Young Modüllü Alüminanın Karakterizasyonu

Young modüllü alüminalar mühendislik uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Elastik özellikleri, tam bir karakterizasyon için oda sıcaklığının yanı sıra düşük ve yüksek sıcaklıklarda tahribatsız Sonelastik Sistemler testi kullanılarak doğru bir şekilde değerlendirilebilir.

Çekme testleri, Young modülü verilerini toplamak için etkili ve basit bir yöntemdir ve numuneleri elastik limitlerine ulaşılana kadar kademeli olarak artan gerilime maruz bırakır. Nanoindentasyon testleri, daha yüksek çözünürlük ve daha az numune gereksinimi ile başka bir alternatif sunar.

Yoğunluk

Alümina Yoğunluğu (DA), elastik davranışını, mukavemetini ve bir uygulama malzemesi olarak kullanımını belirleyen temel bir özelliktir. Bu özellik Alümina'nın yapısı, kimyası ve mikro yapısı tarafından belirlenir; dansitometre veya cıva intrüzyon yöntemleri kullanılarak yapılan ölçümler, numune bileşimi ve test yöntemi doğruluğundaki farklılıklar nedeniyle yalnızca yaklaşık rakamlar sağlayabilir.

Metallerin Young modülü, elektron iş fonksiyonundaki değişikliklere atfedilebilecek şekilde sıcaklıkla birlikte değişir. Bu değişimi hesaplanabilir parametrelerle tahmin eden hesaplamalar geliştirilmiştir; böyle bir model, temel olarak doğrudan katılara uygulanan Lennard-Jones potansiyelini kullanır.

Alüminanın sıkıştırılması, atomlar arasındaki mesafeyi azaltan atom sayısındaki artış nedeniyle elastikiyet modülünün artmasına neden olur. Deforme olduğunda, daha fazla atomik kuvvet daha kısa mesafelerde gerilme uyguladığından ve gerilme kuvvetleri daha küçük alanlara etki ettiğinden daha fazla gerilme meydana geldiğinden elastik modüller azalır ve Poisson oranı yükselir.

Alümina, yüksek elastikiyet modülü nedeniyle yaygın olarak kullanılır ve çok sayıda uygulamada yaygın olarak uygulanır. Elektrik uygulamaları özellikle düşük direnç ve iletkenliğinden faydalanır; elastisite modülü bileşim, mikro yapı ve deformasyon oranına bağlı olarak değişebilir; yoğunluğu da sinterleme yoluyla ayarlanabilir.

Alümina için Young modülü, her ikisi de hızlı akış gerektiren yoğunluğu ve gözenekliliği tarafından belirlenir. Bu, kolay kırılmadığı, ancak yüksek yüzey alanına sahip yoğun atomik zincir ağının yanı sıra eğik bir yarılma açısı ve güçlü kristal yapısı nedeniyle kırılma ve deformasyona dayanabileceği anlamına gelir; bu, şeklini kaybetmeden daha yüksek gerilimlere dayanmasını sağlayan önemli bir özelliktir.

Poisson Oranı

Alüminanın Poisson oranı mekanik özelliklerinin ayrılmaz bir bileşenidir ve sıcaklık değişimleri ve gözeneklerinin boyutu ve şekli de dahil olmak üzere çeşitli değişkenlerden etkilenir. Bu karmaşıklık nedeniyle hesaplanması zor olabilir, ancak bunu başarılı bir şekilde yapmak için çeşitli teknikler mevcuttur. Bu tekniklerden biri, disk şeklindeki kesitlerle rezonans frekanslarının ölçülmesini içerir - bu, Young modülü, kesme modülü ve Poisson oranının yanı sıra rezonans frekansı analizi yoluyla yoğunluk ölçümlerinin hesaplanmasına olanak tanır.

Alüminadaki rezonans frekansı yoğunluğun karesi ile orantılıdır, kesme ve Poisson modülleri de malzemenin bu özelliğine bağlıdır. Poisson oranı, impuls uyarım testi (IET) gibi çeşitli yollarla belirlenebilir. IET, elastik özellikleri hesaplamak için numunelerin rezonans frekanslarını ölçen tahribatsız teknikler kullanır - bu testlerin hem laboratuvarlarda hem de endüstrilerde uygulamaları vardır ve beton mukavemetini test eder.

Sinterleme işlemleri, alüminanın elastik modüllerini dinamik olarak ölçmemizi sağlar. Düşük sıcaklıklarda, Young modülü yoğunlaştırma işlemleriyle doğrusal olarak azalırken, daha yüksek sıcaklıklarda daha fazla sinterleme işlemi ve yoğunlaştırma işlemleri nedeniyle hızla yükselir - kesme modülü de aynı eğilimi izler.

Alüminanın elastik özellikleri göz önüne alındığında, köpük ve matris rezonans frekansları tam olarak anlaşılamayan bir güç yasası ilişkisi ile ilişkilidir. Bu bilgi modül değerlerinin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olsa da, çeşitli formlara sahip çok bileşenli bir malzeme olması nedeniyle mikroyapı da elastik özelliklerinin belirlenmesinde hayati önem taşımaktadır. Mekanik özelliklerinin tam olarak anlaşılabilmesi ve bu malzemeden üretilen ürünlerin tasarım/imalat iyileştirmelerinin yapılabilmesi için. Çeşitli rezonans frekanslarında farklı morfolojilerin / koşulların rezonans frekanslarını tanımlayan böyle doğru bir modele sahip olmak, bu malzemeyi kullanan ürün tasarım / üretim süreçlerinin iyileştirilmesinde ihtiyaç duyulan mekanik özelliklerin tam olarak anlaşılmasını sağlayacaktır.

Elastik Davranış

Alümina, üç nokta eğme, dört nokta eğme ve kesme testi dahil olmak üzere çeşitli testler kullanılarak değerlendirilebilir. Elastikiyet ölçümleri taramalı elektron mikroskobu kullanılarak da alınabilir; bu tür ölçümler kayma modülü değerlerini, Poisson oranı değerlerini ve Young modülü ölçümlerini tanımlamanın yanı sıra değerlerinin benzer seramik malzemelerle karşılaştırılmasına ve belirli uygulamaları en iyi karşılayanın bulunmasına olanak tanır.

Bu testlerin gerçekleştirilmesi genellikle kolaydır ve hazırlık açısından fazla bir şey gerektirmez, ancak önemli miktarda malzeme kaybına neden olabilir. Bu nedenle, malzeme kaybını en aza indiren test yöntemlerinin seçilmesi çok önemlidir. Ayrıca, bireylerin bu testlerle ilgili sınırlamaları anlamaları da çok önemlidir.

Alümina için Young modülü bileşimine, yoğunluğuna ve sıcaklığına bağlıdır. Genel olarak, daha kalın malzemeler daha büyük yüzey alanına sahiptir, bu da atomlarının daha fazla stres taşıyabileceği anlamına gelir.

Çatlama ayrıca alüminanın Young modülünü önemli ölçüde azaltarak elastik özelliklerin azalmasına ve ilerleyen deformasyonla parçacık kırılmasına yol açabilir. Ayrıca, g-alüminanın Young modülünün yüksek sıcaklıklarda maruz kalması, karbon matris malzemesi ile arasındaki termal genleşme uyumsuzluğu nedeniyle azalmasına neden olabilir.

Alüminyumun aksine, alüminanın elastik özellikleri yoğunluğu arttırılarak geliştirilebilir. Sinterleme de Young modülünü artırmaya yardımcı olabilir; bunu yapmak için malzeme karışımına sinterleme yardımcıları ekleyin.

Alümina, kırılmayı önlemeye yetecek kadar yüksek bir elastik modül ve sertliğe sahiptir, bu da onu yüksek hızlı uygulamalar için uygun hale getirir.

Elastik testler, seramik malzemelerin doğru bir şekilde karakterize edilmesi için gereklidir. Sonelastic Systems, Young modülünü, kayma modülünü ve Poisson Oranını oda sıcaklığında ve ayrıca seramik malzemelerin elastik özelliklerinin doğru bir şekilde değerlendirilmesine olanak tanıyan daha düşük ve daha yüksek sıcaklıklarda ölçen bir dizi ekipman sağlar.

Mikroyapı

Alümina seramikler, sinterleme süreçlerinin bir parçası olarak mikro yapılarında elastik davranışlarını etkileyen değişikliklere uğrarlar. Dinamik Young modülü ölçümleri, oda sıcaklığı verileriyle karşılaştırılarak bu değişiklikler hakkında fikir verir. Kısmen sinterlenmiş alümina kompaktlar üzerinde yapılan bir çalışmada, dinamik Young modülünün, yoğunlaşma baskın hale geldikçe 1200 degC'nin üzerinde önemli ölçüde arttığı bulunmuştur; bu artış teorik tahminlerden beklenenden çok daha hızlıdır ve bir alüminanın elastik davranışının mikro yapısına bağlı olduğunu gösterir.

Alüminanın Young modülünü ölçerken, tahribatsız yöntemler kullanmak çok önemlidir. Nanoindentasyon testleri, geleneksel çekme testi yöntemlerinde meydana gelen hasardan etkilenmeden doğru ve güvenilir sonuçlar sunar. Ayrıca, nanoindentasyon, daha hassas istatistiksel düzeltmeler için geleneksel çekme testinden daha küçük numune boyutları gerektirir.

Alüminanın sertliği ve elastik modülü sıcaklığa, alaşım bileşimine, kristal yapısına, yapımında kullanılan üretim süreçlerine ve moleküller arası bağlanma düzenindeki moleküller arasındaki bağlanma düzenlerine göre değişir; alaşım elementleri eklemek, atomlarının değişmiş bir matris yapısında birbirlerine nasıl bağlandığını değiştirerek bunu değiştirebilir.

Alümina birçok uygulama alanına sahip çok yönlü bir malzemedir. Yüksek gerilme mukavemeti ve sertliği nedeniyle alümina çeşitli kaynaklardan gelen yüklere dayanabilir, düşük termal genleşme oranlarına sahiptir ve hatta aşırı sıcaklıklara dayanabilir. Ne yazık ki, yüksek modülü stres altında sorunlara yol açabilir; yük altında çatlama meydana gelebilir ve sonuç olarak hidrotermal yaşlanma oluşabilir.

Bir dental implant malzemesi olarak alüminanın yüksek Young modülü, kullanıldığında çene kemiğinde stres korumasına katkıda bulunabilir. Bu etkiyi en aza indirmek için, bunun yerine daha düşük modüllü bir alümina malzeme seçin.

Altıgen şekilli ve yüksek yoğunluklu eş eksenli tanelere sahip bir alüminadaki tanelerin yakınlığı ve yüksek sıkıştırma derecesi nedeniyle, çatlak ilerleme yolları, yakın tane yakınlığı ve yoğun sıkıştırma seviyeleri nedeniyle daha kısa ve tekdüze olma eğilimindedir. Aksine, uzun tanelere sahip bir alüminada çatlak ilerleme yolları tekdüze yollardan saparak çatlakların gelişimini önemli ölçüde yavaşlatır.