Tensile Creep and Rupture of Silicon Nitride

Krause, Ralph F.; Luecke, William E.; French, Jonathan D.; Hockey, B. J.; Wiederhorn, Sheldon M.

doi:10.1111/j.1151-2916.1999.tb01901.x

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“…5) or 6 (Ref. 18) with increasing stress. Because n varies, some authors have suggested that the mechanism of creep deformation differs at high and low stresses.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 98%

A New Model for Tensile Creep of Silicon Nitride

Luecke

Wiederhorn

1999

Journal of the American Ceramic Society

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The tensile creep rate of most commercial grades of Si 3 N 4 increases strongly with stress. Although the usual powerlaw functions can represent the creep data, the data often show curvature and systematic variations of slope with temperature and stress. In this article, we present a new approach to understanding the creep of ceramics, such as Si 3 N 4 , where a deformable second phase bonds a deformation-resistant major phase. A review of experimental data suggests that the rate of formation and growth of cavities in the second phase controls creep in these materials. The critical step for deformation is the redistribution of the second phase away from the cavitation site to the surrounding volume. The effective viscosity of the second phase and the density of active cavities determine the creep rate. Assuming that the hydrostatic stresses in pockets of the second phase are normally distributed leads to a model that accurately describes the tensile creep rate of grades of Si 3 N 4 . In this model, the creep rate increases exponentially with the applied stress, is independent of Si 3 N 4 grain size, is inversely proportional to the effective viscosity of the deformable phase, and is proportional to the cube of the volume fraction of the deformable phase.

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“…5) or 6 (Ref. 18) with increasing stress. Because n varies, some authors have suggested that the mechanism of creep deformation differs at high and low stresses.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 98%

A New Model for Tensile Creep of Silicon Nitride

Luecke

Wiederhorn

1999

Journal of the American Ceramic Society

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“…Q is the activation energy determined to be approximately 740 kJ/mol from literature [97,98]. R is the universal gas constant (8.31447 J/ (mol/°K)).…”

Section: §4 Conclusionmentioning

confidence: 99%

Computer Aided Multi-scale Design of SiC-Si3N4 Nanoceramic Composites for High-Temperature Structural Applications

Tomer¹,

Renaud²

2010

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“…Como ejemplo, la figura 2 muestra este hecho en materiales a base de nitruro de silicio, deformados en compresión y en tracción (7,(15)(16)(17); un comportamiento análogo ha sido identificado en cerámicos a base de SiC (18) o de Al 2 O 3 (19) con fases secundarias. En cambio, los materiales monofásicos exhiben el mismo comportamiento en compresión y en tracción (14).…”

Section: Características De La Fluencia De Estos Materialesunclassified

“…Así, la mayor parte de los estudios atribuyen la fluencia en compresión del nitruro de silicio al deslizamiento de fronteras de grano acomodado por disolución-precipitación, si bien existen menciones a acomodación por fluencia viscosa (7). En tracción, en cambio, la deformación se produce generalmente por cavitación acomodado por el deslizamiento relativo de los granos (7,16,17) o por un mecanismo combinado (7,21). Esta afirmación está apoyada por la observación sistemática de que la fracción volumétrica de cavidades aumenta linealmente con la deformación (7,(15)(16)(17)20).…”

Section: Cerámicas No Oxídicas: Si 3 Nunclassified

Mecanismos de deformación plástica en policristales cerámicos con fases secundarias vítreas

Rodríguez¹,

Martínez²,

Gómez-Garcı́a³

2005

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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En un gran número de materiales cerámicos policristalinos, la fase mayoritaria coexiste con una fase secundaria, generalmente de naturaleza vítrea. La existencia de esta fase se debe al uso de determinados aditivos durante la sinterización. En general, la fase secundaria se acumula en "bolsas" entre varios granos, o bien se distribuye en forma de película delgada en las fronteras de grano. Desde el punto de vista de la fluencia a alta temperatura, la fase secundaria desempeña un triple papel: en primer lugar, esta fase puede fluir bajo la acción de la tensión aplicada. Por otra parte, las fronteras de grano ocupadas por la fase secundaria constituyen trayectorias de alta difusividad, incluso a temperaturas menores que las requeridas para la difusión por el interior de los granos. Por último, las regiones ocupadas por fase secundaria constituyen localizaciones preferentes para la nucleación de cavidades. En este trabajo se exponen los mecanismos de deformación característicos de policristales cerámicos con fases secundarias vítreas (fluencia viscosa, disolución-precipitación y fluencia por cavitación), que están relacionados con el triple papel que desempeñan estas fases. En particular, se presentan los modelos más significativos para cada mecanismo, así como una comparación con resultados experimentales obtenidos en distintos materiales. Palabras clave: Cerámicos, fases secundarias, mecanismos de deformación. Plastic deformation mechanisms in ceramic polycrystals with secondary glassy phasesIn many polycrystalline ceramic materials, the main phase coexists with a secondary phase, generally glassy in nature. The existence of this phase is associated to the use of certain sintering additives. In a general sense, the secondary phase is located at "pockets" between various grains, or it is distributed as a thin film at the grain boundaries. From the viewpoint of the creep behaviour at high temperatures, the secondary glassy phase plays a triple role: firstly, the secondary phase may flow under the applied stress. Secondly, the grain boundaries occupied by the secondary phase constitute high-diffusivity trajectories, even at temperatures lower than those required for bulk diffusion. Finally, the regions with secondary phase are preferential locations for the nucleation of cavities. In this work, the deformation mechanisms characteristic of ceramic polycrystals with secondary glassy phases (viscous flow, solution-precipitation and cavitation creep), which are related to the triple role played by these phases. Particularly, the most significant models for each mechanism are presented, as well as a comparative with experimental results obtained in different materials.Keywords: Ceramics, secondary phases, deformation mechanisms. INTRODUCCIÓNLa sinterización clásica en estado sólido de determinados policristales cerámicos (como los nitruros y carburos de silicio) sólo es posible a temperaturas superiores a 2000 ºC (1). Este hecho se debe, fundamentalmente, a que los coeficientes de difusión en estos materiales sólo toman ...

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Tensile Creep and Rupture of Silicon Nitride

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A New Model for Tensile Creep of Silicon Nitride

A New Model for Tensile Creep of Silicon Nitride

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Mecanismos de deformación plástica en policristales cerámicos con fases secundarias vítreas

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