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A simple way to make tough diamond/metal laminates

Xuan, Yang ; Fromm, Timo ; Bruns, Sebastian ; Borchardt, Rudolf ; Durst, Karsten ; Rosiwal, Stefan M. (2024)
A simple way to make tough diamond/metal laminates.
In: Journal of the European Ceramic Society, 2021, 41 (10)
doi: 10.26083/tuprints-00026604
Artikel, Zweitveröffentlichung, Verlagsversion

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Kurzbeschreibung (Abstract)

Diamond foils are exceptionally strong yet brittle. One approach to make ceramic foils less susceptible to brittle fracture is to introduce interfaces into the material that provide pathways for crack deflection. In this study, we were able to produce strong yet tough diamond/metal laminates (DMLs) from freestanding diamond foils using a brazing process. The mechanical behavior was characterized via three-point bending (3PB) where the laminates exhibit step-like fracture. Crack deflection at interfaces induces toughening within the laminates. At approx. 3.0 MJ/m3 diamond/metal laminates exhibit more than twice the fracture energy of monolithic diamond foils while maintaining 90 % stiffness and about 70 % nominal strength. Classical laminate theory (CLT) supports the assessment of the deformation behavior and step-like fracture of diamond/metal laminates. We find that the diamond-to-metal interface plays a critical role: it must be strong enough to enable the transfer of shear stress, while being weak enough to deflect a crack.

Typ des Eintrags: Artikel
Erschienen: 2024
Autor(en): Xuan, Yang ; Fromm, Timo ; Bruns, Sebastian ; Borchardt, Rudolf ; Durst, Karsten ; Rosiwal, Stefan M.
Art des Eintrags: Zweitveröffentlichung
Titel: A simple way to make tough diamond/metal laminates
Sprache: Englisch
Publikationsjahr: 10 September 2024
Ort: Darmstadt
Publikationsdatum der Erstveröffentlichung: 2021
Ort der Erstveröffentlichung: Amsterdam [u.a.]
Verlag: Elsevier
Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: Journal of the European Ceramic Society
Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: 41
(Heft-)Nummer: 10
Kollation: 9 Seiten
DOI: 10.26083/tuprints-00026604
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26604
Zugehörige Links:
Herkunft: Zweitveröffentlichungsservice
Kurzbeschreibung (Abstract):

Diamond foils are exceptionally strong yet brittle. One approach to make ceramic foils less susceptible to brittle fracture is to introduce interfaces into the material that provide pathways for crack deflection. In this study, we were able to produce strong yet tough diamond/metal laminates (DMLs) from freestanding diamond foils using a brazing process. The mechanical behavior was characterized via three-point bending (3PB) where the laminates exhibit step-like fracture. Crack deflection at interfaces induces toughening within the laminates. At approx. 3.0 MJ/m3 diamond/metal laminates exhibit more than twice the fracture energy of monolithic diamond foils while maintaining 90 % stiffness and about 70 % nominal strength. Classical laminate theory (CLT) supports the assessment of the deformation behavior and step-like fracture of diamond/metal laminates. We find that the diamond-to-metal interface plays a critical role: it must be strong enough to enable the transfer of shear stress, while being weak enough to deflect a crack.

Freie Schlagworte: Diamond foil, Ceramic laminate, Chemical vapor deposition (CVD), Mechanical behavior, Analytical modeling
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-266043
Zusätzliche Informationen:

This work was supported by the German Research Foundation (DFG) [grant number 386182271].

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 660 Technische Chemie
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft
11 Fachbereich Material- und Geowissenschaften > Materialwissenschaft > Fachgebiet Physikalische Metallkunde
Hinterlegungsdatum: 10 Sep 2024 07:52
Letzte Änderung: 11 Sep 2024 08:32
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