Flaw‐Insensitive Ion‐Exchanged Glass: I, Theoretical Aspects

Abstract

Stable crack growth can be produced on residually stressed surfaces, provided that the residual-stress profile is carefully chosen. Once identified, these conditions will lead to strengthening and an insensitivity of strength to the size of the initial surface flaw. Theoretical calculations are performed that involve choosing idealized forms of either the required toughness curve or the residual-stress profile. The results of this analysis allow the range of stable growth and the strengthening to be determined. Thus, in the material-design process, if the range of surface flaws in the stress-free surface are known, then the required stress profile or toughness curve for optimum performance can be selected.

Dielétrico de vidro de elevada confiabilidade mecânica e termomecânica produzido por têmpera de dois estágios (têmpera térmica + troca iônica)

“…Os aumentos da confiabilidade mecânica e termomecânica causados pela troca iônica, aplicada após a têmpera térmica, sugerem que o dielétrico temperado pelo método de dois estágios apresentou um perfil de tensão residual com um valor de máxima tensão de compressão deslocado a uma determinada profundidade da superfície, que dificultou o crescimento da trinca na região superficial por um comportamento equivalente ao de curva R crescente [17][18][19][20]. Aparentemente não há informações relativas à evolução do perfil de tensão residual no tratamento de têmpera térmica seguida de troca iônica.…”

“…Estes resultados mostraram que o controle do perfil de tensão residual de compressão possibilita o arresto e o crescimento estável de trincas superficiais de diferentes tamanhos, quando o vidro é submetido a carregamentos crescentes, sendo que a fratura ocorre em um valor de tensão (e comprimento de trinca) aproximadamente constante, independente do tamanho inicial do defeito, minimizando a variabilidade da resistência mecânica [18]. O perfil crescente de tensão residual de compressão equivale a um perfil de aumento da tenacidade à fratura aparente, isto é equivalente ao comportamento de curva R crescente [19,20]. Sglavo e Green [21] propuseram que a ocorrência de formação de múltiplas trincas na superfície depende da formação de um forte gradiente de tensão de compressão, que é definido pela segunda troca iônica.…”

Fracture Resistance of Residually-Stressed Ceramic Laminated Structures

“…One of advantages of this parameter is that the stress intensity factor of an edge crack for fixed value of the applied stress o m is depicted in the coordinate system Kapp -a as a straight line from the coordinate origin. Indeed, it follows from (22) that K 1 =om~, therefore, the slope of straight line equals to the applied stress o m. The conditions for unstable crack growth in the internal stress field are as follows [9]: [9] that unstable crack growth occurs if the slope of straight line corresponding to the stress intensity factor at constant applied stress is no less than the slope of tangent line to the fracture resistance curve at the same point. Fig.…”

“…However, there are some differences related to bridging mechanism (this is typical for non-layered ceramics) and the shielding phenomenon in layered structures. Firstly, while bridging mechanism gives rise to dependence of fracture resistance only on crack length increment, the shielding effect results in that of fracture resistance on overall crack length [3,7,9]. Secondly, as a rule the bridging mechanism promotes fracture resistance increasing with crack advance whereas the shielding effect can induce both improvement and deterioration of fracture resistance depending on crack tip location in tensile or compressive layer.…”

“…In fracture mechanics, one usually includes stresses in the crack driving force; however it is sometimes useful to consider residual stresses as part of the crack resistance. Thus, a higher resistance to failure for layered structure with residual stress is obtained from a reduction of the crack driving force rather than from an increase in the intrinsic material resistance to crack extension [9].…”