Surface property modifications of silicon carbide ceramic following laser shock peening

材料科学 喷丸 残余应力 复合材料 断裂韧性 陶瓷 表面粗糙度 激光喷丸 碳化硅 微观结构 硬度 脆性 碳化物 激光器 休克(循环) 光学 内科学 物理 医学
作者
Pratik Shukla,Subhasisa Nath,Guanjun Wang,Xiaojun Shen,J. Lawrence
出处
期刊:Journal of The European Ceramic Society [Elsevier BV]
卷期号:37 (9): 3027-3038 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2017.03.005
摘要

This paper is focused on Laser shock peening (LSP) of silicon carbide (SiC) advanced ceramic. A comprehensive study was undertaken using a pulsed Nd:YAG laser. Surface modifications were investigated, particularly: the roughness, hardness, fracture toughness, microstructure, phase transformation and residual stress induced before and after the LSP surface treatment. The findings showed increase in the surface roughness, changes to the surface morphology, improved hardness, and a reduction in the fracture lengths. The LSP surface treatment also improved the surface fracture toughness from an average of 2.32 MPa m1/2 to an average of 3.29 MPa m1/2. This was attributed to the surface integrity and the induced compressive residual stress as a maximum of −92 MPa was measured compared to an average of +101 MPa on the as-received SiC. A slight change in the surface chemistry was also observed from the XPS spectra, however, no real phase transformation was seen from the X-ray diffraction analysis. Laser energy density of around 1.057 J/cm2, 8.5 mm spot size, 10 Hz pulse repetition rate (PRR) at 6ns pulse duration, and 1064 nm wavelength resulted to obtaining a crack-free surface treatment and demonstrated that the technique is also beneficial to enhance some of the properties to strengthen brittle ceramics such as SiC.
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