ISSN:
0933-5137
Keywords:
Chemistry
;
Polymer and Materials Science
Source:
Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000
Topics:
Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics
Description / Table of Contents:
Model Investigation of the Fibre Reinforcement of Ceramic MaterialsA mechanism for fibre reinforcement of high-modulus brittle materials, in particular ceramics, is investigated both experimentally and theoretically. A simple mathematical formalism representing crack extension in a brittle matrix reinforced by ductile fibres is derived, and characteristic property values, adapted to composite structures, are introduced.Alumina with unidirectional reinforcement by thin 80Ni20Cr wires is used as a model material.The mechanism presented allows to reduce the high sensivity of ceramic materials to cracks. It is necessary for the fibres to bridge matrix cracks under load. For this purpose, the fibres must not be bound too tightly to the matrix, and while a high ductility is certainly of value, it is not a necessity. The efficiency of the mechanism depends on -interface energy and friction at the matrix-fibre interface,-deformation and fracture behavior of the fibre material,-radius of the fibres,-volume fraction of the fibres,-critical stress intensity factor of the matrix,-size of the largest crack.Among these, the fibre radius appears to be the most suitable one for variation with the goal of optimizing material quality.
Notes:
Ein Faserverstärkungsmechanismus für spröde, insbesondere keramische Werkstoffe mit hohem Elastizitätsmodul wird theoretisch und experimentell untersucht.Ein einfache mathematischer Formalismus zur Beschreibung des Rißausbreitungsverhaltens in dementsprechend verstärkten Werkstoffen wird angegeben. Verbundwerkstoffspezifische Kenngrößen werden eingeführt.Als Modellwerkstoff für die experimentellen Untersuchungen dient Aluminiumoxid mit eingelagerten Feindrähten aus 80Ni20Cr.Der beschriebene Mechanismus ermöglicht es, die hohe Rißempfindlichkeit keramischer Werkstoffe herabzusetzen. Die Fasern müssen in der Lage sein, belastete Matrixrisse zu überbrücken. Hierzu dürfen sie nicht zu fest an die Matrix gebunden sein. Duktilität der Fasern ist günstig, aber nicht notwendig. Die Wirksamkeit des Mechanismus hängt ab von -der Grenzflächenergie und -reibung zwischen Fasern und Matrix,-dem Verformungs- und Bruchverhalten der Fasern,-dem Faserradius,-dem Volumenbruchteil der Fasern,-dem kritischen Spannungsintensitätsfaktor der Matrix,-den Abmessungen der größten Risse.Zur Werkstoffoptimierung läßt sich unter diesen Größen am leichtesten der Faseradius variieren.
Additional Material:
12 Ill.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1002/mawe.19790100107
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