|
The effects of hydrogen on strength of nanoceramics are theoretically studied. Within the approach suggested,
the effects of hydrogen on the principle fracture processes that control strength - nanocrack generation and
the growth of pre-existent cracks - in deformed nanoceramics containing hydrogen are analyzed. The conditions
at which nanocrack growth near disclination dipoles is energetically favored in nanoceramics α-Al2O3
(corund) and 3C-SiC (the cubic phase of silicon carbide) are revealed, and the equilibrium lengths of such
nanocracks are calculated. It is shown that the equilibrium lengths of nanocracks increase in the presence of
hydrogen and can be close to the grain size. As a consequence, such nanocracks can merge resulting in brittle
fracture of nanoceramics. Also, the effects of dislocations with large Burgers vectors, which form in the course
of grain boundary sliding, and hydrogen impurities on the propagation of pre-existent cracks in nanoceramics
are analysed. It is demonstrated that grain boundary sliding leads to an increase of the values of the critical
stress intensity factor by 10 to 30 percent, whereas, in contrast, the presence of hydrogen can reduce
these values by a factor of 1.5 and more. Thus, it is demonstrated that hydrogen promotes the embrittlement of nanoceramics.
Keywords: nanoceramics, cracks, hydrogen embrittlement |
full paper (pdf, 1568 Kb)
|
Построено теоретическое описание влияния водорода на прочностные свойства нанокерамик. В рамках предлагаемого
подхода исследуется влияние примесей водорода на основные процессы разрушения, контролирующие прочностные
свойства, а именно процессы зарождения наноскопических трещин (нанотрещин) и роста исходных трещин в деформируемых
нанокерамиках с примесями водорода. Произведен расчет условий, при которых рост нанотрещин вблизи дисклинационных
диполей является энергетически выгодным в нанокерамиках α-Al2O3 (корунд) и 3C-SiC
(кубическая фаза карбида кремния), а также рассчитаны равновесные длины таких нанотрещин. Показано, что равновесные
длины нанотрещин увеличиваются при наличии водорода и могут быть сравнимы с размером зерна. Как следствие,
такие нанотрещины могут объединяться, вызывая в конечном счете хрупкое разрушение нанокерамик. Рассчитано также влияние дислокаций с большими векторами Бюргерса, образующихся в нанокерамиках при зернограничном проскальзывании, и примесей водорода на рост исходных трещин в нанокерамиках. Показано, что зернограничное проскальзывание приводит к увеличению критических значений коэффициента интенсивности напряжений вблизи вершин трещин на 10-30%, а наличие водорода, наоборот, может уменьшать эти критические значения в 1.5 и более раз. Таким образом, показано, что водород способствует охрупчиванию нанокерамик
Ключевые слова: нанокерамики, трещины, водородное охрупчивание |
full paper (pdf, 1568 Kb)