氧化铝基陶瓷材料断裂韧性的测量与评价
陶瓷材料高温断裂韧性评价
陶瓷材料高温断裂韧性评价
白世鸿;乔生儒;舒武炳;李玫
【期刊名称】《材料工程》
【年(卷),期】2000(000)011
【摘要】采用四点弯曲实验方法,研究了高温下不同测试方法(CN法、SENB法和SEPB法)对工业用重结晶SiC陶瓷材料断裂韧性的影响.通过实验发现:在低温下(T ＜800℃),不同测试方法所获得的KIC不同,CN法测得KIC偏大,而SEPB法测得的KIC则偏小,同时,三种测试方法获得的KIC随温度的升高变化率都不明显.在高温下(T＞800℃),不同的测试方法其KIC随温度的升高变化趋势不同,CN法KIC随温度的升高而增大,SENB法KIC随温度的升高而减小,SEPB法KIC随温度的升高则基本无变化
【总页数】2页(P21-22)
【作者】白世鸿;乔生儒;舒武炳;李玫
【作者单位】西北工业大学,西安,710072;西北工业大学,西安,710072;西北工业大学,西安,710072;西北工业大学,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174.1+5
【相关文献】
1.氧化铝基陶瓷材料断裂韧性的测量与评价 [J], 李大梅;尤显卿;许育东;刘宁;石敏
2.热胀失配对Al2O3／TiB2陶瓷材料高温断裂韧性的影响 [J], 邓建新;艾兴
3.陶瓷材料断裂韧性与缺口半径：Ⅱ断裂韧性估算方法 [J], 王锋会;路民旭
4.一种陶瓷材料断裂韧性压痕法计算公式 [J], 孙亮;王家梁;石新正
5.基于尖锐四棱锥压头的陶瓷材料断裂韧性测试方法 [J], 石新正;王立志;马德军;宫雷;孙亮;陈伟
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陶瓷材料的断裂行为与韧性评估研究
陶瓷材料的断裂行为与韧性评估研究陶瓷材料因其优异的物理和化学性质，在众多工业领域具有广泛应用。
然而，由于其脆性，常常会在受到外力的作用下发生断裂，限制了其进一步的应用范围。
因此，研究陶瓷材料的断裂行为和韧性评估方法显得尤为重要。
本文将探讨陶瓷材料的断裂行为机制以及多种评估韧性的方法。
一、陶瓷材料的断裂行为机制陶瓷材料的断裂行为与其内部微观结构密切相关。
一般来说，陶瓷材料的断裂可以分为两个阶段：裂纹的生成和扩展。
首先是裂纹的生成阶段。
陶瓷材料中存在着许多微小的缺陷，如晶界、孔洞和杂质等。
外力作用下，裂纹首先在这些缺陷周围产生，逐渐扩展并相互连接。
而这些缺陷又会增加裂纹的扩展路径，导致整体材料的损伤程度增加。
接下来是裂纹的扩展阶段。
一旦裂纹开始扩展，其扩展速率会迅速增加。
同时，由于陶瓷材料的脆性，扩展的裂纹会直接导致材料的断裂。
在这个过程中，裂纹扩展速率受到外界加载速率、材料组分、温度等因素的影响。
二、陶瓷材料韧性的评估方法为了评估陶瓷材料的韧性，研究人员提出了多种评估方法。
以下是几种常用的方法：1. 缺口尖头法（Notch-tip method）：该方法通过在陶瓷试样上刻制一定尺寸的缺口，通过测量试样在外力作用下断裂前的弹性变形程度来评估其韧性。
缺口尖头法适用于评估较均匀结构的陶瓷材料。
2. 断裂韧度法（Fracture toughness method）：该方法通过施加弯曲或拉伸等载荷，在断口上测量裂纹长度，并结合裂纹扩展力学理论计算出材料的断裂韧度。
断裂韧度法适用于评估较复杂结构的陶瓷材料。
3. 动态韧性评估方法：该方法基于陶瓷材料的断裂动力学过程，通过高速摄像技术等手段观察裂纹扩展的速率和路径，确定材料的韧性性能。
动态韧性评估方法对于评估陶瓷材料在高速冲击等极端环境下的性能十分重要。
三、陶瓷材料断裂行为与韧性评估的应用陶瓷材料的断裂行为和韧性评估不仅对于加工和制备工艺的优化具有重要意义，还对于实际应用中陶瓷材料的可靠性和安全性进行评估。
陶瓷材料断裂韧性的高效评价方法的探究
陶瓷材料断裂韧性的高效评价方法的探究
杨海涛;赵梦洁;邱嘉昊;张帆;向兴
【期刊名称】《陶瓷》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】近几年新兴陶瓷产业不断拓展,如芯片用高导热陶瓷基板等,推动着材料性能测试技术走向批量化和高效化。
断裂韧性是陶瓷材料的一个重要力学性能指标,但现有测试技术存在测试结果误差较大、制样过程繁琐、效率低等问题,使其在工业研发设计及生产中受到一定程度的限制。
笔者综述了材料韧性的相关测试技术及对应测试指标包括断裂韧性、断裂能、J积分、冲击韧性等,对比分析了常见陶瓷材料的断裂韧性及其相关力学性能指标,以寻求一种高效的准确的评价方法;考量了陶瓷材料的抗弯强度的适用依据和适用范围,并通过相关文献数据验证其准确性。
而笔者将为批量化工业研发设计和陶瓷材料生产过程中的韧性评价提供新的思路。
【总页数】6页(P9-13)
【作者】杨海涛;赵梦洁;邱嘉昊;张帆;向兴
【作者单位】湖北隆中实验室;武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室;湖北工业大学绿色轻工材料湖北省重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174
【相关文献】
1.陶瓷材料高温断裂韧性评价
2.陶瓷材料断裂韧性与缺口半径：Ⅱ断裂韧性估算方法
3.基于陶瓷材料动态断裂韧性的测试方法研究
4.氧化铝基陶瓷材料断裂韧性的测量与评价
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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
氧化铝陶瓷材料力学性能的检测
实验二 氧化铝瓷材料力学性能的检测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1-1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1-1 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围，如果指定截面的弯矩为M ，该截面对中性轴的惯性矩为I z ，那么距中性轴距离为y 点的应力大小为：zI 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：=•⎪⎭⎫ ⎝⎛•=z I 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：=•⎪⎭⎫ ⎝⎛•=z I 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）。
Al2O3陶瓷材料中添加不同量ZrO2
Al2O3陶瓷材料中添加不同量ZrO2的力学性能影响目的：分析在Al2O3陶瓷材料中添加不同量的ZrO2后，陶瓷的力学性能变化以及耐磨损的效果，从而得到最优的Al2O3陶瓷材料中ZrO2添加量。
方法：运用热压烧结法制备Al2O3陶瓷，第一组采用99.6vol% Al2O3（ＡＤ９９５）、第二组采用Al2O3中添加１５ｖｏｌ％的ZrO2，第三组采用Al2O3中添加25ｖｏｌ％的ZrO2。
针对符合材料细观力学理论，并充分考虑到ZrO2的相变特性，建立起了两者之间的力学结构模型。
结果：在氧化铝材料中添加了细化氧化锆晶体后，陶瓷材料的致密性有了明显提升，三组实验中所制得的陶瓷材料中的力学性能图线呈现应力-应变曲线类线性关系。
第一组陶瓷的断裂韧性为5.38MPa·m0.5,第二组陶瓷材料的断裂韧性为8.37 MPa·m0.5，较上一组实验的断裂韧性提升了大约50%；第三组实验所制得的陶瓷材料的断裂韧性为10.53 MPa·m0.5。
结论：进而说明，伴随着ZrO2增加量的提升。
陶瓷的弹性模量降低而断裂韧性增加，这一变化趋势与实验结果有良好的一致性。
未增加ZrO2材料层的磨损形式主要是磨粒磨损，而两组增加了加ZrO2材料层的磨损形式主要是黏着磨损。
1 引言陶瓷材料是人类应用最早的材料之一。
它是一种天然或人工合成的粉状化合物，经过成形或高温烧结，由金属元素和非金属的无机化合物构成的多相固体材料川。
陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高强度、高硬度、抗氧化等诸多优点，近年来逐渐从传统应用行业扩展到航空航天、生物医疗、汽车、建筑等更为广阔的应用领域。
但氧化铝陶瓷材料由于本质上是一种脆性材料，由于自身结构和键性的原因，滑移系统少，位错产生和运动困难，导致韧性较低，也严重限制了其应用和发展。
ＺｒＯ２增韧Ａｌ２Ｏ３陶瓷是最早开发的Ａｌ２Ｏ３陶瓷基复合材料。
ＺｒＯ２自身马氏体转变引起的裂纹韧化和残余应力韧化可使其韧性得到显著提高，这也是对Ａｌ２Ｏ３陶瓷增韧使用最多且效果最好的增韧方法之一［２－３］。
氧化铝陶瓷在高温环境下的力学性能分析
氧化铝陶瓷在高温环境下的力学性能分析1. 引言随着科学技术的不断发展，一些高温环境下的工艺和应用需求也不断涌现。
在这些高温环境下使用的材料必须具备良好的力学性能，以确保其可靠性和稳定性。
氧化铝陶瓷由于其优良的绝缘性、耐磨性和耐腐蚀性，成为了高温应用领域中的理想选择之一。
本文将对氧化铝陶瓷在高温环境下的力学性能进行分析。
2. 氧化铝陶瓷的基本特性氧化铝陶瓷是以氧化铝为主要成分的陶瓷材料，具有高硬度、高抗压强度和耐高温等特点。
其熔点高达2072℃，在接近熔点的高温环境下依然能保持较好的稳定性。
此外，氧化铝陶瓷还具备优异的绝缘性能和低热导率，使其在高温环境中能够有效地隔离热量。
3. 高温环境对氧化铝陶瓷力学性能的影响在高温环境下，氧化铝陶瓷的力学性能会发生一系列变化。
首先，高温会导致材料的晶界扩散和晶粒长大，从而降低材料的韧性。
此外，高温还会使得氧化铝陶瓷的强度和硬度下降，还可能引起材料的蠕变和热应力破坏。
因此，研究氧化铝陶瓷在高温环境下的力学性能变化是非常重要的。
4. 高温环境下氧化铝陶瓷的抗压强度抗压强度是衡量氧化铝陶瓷力学性能的重要指标之一。
研究发现，随着温度的升高，氧化铝陶瓷的抗压强度呈现出先增加后减小的趋势。
在低温环境下，氧化铝陶瓷的晶格结构较为紧密，晶界和晶粒的结合较好，因此抗压强度较高。
但随着温度的升高，氧化铝陶瓷的结构开始发生变化，晶界扩散和晶粒长大导致材料的抗压强度逐渐降低。
5. 高温环境下氧化铝陶瓷的断裂韧性断裂韧性是衡量材料抗拉伸破坏的能力，也是评价氧化铝陶瓷耐高温性能的重要参数之一。
在高温环境下，氧化铝陶瓷的断裂韧性会显著下降。
这主要是由于高温引起晶界扩散和晶粒长大，导致材料的晶粒间的结合更为脆弱。
此外，高温下氧化铝陶瓷的热蠕变也会增大材料应力集中的程度，从而降低了其断裂韧性。
6. 高温环境下氧化铝陶瓷的热蠕变行为热蠕变是指材料在高温条件下由于应力和温度的共同作用而产生的形变。
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。
氧化铝陶瓷的性能与应用研究
氧化铝陶瓷的性能与应用研究氧化铝陶瓷作为一种重要的精细陶瓷材料，具有优异的物理、化学和力学性能，在众多的领域得到了广泛的应用。
本文将就氧化铝陶瓷的性能、生产工艺、应用领域等方面进行研究和探讨，并对其未来的发展方向提出建议。
一. 氧化铝陶瓷的性能氧化铝陶瓷具有优异的物理和化学性质，其主要性质如下：1. 物理性能氧化铝陶瓷的物理性质主要包括高硬度、高熔点、高热导率、高绝缘性、低热膨胀系数、良好的耐磨性和耐侵蚀性等。
2. 化学性能氧化铝陶瓷的化学性质主要表现为其耐腐蚀性能好，抗氧化性强，并且在高温下具有较好的化学稳定性能。
此外，它在一些酸、碱溶液中也表现出良好的化学稳定性。
3. 力学性能氧化铝陶瓷的力学性能表现出高强度、高模量、高韧性和高断裂韧性等特点。
这些性能有助于提高氧化铝陶瓷的使用寿命、延缓断裂、减少磨损和疲劳等问题。
二. 氧化铝陶瓷的生产工艺氧化铝陶瓷的生产工艺主要包括湿法法、干法法和共烧法三种方法。
1. 湿法法湿法法是指通过化学反应法，将铝酸盐或铝氢氧化物溶解在水中，再通过沉淀、干燥、成型、烧结等步骤制得氧化铝陶瓷。
2. 干法法干法法是指通过高温氧化铝粉末直接制备氧化铝陶瓷。
这种方法的主要特点是生产成本低、节能环保。
3. 共烧法共烧法是指将氧化铝和其他陶瓷材料一起烧结制得氧化铝陶瓷。
这种方法可以大大降低生产成本，提高陶瓷的性能。
三. 氧化铝陶瓷的应用领域氧化铝陶瓷广泛应用于陶瓷、电子、航空、医疗等领域。
1. 陶瓷领域氧化铝陶瓷在陶瓷领域的应用主要是制作高温、高压和耐磨的陶瓷制品，如办公家居、日用陶瓷、建筑装饰、花瓶、餐具、厨房用具等。
2. 电子领域氧化铝陶瓷在电子领域的应用主要是制作高温、高压和耐腐蚀的电极、热敏电阻、IC封装、半导体材料、航天器外壳等。
3. 航空领域氧化铝陶瓷在航空领域的应用主要是制作发动机叶片、传动件、气密结构、陶瓷涂层等。
4. 医疗领域氧化铝陶瓷在医疗领域的应用主要是制作关节假体、牙科修复物、透析器、支架、人工中耳等医疗器械。
【精品文章】总结：Al2O3基陶瓷材料增韧方法介绍
总结：Al2O3基陶瓷材料增韧方法介绍
Al2O3基陶瓷材料以其优异的耐磨性、耐高温、耐腐蚀、硬度高，且化学稳定性强等特点，具有广阔的应用前景。
然而其缺点是韧性低，容易发生脆断，因此，提高氧化铝陶瓷材料的韧性是其能够在各个领域中进一步推广应用的前提。
图1 Al2O3基陶瓷材料
氧化铝陶瓷常见的增韧方法主要有颗粒弥散增韧、相变增韧、晶须增韧、原位生长增韧、复合协同增韧等方式。
一、颗粒弥散增韧
颗粒弥散增韧主要是在Al2O3陶瓷基体中加入高弹性模量的非金属或具有延性的金属作为第二相粒子，高弹性模量颗粒在基体材料拉伸时阻止横向截面的收缩。
要达到和基体相同的横向收缩，必须增加纵向拉应力，使材料强化。
增加外界拉应力就使材料消耗更多的能量，因此具有增韧效果。
颗粒弥散增韧Al2O3基陶瓷材料主要分为金属颗粒增韧和非金属颗粒增韧。
1、金属颗粒增韧
Al2O3基陶瓷材料可以通过添加金属颗粒相提高其力学性能，颗粒弥散相可以引入延性金属相。
目前，延性金属相也被证明是一种很有前途的增韧方法，添加的金属颗粒主要包括Al、Ni、Ag、Cu、Fe等。
金属颗粒增韧主要利用裂纹尖端未断裂的颗粒在裂纹上下表面起桥联作用，一方面阻止裂纹的张开而减小裂纹尖端的应力强度因子，另一方面因裂纹扩展而使颗粒发生塑性变形，消耗裂纹尖端的能量，达到增韧的目的。
材料断裂韧性 的测定
1
式中 FQ —临界载荷 K —条件断裂韧性
Q
九、数据可靠性检验的判据
按上述方法得到的 K Q 是否就是K IC ，尚需经过验证。检验 的判据有两个： ①几何判据。 B≥2.5(KIC/σ S)²α ≥2.5(KIC/σ S)²；W-α ≥2.5(KIC/σ S)²； ②载荷比判据。 Fmax 1.1 Fq
与强韧性的关系。
二、实验原理
裂纹扩展的3种基本形式：张开型（Ⅰ）裂纹扩展、滑开型 （Ⅱ）裂纹扩展、撕开型（Ⅲ）裂纹扩展 1、性弹性体的裂纹尖端部位的应力、应变场强度可以用强 度因子 K I 来描述。当 K I 值达到某一临界值时，裂纹即向前扩 展。由此可见该临界值的大小反应了材料抵抗裂纹扩展的能 力，该临界值是裂纹的扩展阻力。 2、当裂纹尖端附近处于三向应变时，这个阻力达到一个下 限值，而该下限值就为材料的平面应变断裂韧性 K IC 。 3、构件不发生脆断的K准则： K I < K IC
三、试样的形状、尺寸及制备
• 四种试样：标准三点弯曲试样、紧凑拉伸试样、C形拉伸试样和圆形紧凑 拉伸试样。由于三点弯曲试样较为简单，故使用较多。
三、试样的形状、尺寸及制备
由于KIC是材料在平面应变和小范围屈服条件下的KI临界值， 因此，测定KIC时用的试样尺寸，必须保证裂纹尖端处于平面应 变和小范围屈服状态。因此为满足小范围屈服及平面应变条件， 须要求 • ①B≥2.5(KIC/σ S)²； B：试样厚度， • ②α≥2.5(KIC/σS)² ； W：试样宽度或高度， • ③W-α≥2.5(KIC/σS)² ； α：预制疲劳裂纹长度
材料断裂韧性 K IC 的测定
一、实验的目的
由于理想的均匀连续性材料在工程中是不存在的，实际构件 总是不可避免地带来有夹渣、裂纹和划痕等缺陷，这些缺陷 在使用的过程中将逐渐发展成为裂纹。因此本实验的目的在 于研究实际含裂纹构件抵抗裂纹失稳扩展的能力律及原因，了解该材料的断裂韧性
al2o3陶瓷片技术参数
al2o3陶瓷片技术参数Al2O3陶瓷片技术参数一、引言Al2O3陶瓷片是一种具有优异性能的陶瓷材料，广泛应用于各个领域。
本文将详细介绍Al2O3陶瓷片的技术参数，包括其化学成分、物理性质、机械性能、热性能和电性能等方面。
二、化学成分Al2O3陶瓷片的化学成分主要是氧化铝(Al2O3)，其含量通常在95%以上。
此外，还会添加少量的其他元素，如氧化钇(Y2O3)、氧化镁(MgO)等，以改善陶瓷片的性能。
三、物理性质1. 密度：Al2O3陶瓷片的密度通常在3.5-3.9 g/cm³之间，密度较大，具有较高的重量。
2. 硬度：Al2O3陶瓷片的硬度非常高，通常在摩氏硬度9级以上，可以与钢材媲美，耐磨性极强。
3. 热导率：Al2O3陶瓷片的热导率较低，通常在20-30 W/(m·K)之间，具有较好的隔热性能。
4. 线膨胀系数：Al2O3陶瓷片的线膨胀系数较小，通常在6-8×10^-6/℃之间，具有较好的热稳定性。
四、机械性能1. 强度：Al2O3陶瓷片的抗弯强度通常在300-400 MPa之间，抗压强度可达到2000 MPa以上，具有较高的机械强度。
2. 断裂韧性：Al2O3陶瓷片的断裂韧性较低，通常在3-4 MPa·m^1/2之间，易于发生脆性断裂。
3. 硬度：前文已经提到，Al2O3陶瓷片的硬度非常高，耐磨性极强。
五、热性能1. 耐热性：Al2O3陶瓷片能够在高温下保持稳定性能，其耐热温度可达到1500℃以上。
2. 热震稳定性：Al2O3陶瓷片的热震稳定性较好，能够承受较大的温度变化而不易破裂。
六、电性能1. 绝缘性：Al2O3陶瓷片具有良好的绝缘性能，可以有效隔离电流，防止漏电。
2. 介电常数：Al2O3陶瓷片的介电常数较低，通常在8-10之间，适用于高频电气设备。
3. 比电阻：Al2O3陶瓷片的比电阻较大，通常在10^14-10^16 Ω·cm之间，具有良好的绝缘性能。
陶瓷材料断裂韧性的测定
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）。
氧化铝陶瓷材料力学性能的检测
氧化铝陶瓷材料力学性能的检测1.强度测试：强度是衡量材料抗拉、压、弯等力的能力。
常用的强度测试方法有拉伸强度、压缩强度和弯曲强度测试。
拉伸强度测试是将材料样品拉伸直至断裂，测量材料在拉伸破坏时的最大负荷。
压缩强度测试是将材料样品受到平行于加载方向的压缩荷载，测量材料在压缩破坏时的最大负荷。
弯曲强度测试是将材料样品放在两个支撑点上，施加外力使其弯曲，测量材料在弯曲破坏时的最大负荷。
2.硬度测试：硬度是材料抵抗外界压力而发生塑性变形或破坏的能力。
常用的硬度测试方法有洛氏硬度、维氏硬度和布氏硬度等。
洛氏硬度测试是利用洛氏硬度计对材料表面产生的压痕进行测量，根据压痕的直径和压力来计算材料的硬度值。
维氏硬度测试是利用维氏硬度计测量材料表面的压痕长度和压头的弹性形变来计算材料的硬度值。
布氏硬度测试是利用布氏硬度计对材料表面产生的压痕进行测量，根据压痕的直径来计算材料的硬度值。
3.断裂韧性测试：断裂韧性是材料抵抗断裂或破坏的能力。
常用的断裂韧性测试方法有缺口冲击试验和三点弯曲试验。
缺口冲击试验是将带有人工缺口的样品放在冲击试验机上，施加冲击荷载，测量材料在冲击破坏时的能量吸收能力。
三点弯曲试验是将样品放在两个支点上，施加弯曲荷载，测量材料在弯曲破坏前的最大挠度，根据弯曲应力和挠度计算材料的断裂韧性。
为了进行上述力学性能的检测，常用的测试设备有拉伸试验机、压力试验机、硬度计和冲击试验机等。
拉伸试验机可以用来测量材料的拉伸强度和伸长率，压力试验机可以用来测量压缩强度，硬度计可用来测量材料的硬度值，冲击试验机可用来测量材料的缺口冲击强度。
综上所述，通过对氧化铝陶瓷材料力学性能的检测，可以评估材料的质量和工程性能，从而为其应用于高温工业领域提供参考依据。
氧化铝基陶瓷材料断裂韧性的测量与评价
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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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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。
片状氧化铝晶种对氧化铝陶瓷断裂韧性的影响
片状氧化铝晶种对氧化铝陶瓷断裂韧性的影响于佳伟;廖其龙【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2011(042)010【摘要】以片状氧化铝晶种作为第二相,采用无压烧结制备了氧化铝陶瓷,分析了片状氧化铝含量对氧化铝陶瓷微观结构的影响,采用扫描电子显微镜（SEM）观察分析试样的断口形貌;采用压痕法计算试样的断裂韧性（KIC）值;研究了不同含量的晶种引入量对氧化铝陶瓷断裂韧性的影响。
结果表明烧结温度为1575℃时,相对致密度可以达到96.7%;片状氧化铝晶种的引入能够显著提高氧化铝陶瓷的断裂韧性;其片晶的裂纹偏转、片晶拔出效应等增韧机制发挥了主导作用;随着片状氧化铝含量的提高,氧化铝陶瓷的力学性能逐渐提高,当掺杂含量达到35%（质量分数）时,KIC达到6.4MPa.m1/2,当含量继续增加,KIC呈现逐渐降低的趋势。
【总页数】3页(P1833-1835)【作者】于佳伟;廖其龙【作者单位】西南科技大学四川省非金属复合与功能材料重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地,四川绵阳621010;西南科技大学四川省非金属复合与功能材料重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地,四川绵阳621010【正文语种】中文【中图分类】TQ174【相关文献】1.氧化铝陶瓷柱状晶组织的形成及性能 [J], 崔虹云;朱永长;张斌;王明才;陈宇;马娟娟2.片状氧化铝晶种加入量对氧化铝陶瓷组织和性能的影响 [J], 朱丽慧;刘伟;李太昌;黄清伟3.片状氧化铝晶种对氧化铝陶瓷结构和性能的影响 [J], 朱丽慧;刘伟;李太昌;黄清伟4.原位生长片状晶增韧氧化铝陶瓷的制备与显微结构 [J], 朱永长;荣守范;张敬强;宋晓刚5.提高氧化铝陶瓷断裂韧性的先进途径 [J], 李旺兴;李东红;沈湘黔因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
氧化铝陶瓷性能指标
项目 体积密度 抗折强度
线膨胀系数
导热系数
介电常数 dielectric constant
介质损耗角正切值 The dielectric loss tangent values
1.
体积电阻率 Volume resistivity
1.
击穿强度 disruptive strength
化学稳定性 气孔率
氧化铝陶瓷性能指标氧化铝陶瓷性能指标项目测试条件材料牌号a7575al2o3瓷a9090al2o3瓷a9595al2o3瓷a9999al2o3瓷a995995al2o3瓷体积密度32340360370375抗折强度20002300280030003000线膨胀系数201006205006373657565756573208006373658658658导热系数介电常数dielectricconstant1mhz2099109109105910550091010ghz209109109105介质损耗角正切值thedielectriclosstangentvalues1mhz2010642515500304010ghz20106体积电阻率volumeresistivity1001012101310131013101430010101010101010125001081091010击穿强度disruptivestrength2015151515化学稳定性1
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6.3-7.3 6.5-7.5 6.5-7.5 6.5-7.3
20-800℃
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6.3-7.3 6.5-8
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1 MHz 20℃ ≤9
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89%’%( 型维氏硬度仪上 ! 用不同的载荷在试样抛 光面上压出压痕 :保荷时间为 ’7 秒 " 用 ;<=$(% 型立
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% 结果和讨论
%)’ 原料粉末的起始粒度对材料断裂韧性值的影响
使用压痕法测量材料的 !"# 时 ! 所用的压头载 荷分别为 1XY$7XY $6XY $PXY 和 ’(XY" 用不同的压痕 法公式计算出的四种用不同粒度的原料粉末制备的
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实验材料的断裂韧性 裂 韧 性 *;<= . >6?(% 公式 *4 % !:((%B:!! !:66%B:!) -:!(%B:(9 -:C(%B:-( 公式 *C % A:!6%B:4B A:(6%B:44 !:)C%B:-) 9:4(%B:!C 公式 *)% 4:9B%B:C( 4:(4%B:)B 9:C-%B:!9 A:A)%B:9A 公式 *6 %
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第 !" 卷
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绝大部分工程陶瓷材料断裂方式为脆性断裂 " 其断裂行为较好地符合线弹性力学所要求的裂纹尖 端平面应变条件 $ 预测结构材料的力学性能所必需 的一个重要参数是断裂韧性 $ 断裂韧性 &’( 是描述 材料瞬间断裂时的裂纹尖端临界应力强度 " 即瞬间 断裂裂纹扩展阻力 " 是 ’ 型裂纹系统所能承受的外 加应力场强度的极限值 " 在数值上等于 ’ 型裂纹所 在平面上材料的连结单元间的连接力在裂纹尖端处 引起的应力场强度的负值 " 即材料的本征韧性 )1!!02$ 陶瓷材料断裂韧性的评定方法主要有 1!302单边切 口梁法 " 山形切口法 " 压痕法 " 双扭法 " 双悬臂梁法和 压痕强度法等 $ 它们有助于建立更可靠的测量陶瓷 断裂韧性特征的基础 $ 很长一段时间以来 "这些方法 中没有哪一个被优先选用 " 因为它们中的每一个都 有明显的缺点 " 这限制了它们的应用 $ 由于直接压
公式是不同的学者对相同或不同的材料从不同的角 度进行研究 " 根据不同的实验结果得出的计算式 "因 此在用于计算氧化铝基陶瓷材料的断裂韧性时有较 大的离散性 #
) -:(6;<= >6?("且 *6#*(#*!#*- # 这是因为 ! 第一 5697" 由于 *+(,-"./’ 体系中的基体 *> % 与增 强相8@$ 的热膨胀上的不匹配 "!@﹤ !>" 所得到的残余 应力值应为正值 + 当主裂纹到达有张应力的晶界时 " 可能沿晶界形成微裂纹 " 使主裂纹尖端的应力集中 分散 "从而造成裂纹的偏转 " 晶界应力与外加应力的 作用结果 " 将造成能量的吸收 , 转移或消耗 " 这样会 使材料得到强化与增韧 " 所以复合陶瓷的断裂韧性 要高于纯氧化铝陶瓷 # 第二 " 四种试样的断口扫描照片如图 6 所示 "图 中稍暗的相为 *+(,- 基体 " 稍亮的相为 ./’ 增强相 # 通过对比可以发现 " 四种材料中均匀性最差的 是 *- "这是因为基体和第二相的粉末粒度的差别对 粉末混合过程中的分散性有很大的影响 " 而 *- 的 基体为纳米粉末 " 第二相为微米粉末 "从断口扫描照 片上可以看出是基体粉末团聚在 ./’ 颗粒周围 " 显 微结构缺陷较多 " 且该材料是以沿晶断裂为主 "所以 材料的 %&’ 值相比起来就比较低 - 在材料 *6 ,*( 和
!!!! 作者简介 & 李大梅 " 女 ’!%/$! (" 合肥工业大学硕士研究生 $
!"
!!!!"
所测得的结果进行了分析对比 " 确定了最适用的压痕法计算公式 $ 研究发现 " 原料粉末的 起始粒度对用压痕法计算材料 &’( 的最优公式选择并无影响 " 但对材料的断 裂 韧 性 及 抗 弯强度有不同程度的影响 " 亚微米 第 二 相 增 强 微 米 基 体 的 材 料 综 合 力 学 性 能 最 佳 %)*+ 的加入使 ,-".#!)*( 基体材料的断裂韧性有所增加 % 在较小的压痕载荷下计算出的材料 的断裂韧 性值更接近实际 % 在用不同的公式计算同 一 材 料 的 断 裂 韧 性 值 时 " 断 裂 韧 性 值 与压痕载荷之间有相似的关系曲线 $ 关键词 断裂韧性 压痕法 单边切口梁法 氧化铝基陶瓷
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( O%N!"#4()(Z%7K DR’)7 ( O-N!"#4()(Z7%K DR’)7 ( ( O1N!"#4()%(- 8 C% DR’)7 ( ( O7N!"#4()(-7OEA8N()%7 K DR’)7 ( ( O6N!"#4()(’6 OEA8N ()7 K DR’)7 ( ( ( OZN!"#4()(%P 8()7 E()7 C% DR’)7 ( ( ( OPN!"#4()(7Z 8()6 E()1 C% DR’)7 ( ( ( OFN!"#4()’%F ODACN R’)7 OE"A8N()1 8 C()7A"
沿高度方向切割出深度为 %)755$ 宽度小于 ()%55 的切口后 ! 进行三点弯曲试验 ! 跨距为 %( 55 ! 压头 下压速率为 ()(755 ( 5/GR’" 试验在 S#T&7((( 型岛 津材料试验机上进行 " 在试样高宽比 UAV4%: 高跨比