Published May 1991 | Version v1
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Development of a tensile creep apparatus for advanced ceramics and tensile creep investigations of silicon nitride materials

Description

The critical components of the developed tensile creep concept for temperatures up to 1400deg C are described, i.e. geometry of the test pieces, gripping and aligning system and the high temperature extensometer. Misalignment of less than 5% can be achieved. The creep behaviour of two sintered Si3N4-materials is studied. One material contains Y2O3 and MgO as sintering additives and the second Yb2O3. Whereas the first material shows crystalline as well as amorphous grain boundary phases, the Yb-containing material is to a large extension crystalline. Both materials exhibit high nonlinear stress dependencies of the minimal creep rates, which can be assigned to different creep mechanisms. For the material containing an amorphous grain boundary phase the change of the composition of the glassy phase leads to extended transient creep ranges. The dependency of the minimal creep rate on the annealing time suggests a time independent analysis of the primary creep behaviour to determine the stress and temperature dependency of the creep rates. The static fatigue behaviour of both materials can be described as a superposition of creep rupture and fracture by slow crack growth. Tensile and bending creep results are compared indicating clearly the stress relaxation effect which occurs in bending. (orig./MM)

Availability note (English)

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Abstract (German)

Es werden die Kernpunkte bei der Entwicklung einer Zugkriechanlage beschrieben. Wichtig sind vor allem die Zugprobenform, das Einspannkonzept, die Minimierung der Biegemomente und die Messung der Kriechdehnung. Bei einem Biegemomentanteil deutlich unter 5% laesst die entwickelte Anlage Langzeitversuche bis 1400deg C zu. Untersucht werden zwei kommerziell erhaeltliche Siliziumnitridqualitaeten, die sich im wesentlichen in ihren Sinteradditiven unterscheiden. Entscheidend fuer das Hochtemperaturverhalten ist die Beschaffenheit der Korngrenzenphase. Das Y- und Mg-haltige Material enthaelt Glasphase, die bei hoeheren Temperaturen erweicht. Dagegen ist die Korngrenzenphase des Yb-haltigen Materials weitgehend auskristallisiert. Die bei beiden Materialien gefundene hohe nichtlineare Spannungsabhaengigkeit der minimalen Kriechgeschwindigkeiten kann unterschiedlichen Kriechmechanismen zugeordnet werden. Beim glasphasenhaltigen Material fuehrt die Zusammensetzungsaenderung der Glasphase waehrend des Versuchs zu einer deutlichen Verfestigung des Materials und deshalb auch zu den ausgepraegten Primaerkriechbereichen. Das Zeitstandverhalten beider Materialien kann durch eine Ueberlagerung von Kriechbruch und Bruch durch unterkritisches Risswachstum charakterisiert werden. (orig./MM)

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Original title (German)
Entwicklung einer Zugkriechapparatur fuer Hochleistungskeramiken und Zugkriechuntersuchungen an Siliziumnitridwerkstoffen

Publishing Information

Imprint Pagination
132 p.
Report number
KFK--4874