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Compressive deformation of niobium sandwich-bonded to alumina

  • Y. Liu und D. Brunner EMAIL logo
Veröffentlicht/Copyright: 31. Januar 2022
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Abstract

The deformation behavior of polycrystalline niobium with a thickness of 0.7 –2.8 mm sandwich-bonded to alumina was studied by using surface strain mapping during compressive deformation. A full-field optical strain measurement technique was employed in determining the 3-dimensional displacement and strain fields for one side surface of the bonded Nb layer, including the interfaces. The measured stress – strain curves consist of three well-defined stages of elastic deformation, yielding, and plastic deformation with hardening until fracture of alumina. Strain and displacement maps for each stage illustrate that the deformation of bonded Nb is highly influenced by the constraints from the interfaces. The yielding of Nb starts from the immediate vicinity of interfaces and extends to the whole metal layer. After yielding, strain localization maintains at the interfaces until interface debonding or fracture of alumina occurs. The strain localization at interfaces is discussed with respect to the microstructures, edge and corner effect, and the stress triaxiality near the interfaces. It is proposed that the voids at the interfaces and the stress triaxiality near an interface lead to the strain localization. The influence of the strain localization on the mechanical properties is also discussed.

Abstract

Zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Metall/Keramik-Verbunden wurden vielkristalline Niobplättchen mit Dicken zwischen 0,7 und 2,8 mm, die mit vielkristallinem Aluminiumoxid diffusionsverschweißt waren, im Druckversuch verformt. Ein optisches Messverfahren zur flächenhaften Verschiebungs- und Dehnungsanalyse diente der lokalen und integralen Dehnungsmessung, angewandt auf eine Seitenfläche des Nb-Plättchens, wobei hier speziell die Erfassung dreidimensionaler Dehnungen möglich war. Die gemessenen Spannung – Dehnungs-Kurven weisen drei wohldefinierte Bereiche auf, die sich in elastisch und plastische Verformung des Nb und Bruch des Aluminiumoxid unterteilen lassen. Dehnungs- und Verschiebungsbilder aus den Bereichen zeigen, dass die Verformung des diffusionsverschweißten Nb stark beeinflusst ist durch die Zwangsbedingungen der Metall/Keramik-Grenzfläche. Das plastische Fließen des Nb beginnt in unmittelbarer Nähe der Grenzfläche, von wo aus es sich auf die gesamte Metallschicht ausdehnt. Nach Beginn des plastischen Fließens bleibt die Dehnungslokalisierung an der Grenzfläche bestehen bis zum Grenzflächenriss oder Bruch des Aluminiumoxids. Die Dehnungslokalisierung an der Metall/Keramik-Grenzfläche wird diskutiert im Hinblick auf ihre Mikrostruktur, Eckeffekte und den dreiachsigen Spannungszustand in der Nähe der Grenzfläche. Es wird vorgeschlagen, dass Poren an den Grenzflächen und der dreiachsige Spannungszustand in der Nähe der Grenzfläche zur Dehnungslokalisation führen, und deren Einfluss auf die mechanische Eigenschaften wird diskutiert.


Dr. D. Brunner Max-Planck-Institut für Metallforschung Heisenbergstr. 3, D-70569 Stuttgart, Germany Tel.: +49 711 689 3615 Fax: +49 711 689 3522

  1. The authors gratefully acknowledge the assistance of Dr. C. Kohnle in the compression tests and the application of ARAMIS software as well as stimulating discussions with Prof. M. Rühle and Prof. S. Schmauder.

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Received: 2002-03-04
Published Online: 2022-01-31

© 2002 Carl Hanser Verlag, München

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