陶瓷粘接界面弯曲强度测试方法-编制说明

《精细陶瓷（高级陶瓷、高级工业陶瓷）陶瓷弯曲粘结强度试验方法》国家标准

编制说明

（征求意见稿）

2019年11月

一、任务来源

随着材料科学和机械加工技术的飞速发展，高性能陶瓷与其它固体材料的连接和粘结变得越来越重要，建立陶瓷弯曲粘结强度的测试方法具有重要意义。根据全国工业陶瓷标准化技术委员会《关于下达2018年第四批工业陶瓷领域国家标准制修订计划的通知》（工标委[2019]04号）的要求，由上海交通大学负责国家标准《陶瓷粘接界面弯曲强度测试方法》（项目计划编号：20184213-T-609）的制定工作。该标准为推荐性标准。

二、目的和意义

陶瓷的许多应用都与陶瓷金属或陶瓷陶瓷连接有关，如航天飞机的耐热层、耐磨轴承的陶瓷涂层、陶瓷与金属的高温连接等。接头的质量和可靠性直接取决于结构固体材料的本征强度和界面粘结强度。目前国际上已建立了测定陶瓷材料拉伸粘结强度和剪切粘结强度的标准，例如ISO13124和ISO17095标准。但在许多界面承受弯曲载荷的情况下，其弯曲粘结强度仍然无有效测试依据。

目前针对连接界面弯曲粘结强度的测试，面临着应力状态复杂、缺乏对应力梯度的充分考虑以及更多聚焦于长度方向的粘结而很少考虑横向粘结等问题。针对陶瓷连接界面的弯曲粘结强度问题，标准工作组制定了测定陶瓷/陶瓷、陶瓷/金属界面在室温温度下弯曲强度的四点弯曲试验方法。通过测定采用不同接缝数量或不同材料粘结的矩形或圆形梁试样界面碎裂时的峰值荷载来计算出截面弯曲粘结强度。

该标准的制定有利于推动我国无机非金属材料力学性能评价学科的发展和材料科研领域的进步，完善陶瓷接缝截面粘结强度的评价标准和体系，有助于为相关高级陶瓷、高级工业陶瓷产业的发展节省资源、提升效率。

三、国内外相关标准情况

（一）国外相关标准

国外在陶瓷接缝截面粘结强度相关标准有：

●ISO13124-2011《精细陶瓷（高级陶瓷，高级工业陶瓷）- 室温下拉

伸和剪切粘结强度》

●ISO17095-2013《精细陶瓷（高性能陶瓷，高技术陶瓷）- 陶瓷材料

高温界面粘结强度试验方法》

●ISO 14704-2016《精细陶瓷室温弯曲强度试验方法》

然而，上述方法并未针对陶瓷/陶瓷或陶瓷/金属接缝界面的弯曲粘结强度，多考虑拉伸和剪切作用。此外ISO14704则要求试样为连续均质块体材料，对评价接缝界面的粘结强度评价并不适用。国外在该领域的标准和测试技术基本空白，国际精细陶瓷标准化技术委员会ISO/TC 206为此成立了工作组，寻求适用的弯曲粘结强度测试方法。项目组针对国内外的需求，牵头了ISO 21712工作组，编制了精细陶瓷接缝界面弯曲粘结强度首个国际标准ISO 21712《精细陶瓷（高级陶瓷、高级工业陶瓷）- 陶瓷弯曲粘结强度试验方法》，2019年已定稿待正式发布。本国家标准的制定是修改采用国际标准ISO 21712。

（二）国内相关标准

国内陶瓷接缝界面强度相关的标准主要有：

●GB/T31541-2015《精细陶瓷界面拉伸和剪切粘结强度试验方法十字交

叉法》

●GBT14390-2008《精细陶瓷高温弯曲强度试验方法》

上述标准主要针对至多两种陶瓷或金属材料粘结时的粘结强度，并未考虑

例如陶瓷/金属/陶瓷多个粘结界面的情况。此外，上述标准多针对拉伸和剪切粘结强度，不考虑弯曲粘结强度，因此现有标准对多陶瓷接缝界面弯曲粘结强度

测试是不适用的。目前国内暂未制定专门针对多陶瓷/金属接缝界面弯曲粘结强

度的试验方法。

四、标准的编制过程

为完善精细陶瓷相关国家标准体系的建立，填补国内在多陶瓷/金属接缝界面弯曲粘结强度相关标准制定方面的空白，上海交通大学根据标准的技术内容和国内精细陶瓷领域行业实际情况对该标准进行制定。

（一）立项阶段

立项之前，标准起草单位对国内的大专院校、科研院所、复合材料企业等单位进行了大量调研，对标准的检测理论、方法及设备进行了广泛研究。2018年12月，国家标准委员会《国家标准化管理委员会关于下达2018年第四批推荐性国家标准计划的通知》（国标委发[2018] 83号）文下发后，针对《陶瓷粘接界面弯曲强度测试方法》（20184213-T-609）的标准制定任务，上海交通大学成立了标准起草组，确定了参编单位和人员分工，制定了标准编制计划，标准制定工作正式开始。

（二）起草阶段

2019年2月，上海交通大学编制小组完成标准草案的初步修改和完善，并且对外征集参加标准制定意向的单位。

2019年7月，上海交通大学标准起草小组讨论了标准文本内容，讨论了术语、速率等技术参数、设备描述、应用领域等问题，并做了修改。

2019年9月，经过编制小组的前期技术验证，理论推导，完善修改标准中的部分参数，积累了充分的试验数据，在上海召开了本标准的正式启动会，会议中邀请了评价领域专家、企业代表。在会上明确了各家单位的任务分工，由上海交通大学负责整个标准项目的统筹策划，标准草案撰写等，其他几家单位提供测试样品，提出修改意见，共同修改完善标准。

2019年11月，在上海交通大学木兰船建楼，由上海交通大学标准起草小组部分人员对标准进行了研讨，重点对标准名称、使用范围、定义、设备、试验步骤等部分进行了逐句修改。

2019年12月，在上海交通大学木兰船建楼，全体起草小组成员参加研讨本标准的内容，检查了计算公式、修正语句表达、修改完善图表等，最终确定标准的全部内容，形成了标准征求意见稿。

五、标准制定依据

本标准严格遵照GB/T 1.1－2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》的有关规定，修改采用国际标准ISO 21712《精细陶瓷（高级陶瓷、高

级工业陶瓷）- 陶瓷弯曲粘结强度试验方法》，同时积极采用国外先进技术指标，本着促进陶瓷行业技术进步，提高产品质量；合理利用资源，提高经济效益；满足用户要求，促进对外贸易的原则编写。

六、主要制定内容的说明

（一）关于标准规定的“范围”。结合理论推导和试验验证，经过讨论，本标准规定了在常温下采用四点弯曲法测试陶瓷与陶瓷、陶瓷与金属接缝弯曲粘结强度的术语和定义、原理、仪器设备、试样、试验步骤、结果与计算和试验报告。

（二）关于“规范性引用文件”。规范了该部分的描述。

经过讨论，修改了该部分的描述，与最新的标准制定要求一致。

（三）关于“术语和定义”。3.1、3.2、3.3、3.4分别给出了“弯曲粘结强度”、“四点弯曲”、“四点弯曲1/4 弯曲”、“四点弯曲1/3弯曲”的定义。

在3.5、3.6分别给出了“半可调夹具”、“全可调夹具”的定义。

（四）修改了图1的说明部分，以符合国内标准格式。

（五）将5.1试验机标准从ISO 7500 1更改为GB/T 16491-2008。

（六）将5.2.5千分尺标准从ISO 3611调整为GB/T 1216-2018。

（七）关于“试样”。 6.1中明确了试样类型和加工工艺的尺寸要求。6.2明确了试样制备的两种方式，包括从较大的陶瓷连接体上切割和直接进行基材粘结。

6.3和6.4中明确了试样的存放和数量。

（八）关于“试验”。7.1中明确了试样尺寸的测量，尺寸测量数据精度为0.002 mm。7.2中明确了夹具和样本定位的详细要求，特别规定了上压辊棒和试样表面接触点距离接缝应大于2 mm、上压辊棒放置前后轴线偏差应小于0.1 mm的摆放偏差要求。7.3明确了弯曲强度的测试，包括加载方式和速率要求、安全要求。

（九）关于“计算”。8.1中规定了矩形截面接缝弯曲粘结强度的计算公式以及各符号的意义。8.2给出了圆形截面接缝弯曲粘结强度的计算公式以及各符号的意义。8.3给出强度的平均值和标准差的计算公式。

（十）关于“试验报告”。9中规定了试验报告中应该明确给出的信息。调整了报告信息的编制顺序。