Microstructure and Weibull distribution of rupture strength of clay-talc ceramics

• Published in: Cerâmica 2019-06, Vol.65 (374), p.240-245
• Main Authors: Zerbo, L., Seynou, M., Sorgho, B., Lecomte-Nana, G., Gomina, M., Blanchart, P.
• Format: Magazinearticle
• Language: English
• Subjects: características microestruturais; Ceramics; Ceramics industry; Chemical Sciences; Creep rupture strength; Cristallography; estatística de Weibull; Flexural strength; Grain size distribution; Material chemistry; MATERIALS SCIENCE, CERAMICS; matriz cerâmica; Mechanical properties; Microstructure; or physical chemistry; propriedades mecânicas; Stress distribution; Talc; Theoretical and; Weibull distribution; Weibull modulus
• ISSN: 0366-6913; 1678-4553; 1678-4553
• DOI: 10.1590/0366-69132019653742518

Abstract The mechanical properties of clay-talc ceramics containing 0 to 10 wt% of talc fired at 1100 °C were obtained by flexural measurements. With the average value of flexural strength of 23.1 MPa, the sample with 5 wt% of talc (G5) was the strongest and it had the lowest value of interconnected pore (64%). The scattering of strength values was described with the Weibull distribution model. For all samples, Weibull plots showed either a typical linear behavior or a multi-stage response and the Weibull modulus varied in a large range of 3 to 14, depending on the ceramic type and on the applied load. Interconnections between pores formed a network of possible failures under the stress field, resulting in a change of Weibull plots. Reducing the grain size range and the pore interconnectivity led to a reduced strength distribution. The flaw size range had a unimodal distribution for sample G5 with homogeneous microstructure and correspondingly a Weibull modulus m=9.79. Resumo As propriedades mecânicas das cerâmicas de argila-talco contendo 0 a 10% em massa de talco sinterizadas a 1100 °C foram obtidas por medidas de flexão. Com o valor médio de resistência à flexão de 23,1 MPa, a amostra com 5% de talco (G5) foi a mais forte e apresentou o menor valor de poro interconectado (64%). A dispersão dos valores de resistência foi descrita com o modelo de distribuição de Weibull. Para todas as amostras, os gráficos de Weibull mostraram um comportamento típico linear ou uma resposta de múltiplos estágios e o módulo de Weibull variou em uma ampla faixa de 3 a 14, dependendo do tipo de cerâmica e da carga aplicada. Interconexões entre poros formaram uma rede de possíveis falhas sob o campo de tensão, resultando em uma mudança nos gráficos de Weibull. Reduções da faixa de tamanho dos grãos e da interconectividade dos poros levaram a uma redução na distribuição da resistência. A faixa de tamanho de defeito apresentou uma distribuição unimodal para a amostra G5 com microestrutura homogênea e correspondentemente um módulo de Weibull m=9,79.