陶瓷材料断裂韧性的测定(优选材料)
陶瓷材料动态断裂韧性测试
陶瓷材料动态断裂韧性测试宋顺成;陈小安;王庭辉;王明超;孙志杰;张佐光【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2011(019)001【摘要】为了测试陶瓷材料动态断裂韧性,利用Hopkinson压杆实验原理和改装的Hopkinson压杆装置,并将试件加工成单边切口梁进行了三点弯曲动态试验.利用改装的Hopkinson压杆装置可直接测得透射应力波,从而直接得到试件变形过程中作用在试件上的支反力.本文定义了无量纲挠度和挠度变化率,给出了几种陶瓷材料在不同挠度变化率下的时间一动态应力强度因子曲线,并分别给出其动态断裂韧性.测试结果表明,陶瓷材料的动态断裂韧性具有挠度变化率效应.【总页数】4页(P32-35)【作者】宋顺成;陈小安;王庭辉;王明超;孙志杰;张佐光【作者单位】西南交通大学力学与工程学院,成都610031;中国兵器工业第五二研究所冲击环境材料技术国家级重点实验室,烟台264003;西南交通大学力学与工程学院,成都610031;西南交通大学力学与工程学院,成都610031;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083;北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】O346.5【相关文献】1.层板复合材料动态断裂韧性测试的SHPB技术研究 [J], 曹茂盛;张铁夫;刘瑞堂;朱静2.冲击载荷下岩石材料动态断裂韧性测试研究进展 [J], 岳中文;陈彪;杨仁树3.对金属材料动态断裂韧性加载技术及测试装置的探讨 [J], 蔡树军;张观涛4.45#钢动态断裂韧性测试的试验研究 [J], 宫能平;李贤5.岩石动态断裂韧性测试的失稳判据研究 [J], 满轲因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
结构陶瓷断裂韧性测试方法的研究
结构陶瓷断裂韧性测试方法的研究结构陶瓷是一种新型的复合材料，它具有许多优点，如耐热性，耐腐蚀性，耐冲击性等。
因此，结构陶瓷作为重要的工程材料被广泛应用到工业和军事领域。
然而，结构陶瓷的断裂韧性应该加以关注。
要准确地定量评价结构陶瓷断裂韧性，需要辨识合理的研究方法，以满足多种工程需求。
由于断裂韧性是结构陶瓷材料断裂行为和加载性能的关键指标，因此结构陶瓷的断裂韧性测试是评价结构陶瓷性能的重要手段之一。
现已有多种断裂韧性测试方法，如飞溅射线断裂韧性测试，磨粒压痕断裂韧性测试，空腔断裂韧性测试，激光断裂韧性测试等。
这些方法都具有其特有的优缺点，却无法充分满足结构陶瓷工程应用的要求。
在结构陶瓷断裂韧性测试方法的研究过程中，应该研究对结构陶瓷材料的应力和温度参数的影响，以确定最佳的断裂韧性测试参数。
在测试实验中，应尽量减少材料的热应力，以降低干扰及改善测试精度。
同时，利用现代数据处理设备，开发出可靠、高效、仪器可操作的结构陶瓷断裂韧性测试方法。
另外，在结构陶瓷断裂韧性测试方法的研究中，还应考虑结构陶瓷材料表面处理以及接触制动器的参数效应，以便更准确地估算试样的断裂韧性。
结构陶瓷材料的表面处理条件应尽可能简单，以便提高断裂韧性的测试效率。
此外，接触制动器的结构应设计简单，方便快速安装，以保证测试结果的准确性。
总之，结构陶瓷断裂韧性测试方法的研究和开发是保证结构陶瓷性能试验工作高效进行的基础。
在探索结构陶瓷材料断裂韧性的同时，还应深入研究断裂韧性和应变特性的关系，这样可以更好地把握和提升结构陶瓷断裂韧性测试方法的研究水平。
经过多年的发展，结构陶瓷作为一种重要的工程材料，得到了广泛的应用。
结构陶瓷断裂韧性测试方法的研究是评价结构陶瓷材料性能、预测断裂行为的重要手段，也是结构陶瓷安全使用的重要保障。
本文概括了结构陶瓷断裂韧性测试方法的研究内容，指出了结构陶瓷断裂韧性测试方法的优缺点和发展方向，旨在为结构陶瓷材料的性能试验提供参考。
检测员材料考试试题
检测员材料考试试题一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪项不是材料检测的基本要求？A. 准确性B. 及时性C. 经济性D. 可追溯性2. 材料检测中，对于硬度的测定通常采用哪种方法？A. 拉伸试验B. 压缩试验C. 硬度计测试D. 冲击试验3. 在进行金属材料的化学成分分析时，以下哪种设备不是必须的？A. 光谱仪B. 高温炉C. 电子天平D. 万能试验机4. 非破坏性检测技术（NDT）通常不包括以下哪项？A. 超声波检测B. 射线检测C. 磁粉检测D. 拉伸试验5. 对于高分子材料，以下哪种性能不是其常规检测项目？A. 耐热性B. 耐化学性C. 耐光性D. 耐压性6. 陶瓷材料的断裂韧性通常通过哪种方法测定？A. 单边缺口弯曲试验B. 压缩试验C. 硬度计测试D. 拉伸试验7. 在材料的力学性能测试中，弹性模量是指材料在什么状态下的物理量？A. 弹性阶段B. 塑性变形阶段C. 断裂阶段D. 蠕变阶段8. 金属材料的屈服强度是指在拉伸试验中材料发生哪种现象时的应力？A. 断裂B. 永久变形C. 弹性变形D. 塑性变形9. 在进行材料的热处理检测时，以下哪种热处理方式不会导致材料硬度增加？A. 正火B. 退火C. 淬火D. 回火10. 对于复合材料，以下哪项不是其常见的检测项目？A. 层间剪切强度B. 界面结合强度C. 热膨胀系数D. 电阻率二、判断题（每题1分，共10分）11. 所有材料的检测都必须在实验室条件下进行。
（）12. 材料的疲劳寿命测试是一种破坏性测试。
（）13. 材料的微观结构分析只能通过光学显微镜进行。
（）14. 材料的密度检测可以通过水置换法或砂置换法进行。
（）15. 金属材料的耐腐蚀性能只能通过实际应用来评估。
（）16. 硬度计测试是一种非破坏性检测方法。
（）17. 材料的热处理状态对其力学性能有显著影响。
（）18. 所有高分子材料都具有良好的耐热性。
（）19. 陶瓷材料的断裂韧性与其硬度成正比。
单边切口梁法测量建筑陶瓷砖的断裂韧性
有助于评估材料服役性能及可靠性能。对于结构陶瓷
面、台面、柜 面 等
。 陶 瓷 岩 板 作 为 一 种 板 材,在 实
[
2~3]
际应用中往往需要 经 过 切 割、钻 孔、倒 角、开 槽 等 后 续
机械加工
。只有具有较高韧性的陶瓷岩板才能满足
[
4]
这些后加工的要求,而 目 前 缺 少 对 陶 瓷 岩 板 的 断 裂 韧
增大。这种情况在前人对精细陶瓷的研究报道中屡见
不鲜 [13~15]。SENB 法用直通切口 模 拟 自 然 裂 纹,根 据
断 裂 力 学 理 论 ,裂 纹 越 尖 锐 ,所 测 得 的 KIC就 越 接 近
表 2 1# 样品不同方式加工的切口和断裂韧性比较
切口加工方式
直通口宽度(mm)
直通口底部
等效圆半径(mm)
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近几年建筑陶瓷 砖 中 出 现 了 新 品 类—陶 瓷 岩 板,由 于
陶瓷材料断裂韧性的测定(优选材料)
实验陶瓷材料断裂韧性的测定一、前言脆性材料的破坏往往是破坏性的，即材料中裂纹一旦扩展到一定程度，就会立即达到失稳态，之后裂纹迅速扩展。
材料的断裂韧性可以用来衡量它抵抗裂纹扩展的能力，亦即抵抗脆性破坏的能力。
它是材料塑性优劣的一种体现，是材料的固有属性。
裂纹扩展有三种形式：掰开型(I型)、错开型(II型)、撕开型(III型)，其中掰开型是最为苛刻的一种形式，所以通常采用这种方式来测量材料的断裂韧性，此时的测量值称作K IC。
在平面应变状态下材料K IC 值不受裂纹和几何形状的影响。
因此，K IC值对了解陶瓷这一多裂纹材料的本质属性，具有非常重要的意义。
目前，断裂韧性的测试方法多种多样，如：单边切口梁法(SENB)、双扭法（DT)、山形切口劈裂法、压痕法、压痕断裂法等。
其中，有些方法技术难度较高，不太容易实现大规模实用化；有些方法会出现较大测量误差，应用起来存在一定困难。
相对而言，比较普遍采用的SENB法，该方法试样加工较简单，裂纹的引入也较容易。
本实验采用SENB法进行。
但是，这种方法存在裂纹尖端钝化、预制裂纹宽度不易做得很窄等缺陷；另外，它适用于粗晶陶瓷材料，对细晶陶瓷其所测的K IC值偏大。
二、仪器测试断裂韧性所需仪器如下：1.材料实验机对测试材料施加载荷，应保证一定的位移加载速度，国标规定断裂韧性测试加载速度为0.05mm/min。
2.内圆切割机用于试样预制裂纹，金刚石锯片厚度不应超过0.20mm。
3.载荷输出记录仪输出并记录材料破坏时的最大载荷，负荷示值相对误差不大于1。
本实验在材料实验机上配置了量程为980N的称重传感器输出载荷，采用电子记录仪记录断裂载荷。
4.夹具保证在规定的几何位置上对试样施加载荷，试样支座和压头在测试过程中不发生塑性变形，材料的弹性模量不低于200GPa。
支座和压头应有与试样尺寸相配合的曲率半径，长度应大于试样的宽度，与试样接触部分的表面粗糙度R a（根据规定不大于1.6μm）。
陶瓷材料断裂韧性的测量标准刍议
断裂韧性是衡量陶瓷材料抵抗裂纹扩展能力大小的基本力学参数，是材料发生断裂前应力场强度临界值[1]。
对于Ⅰ型断裂该临界值即为KⅠC。
断裂韧性是材料的本征属性，可以衡量材料对裂纹扩展的抵抗能力大小[2]，反映外部载荷和裂纹尺寸对材料断裂失效的影响。
陶瓷材料断裂韧性的准确测量有助于评估材料服役性能及可靠性能。
目前，用于结构陶瓷材料断裂韧性的测试方法有很多，根据裂纹制备的类型可以分为两大类：宏观开口槽法和微观缺陷法。
宏观开口槽法主要包括：单边预裂纹梁法（Single Edge Precrack Beam，SEPB）[3]、单边切口梁法（Single Edge Notched Beam，SENB）[4]、单边V型切口梁法（Single Edge V-Notched Beam，SVENB）[5]等。
制备微观缺陷测试结构陶瓷材料断裂韧性的方法主要有：压痕法（Indentation Method，IM）[6]和表面裂纹弯曲法（SurfaceCrack in Flexure，SCF）[7]。
在实际应用中，目前最为常用的结构陶瓷材料断裂韧性的测试方法为：单边预裂纹梁法（SEPB）[8,9]和单边V型切口梁法（SEVNB）[10-13]。
这两种方法有较为详细的标准可以作为参考，获得的测定结果较为准确。
目前陶瓷材料现行的主要测试标准有：国际标准化组织标准ISO23146-2016[14]（以下简称ISO）、美国材料与试验协会标准ASTM C1421-18[15]（以下简称ASTM）和中国国家标准GB/T23806-2009[16]（以下简称GB）。
本文对比分析了以上三种现行标准中SEPB和SEVNB两种测量方法的异同点，为陶瓷断裂韧性的测量提供参考。
ASTM C1421-18（Standard Test Methods for Determi-nation of Fracture Toughness of Advanced Ceramics at Am-bient Temperature）中除了SEPB法外，还提供了其它几种断裂韧性的测试方法，本文仅限于讨论其中SEPB法部分内容。
陶瓷材料力学性能和测试方法
(4) 断裂韧性
断裂韧性是材料抵抗裂纹扩展的能力，是本征属性，与裂
纹的大小、形状以及外力大小无关。陶瓷材料对裂纹的敏感性
很强，断裂韧性是评价陶瓷材料力学性能的重要指标，常用线
弹性力学研究裂纹扩展和断裂的问题。下式用来评价材料的断
裂韧性：
KIC＝Y f a1/2
(1-7)
式中KIC为断裂韧性； f为临界应力，即材料的断裂强度；
如Al2O3的th为46 GPa，几乎无缺陷的Al2O3晶须的强度约 为14 GPa，表面精密抛光的Al2O3细棒的强度约为7 GPa，而块 状多晶Al2O3材料的强度只有0.1-1 GPa。理论计算和实际数值 之所以有如此大的差距，主要是由于实际材料内存在微小裂纹 所致。陶瓷材料的强度主要包括弯曲强度，拉伸强度、压缩强 度等。
Si3N4
CBN
AlN
1400(石墨化) 1900(分解) 3000(升华) 2450(分解)
2400
10000
1700
7000
1450
ZrC 3540 2600 MoSi2 2030 1180
HB
2F
DD D2Di2
(3) 强度
强度与弹性模量和硬度一样，是材料的本征物理参数。陶
瓷材料的化学键决定了其在室温下几乎不能产生滑移或位错运
陶瓷材料的抗拉强度通常不到抗压强度的1/10。
其弹性变形具有如下特征:
弹性模量大 这是由共价键和键合结构所决定的。共价键 具有方向性，使晶体具有较高的抗晶格畸变、阻碍位错运动的 阻力。离子键晶体结构的键方向性虽不明显，但滑移系受原子 密排面与原子密排方向的限制，还受静电作用力的限制，其实 际可动滑移系较少。此外，陶瓷材料都是多元化合物，晶体结 构较复杂，点阵常数较金属晶体大，因而陶瓷材料中位错运动 很困难。
材料结构与性能历年真题
2009年试题1.一外受张应力载荷力500MPa的无机材料薄板(长15cm，宽10cm，厚0.1mm)，其中心部位有一裂纹(C=20μm)。
该材料的弹性模量为300GPa，(1Pa=1N/m2)断裂能为15J/m2(1J=1Nm)。
a)计算该裂纹尖端应力强度因子KI(Y=)b)判断该材料是否安全？,可知，即材料的裂纹尖端应力强度应子超过了材料的临界断裂应子，则材料不安全。
2.测定陶瓷材料的断裂韧性常用的方法有几种？并说明它们的优缺点。
答：方法优点缺点单边切口梁法(SENB) 简单、快捷①测试精度受切口宽度的影响，且过分要求窄的切口；②切口容易钝化而变宽，比较适合粗晶陶瓷，而对细晶体陶瓷测试值会偏大。
Vickers压痕弯曲梁法(SEPB)测试精度高，结果较准确，即比较接近真实值预制裂纹的成功率低；控制裂纹的深度尺寸较困难。
直接压痕法(IM)①无需特别制样；②可利用很小的样品；③测定HV的同时获得KIC，简单易行。
①试样表面要求高，无划痕和缺陷；②由于压痕周围应力应变场较复杂，没有获得断裂力学的精确解；③随材料性质不同会产生较大误差；④四角裂纹长度由于压痕周围残余应力的作用会发生变化；产生压痕裂纹后若放置不同时间，裂纹长度也会发生变化，影响测试精度。
3.写出断裂强度和断裂韧性的定义，二者的区别和联系。
答：断裂强度δr断裂韧性KIC定义材料单位截面承受应力而不发生断裂的能力材料抵抗裂纹失稳扩展或断裂能力联系①都表征材料抵抗外力作用的能力；②都受到E、的影响，提高E、既可提高断裂强度，也可提高断裂韧性；③在一定的裂纹尺寸下，提高KIC也会提高δr，即增韧的同时也会增强。
区别除了与材料本身的性质有关外，还与裂纹尺寸、形状、分布及缺陷等有关是材料的固有属性，是材料的结构和显微结构的函数，与外力、裂纹尺寸等无关4.写出无机材料的增韧原理。
答：增韧原理：一是在裂纹扩展过程中使之产生有其他能量消耗机构，从而使外加负载的一部分或大部分能量消耗掉，而不致集中于裂纹扩展上；二是在陶瓷体中设置能阻碍裂纹扩展的物质场合，使裂纹不能再进一步扩展。
陶瓷材料力学性能的检测方法
陶瓷材料力学性能的检测方法为了有效而合理的利用材料，必须对材料的性能充分的了解。
材料的性能包括物理性能、化学性能、机械性能和工艺性能等方面。
物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、光学性能、磁性等。
化学性能包括耐氧化性、耐磨蚀性、化学稳定性等。
工艺性能指材料的加工性能，如成型性能、烧结性能、焊接性能、切削性能等。
机械性能亦称为力学性能，主要包括强度、弹性模量、塑性、韧性和硬度等。
而陶瓷材料通常来说在弹性变形后立即发生脆性断裂，不出现塑性变形或很难发生塑性变形，因此对陶瓷材料而言，人们对其力学性能的分析主要集中在弯曲强度、断裂韧性和硬度上，本文在此基础上对其力学性能检测方法做了简单介绍。
1.弯曲强度弯曲实验一般分三点弯曲和四点弯曲两种，如图1所示。
四点弯曲的试样中部受到的是纯弯曲，弯曲应力计算公式就是在这种条件下建立起来的，因此四点弯曲得到的结果比较精确。
而三点弯曲时梁各个部位受到的横力弯曲，所以计算的结果是近似的。
但是这种近似满足大多数工程要求，并且三点弯曲的夹具简单，测试方便，因而也得到广泛应用。
图1 三点弯曲和四点弯曲示意图由材料力学得到，在纯弯曲且弹性变形范围内，如果指定截面的弯矩为M，该截面对中性轴的惯性矩为I，那么距中性轴距离为y点的应力大小为：zzI My=σ 在图1-1的四点弯曲中，最大应力出现在两加载点之间的截面上离中性轴最远的点，其大小为：=•⎪⎭⎫⎝⎛•=zI y a P max max 21σ⎪⎩⎪⎨⎧圆形截面 16矩形截面 332DPa bh Pa π 其中P 为载荷的大小，a 为两个加载点中的任何一个距支点的距离，b 和h 分别为矩形截面试样的宽度和高度，而D 为圆形截面试样的直径。
因此当材料断裂时所施加载荷所对应的应力就材料的抗弯强度。
而对于三点弯曲，最大应力出现在梁的中间，也就是与加载点重合的截面上离中性轴最远的点，其大小为：=•⎪⎭⎫⎝⎛•=zI y a P l max max 4σ⎪⎩⎪⎨⎧圆形截面 8矩形截面 2332DPl bh Pl π 式中l 为两个支点之间的距离（也称为试样的跨度）。
结构陶瓷断裂韧性测试方法的研究
结构陶瓷断裂韧性测试方法的研究陶瓷是一种特殊材料，它具有良好的力学性能，耐高温、耐磨损、耐腐蚀、耐电性等优势。
因此，它在航空航天、船舶制造、电子元器件、医疗器械等行业得到了广泛应用。
它的断裂韧性是陶瓷工程中一个重要的特性，也是判断陶瓷应用性能的关键指标。
因此，研究和改进陶瓷断裂韧性测试方法，以提高可靠性和经济性是现代陶瓷工程技术面临的重要问题。
结构陶瓷断裂韧性是指陶瓷在特定的外力作用下断裂的能力，研究陶瓷的断裂韧性，通常使用三轴拉伸机来测试陶瓷的断裂韧性，这种方法可以获得陶瓷的断裂韧性参数和断裂形状的视觉表现。
在实际的陶瓷工程应用中，陶瓷的断裂韧性参数是由结构参数(如材料的组成、烧结温度、烧结时间、抗拉强度等)以及测试参数(如三轴拉伸速度、温度、湿度等)共同决定的。
基于以上研究，可以结合实际应用，针对某种特定的陶瓷材料，探究断裂韧性测试方法技术创新探索，提高断裂韧性测试方法的可靠性和经济性。
首先，在实验室内应进行多种断裂韧性测试方法的实验，通过实验测试来评估某种陶瓷材料的断裂韧性指标，并得出满足实际应用的测试参数。
其次，进行一系列模拟实验，找出断裂韧性的特性和变化规律，完善和改进断裂韧性测试方法。
此外，还可以通过检测来探究陶瓷断裂韧性影响因素，提高断裂韧性理论研究的可靠性。
基于结构陶瓷断裂韧性测试方法的研究，需要解决几个关键技术问题。
首先，如何更有效地评估陶瓷断裂韧性的参数，即在实验室内如何设计更合理的实验参数，以快速准确地测量出陶瓷断裂韧性指标;其次，如何改进断裂韧性测试方法，以提高测试可靠性、精度和经济性，例如利用智能传感技术自动采集陶瓷断裂韧性测试数据;最后，如何更准确地预测陶瓷断裂韧性，以改善陶瓷应用性能。
通过以上研究，可以更好地掌握陶瓷断裂韧性测试方法，有效地改进陶瓷断裂韧性测试的可靠性、精度和经济性，更好地研究和应用结构陶瓷，为现代陶瓷工程技术提供有力的技术支持。
综上所述，研究结构陶瓷断裂韧性测试方法，对于提高陶瓷断裂韧性测试可靠性和经济性、改善陶瓷应用性能具有重要意义。
陶瓷材料断裂韧性的Vickers压入测试方法综述
陶瓷材料断裂韧性的Vickers压入测试方法综述作者：王立志来源：《山东工业技术》2017年第21期摘要：陶瓷材料具有高硬度、耐磨性好等诸多优点，因此其被广泛应用于各个领域中。
但其本身有一个致命的缺点即脆性，其脆性影响机械加工效率与质量，同时还会制约工作时的可靠性。
断裂韧性可以表征陶瓷材料的脆性，因此国内外学者对陶瓷材料的断裂韧性压入测试方法进行了深入细致的研究。
关键词：陶瓷材料；断裂韧性；Vickers压头DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.21.0200 引言陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、摩擦系数低、热膨胀系数小等优点，其被广泛应用于机械制造、航空航天、汽车工业等领域，但其脆性影响陶瓷零件的机械加工效率与质量及工作可靠性，而断裂韧性可以表征陶瓷材料的脆性，因此国内外学者对陶瓷材料的断裂韧性进行了大量研究工作。
陶瓷材料的断裂韧性有许多测试方法，其中方法简便并且容易操作的测试方法是仪器化压入测试方法。
1 Vickers压入测试方法国外研究现状Lawn等[1]将陶瓷材料压痕下方存在的弹塑性应力场分为不可变形的残余应力场和可变形的弹性应力场，认为残余应力是导致裂纹开裂以及扩展的驱动力，于是将该驱动力进一步假设为点力模型，同时根据Hill的膨胀穴理论建立了著名的L-E-M数学计算模型。
Anstis等[2]通过对一系列陶瓷材料进行双悬臂梁法实验，通过将其断裂韧性测试结果带入L-E-M公式进行分析，最终得到了著名的Anstis公式。
Laugier[3]认为Hill膨胀穴理论中提到的（E/H）m指数应该为2/3，根据以上假设并利用Anstis等的压入试验数据，建立了断裂韧性计算公式。
Amador等[4]利用压痕法对陶瓷材料断裂韧性的三维有限元模型进行仿真计算，并采用叠加原理与量纲分析对仿真数据回归分析，建立了针对RC裂纹的断裂韧性计算公式，该方法只针对RC裂纹开裂的陶瓷材料断裂韧性，没有充分考虑到HPC裂纹以及过渡裂纹的断裂韧性。
陶瓷材料力学性能及测试方法
熔点 与金属材料相比，耐高温是陶瓷材料优异的特性之一 。材料的耐热性一般用高温强度、抗氧化性以及耐烧蚀性等因 子来判断，但要成为耐热材料，首先熔点必须高。熔点是维持 晶体结构的原子间结合力强弱的参数，结合力越强，原子的热 震动越稳定，越能将晶体结构维持到更高温度，熔点就越高。
3
陶瓷材料的弹性变形服从虎克定律：
＝ E
（1-1）
E为弹性模量，是材料原子间结合力的反映。由上可知，陶
瓷材料的弹性模量比金属的大很多。
陶瓷材料形变的另一特点是：压缩时的弹性模量大大高于拉
伸时的弹性模量，即E压>>E拉。 陶瓷材料压缩时还可以产生少量的压缩塑性变形。金属材料
，即使是很脆的铸铁，其抗拉强度也有抗压强度的1/3～1/4。但
如堇青石（MgO·2Al2O3·5SiO2）和锂霞石（Li2O·Al2O3·2SiO2）， 由于晶体中原子堆积较松，其热膨胀系数较低，抗热震性较好。
共价键晶体，如SiC等，虽然其晶体中原子紧密堆积，但
由于具有高的价键方向性和较大的键强度，晶格振动需要更大
的能量，因而其热膨胀系数较小。即共价晶体热膨胀系数比离
裂韧性：
KIC＝Y f a1/2
(1-7)
式中KIC为断裂韧性； f为临界应力，即材料的断裂强度；
Y为裂纹的几何形状因子；a为1/2裂纹长度。陶瓷和金属材料的
拉伸和弯曲强度并不存在很大差异，但是反映材料裂纹扩展抗
力的20断20/1裂1/1韧4 性值却有很大差异，一般低1~2个数量级。
21
陶瓷材料断裂韧性的测试方法主要有单边开口梁法和压痕 法，具体操作可以参考相关测试技术。
2020/11/14
氧化铝基陶瓷材料断裂韧性的测量与评价
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从表 - 可以看出 )
第!期
李大梅等 ! 氧化铝基陶瓷材料断裂韧性的测量与评价
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压痕法 ’’H 法 # 是在 I*JKLMN 硬度测 定 的 同 时 " 由压痕及其四角产生的裂纹长度 ,6 及维氏硬度 O 值求得 &’( 的方法 1"2- 目前 " 压痕断裂已经被确立为 决定陶瓷断裂韧性的一种简单且重要的技术1G2$ 压痕 断裂机理的出现给分析陶瓷对受约束的尖锐接触点 的明显复杂的形变 : 断裂反应提供了一个基础 1/2$ 在 固体中 " 由 I*KLMN 压头引起的裂纹模式可以分为两 种截然不同的裂纹系统 $ 一种是中位裂纹系统 " 由两 个半月形裂纹组成 % 另一种是 =@-PQR*NS 裂纹系统 " 由四个半椭圆形裂纹组成 $ 对大多数有低的断裂韧 性值的陶瓷而言 " 通过 I*JKLMN 压痕法只有中位裂纹 系统可以得到明显的发展1%2$ 对于不同形式的裂纹 " 计算 &’( 的公式不同 " 即使对于同种类型的裂纹 " 也 有数种不同的计算方程提案 $ 这种方法的最大优点 是用小试样即可测试 "即在测 I*JKLMN 硬度的同时获
陶瓷材料的机械性能测试方法
陶瓷材料的机械性能测试方法陶瓷材料作为一种重要的工程材料，在各个领域得到广泛应用。
为了了解和评估陶瓷材料的性能，机械性能测试是必不可少的手段之一。
本文将介绍几种常用的陶瓷材料的机械性能测试方法。
I. 强度测试陶瓷材料的强度是衡量其抗力的重要指标。
常用的强度测试方法包括抗压强度测试、抗弯强度测试和抗剪强度测试。
1. 抗压强度测试抗压强度测试是评估陶瓷材料压缩性能的常用方法。
在测试中，将样品放置在试验机上，然后施加垂直于样品表面的压力进行加载，直到样品发生破坏。
通过记录加载过程中的荷载和位移数据，可以计算出样品的抗压强度。
2. 抗弯强度测试抗弯强度测试是评估陶瓷材料承受弯曲应力的方法。
通过将样品放置在支撑点上，然后在样品上施加力矩，使其发生弯曲。
通过记录加载过程中的荷载和位移数据，可以计算出样品的抗弯强度。
3. 抗剪强度测试抗剪强度测试用于评估陶瓷材料在剪切应力下的耐力。
在测试中，将两个相邻的样品表面接合在一起，在试验机上施加水平剪切力。
通过记录加载过程中的荷载和位移数据，可以计算出样品的抗剪强度。
II. 硬度测试硬度是衡量材料抵抗划痕或变形能力的指标。
对于陶瓷材料的硬度测试，常用的方法包括巴氏硬度测试和维氏硬度测试。
1. 巴氏硬度测试巴氏硬度测试是一种间接评估材料硬度的方法。
在测试中，使用一个钢珠或钢棒以一定的压力滚动在样品表面，通过测量滚动痕迹的直径，可以计算出样品的硬度。
巴氏硬度测试适用于较硬的陶瓷材料。
2. 维氏硬度测试维氏硬度测试是一种直接评估材料硬度的方法。
在测试中，使用一根金刚石或硬质合金的金字塔形针尖，将其压入样品表面，通过测量压入深度，可以计算出样品的硬度。
维氏硬度测试适用于较脆的陶瓷材料。
III. 断裂韧性测试陶瓷材料的断裂韧性是衡量其能抵抗断裂的能力的指标。
常用的断裂韧性测试方法包括缺口冲击试验和拉伸弯曲试验。
1. 缺口冲击试验缺口冲击试验用于评估陶瓷材料在受到缺口等缺陷影响时的抗冲击能力。
陶瓷材料的断裂韧性测试方法
陶瓷材料的断裂韧性测试方法陶瓷材料的断裂韧性是指其在受力作用下能够抵抗破裂的能力，它是评价材料强度和耐久性的重要指标之一。
因此，了解并准确测量陶瓷材料的断裂韧性对于材料的设计和应用具有重要意义。
本文将介绍一种常用的陶瓷材料断裂韧性测试方法。
一、单颗粒破裂试验法单颗粒破裂试验法是一种简单而有效的测试方法，它主要适用于颗粒状陶瓷材料的断裂韧性测量。
具体步骤如下：1. 样品制备：将陶瓷材料研磨成粉末，并筛选出合适的颗粒大小作为试样。
2. 实验装置：将试样放置在试验装置中，通常为一个夹持装置，可以固定住试样并施加负载。
3. 施加负载：在试样上施加逐渐增加的负载，直至试样破裂。
负载的增加可以通过设计一个逐步增大的加载系统来实现。
4. 记录数据：监测加载过程中的载荷值和位移变化。
一旦试样破裂，记录下负载值，并计算出材料的断裂韧性。
单颗粒破裂试验法的优点在于简单易行，并且可以得到较为准确的断裂韧性数值。
然而，该方法只适用于颗粒状陶瓷材料，对于其他形态的材料可能不适用。
二、缺口悬臂梁试验法缺口悬臂梁试验法是一种广泛应用于评价陶瓷材料断裂韧性的方法，它可以适用于不同形态的陶瓷材料。
以下是该方法的具体步骤：1. 制备悬臂梁样品：根据需要，选取陶瓷材料，加工成悬臂梁样品，通常采用切割或加工的方式获得所需形状和尺寸。
在悬臂梁的一侧切割出一个缺口，用于产生应力集中。
2. 安装样品：将制备好的悬臂梁样品固定在试验机上，并调整合适的测试条件，例如加载速率等。
3. 施加负载：通过试验机施加逐渐增大的力加载在悬臂梁的自由端，直至样品发生断裂。
负载的增加可以通过试验机的控制系统进行自动或手动实现。
4. 记录数据：在加载过程中，记录下载荷值和悬臂梁的挠度数据。
当样品断裂后，通过计算和分析这些数据，可以得到陶瓷材料的断裂韧性参数。
缺口悬臂梁试验法的优点在于适用性广泛、可靠性高，并且能够测量多种形态的陶瓷材料的断裂韧性。
然而，该方法在试验过程中需要确保样品的制备和安装准确无误，以避免试验结果的误差。
精细陶瓷 断裂阻力试验方法 压痕(IF)法-最新国标
精细陶瓷断裂阻力试验方法压痕（IF）法1范围本文件规定了压痕法测定块体陶瓷断裂阻力的试验方法。
该方法适用于宏观上均匀的块体陶瓷和晶须或颗粒增强的陶瓷材料，不适用于轴承球用块体氮化硅陶瓷和连续纤维增强的陶瓷基复合材料。
本文件可用于材料的开发、比对、质量评估、表征，并获得其可靠性数据。
本文件定义的压痕断裂阻力K I,IFR，不等同于其他试验方法测定的断裂韧性，如K ISC和K IPB。
注：K I,IFR是材料抵抗压痕裂纹扩展的阻力，和耐磨性、滚动接触疲劳及加工过程相关，因为这些性能受局部损伤区域抗裂纹扩展能力的控制[1-3]。
相比之下，断裂韧性K ISC和K IPB是材料的固有特性，与宏观和灾难性断裂并伴随产生的长裂纹相关，而与微观和连续损伤累积引起的短裂纹不相关。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T3505产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数（GB/T 3505—2009，ISO4287:1997，IDT）GB/T4340.2金属材料维氏硬度试验第2部分：硬度计的检验与校准（GB/T4340.2—2012，ISO 6507-2:2005，MOD）GB/T4340.3金属材料维氏硬度试验第3部分：标准硬度块的标定（GB/T4340.3—2012，ISO 6507-3:2005，MOD）GB/T16534精细陶瓷室温硬度试验方法（GB/T16534—22009，ISO14705:2008，MOD）JC/T2172精细陶瓷弹性模量、剪切模量和泊松比试验方法脉冲激励法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1断裂阻力fracture resistance压痕裂纹扩展阻力程度的度量。
3.2断裂阻力值fracture resistance valueK I,IFR压痕法测得的裂纹扩展阻力值。
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实验陶瓷材料断裂韧性的测定
一、前言
脆性材料的破坏往往是破坏性的，即材料中裂纹一旦扩展到一定程度，就会立即达到失稳态，之后裂纹迅速扩展。
材料的断裂韧性可以用来衡量它抵抗裂纹扩展的能力，亦即抵抗脆性破坏的能力。
它是材料塑性优劣的一种体现，是材料的固有属性。
裂纹扩展有三种形式：掰开型(I型)、错开型(II型)、撕开型(III型)，其中掰开型是最为苛刻的一种形式，所以通常采用这种方式来测量材料的断裂韧性，此时的测量值称作K IC。
在平面应变状态下材料K IC 值不受裂纹和几何形状的影响。
因此，K IC值对了解陶瓷这一多裂纹材料的本质属性，具有非常重要的意义。
目前，断裂韧性的测试方法多种多样，如：单边切口梁法(SENB)、双扭法（DT)、山形切口劈裂法、压痕法、压痕断裂法等。
其中，有些方法技术难度较高，不太容易实现大规模实用化；有些方法会出现较大测量误差，应用起来存在一定困难。
相对而言，比较普遍采用的SENB法，该方法试样加工较简单，裂纹的引入也较容易。
本实验采用SENB法进行。
但是，这种方法存在裂纹尖端钝化、预制裂纹宽度不易做得很窄等缺陷；另外，它适用于粗晶陶瓷材料，对细晶陶瓷其所测的K IC值偏大。
二、仪器
测试断裂韧性所需仪器如下：
1.材料实验机
对测试材料施加载荷，应保证一定的位移加载速度，国标规定断裂韧性测试加载速度为0.05mm/min。
2.内圆切割机
用于试样预制裂纹，金刚石锯片厚度不应超过0.20mm。
3.载荷输出记录仪
输出并记录材料破坏时的最大载荷，负荷示值相对误差不大于1。
本实验在材料实验机上配置了量程为980N的称重传感器输出载荷，采用电子记录仪记录断裂载荷。
4.夹具
保证在规定的几何位置上对试样施加载荷，试样支座和压头在测试过程中不发生塑性变形，材料的弹性模量不低于200GPa。
支座和压头应有与试样尺寸相配合的曲率半径，长度应大于试样的宽度，与试样接触部分的表面粗糙度R a（根据规定不大于1.6μm）。
试样支座为两根二硅化钼发热体的小圆柱，置于底座两个凹槽上。
压头固定在材料实验机的横梁上。
5.量具
测量试样的几何尺寸和预制裂纹深度，精度为0.0lmm，需使用游标卡尺和读数显微镜。
三、试样的要求
试样的形状是截面为矩形的长条，试样表面要经过磨平、抛光处理，对横截面垂直度有一定的要求，边棱应作倒角。
在试样中部垂直引入裂纹，深度大约为试样高度的一半，宽度应小于0.2mm。
试样尺寸比例为：
c/W=0.4～0.6
L/W=4
B≈W/2
式中：c－裂纹深度；
W －试样高度；
L －跨距；
B －试样宽度。
试样长度应保证试样伸出两个支座之外均不少于3mm ，横截面尺寸根据有关规定应为3mmX6mm 或2.5mmX5mm 。
四、K IC 的计算公式
在三点弯曲受力下，K IC 值的计算公式由美国ASTME399－74给出为
3/2(/)IC PL K Y a f c W BW
σ== 1/2MPa m ⋅ 1/23/25/27/29/2(/) 2.9(/) 4.6(/)21.8(/)37.6(/)38.7(/)f c W c W c W c W c W c W -+-+式中：＝
五、实验步骤
1. 试样制备
按照上述对试样的要求制备试样(图2.7)。
可以单独压制烧成试条，也可以从圆片或其他形状部件上切取试条，经磨平、抛光、倒角等处理，用内圆切割机在试样中部预制裂纹。
金刚石锯片厚度不应超过0.20mm ，裂纹深度为高度一半左右。
本实验采用由实验室提供的试条进行测试，尺寸大致为25mmX2.5mmX5mm ，所以裂纹深度应为2.5mm 左右。
图2.7单边切口梁法测断裂韧性示意图
2. 试样尺寸测量
用游标卡尺在试样中部测量并记录其宽度和高度，精确至0.0lmm 。
试样压断后，在读数显微镜下量取裂纹深度。
3. 仪器调试
本实验采用SJ －lA 型三轴剪力仪进行材料断裂韧性测试，仪器采用齿轮调速。
由于仪器没有0.05mm/min 这一调速档，取最接近的0.055mm/min 这一加载速度进行测试。
变速箱齿轮换档手柄为3－I 组合。
测试前需将压头调整对中并与支座平行，将仪器上加载方式调钮置于手动。
旋转右边手动转轮使底座上升至适当高度，测量支点与负荷点之间的距离，调整材料实验机横梁的定位螺母，使压头处于支座中间位置，符合要求。
注意观察支座和压头是否平行，旋转底座使之平行。
之后稍稍降低底座高度，并合上电源开关。
4. 调整记录仪
打开记录仪电源，信号显示方式为“跟踪”，将信号调零。
然后改变信号显示方式为峰值，这样才能保留断裂载荷数值的精度。
5.安装试样
把试样放在支座上，试样摆放应使两端露出部分的长度相等，并与支座垂直，切口要置于己对中的压头正下方。
缓慢旋转手动转轮使底座上升至试样接近压头(留大约0.5mm左右空隙即可)。
6.加载
将材料实验机上加载方式调钮置于“自动”，按上升按钮，电机转动，底座按预设速度上升。
当试样碰到压头时，记录仪便开始显示当时载荷数值。
试样压断后，记录仪保持显示最大载荷，在记录表上记下该载荷。
为了加快测量速度，开始时可改变齿轮配合，使之以较快速度上升，并仔细观察记录仪，一旦加上载荷，应迅速将加载速度调回3－I组合。
7.重复测试
重新将加载方式变为手动，下降底座；然后重复步骤(5)和(6)，进行下一根试条测试。
其间应将记录仪调零，加载后千万注意信号显示方式为峰值。
由于材料的断裂韧性也存在一定分散性，为了能客观地反映材料的断裂韧性，要求测试足够多试样，这样平均值就比较接近真实值。
但从经济的角度来看，不允许测试太多试样。
一般一种材料每批最少需测3根试条。
六、数据处理
根据上面公式计算每根试样的断裂韧性值，并计算这批试样断裂韧性平均值和标准偏差。
如果标准偏差为平均值的10％以内，则这批数据有效。
如果标准偏差超过平均值的10％，则数据无效。
七、思考题
1.断裂韧性分散的原因是什么?
2.断裂韧性测试数据的有效性如何判定?
3.在实验过程中主要注意事项有哪些?
4.加载速度过低或过高对测试结果有什么影响?。