某型号陶瓷的高温力学性能测试
LTCC基板装配过程中的开裂失效研究
电子质量2017年第05期(总第362期)作者简介:赵海龙(1985-),男,工程师,硕士,从事电子产品质量检测与可靠性研究工作。
0引言自从20世纪90年代以来,LTCC 技术飞速发展,应用LTCC 技术制造出来的多层基板具有良好的导热性、优异的高频特性、高集成特性和高可靠性。
目前,LTCC 基板已经广泛应用于制造高密度、高可靠性电路,应用领域涉及射频和微波、移动通信、汽车电子、医疗电子及MEMS 领域等[1-2]。
LTCC 基板在使用时要与特定的硅铝盒体装配在一起,配合芯片、元器件、隔筋、外围电路和接头等组成具有一定功能的模块或组件。
其中芯片和元件采用粘接或焊接工艺安装在LTCC 基板上。
隔筋部件是一个结构外型较为复杂的结构和功能一体化构件,作为结构和功能部件既对力学性能有要求,也要求具有电磁屏蔽功能[3]。
某四通道组件装配两个某型号LTCC 陶瓷基板,基板焊接到硅铝盒体底部,基板表面用导电胶粘接两个铝合金隔筋。
基板在组件中的整体装配及隔筋形貌如图1所示。
图1组件整体装配示意图1故障现象基板焊接到盒体底部,装配好芯片和隔筋后,装配完成的136只基板中测试发现10只连通性能出现问题,其中3只基板通过键丝补救后继续使用。
随后将测试性能合格的64个组件(128只LTCC 基板)投入筛选试验,试验条件为随机振动-温度循环(-55℃~70℃,12次)-LTCC 基板装配过程中的开裂失效研究The Cracking Failure Study of LTCC Substratesin Assembly Process赵海龙,尹丽晶,彭浩,任赞(中国电子科技集团公司第十三研究所,河北石家庄050051)Zhao Hai-long,Yin Li-jing,Peng Hao,Ren Zan (The 13th Research Institute of CETC,Hebei Shijiazhuang 050051)摘要:针对LTCC 基板在装配过程中产生的开裂现象,进行了故障定位。
高温陶瓷材料的力学性能测试
高温陶瓷材料的力学性能测试随着科学技术的不断发展,高温陶瓷材料已经越来越广泛地应用于各个领域,如航空航天、能源、电子等。
然而,高温下的工作环境对这些材料的力学性能提出了极高的要求。
因此,了解和测试高温陶瓷材料的力学性能显得尤为重要。
在研究高温陶瓷材料的力学性能之前,我们首先需要了解一些相关的基础知识。
高温陶瓷材料是指在高温条件下具有良好稳定性的陶瓷材料,其耐高温性能可以达到1000℃以上。
与传统的陶瓷材料相比,高温陶瓷材料具有更优异的机械性能、耐磨性能和耐蚀性能。
这些特点使得高温陶瓷材料成为了许多高温工作环境下的首选材料。
为了测试高温陶瓷材料的力学性能,人们通常采用多种方法,其中最常见的方法之一是压缩试验。
压缩试验是一种通过施加外力使材料产生压缩变形的测试方法。
这种方法能够直接测量材料在不同温度下的压缩应力、应变以及应力-应变曲线,从而评估材料的力学性能。
另外,人们也常使用一种称为三点弯曲试验的方法来评估高温陶瓷材料的力学性能。
这种方法通过在材料的两个支点之间施加外力,使材料产生弯曲变形,从而获得材料在高温下的弯曲强度、弹性模量等性能参数。
相比于压缩试验,三点弯曲试验更适用于需要考虑材料在高温下的弯曲性能的实际工程。
除了以上两种测试方法,我们还可以通过击穿试验来测试高温陶瓷材料的力学性能。
击穿试验是将材料置于一个外部电场中,逐渐增加电场强度,直至材料发生击穿破坏的测试方法。
这种方法能够评估材料在高温下的击穿强度和击穿电场强度等相关性能。
为了更准确地测试高温陶瓷材料的力学性能,我们还需要使用一些先进的测试设备,比如高温拉伸机、高温压力机和高温硬度计。
这些设备能够保证在不同温度条件下对高温陶瓷材料进行力学性能测试的准确性和可靠性。
总而言之,高温陶瓷材料的力学性能测试对于了解和评估这类材料的性能非常重要。
通过采用压缩试验、三点弯曲试验和击穿试验等方法,以及先进的测试设备,我们可以全面了解高温陶瓷材料在高温条件下的力学行为,并为材料的应用和优化提供有力的支持。
陶瓷制品成型机械性能测试考核试卷
4. ABC
5. ABCD
6. ABC
7. ABCD
8. ABCD
9. ABC
10. ABC
11. ABC
12. ABC
13. ABCD
14. ABC
15. ABCD
16. ABCD
17. ABCD
18. ABCD
19. ABC
20. ABCD
三、填空题
1.注浆成型
2.耐用性、耐热性、绝缘性
10.在陶瓷砖的质量评定中,功能性性能包括______、______和______等指标。()
四、判断题(本题共10小题,每题1分,共10分,正确的请在答题括号中画√,错误的画×)
1.陶瓷制品的压制成型工艺中,压力越大,制品的密度越高。()
2.陶瓷材料的抗折强度与其硬度成正比关系。()
3.陶瓷砖的吸水率越高,其抗冻性能越好。()
6.陶瓷制品在烧成过程中,______和______是导致开裂的主要原因。()
7.陶瓷砖的耐污染性测试中,通常使用的污染物包括______、______和______等。()
8.陶瓷砖的环保性能测试中,需要关注的有害物质包括______、______和______等。()
9.陶瓷砖的尺寸稳定性测试中,主要考察的指标是______和______。()
C.烧成温度控制不当
D.材料粒度分布均匀
11.测量陶瓷砖弯曲变形的试验设备是?()
A.抗折试验机
B.冲击试验机
C.扭转试验机
D.拉伸试验机
12.陶瓷制品在烧成过程中,哪种因素不会影响其机械性能?()
A.烧成温度
B.烧成时间
C.窑炉气氛
D.制品颜色
医疗器械物理实验报告
实验名称:医疗器械力学性能测试实验目的:1. 了解医疗器械力学性能测试的基本原理和方法。
2. 掌握医疗器械力学性能测试仪器的操作方法。
3. 分析医疗器械在不同力学条件下的性能表现。
实验时间:2023年4月15日实验地点:医疗器械力学性能测试实验室实验器材:1. 医疗器械力学性能测试仪2. 标准试件3. 记录仪4. 秒表5. 计量器6. 计算器实验原理:医疗器械的力学性能是其质量保证的重要指标之一。
力学性能测试主要包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率等。
本实验通过测试医疗器械的力学性能,了解其在不同力学条件下的表现,为医疗器械的设计、制造和检验提供依据。
实验步骤:1. 标准试件准备:根据医疗器械的规格,准备相应的标准试件,确保试件尺寸符合测试要求。
2. 设备调试:打开医疗器械力学性能测试仪,进行设备调试,确保测试仪器的准确性。
3. 试件安装:将标准试件安装到测试仪器的夹具上,确保试件与夹具紧密接触。
4. 数据采集:设定测试参数,如加载速度、测试次数等,开始测试。
记录试件在拉伸过程中的最大载荷、断裂载荷、断裂伸长率等数据。
5. 数据处理:将采集到的数据进行整理、计算,得出医疗器械的力学性能指标。
实验结果与分析:1. 弹性模量测试:通过测试医疗器械的弹性模量,可以了解其在受力时的弹性变形能力。
本实验中,某型号医疗器械的弹性模量为2.5×10^6 Pa,符合国家标准要求。
2. 屈服强度测试:屈服强度是医疗器械承受最大载荷而不断裂的能力。
本实验中,某型号医疗器械的屈服强度为3.0×10^5 Pa,达到国家标准要求。
3. 抗拉强度测试:抗拉强度是医疗器械承受最大载荷而不断裂的能力。
本实验中,某型号医疗器械的抗拉强度为3.5×10^5 Pa,符合国家标准要求。
4. 断裂伸长率测试:断裂伸长率是医疗器械在拉伸过程中发生断裂时的伸长程度。
本实验中,某型号医疗器械的断裂伸长率为15%,符合国家标准要求。
陶瓷材料的高温力学性能与高温应变行为
陶瓷材料的高温力学性能与高温应变行为在现代工业生产中,陶瓷材料作为一种重要的工程材料,广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。
高温力学性能与高温应变行为是评价陶瓷材料性能的重要指标之一。
高温力学性能指材料在高温条件下的力学行为,包括抗拉强度、抗压强度、弹性模量、热膨胀系数等。
陶瓷材料的高温力学性能与其晶体结构、组织结构以及化学成分密切相关。
首先,晶体结构对陶瓷材料的高温力学性能有着重要影响。
陶瓷材料晶体结构的稳定性决定了其在高温下的力学性能表现。
例如,硼化硅陶瓷材料由于具有特殊的六方结构,使得其在高温下表现出优良的力学性能和高温稳定性。
其次,组织结构对陶瓷材料的高温力学性能也起到至关重要的作用。
陶瓷材料通常由多个晶粒组成的晶界构成,晶界在高温下容易发生晶界扩散,从而影响材料的高温力学性能。
对于微晶陶瓷材料来说,其具有较小的晶粒尺寸和较多的晶界,因此其高温力学性能相对较好。
此外,化学成分也对陶瓷材料的高温力学性能产生着重要影响。
化学成分的选择可以调控材料的晶体结构、组织结构以及化学反应活性,从而直接影响材料的高温力学性能。
例如,氧化铝陶瓷材料由于具有良好的抗化学腐蚀性能和高耐磨性,广泛应用于高温炉窑中。
除了高温力学性能,高温应变行为也是评价陶瓷材料性能的重要指标之一。
高温应变行为包括高温蠕变性能和高温断裂性能。
高温蠕变性能指材料在高温下承受恒定应力长时间变形的能力。
陶瓷材料在高温下容易发生蠕变现象,即在恒定应力下随时间的推移逐渐变形。
陶瓷材料的蠕变行为与其晶体结构、组织结构以及温度、应力等因素密切相关。
对于蠕变行为好的陶瓷材料来说,其在高温条件下能够保持较好的形状稳定性和力学性能。
高温断裂性能指材料在高温下承受应力时的断裂行为。
陶瓷材料在高温下容易出现断裂现象,其断裂行为与其晶界结构、缺陷形态、应力状态以及温度等因素密切相关。
对于断裂性能好的陶瓷材料来说,其能够在高温下保持较好的强度和韧性,并具有较高的破坏韧性。
氮化硅陶瓷材料
氮化硅陶瓷材料Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】摘要氮化硅陶瓷是一种具有广阔发展前景的高温、高强度结构陶瓷,它具有强度高、抗热震稳定性好、疲劳韧性高、室温抗弯强度高、耐磨、抗氧化、耐腐蚀性能好等高性能,已被广泛应用于各行各业。
本文介绍了氮化硅陶瓷的基本性质,综述了氮化硅陶瓷的制备工艺和国内外现代制造业中的应用,并展望了氮化硅陶瓷的发展前景。
Abtract:Silicon nitride ceramic is a broad development prospects of high temperature, high strength structural ceramics, it has high strength, thermal shock stability, high temperature fatigue toughness, high bending strength, wear resistance, oxidation resistance,corrosion resistance and good performance of high performance, has been widely used in all walks of life. This paper introduces thebasic properties of silicon nitride ceramics, reviews the fabricating technique of silicon nitride ceramics at home and abroad and modern manufacturing industry in the application, and looks forward to the development prospect of silicon nitride ceramics.氮化硅陶瓷材料关键词氮化硅陶瓷性能制备工艺应用Key words properties of silicon nitride ceramic preparation process and Application1.前言随着现代科学技术的发展,各种零部件的使用条件愈加苛刻(如高温、强腐蚀等),对新材料的研究和应用提出了更高的要求,传统的金属材料由于自身耐高温、抗腐蚀性能差等弱点已难以满足科技日益发展对材料性能的要求,现亟待开发新材料。
理化分析
不同的物体对各种不同波长的光的反射、吸收及透过程度不同,反射方向也不同,就产生了各种物体不同颜色(不同白度)、光泽度是指物体受光照射时表面反射光的能力,通常以试样在镜面方向的反射率与标准板表面的反射率之比来表示硬度是衡量材料力学性能的一项重要指标,它是指材料的表面层抵抗外力进入其中的能力维氏硬度Hv=1.8544P/d2抗压强度—试样单位面积上所能承受的最大压力。
抗折强度—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(N•m)与被折断处的断面模数(m^3)之比来表示。
陶瓷的热稳定性(抗热震性) ,是陶瓷材料耐受温度剧列变化而不破坏的能力线膨胀系数温度每升高1℃时单位长度上所增加的长度,单位为cm/cm•℃耐受电压样品在一定电压作用下,在规定的时间内没有发生击穿的电压值和时间。
由瓷介质组成的电容器的电容Cx与同样电极结构形式的真空电容器的电容C0的比值,称为相对介电常数ε陶瓷等绝缘介质在电场作用下,由于极化、漏导电流等各种因素造成电能损耗转换成热能散失的现象,称为介质损耗磁化率对于弱磁性材料,磁化强度M与外磁场强度H成正比,即M = k H k为材料的磁化率。
比色分析法使某种光线分别透过标准溶液和被测溶液,通过比较两者颜色的强度,决定被测物质在溶液中含量或浓度的方法。
白度测量的影响因素陶瓷产品釉面光学性质十分复杂。
陶瓷产品在可见光区的反射率不高(60%~75%之间) ,均匀性又很差,不同型号的仪器,其光源、滤光片、投射和接收方式、接收器等在设计上有差异(由漫反射决定)影响维氏硬度测定结果的因素及改进措施(1) 试验力即所施加的负荷,仪器的系统误差,测试者施加力的熟练程度,环境因素(2) 压痕对角线的测量;试片的表面状态,测试者施加力的熟练程度,读数方式;改进措施(1)选择平整光洁的试片;(2)压痕部位无釉泡缺陷;(3)选择6个以上的测试点。
(1) 选择合适的负荷;(2) 准确把握保荷时间;(3)加荷速度(一般均速0.20mm/s);(4) 准确调节显微镜焦点。
特陶题库及答案案
流延成型:将粉体加入粘合剂混合成浆料,再把浆料放入流延机的料斗中,流经薄膜载体上,形成膜坯。
梯度陶瓷材料:在同一材料内不同方向上由一种功能逐渐连续分布为另一种功能的材料称为梯度材料。
生物活性陶瓷:能在材料界面上诱发特殊生物反应,从而在材料和组织间形成化学键性结合的生物陶瓷。
功能陶瓷:指具有电、磁、光、超导、声、生物、化学(答出7个中的5个)等及其功能转换的陶瓷。
压电陶瓷:由机械能转变为电能或电能转变为机械能的某些陶瓷微裂纹增韧:陶瓷材料中存在许多小于临界尺寸的微纹,这些微裂纹在负载作用下是非扩展性的,但大的裂纹在扩展中遇到这些裂纹时,使扩展裂纹转向,吸收能量,起到提高韧性的作用,称为微裂纹增韧。
反应烧结:通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应,从而使坯体质量增加,孔隙减小,并烧结成为具有一定强度和尺寸精度的成品的工艺。
PTC陶瓷:具有正的温度系数的陶瓷材料(或随温度升高,陶瓷材料的电阻率增大的陶瓷材料)热释电陶瓷:因温度而引起表面电荷变化的陶瓷(某些陶瓷)。
表面强化韧化:由于氧化锆四方晶向单斜晶转变产生的体积膨胀,从而使表面产生压应力,起到强化和韧化的作用。
低膨胀陶瓷材料:指膨胀系数的绝对值小于2×10-6/℃的陶瓷材料。
敏感陶瓷材料:当作用于由这些材料制造的元件上的某一个外界条件,如温度、压力、湿度、气氛、电场、光及射线等改变时,能引起该材料某种物理性能的变化,从而能从这种元件上准确迅速地获得有用的信号。
反应烧结:通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应,坯体质量增加,孔隙率减小,并烧结成为具有一定强度和尺寸精度的成品的工艺。
压电效应:向压电陶瓷施加机械应力或电场后,在压电陶瓷的表面出现电荷或陶瓷沿极化方向发生形变,这种现象称为压电效应。
PTC效应:正温度系数效应,即陶瓷材料的体积电阻率随温度升高而升高的特性。
具缓变型、突变型等等。
人工极化:人工极化就是在电场作用下使材料内的电畴沿电场方向取向的过程,其结果是材料内部的正负电荷中心产生偏离而出现极化。
陶瓷力学性能测试实验报告
陶瓷力学性能测试实验报告
1、GB/T 8411.3-2009陶瓷和玻璃绝缘材料第3部分:材料性能
2、GB/T 3389-2008压电陶瓷材料性能测试方法性能参数的测试
3、GB/T3300日用陶瓷器变形检验方法
4、GB/T3301日用陶瓷器容积、口径误差、高度误差、重量误差、缺陷尺寸的测定方法
5、GB/T3534日用陶瓷器铅、镉溶出量测定方法
陶瓷类质检报告办理流程?
1.提供检测所需要的足够样品。
2.快递样品和申请表至第三方检测机构。
3.确定报价
4.签订合同
5.测试完成,寄出报告。
陶瓷类质检报告的用处有哪些:
1.招投标-部门、事业单位招投标
2.进入大型超市或卖场,各大网上商城
3.审核证明,申请补助
4.工商质检与市场监督
5.国内市场销售、资质认定等。
陶瓷材料在高温环境下的应用考核试卷
D.材料的制备工艺
10.以下哪种方法主要用于降低陶瓷材料在高温环境下的热膨胀系数?()
A.增加烧结温度
B.添加纤维增强相
C.适当降低晶粒尺寸
D.调整材料的化学成分
11.陶瓷材料在高温环境下的抗热震性能与以下哪个因素有关?()
A.材料的热导率
B.材料的热膨胀系数
C.材料的弹性模量
D.材料的密度
1.陶瓷材料在高温环境下的主要应用之一是作为________材料。()
2.在高温环境下,________陶瓷材料因其优异的热稳定性和机械性能而被广泛应用。()
3.陶瓷材料在高温环境下的热膨胀系数通常________于金属材料。()
4.为了提高陶瓷材料在高温环境下的抗热震性能,可以采用________的方法。()
5. B
6. C
7. D
8. A
9. C
10. D
11. B
12. A
13. D
14. C
15. A
16. D
17. C
18. B
19. A
20. B
二、多选题
1. ABCD
2. ABCD
3. ABCD
4. ABC
5. ABC
6. ABCD
7. ABC
8. ABCD
9. ABCD
10. ABC
11. ABC
A.材料的晶格结构
B.材料的化学成分
C.材料的密度
D.环境温度
11.陶瓷材料在高温环境下的抗磨性能可以通过哪些方式提高?()
A.增加烧结温度
B.优化材料配方
C.表面涂层处理
D.控制烧结气氛
12.以下哪些陶瓷材料具有良好的电绝缘性能?()
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
陶瓷物理性能检测考核试卷
B.氧化锆
C.碳化硅
D.铜金属
12.陶瓷的力学性能测试包括以下哪些?()
A.抗弯强度测试
B.抗压强度测试
C.韧性测试
D.硬度测试
13.以下哪些因素会影响陶瓷的弹性模量?()
A.材料的微观结构
B.材料的化学成分
C.材料的密度
D.测试的温度
14.陶瓷表面处理技术可以包括以下哪些?()
A.抛光
B.涂层
()
4.请举例说明如何通过调整陶瓷材料的成分和制备工艺来优化其物理性能。
()
标准答案
一、单项选择题
1. B
2. D
3. B
4. D
5. B
6. C
7. D
8. C
9. B
10. D
11. A
12. D
13. B
14. B
15. B
16. C
17. C
18. D
19. C
20. D
二、多选题
1. ABC
A.钙长石陶瓷
B.氧化铝陶瓷
C.碳化硅陶瓷
D.铁电陶瓷
9.陶瓷的耐磨性主要取决于()?
A.陶瓷的密度
B.陶瓷的硬度
C.陶瓷的热导率
D.陶瓷的颜色
10.测量陶瓷表面粗糙度的常用方法是()?
A.光学金相法
B.硬度测试
C.扫描电子显微镜
D.白光干涉法
11.以下哪种方法不适用于评估陶瓷的断裂韧性?()
A.摩擦法
()
4.陶瓷的介电常数通常在_______到_______之间。
()
5.陶瓷的热膨胀系数的单位是_______。
()
6.陶瓷的烧结过程是指将其从_______状态转变为_______状态的热处理过程。
MSP试验法评价PZT陶瓷的循环疲劳寿命
MSP试验法评价PZT陶瓷的循环疲劳寿命邓启煌;王连军;许虹杰;王宏志;江莞【摘要】采用小样品力学性能试验方法(Modified Small Punch Tests,简称MSP)对Pb(Zr,Ti)O3陶瓷(PZT)实施了不同大小应力下的循环疲劳实验,循环应力越大,样品的残余强度和压电常数衰减越快,这是由应力循环过程中大量微裂纹的产生和扩展所致.通过最大强度值与疲劳寿命的对应关系求得100 Hz循环疲劳下该样品的裂纹扩展指数n为395,由此推测了PZT陶瓷样品的使用寿命,在循环应力的最大值不超过79.1 MPa的条件下,该样品的连续使用寿命可达5年以上.%The cycle fatigue of PZT ceramic under different stress was investigated by modified small punch (MSP) tests. The research results show that residual strength and piezoelectric constant decrease with increasing cycle stress, which is attributed to crack propagation during cyclic stress process. The value of fatigue crack propagation (n) is calculated to be 395 according to the relationship between maximum stress and fatigue life. The fatigue life under series cycle maximum stress can be induce by fatigue crack propagation. Below the maximum strength of 79.1 MPa, the PZT ceramics can be used over 5 years.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2012(027)010【总页数】6页(P1047-1052)【关键词】PZT陶瓷;小样品力学性能试验法;循环疲劳;声发射【作者】邓启煌;王连军;许虹杰;王宏志;江莞【作者单位】东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海201620;东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海201620;上海柯瑞冶金炉料有限公司,上海200072;东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海201620;东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TQ032压电陶瓷材料具有优良的机电耦合效应和对外电场的响应能力, 己被广泛用于制作大容量电容器、传感器等常规元器件以及微驱动器、微执行器等高科技电子产品[1-2]. 然而, 用于压电压力传感器和微执行器中的压电陶瓷需在循环往复电场和力场下服役, 在经过大量周期性疲劳加载后, 它会发生疲劳损伤, 导致器件功能退化和失效, 表现为随着循环加载次数的增加, 压电陶瓷的压电常数减小,力学性能下降[3]. 因此, 从使用和安全设计方面考虑, 研究其疲劳机理, 了解循环负荷下的疲劳断裂特性具有重要的意义.球压法是目前评价陶瓷材料循环疲劳性能的常用方法[4-7], 该方法样品固定简单, 但在测试过程中,特别是测试初期, 应力集中明显, 导致评价结果夸大疲劳的影响. 此外, 采用球压法进行疲劳加载后仍需采用其它方法评价剩余强度, 但很难保证剩余强度的测试点与疲劳测试的加载点相对应. MSP力学性能测试系统具有样品制备简便、固定方便、可以很精确测试陶瓷材料的位移等特点, 已在陶瓷[8-11]及其复合材料[12-15]、特别是功能陶瓷[16-18]等领域得到了很好应用. 采用该系统施加循环疲劳时, 对样品在疲劳加载实验后可以直接进行MSP强度测试, 因此能够保证剩余强度测试与疲劳加载实验的对应性.本工作采用 MSP力学性能测试系统评价了PZT陶瓷的循环疲劳性能, 并依据循环疲劳寿命的预测方法讨论PZT陶瓷在不同最大值下的循环应力作用下的疲劳性能, 进而论证了MSP力学性能测试系统用于评价PZT陶瓷循环疲劳的可行性和可靠性.1.1 材料制备PZT压电陶瓷样品由保定市宏声声学电子器材有限公司提供, 型号为PZT-5, 组分中的n(Zr)/n(Ti)为 52/48, 尺寸为φ10 mm×0.6 mm.1.2 MSP试验MSP力学性能测试系统是一种适合陶瓷、玻璃等脆性材料的小样品力学性能评价方法. 它在评价陶瓷材料的循环疲劳时, 不仅能保证加载位置的稳定性, 还能精确控制加载循环力场的大小. 本实验中所用的 MSP力学性能测试系统采用了具有循环加载功能的 INSTRON动态数字液压试验机, 以保证实验过程中循环加载.图1给出了循环疲劳测试的实验装置和试样承载时的受力示意图. 由图1(a)图可以看出MSP实验装置主要包括冲杆、上模、下模和高精度位移传感器. 循环疲劳加载的条件如下: 频率为 100 Hz, 波形为正弦波, 载荷的最低值设定在 1~3 N之间, 以保证压头和样品之间良好的接触, 循环加载的振幅分别为32和28 N, 次数分别为103、104、105、和106. 循环疲劳加载结束后, 直接用该系统测试样品的剩余强度, 加载速率为0.05 mm/min. 每组样品测试五次并通过统计得到平均值. 断裂强度均可以通过下面的公式计算出来[9]:其中P为断裂载荷, γ为泊松比, a和b为图2(b)中的承载模内孔半径和圆柱形压杆半径, a和b分别为2 mm和1 mm, t为试样厚度.1.3 循环疲劳寿命的推测陶瓷的疲劳是一个累积损伤的过程, 从微观上来说, 陶瓷的疲劳机理非常复杂, 主要是晶界的空穴、杂质和微裂纹的不断增加, 用某一个缺陷的发展变化来表征疲劳过程非常困难的. 从宏观来看,强度衰减速率是陶瓷疲劳的主要因素, 而用强度衰减理论进行寿命预测是一个值得重视的方向[19].图 2为疲劳强度衰减模型示意图, 可以简单描述为: 假设材料的初始强度为σ0, 在外加载荷σ(t)作用下, 经过时间t后的残余强度为σT, 则σT为时间 t的一个递减函数, 陶瓷的疲劳断裂准则可以描述如下: 试样上作用一个外力σ(σ<σ0)后, σT从初始强度σ0开始衰减, 经过时间Tc后, σT衰减到与外加载荷水平时发生断裂, 称Tc为在应力σ作用下的疲劳寿命[20].对于陶瓷材料来说, 在低于门槛值的亚临界裂纹慢速扩展速度和应力强度因子均存在 Power-law经验关系[21]:公式(2)中, v为裂纹的扩展速率, a为裂纹的尺寸, t为加载时间. KI为I型应力强度因子, KIC为临界I型的应力强度因子(即断裂韧性). A和n为常数, 其中n为应力扩展指数.根据式(2)可以推导得到公式(3)[22-23]:其中, Nf为循环疲劳寿命, n为裂纹缓慢扩展指数,σmax为循环应力最大值, a0为初始裂纹长度, af为断裂时裂纹的长度, A和Y为常数.根据式(3)可知在对数坐标下, 陶瓷材料的循环疲劳寿命与循环应力最大值之间呈线性关系, 直线的斜率为裂纹的应力扩展指数n.图3分别为PZT陶瓷在疲劳初期103次和疲劳后期106次后残余强度测试的载荷–位移曲线和与其对应的声发射事件数及能量曲线. 其中, 声发射事件数为声发射信号超过预置门槛的次数, 声发射能量表示声发射事件释放的总的弹性能. 产生的声发射信号大致可分为三个阶段, 第一阶段为微裂纹产生阶段, 声发射信号是由陶瓷内部的微缺陷引起的,如微裂纹、气孔缺陷或杂质等. 在局部应力作用下这些微缺陷被诱发, 产生的声发射信号、能量低. 第二阶段为微裂纹的稳定扩展阶段, 微裂纹在材料中萌生以后, 随着外加载荷增大, 微裂纹会缓慢的扩展, 表现为声发射的事件数在激增. 第三阶段为微裂纹的非稳定扩展阶段, 随着载荷的进一步增大,微裂纹扩展成宏观裂纹, 材料发生断裂. 这一阶段材料释放出大量弹性能, 声发射信号幅值达到最大值. 比较疲劳初期和疲劳后期陶瓷的声发射信号可知, 在微裂纹产生阶段有较大差别, PZT陶瓷在疲劳初期产生大量的信号, 而疲劳后期产生的声发射信号则较少. 在疲劳实验过程中, 材料内部已经产生了大量由一些微小缺陷引发的微裂纹, 这些微缺陷能量的提前释放, 使得PZT陶瓷在疲劳后期测试的声发射信号中产生的声发射信号相对较少. 同时,疲劳实验过程中裂纹的逐步扩展是导致载荷下降的主要原因.图4为PZT陶瓷在不同振幅下的MSP剩余强度随疲劳循环次数的变化曲线. 从图中可知, 当PZT陶瓷的循环次数大于 103次时, 随着循环次数的增加, 剩余强度和循环疲劳次数的对数基本呈线性衰减关系. 当最大应力值为28 N时, PZT陶瓷的MSP剩余强度下降的较为缓慢; 当应力最大值增加到32 N, PZT陶瓷的MSP剩余强度随着疲劳次数增加急剧下降. 这可能是因为PZT陶瓷材料没有塑性变形能力, 在循环应力作用下裂纹的形核与扩展造成累积损伤, 具体形式表现为微裂纹扩展[24-25], 图3中声发射的事件数及能量变化都可以说明这一点.图4还给出了PZT 陶瓷在不同最大应力值下的MSP剩余强度和循环次数的直线拟合曲线. 在应力最大值为28 N和32 N的循环疲劳下, PZT陶瓷的剩余强度与循环次数的对数大致呈线性关系, 通过直线拟合得到它们的斜率分别为–2.47和–8.45. 根据前面叙述的疲劳强度衰减模型, 在周期性的应力作用下,当剩余强度衰减到与循环应力的最大值相等时材料发生断裂, 这段时间所循环的次数称为材料的 Nf,即循环疲劳寿命. 把图4中拟合直线外延到循环应力的最大值时, 得到 PZT陶瓷在最大强度值为69.1 MPa(对应于28 N)和78.9 MPa(对应于32 N),循环疲劳下对应的疲劳寿命分别为3.6×1033和4.6×1010次. 根据测定任意 2个循环应力值下的疲劳寿命, 即可推算出该材料的裂纹缓慢扩展指数 n,为此, 把上面两个疲劳寿命测试值代入公式(3), 再把两式相减计算得到PZT陶瓷在100Hz循环疲劳下的裂纹扩展指数 n为 395. 通过对最大强度值与对应的疲劳寿命作图, 可以得到lg(σmax)和 lg(Nf)的关系, 如图5所示. 图中连接两实验点的直线即裂纹扩展指数.根据图 5可推算材料在任意循环疲劳下的使用寿命, 也可以通过设定材料的一个使用寿命反推它在使用中能够承受的循环应力的最大值的临界点, 这对设计材料及评价材料的安全性具有重要意义. PZT陶瓷在电子产品中所设计的连续使用寿命一般为3~5年, 如果设定压电器件的连续使用寿命为5年, 根据实验中得到的循环应力的最大值和寿命之间的关系可以求得本研究采用的 PZT陶瓷的最大循环应力值不得超过 79.1 MPa(平均值).换言之, 当循环应力强度最大值不超过 79.1 MPa的条件下, PZT陶瓷在连续使用的情况下可以安全使用5年以上.图6为PZT陶瓷在不同振幅下的压电常数d33随疲劳循环次数的变化曲线. 由图可知, PZT陶瓷的压电常数 d33随着循环疲劳的加载而下降, 当应力最大值为 28 N时, 压电常数 d33下降较为缓慢,当应力最大值增加到32 N后, PZT陶瓷的压电常数d33开始急剧下降, 在100万次循环疲劳加载后, 压电常数d33下降到476. 当最大应力为32 N时, 连续使用五年后, 它的压电常数约为 442(降幅为 13%),这可能是因为在疲劳过程中, 电畴在交变性的力场作用下不断翻转中产生结构畸变积累内应力, 导致内部产生大量微裂纹, 和图 3声发射信号分析中得出的结果相吻合, 即在疲劳过程中产生大量的微裂纹, 引起点缺陷在晶界或畴界等处聚集[26], 当循环力场振幅越大时, 电畴翻转引起的缺陷越多, 导致材料的压电性能下降得越明显. 采用MSP力学性能测试系统评价了PZT陶瓷的循环疲劳性能, 并利用实验结果结合循环疲劳模型预测了PZT陶瓷的循环使用寿命, 获得主要结论如下:1) PZT陶瓷在最大应力值分别为 69.1和78.9 MPa时的循环疲劳寿命分别为3.6×1033和4.6×1010次, 由此算出PZT陶瓷在100 Hz循环疲劳下的裂纹扩展指数n为395.2)通过最大强度值与疲劳寿命的对应关系可以推测PZT陶瓷在不同应力下的使用寿命, 当循环应力的最大值不超过79.1 MPa的条件下, PZT陶瓷的连续使用寿命可达5年以上.3)循环疲劳是一个损伤累积的过程, 在疲劳过程中大量微裂纹的产生与扩展是导致材料的断裂强度和压电常数下降的主要原因.4)MSP测试系统能够简单、精确地评价压电材料的循环疲劳寿命.【相关文献】[1] Newnham R E, Xu Q C, Kumar S, et al. 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管子高温拉伸实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解管子高温拉伸实验的基本原理和方法。
2. 测定不同温度下管材的力学性能,包括抗拉强度、屈服强度、延伸率等。
3. 分析温度对管材力学性能的影响,探讨高温对管材性能的影响机制。
4. 掌握高温拉伸实验的操作技巧和数据处理方法。
二、实验原理管子高温拉伸实验是一种常用的材料力学性能测试方法。
通过在高温条件下对管材进行拉伸,可以测定管材在高温状态下的力学性能,为管材的设计、加工和应用提供依据。
实验过程中,主要关注以下参数:1. 抗拉强度:管材在拉伸过程中所能承受的最大应力。
2. 屈服强度:管材在拉伸过程中开始发生塑性变形时的应力。
3. 延伸率:管材在拉伸过程中长度增加的百分比。
4. 断裂伸长率:管材断裂前长度增加的百分比。
三、实验设备与材料1. 实验设备:高温拉伸试验机、高温炉、温度控制器、引伸计、万能力学试验机、游标卡尺等。
2. 实验材料:不锈钢管、碳钢管等。
四、实验步骤1. 准备实验材料:根据实验要求,选取合适规格的管材,切割成所需长度和直径的试样。
2. 预热:将试样放入高温炉中,加热至预定温度,保持一定时间,使试样达到热平衡状态。
3. 测试:将试样安装在高温拉伸试验机上,调整试验机参数,进行拉伸实验。
在拉伸过程中,实时记录拉伸力、位移、温度等数据。
4. 数据处理:根据实验数据,计算抗拉强度、屈服强度、延伸率等力学性能指标。
五、实验结果与分析1. 实验数据:| 温度(℃) | 抗拉强度(MPa) | 屈服强度(MPa) | 延伸率(%) || ---------- | ---------------- | ---------------- | ------------ || 300 | 600 | 450 | 20 || 400 | 550 | 400 | 15 || 500 | 500 | 350 | 10 || 600 | 450 | 300 | 5 |2. 分析:从实验数据可以看出,随着温度的升高,管材的抗拉强度、屈服强度和延伸率均呈下降趋势。
铸造过程中的高温力学性能研究考核试卷
9.高温合金的微观结构中,能够提高其高温强度的元素是______。()
10.在高温力学性能测试中,用来评估材料热疲劳性能的试验是______。()
四、判断题(本题共10小题,每题1分,共10分,正确的请在答题括号中画√,错误的画×)
1.在高温下,材料的抗拉强度一定高于其屈服强度。()
A.应变速率
B.温度
C.材料的化学成分
D.材料的微观结构
14.以下哪些技术可以用于高温下材料的微观结构分析?()
A.光学显微镜
B.透射电镜
C.扫描电镜
D.能量色散X射线光谱
15.高温力学性能测试中,以下哪些做法可以提高测试数据的可靠性?()
A.重复试验
B.使用标准试样
C.控制测试条件
D. A和B
16.以下哪些材料在高温下适用于制造航空发动机部件?()
A.合金类型
B.熔炼工艺
C.浇注温度
D.环境湿度
2.以金
C.镍基合金
D.硅酸盐材料
3.高温下材料的力学性能测试主要包括以下哪些项目?()
A.抗拉强度测试
B.延伸率测试
C.硬度测试
D.冲击韧性测试
4.以下哪些方法可以用来改善高温合金的性能?()
A.拉力试验机
B.硬度计
C.冲击试验机
D.扫描电镜
8.以下哪个概念描述了材料在高温下的抗断裂能力?()
A.抗拉强度
B.韧性
C.硬度
D.延伸率
9.在铸造过程中,以下哪个因素会影响晶粒尺寸?()
A.熔炼温度
B.浇注温度
C.冷却速度
D. A和B
10.以下哪种材料在高温下易发生蠕变现象?()
陶瓷物理性能检测试卷
B.改进烧结工艺
C.优化晶粒结构
D.提高材料的弹性模量
12.陶瓷材料的化学稳定性与以下哪些因素有关?()
A.材料的化学成分
B.显微结构
C.烧结温度
D.应用环境
13.以下哪些因素会影响陶瓷的烧结过程?()
A.烧结温度
B.保温时间
C.烧结气氛
D.材料的原始粉末粒度
14.陶瓷在电绝缘方面的应用,以下哪些性能是需要考虑的?()
A.介电常数
B.电阻率
C.热导率
D.韧性
9.陶瓷的耐磨性通常与以下哪个因素有关?()
A.晶粒大小
B.陶瓷颜色
C.材料的弹性模量
D.烧结温度
10.下列哪种陶瓷材料具有较低的介电常数?()
A.氧化铝
B.硅藻土
C.钛酸钡
D.氮化硅
11.陶瓷的绝缘性能在哪个温度范围内最佳?()
A.室温
B.低于烧结温度
C.高于烧结温度
B.显微结构
C.湿度
D.温度
15.通常用于测量陶瓷表面电阻率的测试方法是()
A.高阻计测试
B.伏安法
C.四点探针法
D.热导率测试
第二部分多选题(本题共15小题,每小题2分,共30分.在每小题给出的四个选项中,至少有一项是符合题目要求的)
1.影响陶瓷抗折强度的因素有()
A.材料的密度
B.晶粒大小
C.显微结构
C.显微结构
D.制造工艺
2.下列哪种因素不影响陶瓷的热导率?()
A.材料的密度
B.晶体结构
C.温度
D.湿度
3.陶瓷的硬度通常与以下哪个因素有关?()
A.材料的韧性
B.材料的密度
陶瓷工艺品的耐高温性能测试考核试卷
3.论述在陶瓷耐高温性能测试中,为什么需要进行高温抗折强度测试、热膨胀系数测试、高温氧化测试和冷热循环测试等,这些测试分别反映了材料的哪些性能特点。
4.请结合实际应用,举例说明陶瓷材料在高温领域的典型应用场景,并分析这些应用场景对陶瓷材料耐高温性能的具体要求。
14.在陶瓷耐高温性能测试中,以下哪个参数是衡量材料抗热震性能的重要指标?()
A.热膨胀系数
B.高温抗折强度
C.蠕变强度
D.热导率
15.下列哪种陶瓷材料在高温下具有较好的抗蠕变性能?()
A.氧化铝陶瓷
B.碳化硅陶瓷
C.氮化硅陶瓷
D.铝酸盐陶瓷
16.陶瓷材料在高温下的热膨胀系数与以下哪个因素有关?()
(以下为试卷其他部分的提示,具体内容请根据实际需求自行编写)
二、填空题(本题共10小题,每小题2分,共20分)
三、判断题(本题共10小题,每小题2分,共20分)
四、简答题(本题共5小题,每小题8分,共40分)
五、计算题(本题共2小题,每小题15分,共30分)
二、多选题(本题共20小题,每小题1.5分,共30分,在每小题给出的四个选项中,至少有一项是符合题目要求的)
8. ABCD
9. ABC
10. ABC
11. ABC
12. A
13. ABC
14. ABCD
15. ABC
16. ABCD
17. ABC
18. ABCD
19. ABC
20. ABCD
三、填空题
1.化学
2.氧化铝
3.蠕变强度
4.较低
5.优化烧结工艺
氧化层烘烤实验报告
一、实验目的本次实验旨在探究氧化层烘烤对材料性能的影响,通过对氧化层烘烤前后的材料进行对比分析,了解氧化层烘烤对材料表面性能、力学性能和耐腐蚀性能的影响。
二、实验原理氧化层烘烤是通过高温烘烤的方式,使材料表面的氧化层达到一定的致密性和稳定性。
在烘烤过程中,氧化层中的水分子和挥发性物质被排除,氧化层结构得到改善,从而提高材料的性能。
三、实验材料与设备1. 实验材料:某型号不锈钢板材2. 实验设备:- 烘箱:工作温度范围为100℃~600℃,控温精度±1℃- 电子天平:精度0.1g- 显微镜:放大倍数×40、×100- 涂层厚度测量仪- 盐雾试验箱- 万能试验机四、实验步骤1. 准备实验材料:将不锈钢板材切割成尺寸为100mm×50mm×5mm的样品,每组样品3个。
2. 实验分组:将样品分为两组,分别为实验组(氧化层烘烤)和对照组(不进行氧化层烘烤)。
3. 氧化层烘烤:将实验组样品放入烘箱中,在400℃下烘烤2小时,待样品冷却至室温后取出。
4. 性能测试:(1)表面性能:使用显微镜观察样品表面的氧化层形貌,记录氧化层厚度;(2)力学性能:使用万能试验机测试样品的拉伸强度、屈服强度和延伸率;(3)耐腐蚀性能:将样品放入盐雾试验箱中,进行24小时盐雾试验,观察样品表面腐蚀情况。
5. 数据处理:对实验数据进行统计分析,计算实验组和对照组的平均值和标准差。
五、实验结果与分析1. 表面性能:实验组样品氧化层厚度平均为2.5μm,对照组样品氧化层厚度平均为1.5μm。
实验结果表明,氧化层烘烤可以有效提高材料表面的氧化层厚度。
2. 力学性能:实验组样品的拉伸强度、屈服强度和延伸率分别为620MPa、450MPa和40%,对照组样品的拉伸强度、屈服强度和延伸率分别为580MPa、420MPa和35%。
实验结果表明,氧化层烘烤可以显著提高材料的力学性能。
3. 耐腐蚀性能:实验组样品在盐雾试验中,表面腐蚀情况明显减轻,平均腐蚀深度为0.2mm,而对照组样品平均腐蚀深度为0.5mm。
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某型号陶瓷的高温力学性能测试
作者: 作者单位: 苏飞, 卢子兴, 熊吉 北京航空航天大学固体力学研究所,100191
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一己I考 1日
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陶瓷或陶瓷复合材料是生产和制造近窄间高速飞行器的重要材料。据报道,超高速 飞行器在再入过程中鼻锥和机翼前缘的温度可达2000。C左右。在如此高的温度下,起着 热防护作用的陶瓷材料的力学性能是超高速飞行器设计中的一个关键因素。然而由于热 加载技术和高温央具制作上的区{难,目前国内对陶瓷材料高温力学性能的测试一般在 1500。C以下进行,1500。C至2000℃之间陶瓷材料的力学性能测试基本上是一片空白。
加加.之后减为5—10℃加胁。
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2.3实验结果
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脚I高温力学性旺实验系统 图2高m条件r-_^弯曲实峨结果
根捌实验数据.可以计算上述陶瓷材料在不j叫温度F的弯曲断裂强度和弹件模量, 如表I所示。Il{图2和表1可知,随着温度的爿高,试件fn弯曲强度越来越低.但存1250’c 及以F温度时,试件的娈形反而随温度升高呈减小之势,弹性模量先增后减,在i lOO'C 时达到最大值i 79 8GPa,这个现蒙应t,材料的氧化及其微观结构的改变有关。但当温度 刊牟1400V咀上时,试件基本上谴失丁承载能力,而且变形很大,对实验后的试件进行
北京力学会第t8届学术年会论文集:实验力学
某型号陶瓷的高温力学性能测试
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(北京航空航Байду номын сангаас大学固体力学研究所,100191)
摘要:本文利用最高测试温度可达1700"C的高温力学实验系统,对某型号陶瓷在800"C至 1550 0C-之N的力学性能进行了测试,得出了该型陶瓷材料的弹性模量和弯曲强度。实验中 发现,当温度升至11001C时,材料的破坏形式仍为脆断,而当温度达到1250℃以后,该材 料基本失去了承载能力,试件没有发生脆性断裂,但有明显的塑性(残余)变形。 关键词:高温力学实验系统,力学性能测试,弹性模量,弯曲强度,塑性变形
观察发现,800。C、950"C以及1100"C时的试件仍呈脆断破坏特征.1250"C时的试件虽没 断裂{日有明弘裂纹.而】40032尤其是1500。C时的试件有明显的弯曲残余,盘形仉没有宏 观裂纹。相关试什的照片如罔3所示。
表1不1日温度下陶瓷材料的弯∞强皮#弹性模壁
三、结论
本文对某型号陶瓷的高温条件下的力学性能(弯曲强度和弹性模量)进行了测试, 最高测试温度达到1550'c。实验发现浚型陶瓷的弯曲强度随温度升高而降低,但弹性模 量先增后减。陵现象疑勺材料的岛温氧化有关,有待j。进步的研究。当温度升至1400'c
二、某型号陶瓷材料的高温力学性能测试
2.1关于实验系统 实验系统由一个试验机和一个高温炉组成,试验机配有2KN的小量程力传感器以 提高测试精度,传感器采用循环水冷保护装置。炉内最高温度可达1700℃,并可在1600。C 下长期T作。实验以陶瓷材料的三点弯和四点弯为主,夹具采用特制的SiC材料制成, 在1700℃下具有足够的强度和刚度。为了提高测试效率,每次实验前可预先安放六个试 件,在实验过程中由送样系统依次将这六个试件推至上压头下方进行实验。试件变形可 由分辨率为l∥m的外接差动式引申计测试,炉内的高温试件与引申计之间由热膨胀系数 很小的石英棒连接。测试系统如图1所示。 2.2关于试件及测试方案 试件的尺寸:50mm x10mm X 1.2ram,测试前经检测没有发现宏观物理缺陷。采用 三点弯曲(底座跨度30mm)实验测试其不同温度下的弹性模量和弯曲强度,实验温度 分别为800℃、950℃、1100℃、1250℃、1400℃和1550℃。实验开始后以5mm/min的 速度加载,当压力大于1N时开始计时并测量变形,当压力小于lN时视为试件已断或 失去承载能力,实验自动停止。实验过程中当温度处于1250。C以下时温升速度为15.25℃