Toughness de fracture mode I du nitrure de silicium à petit grain : effets de température et d'orientation

Authors: Rodney W. Trice, John W. Halloran

Abstract

La toughness de fracture mode I (KIC) d’un Si3N4 à petit grain a été déterminée en fonction de l’orientation du hot-pressing, de la température, de l’atmosphère de test et de la longueur de fissure en utilisant la méthode de la poutre à un bord pré-fissuré (SEPB). Le diamètre des grains de Si3N4 était < 0,4 µm, avec des rapports d’aspect de 2-8. KIC à 25°C était de 6,6 +/- 0,2 et 5,9 +/- 0,1 MPa.m1/2 pour les orientations T-S et T-L respectivement. Cette différence a été attribuée à la quantité de grains allongés dans le plan de croissance de la fissure. Pour les deux orientations, une diminution continuelle de KIC a été observée jusqu’à 1200°C, jusqu’à ~4,1 MPa.m1/2, avant d’augmenter rapidement à 7,5-8 MPa.m1/2 à 1300°C. La diminution de KIC jusqu’à 1200°C est le résultat du ramollissement de la phase amorphe aux joints de grains. À 1300°C, la réorientation des grains allongés dans la direction de la charge appliquée a été suggérée pour expliquer la grande augmentation de KIC. La cicatrisation des fissures a été observée dans les spécimens recuits dans l’air. Aucun comportement de courbe R n’a été observé pour des longueurs de fissure aussi courtes que 300 µm à 25°C ou 1000°C.