Способ подготовки образца при испытании на трещиностойкость

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 19) ЯО( 1375999 1 И 3 ЩпР.",лайю с 1 ЦЦю,ру ,: САНИ ТЕНИ СТВУ ЕТ ВТОРСНОМУ(54) СПОСОБ ПО ИСПЫТАНИИ НА Т (57) Изобретен тельной техник таниям на трещ СУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт сверхтвердых матерналов АН УССР(56) Авторское свидетельство СССРКф 892266, кл. С 01 Х 1/28, 1978,ГОТОВКИ ОБРАЗЦА ПРИ ЕЩИНОСТОЙКОСТЬе относится к испытав частности к испыностойкость. Цель изобретения - обеспечение испытания об- разцов из нитридной керамики путем создания на ее поверхности окисной пленки. Образециз нитридной керамики облучают импульсами лазера дли-э 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.137599Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниямна трещиностойкость хрупких образцов.Цель изобретения - обеспечение5испытания образцов из нитридной керамики путем создания на ее поверхностиокисной пленки.Указанная цель достигается тем,что образец подвергают локальномувоздействию импульсов лучевой энергиидлительностью 10 -10 с, а количество энергии в каждом импульсе выбираютиз условия обеспечения диссоциацииматериала образца до образования на 15нем хрупкои окисной пленки, прочносвязанной с материалом образца, иприкладывают к образцу нагрузку, соответствующую образованию трещины впокрытии, останавливающейся в теле 20образца,Испытаниям подвергают образцы изнитридной керамики типа "тисинит".При нагреве до определенной температуры, например до 1770 К, начинается 25диссоциация материала, при которойазот уходит в атмосферу, а освободившийся кремний вступает в реакцию скислородом атмосферы, образуя на поверхности слой оксида кремния, Оксид 30кремния является малопрочным хрупкимматериалом по сравнению с "тисинитом", поэтому может быть использован в качестве хрупкого слоя. Такимобразом, в результате импульсного лучевого нагрева до температуры диссоциации керамики образуется хрупкийслой, представляющий собой новое соединение одного из элементов керамики,получаемое вследствие его разложения 40и 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 материала 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 видЕ=8 ьЬ(СТ+Ь)еВ,КТ,9 2где Я - количество энергии, необходимое для диссоциации микрообъема материала;Я - площадь образца, на которуювоздействует световой поток;с - длительность импульса нагрева;Ь, - параметр, равный толщине атомного слоя в веществе;3- дебаевская частота (10 с );- плотность материала;С - теплоемкость материала;Т - температура диссоциации материала;Ь - теплота испарения единицымассы;И - молярный вес;И - число Авогадро;К - постоянная Ьольцмана.Использование импульсов нагрева 4 ольшей 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 пульсов, т. е. при 210 с, также происходит возникновение макротрещин, ведущих к разрушению материала в процессе нагрева из-за возникновения в материале ударных волн в процессе егодиссоциации.1П р и м е р. Образец тугоплавкой сверхтвердой керамики "тисинит" в форме параллелепипеда 5 х 5 х 35 подвергают воздействию импульсйо-периодического лазерного излучения с длительностью 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 формулеРсрОэгде Ц - энергия одного импульса, необходимая для диссоциацииматериала;Г - 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.ЛазареваРедактор И.Николайчук Техред М.Дидык Корректор С.Шекмар Заказ 782/43 Тираж 847 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретенийи открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д.4/5Производственно-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 щ и й с я 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.