陶瓷材料抗压、抗折强度测试[1]

陶瓷机械强度测定

陶瓷是一种脆性材料，在捡选、加工、搬运和使用的过程中容易破损。因此，测定陶瓷的机械强度对陶瓷材料的科学研究、生产质量控制及使用都有重要的意义。测定陶瓷强度的负荷形式，一般用弯曲、拉伸或压缩。

一、实验目的

(1)了解影响陶瓷材料机械强度的各种因素；

(2)掌握陶瓷强度的测试原理与测试方法。

二、实验器材

1、电子万能试验机

2、实验夹具

3、卡尺

4、磨片机

三、陶瓷强度的测定

（一）陶瓷抗压强度的测定

1、实验原理

陶瓷抗压强度的测定一般采用轴心受压的形式。陶瓷材料的破裂往往从表面开始，因此试样大小和形状对测量结果有较大的影响。试样的尺寸增大，存在缺陷的概率也增大，测得的抗压强度值偏低。因此，试样的尺寸应当小一点。以降低缺陷的概率，减少“环箍效应”对测试结果的影响。 试验证明，圆柱体试样的抗压强度略高于立方体的试样的抗压强度。这是因为，在制取试样时，圆柱体试样的一致性优于立方体。圆柱体的内部应力较立方体均匀。在对试样施加压力时，圆柱体受压方向确定，而立方体受压方向难于统一确定，不同方向的抗压强度有差异。

此外，试样的高度与抗压强度有关，抗压强度随试样高度的降低而增高。因此，采用径高比为1：1的圆柱体试样比较合适。

2、试样制备

(1)按生产工艺条件烧制直径(D)为(20土2)mm ，高度(H)为(20土2)mm 的规整样10件。试样上下两面在磨片机上用100号金刚砂磨料磨平整，试样上下两面的不平行度小于0.010mm ／cm ，试样中心线与底面的垂直度不小于0.0220mm ／cm 。

(2)将试样清洗干净，剔除有可见缺陷的试样，干后待用。

3、实验步骤

（1）测量试样受压面的尺寸，计算出面积。每组试样不少于5个。

（2）将试样放置在试验机压板的中心部位，以2×102N/s 的速度施加负荷，直至试样破坏，读

出试样破坏时的最大负荷。高气孔率试样没有明显破坏现象时，试样以高度变化10%作为试样破坏点。

（3）将测试结果代入下式计算压缩强度：

S

P R C 式中：C R ——压缩强度，MPa ；

P ——破坏负荷，N ；

S ——试样受力面积。

（二）抗折强度的测定

抗折强度极限是试样受到弯曲力作用到破坏时的最大应力。它是用试样破坏时所受弯曲力矩M 与被折断处的断面模数z 之比来表示。陶瓷制品的抗折强度还取决于坯料组成、生产方法、制造工艺的符点(坯料制备、成形、干燥、焙烧条件等)。同一种配方的制品，随着颗粒组成和生产工艺不同，其抗折强度有时相差很大。同配方不同工艺制备的试样(如研制成形的圆柱体试样和压制成形的长方形试样)，其抗折强度是不同的，所以测定时一定要各种条件相同，这样才能进行比较。

本测定方法适应范围为日用陶瓷、瓷器常温前弯曲负荷作用下一次折断时抗折强度极限测定；陶瓷材料干燥抗折强度测定；石膏、匣钵等辅助材料常温抗折强度测定。

1．实验目的

(1)了解测定陶瓷材料抗折强度的实际意义。

(2)弄懂影响陶瓷材料抗折强度的各种因素。

(3)掌握陶瓷材料抗折强度的测定原理及测定方法。

2．实验原理

材料的抗折强度一般采用简支梁法进行测定，原理如图

所示。对于均质弹性体，将其试样放在两支点上，然后在两支

点间的试样上施加集中载荷时，试样将变形或断裂。由材料力

学简支梁的受力分析可得抗折强度的计算公式：

223bh

PL R t 式中： t R ——试样的弯曲强度，MPa ；

P ——试样破坏负荷，N ；

L ——支点跨距，㎜；

b ——试样宽度，㎜；

h ——试样厚度，㎜。

陶瓷材料试样尺寸影响抗折强度的大小，对同一制品分别采用宽厚比为1：1、l ，1．5、l ：2三种不同规格的试样进行试验时，宽厚比为1：l 的试样强度最大、分散性较小。因此宽厚比定为1：1为宜。用与制品生产相同的工艺制作试样时，规定厚度为10±1mm ，宽度为10±1mm ，长度视跨距而定。一股跨距有50mm 和100mm 两种，试样长为70mm 和120mm 两种。测定陶瓷材料和辅助材料干燥强度时由于强度较低，为了便于操作，试样尺寸选择较大些(厚25土1mm ，宽25土1mm ，长120mm)。如从制品上切取试条时，则以制品厚度为基准，横截面宽厚比为1：l 。

3实验步骤

(1) 试样制备：从三件陶瓷制品的平整部位切取宽厚比为1：1，长约120mm(或70mm)试样5~10

根。对于直接切取试样有困难的试验制品，可以用与制品生产相同的工艺制作试样。试样尺寸(10土1)×(10土1)×120mm 。试样必须研磨平整，不允许存在制样造成的明显缺边或裂纹，试验前必须将试样表面的杂质清除干净。

(2) 将合格样品编号并测量试样跨距中心附近三个截面的宽度和厚度，取算术平均值。

(3) 调节支座之间跨距为100mm(或50mm),把试样放在支座上，以2±0.5N/s 的速度施加负荷直

至试样破坏，读出破坏时的负荷值。

(4) 将实验结果代入上式中求出抗折强度。

思考题

1．测定抗折强度有何实际意义?

2．影响抗压强度测定的因素是什么?

3．从陶瓷抗压强度极限的测定中，我们得到什么启示?