This study was performed to evaluate the effects of surface flaw on the fracture of all-ceramic materials. A feldspathic porce lain of VMK68, a cashable ceramic of IPS-Empress, and an alumina-glass composite of In-Ceram were used. Specimens were prepared as 12$\times$3$\times$1mm in dimensions, and a Vickers-produced indentation crack was made at the center of the tensile surface. Test specimens were immersed in dlstilled water and In oil, which were broken under a crosshead speed of 0.05 mm/min by 3-point bend test at 37$^{\circ}C$. The characteristic patterns of Vickers indentation and fracture surfaces were examined by an optical microscope and a scanning electron microscope. The fracture surfaces of the VMK68 and the IPS-Empress showed a median crack pattern at the fracture origin and indicated a tendency to cleavage hackle. The fracture surface of the alumina-glass composite, In-Ceram, showed a Palmqvist crack pattern at the fracture origin and indicated a tendency of toughening by the frictional Interlocking between the microstructurally rough fracture surfaces.
The dependence of strength, crack growth, fracture mode and degree of domain rearrangement of PZT ceramics on poling strength were studied. The PZT [(Pb0.94Sr0.06)(Zr0.46Ti0.54)O3+Nb(trace)] specimens were poled at 0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0 kv/mm, and the strength of the specimens was measured by 3 point flexure system. The bending strength of the specimen decreased in different modes according to the bending directions; xz, zx and yz plane direction with x axis of the poling direction in Cartesian coordinate system. The strength differences between the directions increased as the poling strength increased. The fracture mode transferred to intergranular fracture mode from transgranular one as the poling strength increased. The mechanical breakdown occurred when the poling strength higher than 3 kV/mm was applied to the specimen. It was observed that the crack length increased in the normal direction to the poling direction, however, decreased in the parallel direction to the poling direction when the poled PZT specimen was indented by the Vickers indenter. However, the crack produced by indentation continuously was continuously increased little by little after indentation on the specimen. The domain rearrangement occurred as the poling strength increased and the domains were rearranged more effectively when the electric field was continuously increased little by little.
Effects of contact damage and residual stress for two kinds of dental restorative layered ceramics, porcelain/alumina and porcelain/zirconia bilayers, were observed with Hertzian and Vickers indentation methods. Indentation stress-strain behavior of each material, strength degradation of the coating material, and crack propagation behavior in the coating layer after Vickers indentation were examined by an optical microscope. As a result, porcelain as coating materials showed the classical brittleness. It was inferred that damage and strength in two bilayer system were dependent on thermal expansion mismatch between the coating material and the substrate, which affected the strength degradation. Residual stress resulting from thermal expansion mismtch was formed in the coating layer, and specially in the case of porcelain/zirconia, residual stress was eliminated as coating thickness decreased.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.2089-2095
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2002
Ceramic/metal composites have many attractive properties and great potential fur applications. Interfacial fracture properties of different layered composites are important in material integrity. Therefore, evaluation of fracture toughness at interface is required in essence. In this study, the mechanical characteristics for interface of ceramic/metal composites were investigated by indentation test of micro-hardness method. Apparent interfacial toughness of TBC system could be determined with a relation between the applied load and the length of the crack formed at the interface by indentation test.
In this study. problems caused during production process of stainless steel carbody are investigated and solutions are found out. Roll forming process to make complex shape is introduced and surface crack on high strength stainless steel plate is investigated. Also, surface indentation is discussed and the effect of welding condition is clarified. Insulated tip to reduce the indentation is recommended for improvement of surface smoothness. Lastly. corrosion of welded joint is discussed and the effects of material, stress and environment are investigated.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.195-198
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2005
The role of elastic/plastic mismatch on the contact crack initiation is investigated for designing desirable surface-coated asymmetric layered composites. Various layered composites such as $Si_3N_4$ ceramics on $Si_3N_4+BN$ composite, soda-lime glass on various substrates with different elastic modulus for the analysis. Spherical indentation is conducted for producing contact cracks from the surface or interface between the coating and the substrate layer. A finite element analysis of the stress fields in the loaded layer composites enables a direct correlation between the damage patterns and the stress distributions. Implications of these conclusions concerning the design of asymmetric layered composites indicate that the elastic modulus mismatch is one of the important parameter for designing layered composite to prevent the initiation of contact cracks.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1997.10a
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pp.140-145
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1997
In case of spot-welded joints, the fatigue cracks generally originate from the weld interfaces of the neighborhood nugget tips, and propagate toward the outer surfaces of the sheets. Generally, because fatigue crack was observed in nugget around, strain gage was attached at nugget zone. Accordingly, it was very difficult to detect the generation time of fatigue crack in spot-welded joints and to measure the propagation speed of fatigue crack. We developed the non-destructive method, according to which th fatigue crack propagation rate can be quantitatively estimated by utilizing information obtained from strain gages bonded on the electrode indentations of spot welds. The results measured by real crack were compared with the data which was measured by strain gauge method in fatigue testing. And so fatigue strength was evaluated by stress intensity factor. In this study behavior of fatigue crack propagation under repeated load were considered.
Kim, Chul;Kim, Sang Kyum;Kim, Tae Woo;Lee, Kee Sung
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.51
no.5
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pp.399-405
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2014
Porous alumina with different porosities, 5.2 - 47.5%, were coated with cover-glass having a thickness of $160{\mu}m$, using epoxy adhesive. We investigated the effect of the porosity of the substrate layer on the crack initiation load, and the size of cracks propagated in the coating layer. Hertzian indentations were used to evaluate the damage behavior under a constrained loading condition. Typically, two types of cracks, ring cracks and radial cracks, were observed on the surface of the glass/porous alumina structure. Indentation stress-strain curves, crack initiation loads, crack propagation sizes, and flexural strengths were investigated as a function of porosities. The results indicated that a porosity of less than 30% and a higher substrate elastic modulus were beneficial at suppressing cracks occurrence and propagation. We expect lightweight mechanical components with high strength can be successfully fabricated by coating and controlling porosities in the substrate layer.
A boundary element method is applied to the analysis of crack trajectory in materials with complex microstructure, such as discontinuously reinforced composite materials, and systems subjected to complex loading, such as indentation. The path followed by the crack(s) has non-trivial geometry. A study of the stress intensity factors and fracture toughness of such systems must therefore be accompanied by an analysis of crack trajectory. The simulation is achieved using a dual boundary integral method in planar problems, and a single boundary integral method coupled with substructuring in axisymmetric problems. The direction of crack propagation is determined using the maximum mechanical energy release rate criterion. The method is demonstrated by application to (i) a composite material composed of components having the elastic properties of aluminium (matrix) and silicon carbide (reinforcement), and (ii) analysis of contact damage induced by the action of an indenter on brittle materials. The chief advantage of the method is the ease with which problems having complex geometry or loading (giving rise to complex crack trajectories) can be treated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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