R-curve behaviour in ceramic composites produced by directed metal oxidation

Abstract

Crack propagation in three materials (two commercial, one laboratory) produced by directed metal oxidation in a SiC filler was investigated. Crack growth was studied in situ with CT specimen in the scanning electron microscope. Crack tip shielding by the formation of elastic, frictional and ductile crack bridging elements could be observed. R-curve behaviour was found with increases in fracture toughness from about 4 MPa.m 1 2 to 7·5 MPa.m 1 2 over a crack length of about 1·5 mm. Near crack tip opening displacements provided an estimate of the crack tip toughness value, T 0 = 2·0 ± 0·6 MPA.m 1 2 . COD measurements at the loadline allowed a distinction between large-scale and small-scale bridging regimes. Der Rißfortschritt in drei Werkstoffen, die durch gerichtete Schmelzoxidation in ein SiC Füllermaterial hergestellt wurden (davon zwei kommerzielle und ein Werkstoff aus dem eigenen Labor), wurde untersucht. Die Studien zur Rißausbreitung wurden in situ in einem Rasterelektronenmikroskop an Kompaktproben durchgeführt. Dabei wurde Rißabschirmung durch Bildung von elastischen und duktilen Brücken, wie auch von Reibungsbrücken beobachtet. Die ermittelten R-Kurven zeigten einen Anstieg der Bruchzähigkeit von 4 MPa.m 1 2 auf 7·5 MPa.m 1 2 über eine Rißausdehnung von 1·5 mm. Die Messung der Rißöffnung nahe der Rißspitze erlaubt eine Abschätzung der Rißspitzenbruchzähigkeit, T 0 = 2·0 ± 0·6 MPa.m 1 2 . Eine Unterscheidung zwischen großen und kleinen Brückenzonen wird durch die Messung der Rißöffnung an der Lastlinie ermöglicht. On a étudié la propagation des fissures dans trois matériaux (deux de qualité commerciale, l'un de laboratoire) produits par oxydation dirigée d'un métal au sein d'une matrice de SiC. On a observé la propagation in situ au microscope à balayage dans des échantillons pour tests CT. On a pu examiner l'écrantage en pointe de fissure par la formation de ponts au niveau de cette fissure, de nature élastique, de friction, ou de nature ductile. On a déterminé la résistance à la propagation de fissures; la ténacité augmente, passant de 4 MPa.m 1 2 à 7·5 MPa.m 1 2 sur une longueur de fissure de 1·5 mm environ. On a obtenu une estimation de la ténacité en pointe de fissure: T 0 = 2·0 ± 0·6 MPa.m 1 2 , en mesurant l'écartement près de la pointe. Enfin, la mesure de l'écartement le long de la ligne de chargement a permis de distinguer deux régimes de formation des ponts d'écrantage, l'un à petite échelle, l'autre à grande échelle.