ISO 17095:2013
(Main)Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Test method for interfacial bond strength of ceramic materials at elevated temperatures
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Test method for interfacial bond strength of ceramic materials at elevated temperatures
ISO 17095:2013 specifies the method of test for determining the interfacial tensile and shear bond strength of ceramic-ceramic, ceramic-metal, and ceramic-glass joining at elevated temperature by the compression tests on the cross-bonded test pieces. Methods for test piece preparation, test modes and rates (load rate or displacement rate), data collection, and reporting procedures are addressed. ISO 17095:2013 applies primarily to the ceramic materials, including monolithic fine ceramics and whisker-, fibre- or particulate-reinforced ceramic composites.
Céramiques techniques — Méthode d'essai pour la résistance de l'interface des matériaux céramiques à températures élevées
L'ISO 17095:2013 spécifie la méthode d'essai permettant de déterminer la résistance à la traction et la résistance au cisaillement de l'interface d'un assemblage céramique-céramique, céramique-métal et céramique-verre à des températures élevées, par des essais de compression réalisés sur des éprouvettes collées en croix. Elle décrit les méthodes de préparation des éprouvettes, les modes d'essai et les vitesses (de chargement ou de déplacement), le recueil des données et les procédures de consignation dans un rapport. L'ISO 17095:2013 s'applique principalement aux matériaux céramiques, notamment les céramiques techniques monolithiques et les composites céramiques renforcés par des trichites, des fibres ou des particules.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17095
First edition
2013-08-01
Fine ceramics (advanced ceramics,
advanced technical ceramics) — Test
method for interfacial bond strength
of ceramic materials at elevated
temperatures
Céramiques techniques — Méthode d’essai pour la résistance de
l’interface des matériaux céramiques à températures élevées
Reference number
©
ISO 2013
© ISO 2013
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Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms . 2
5 Principle . 3
6 Apparatus . 4
6.1 Test machine . 4
6.2 Heating machine . 4
6.3 Temperature measuring and indicating instruments . 5
6.4 Data acquisition . 5
6.5 Dimension-measuring device. 5
6.6 Test fixture . 6
7 Test pieces . 7
7.1 Test piece size . 7
7.2 Test piece preparation . 8
8 Test procedure . 8
8.1 Test mode and rate . 8
8.2 Preparation of test pieces . 9
8.3 Measurement of the cross-bonded area . 9
8.4 Measurement of the tensile bond strength . 9
8.5 Measurement of the shear bond strength .10
9 Calculation of results .11
9.1 Interfacial tensile bond strength .11
9.2 Interfacial shear bond strength .11
10 Test report .12
Bibliography .13
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2. www.iso.org/directives
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received. www.iso.org/patents
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constitute an endorsement.
ISO 17095 was prepared by Technical Committee ISO/TC 206, Fine ceramics.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 17095:2013(E)
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical
ceramics) — Test method for interfacial bond strength of
ceramic materials at elevated temperatures
1 Scope
This International Standard specifies the method of test for determining the interfacial tensile and shear
bond strength of ceramic-ceramic, ceramic-metal, and ceramic-glass joining at elevated temperature by
the compression tests on the cross-bonded test pieces. Methods for test piece preparation, test modes
and rates (load rate or displacement rate), data collection, and reporting procedures are addressed.
This International Standard applies primarily to the ceramic materials, including monolithic fine
ceramics and whisker-, fibre- or particulate-reinforced ceramic composites. This test method can be
used for materials research, quality control, and characterization and design data-generation purposes.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable to its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the lasted edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 3611, Geometrical product specifications (GPS) — Dimensional measuring equipment: Micrometers for
external measurements — Design and metrological characteristics
ISO 7500-1, Metallic materials — Verification of static uniaxial testing machines — Part 1: Tension/compression
testing machines — Verification and calibration of the force-measuring system
IEC 60584-1, Thermocouples — Part 1: Reference tables
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
advanced ceramic
advanced technical ceramic
fine ceramic
highly-engineered, high-performance predominately non-metallic, inorganic, ceramic material having
specific functional attributes
3.2
cross-bonded sample
testing sample having the form of a symmetrical cross, which is prepared by joining two rectangle bars
of the same shape and size
Note 1 to entry: See Figure 1.
Note 2 to entry: The two bars joined to form the cross-bonded sample may be of the same or different materials.
Note 3 to entry: The approach used for joining may be any chemical or physical bonding.
Note 4 to entry: The two bars should be joined perpendicularly and symmetrically within ± 1° (α = 90° ± 1°).
α
h
Figure 1 — Schematic diagram of cross-bonded samples
3.3
tensile failure load
maximum tensile load applied to the interface during a tensile bond strength test
3.4
tensile bond strength
maximum mean tensile stress applied to the interface during a bond strength test
Note 1 to entry: Tensile bond strength is calculated from the tensile failure load and the bonded area.
3.5
shear failure load
maximum shear load applied to the interface during a shear test of the cross-bonded sample
3.6
shear bond strength
maximum mean shear stress applied to the interface during a shear bond strength test
Note 1 to entry: Shear bond strength is calculated using the shear failure load and the shear-loaded area.
4 Symbols and abbreviated terms
For the purposes of this document, the symbols given in Table 1 apply.
Table 1 — Symbols
Symbol Designation Unit Reference
l Test piece length mm Table 2
h Test piece thickness mm Figure 1, Table 2
b Test piece width mm Figure 1, Table 2
α Vertical angle of cross-bonded sample o Figure 1
D Diameter of the ball in pressure head mm Figure 3
σ Tensile bond strength MPa Formula (1)
t
τ Shear bond strength MPa Formula (4)
P Critical load to debonding N Formulae (1), (4)
c
A Tensile loaded area mm Formula (1)
A Shear loaded area mm Formula (4)
2 © ISO 2013 – All rights reserved
b
Table 1 (continued)
Symbol Designation Unit Reference
n Number of valid tests 1 Formulae (2), (3), (5), (6)
σ
Mean tensile bond strength MPa Formula (2)
t
τ Mean shear bond strength MPa Formula (5)
s Standard deviation MPa Formulae (3), (6)
5 Principle
A cross-bonded sample is loaded in compression which yields tensile or shear stress in the interface
until the occurrence of the debonding in the interface at the test temperatures. Two different forms of
mounting the cross-bonded sample in a fixture are designed to measure the interfacial tensile and shear
bond strength, respectively. In the case of the former, a uniaxial tensile stress is generated when the test
sample is subjected to compressive load, as shown in Figure 2 a). For the latter, a cross-bonded sample
is loaded in compression to induce failure by shear at the interface, as shown in Figure 2 b). The test is
usually performed at a constant crosshead displacement rate at high temperatures. The load at fracture
and the bonded area are used to compute the tensile and shear bond strength.
F
F
q
q
a) Schematic diagram of loading, supporting and bonded area for cross-bonded sample in the
tensile bond strength test
F
q
q
b) Schematic diagram of loading, supporting and bonded area for cross-bonded sample in the
shear bond strength test
Key
1 bonded area
F applied load
q uniform resultant stress on the supporting surfaces
Figure 2 — Schematic diagram of measuring the tensile and shear bond strength using the
cross-bonded test piece subjected to compressive load
6 Apparatus
6.1 Test machine
A suitable test machine capable of applying a uniform crosshead speed shall be used. The test machine
shall be in accordance with ISO 7500-1, class 1, to an accuracy of 1 % of indicated load during compression
or tension tests.
6.2 Heating machine
6.2.1 General
The furnace shall be capable of heating the test fixture and test piece as well as maintaining a uniform
and constant temperature during the bonding strength test, by which an air, inert gas or vacuum
environment should be available for test requirement. If an inert gas and vacuum chamber is used, and
it is necessary to transmit the load through a seal, bellows or a fitting, it shall be verified that load losses
or errors are less than 1 % of the expected fracture loads.
6.2.2 Test piece temperature stability
The furnace shall be controlled by a device for maintaining a constant temperature within ± 2 °C or better
within the working space of the furnace, during the time that the test piece is loaded until it is fractured.
4 © ISO 2013 – All rights reserved
6.2.3 Test temperature uniformity
The furnace shall be capable of maintaining the test piece at uniform temperature. It shall previously be
determined that the temperature of the test piece shall not vary by more than 10 °C after a 15-min hold
time at the required test temperature.
6.2.4 Furnace hea
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 17095
Première édition
2013-08-01
Céramiques techniques — Méthode
d’essai pour la résistance de
l’interface des matériaux céramiques
à températures élevées
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) —
Test method for interfacial bond strength of ceramic materials at
elevated temperatures
Numéro de référence
©
ISO 2013
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et termes abrégés . 2
5 Principe . 3
6 Appareillage . 4
6.1 Machine d’essai . 4
6.2 Machine de chauffage . 4
6.3 Instruments de mesure et d’affichage de la température . 5
6.4 Acquisition des données . 5
6.5 Dispositif de mesure des dimensions . 5
6.6 Montage d’essai . 6
7 Éprouvettes . 8
7.1 Taille de l’éprouvette. 8
7.2 Préparation de l’éprouvette . 8
8 Mode opératoire d’essai. 9
8.1 Mode d’essai et vitesse . 9
8.2 Préparation des éprouvettes . 9
8.3 Mesurage de la surface collée en croix . 9
8.4 Mesurage de la résistance à la traction . 9
8.5 Mesurages de la résistance au cisaillement .10
9 Calcul des résultats .11
9.1 Résistance à la traction de l’interface .11
9.2 Résistance au cisaillement de l’interface .12
10 Rapport d’essai .12
Bibliographie .14
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/CEI, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2, www.iso.
org/directives.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou sur la liste ISO des déclarations de brevets reçues,
www.iso.org/patents.
Les éventuelles appellations commerciales utilisées dans le présent document sont données pour
information à l’intention des utilisateurs et ne constituent pas une approbation ou une recommandation.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 206, Céramiques techniques.
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NORME INTERNATIONALE ISO 17095:2013(F)
Céramiques techniques — Méthode d’essai pour la
résistance de l’interface des matériaux céramiques à
températures élevées
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie la méthode d’essai permettant de déterminer la résistance
à la traction et la résistance au cisaillement de l’interface d’un assemblage céramique-céramique,
céramique-métal et céramique-verre à des températures élevées, par des essais de compression réalisés
sur des éprouvettes collées en croix. Elle décrit les méthodes de préparation des éprouvettes, les modes
d’essai et les vitesses (de chargement ou de déplacement), le recueil des données et les procédures de
consignation dans un rapport.
La présente Norme internationale s’applique principalement aux matériaux céramiques, notamment
les céramiques techniques monolithiques et les composites céramiques renforcés par des trichites,
des fibres ou des particules. La présente méthode d’essai peut être utilisée pour la recherche sur les
matériaux, la maîtrise de la qualité et la production de données de caractérisation et de conception.
2 Références normatives
Les documents suivants, en totalité ou en partie, sont référencés de manière normative dans le présent
document et sont indispensables pour son application. Pour les références datées, seule l’édition citée
s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y
compris les éventuels amendements).
ISO 3611, Spécification géométrique des produits (GPS) — Équipement de mesurage dimensionnel:
Micromètres d’extérieur — Caractéristiques de conception et caractéristiques métrologiques
ISO 7500-1, Matériaux métalliques — Vérification des machines pour essais statiques uniaxiaux — Partie 1:
Machines d’essai de traction/compression — Vérification et étalonnage du système de mesure de force
CEI 60584-1, Couples thermoélectriques — Partie 1: Tables de référence
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
céramique technique
matériau céramique inorganique et principalement non métallique, de haute technologie et à hautes
performances, possédant des attributs fonctionnels spécifiques
3.2
échantillon collé en croix
échantillon pour essai en forme de croix symétrique, préparé en assemblant deux barres rectangulaires
de même forme et de même taille
Note 1 à l’article: Voir Figure 1.
Note 2 à l’article: Les deux barres assemblées pour former l’échantillon collé en croix peuvent être constituées du
même matériau ou de matériaux différents.
Note 3 à l’article: L’approche utilisée pour l’assemblage peut être une liaison chimique ou physique.
Note 4 à l’article: Il convient d’assembler les deux barres perpendiculairement et symétriquement à ± 1° près
(α = 90° ± 1°).
α
h
Figure 1 — Représentation schématique d’un échantillon collé en croix
3.3
charge de rupture en traction
charge de traction maximale appliquée à l’interface au cours d’un essai de résistance à la traction
3.4
résistance à la traction
contrainte de traction moyenne maximale appliquée à l’interface au cours d’un essai de résistance
Note 1 à l’article: La résistance à la traction est calculée à partir de la charge de rupture en traction et de la
surface collée.
3.5
charge de rupture en cisaillement
charge de cisaillement maximale appliquée à l’interface au cours d’un essai de cisaillement sur un
échantillon collé en croix
3.6
résistance au cisaillement
contrainte de cisaillement moyenne maximale appliquée à l’interface au cours d’un essai de résistance
au cisaillement.
Note 1 à l’article: La résistance au cisaillement est calculée à partir de la charge de rupture en cisaillement et de
la surface soumise au cisaillement
4 Symboles et termes abrégés
Pour les besoins du présent document, les symboles et désignations indiqués dans le Tableau 1 s’appliquent.
Tableau 1 — Symboles et désignations
Symbole Désignation Unité Références
l Longueur de l’éprouvette mm Tableau 2
h Épaisseur de l’éprouvette mm Figure 1, Tableau 2
b Largeur de l’éprouvette mm Figure 1, Tableau 2
α
Angle vertical de l’échantillon collé en croix ° Figure 1
D Diamètre de la bille dans la tête de pression mm Figure 3
2 © ISO 2013 – Tous droits réservés
b
Tableau 1 (suite)
Symbole Désignation Unité Références
σ
Résistance à la traction MPa Équation (1)
t
τ
Résistance au cisaillement MPa Équation (4)
P Charge critique pour le décollement N Équations (1), (4)
c
A Surface soumise à la traction mm Équation (1)
A Surface soumise au cisaillement mm Équation (4)
n Nombre d’essais valides 1 Équations (2), (3), (5), (6)
σ
Résistance moyenne à la traction MPa Équation (2)
t
τ Résistance moyenne au cisaillement MPa Équation (5)
s Écart-type MPa Équations (3), (6)
5 Principe
Un échantillon collé en croix est chargé en compression, ce qui produit une contrainte de traction ou
de cisaillement à l’interface jusqu’à ce qu’il se produise un décollement au niveau de l’interface aux
températures d’essai. Deux formes différentes de montage de l’échantillon collé en croix sont conçues
pour mesurer la résistance à la traction et la résistance au cisaillement de l’interface, respectivement.
Dans le premier cas, une contrainte de traction uniaxiale est générée lorsque l’échantillon pour essai est
soumis à une charge de compression, comme illustré à la Figure 2 a). Dans le second cas, un échantillon
collé en croix est chargé en compression pour induire une rupture par cisaillement au niveau de l’interface,
comme illustré à la Figure 2 b). L’essai est généralement réalisé à une vitesse de déplacement constante
de la traverse à des températures élevées. La charge de rupture et la surface collée sont utilisées pour
calculer la résistance à la traction et au cisaillement.
F
F
q
q
a) Représentation schématique du chargement, du support et de la surface collée d’un
échantillon collé en croix lors de l’essai de résistance à la traction
F
q
q
b) Représentation schématique du chargement, du support et de la surface collée d’un
échantillon collé en croix lors de l’essai de résistance au cisaillement
Légende
1 surface collée
F charge appliquée
q contrainte uniforme résultante sur les surfaces de support
Figure 2 — Représentation schématique du mesurage de la résistance à la traction et au
cisaillement en soumettant l’éprouvette collée en croix à une charge de compression
6 Appareillage
6.1 Machine d’essai
Une machine d’essai appropriée permettant d’obtenir une vitesse uniforme de la traverse doit être
utilisée. La machine d’essai doit être conforme à l’ISO 7500-1, Classe 1, avec une exactitude de 1 % de la
charge indiquée au cours des essais de compression ou de traction.
6.2 Machine de chauffage
6.2.1 Généralités
Le four doit pouvoir chauffer le montage d’essai et l’éprouvette tout en maintenant une température
uniforme et constante pendant l’essai de résistance de l’assemblage, au cours duquel il convient que
de l’air, un gaz inerte ou en environnement sous vide soit disponible pour répondre aux exigences de
l’essai. Si un gaz inerte et une chambre à vide sont utilisés et qu’il est nécessaire de transmettre la charge
dans un joint, des soufflets ou un raccord, il faut vérifier que les pertes de charge ou les erreurs sont
inférieures à 1 % des charges de rupture attendues.
6.2.2 Stabilité thermique de l’éprouvette
Le four doit être commandé par un dispositif permettant de maintenir une température constante
à ±2 °C près au maximum dans l’espace de travail du four, pendant tout le temps où l’éprouvette est
chargée et jusqu’à sa rupture.
4 © ISO 2013 – Tous droits réservés
6.2.3 Uniformité de la température d’essai
Le four doit permettre de maintenir l’éprouvette à une température uniforme. Il faut s’assurer au
préalable que la température de l’éprouvette ne peut pas varier de plus de 10 °C après un temps de
maintien de 15 min à la température d’essai requise.
6.2.4 Vitesse de chauffe du four
Le dispositif de commande du four doit également permettre de contrôler la vitesse de chauffe du four
et d’éviter les surchauffes.
6.2.5 Stabilité du four
Le temps mis par le système pour atteindre l’équilibre thermique à la température d’essai doit être
déterminé pour la tempéra
...
Questions, Comments and Discussion
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