее поверхности окисной пленки. Образец из нитридной керамики облучают импульсами лазера дли-л тельностью каждого импульса 10

10 с. Энергия каждого импульса обеспечивает диссоциацию исходного материала. При этом азот уходит в атмосферу, а кремний вступает в реакцию с кислородом, образуя прочную окисную пленку. Прикладывают к образцу нагрузку до получения трещин, измеряют ее длину и далее нагружают образец до разрушения.

137599

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям на трещиностойкость хрупких образцов.

Цель изобретения — обеспечение

5 испытания образцов из нитридной керамики путем создания на ее поверхности окисной пленки.

Указанная цель достигается тем, что образец подвергают локальному воздействию импульсов лучевой энергии

-7 длительностью 10Г -10 с, а количество энергии в каждом импульсе выбирают из условия обеспечения диссоциации материала образца до образования на 15 нем хрупкои окисной пленки, прочно связанной с материалом образца, и прикладывают к образцу нагрузку, соответствующую образованию трещины в покрытии, останавливающейся в теле 20 образца, Испытаниям подвергают образцы из нитридной керамики типа "тисинит".

При нагреве до определенной температуры, например до 1770 К, начинается 25 диссоциация материала, при которой азот уходит в атмосферу, а освободившийся кремний вступает в реакцию с кислородом атмосферы, образуя на поверхности слой оксида кремния. Оксид 30 кремния является малопрочным хрупким материалом по сравнению с "тисинитом-55", поэтому может быть использован в качестве хрупкого слоя. Таким образом, в результате импульсного лу- 35 чевого нагрева до температуры диссоциации керамики образуется хрупкий слой, представляющий собой новое соединение одного из элементов керамики, получаемое вследствие его разложения 40 и окисления на воздухе.

Для определения количества энергии, необходимой для получения хрупкого слоя на тугоплавких керамических материалах, определяют критическую 45 температуру, при которой происходит диссоциация материала образца с образованием хрупкого слоя, Нагрев мате-, риала можно осуществлять только короткими импульсами, при воздействии 50 которых прогревается незначительный микрообъем материала, что позволяет избежать растрескивания. Это количество энергии рассчитывается из решения нестационарной задачи теплопро- 55 водности с движущейся границей. Решение имеет вид

Я=ЯМ,, (CT+L) е /Np КТ, 9 2 где Q — количество энергии, необходимое для диссоциации микрообъема материала;

S — площадь. образца, на которую воздействует световой поток; с — длительность импульса нагрева

h, — параметр, равный толщине атомного слоя в веществе; !

3 — дебаевская частота (10 с ); — плотность материала;

С вЂ” теплоемкость материала;

Т вЂ” температура диссоциации материала;

Ь вЂ” теплота испарения единицы массы;

И вЂ” молярный вес;

И вЂ” число Авогадро;

K — постоянная Больцмана.

Использование импульсов нагрева

-з

4ольшей длительности, чем 10 с, или непрерывного источника неприемлемо из-за возникновения макротрещин в материале, ведущих к его разрушению в процессе нагрева. Это происходит изза наличия значительного температурного градиента в достаточно большом объеме материала (поскольку объем нагретого материала определяется длительностью нагрева), который обусловливает возникновение термических напряжений, приводящих к растрескиванию.

При использовании более коротких им-7 пульсов, т. е. при2 10 с, также происходит возникновение макротрещин, ведущих к разрушению материала в процессе нагрева из-за возникновения в материале ударных волн в процессе его диссоциации.

Пример. Образец тугоплавкой сверхтвердой керамики "тисинит-55" в форме параллелепипеда 5х5х35 подвергают воздействию импульсйо-периодического лазерного излучения с дли-5 тельностью лазерного импульсами =10 с и средней мощностью 36 Вт. Излучение фокусируют в пятно диаметром 0,6 мм.

При этом необходимая средняя мощность излучения рассчитывается по формуле

Рср 0 где Q — - энергия одного импульса, необходимая для диссоциации материала;

f — частота следования импульсов.

После получения хрупкого слоя, прикладывая к образцу нагрузку порядка 160-180 Н, получают трещины длиной не менее 0,05-0,1 мм.

1375999

Составитель В.Лазарева

Редактор И.Николайчук Техред М.Дидык Корректор С.Шекмар

Заказ 782/43 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

После измерения длины трещины образец нагружают до разрушения с регистрацией критической нагрузки, по которой судят о трещиностойкости.

Формула изобретения

Способ подготовки образца при испытании на трещиностойкость, заключающийся в том, что подвергают образец воздействию тепловой энергии до образования на нем хрупкого покрытия и прикладывают к образцу нагрузку до образования трещины в покрытии, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения испытаний образцов из нитридной керамики, тепловое воздействие осуществляют импульсами

-з лучевой энергии длительностью 10

10 с, а количество энергии в каждом импульсе выбирают из условия обеспечения диссоциации материала образца.