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国家标准计划《精细陶瓷 断裂韧性试验方法 表面裂纹弯曲梁法》由 TC194(全国工业陶瓷标准化技术委员会)归口 ,主管部门为中国建筑材料联合会

主要起草单位 中国科学院上海硅酸盐研究所哈尔滨工业大学山东工业陶瓷研究设计院有限公司

目录

基础信息

计划号
20220092-T-609
制修订
制定
项目周期
16个月
下达日期
2022-04-22
申报日期
2021-03-28
公示开始日期
2022-01-17
公示截止日期
2022-01-31
标准类别
方法
国际标准分类号
81.060.30
81 玻璃和陶瓷工业
81.060 陶瓷
81.060.30 高级陶瓷
归口单位
全国工业陶瓷标准化技术委员会
执行单位
全国工业陶瓷标准化技术委员会
主管部门
中国建筑材料联合会

起草单位

采标情况

本标准修改采用ISO国际标准:ISO 18756:2003。

采标中文名称:精细陶瓷 断裂韧性试验方法 表面裂纹弯曲梁法。

目的意义

断裂韧性是陶瓷材料关键力学性能指标,反映材料抵抗裂纹扩展的能力。

目前公认的测试结果最接近断裂韧性真实值的方法是单边预裂纹梁(SEPB)法,该方法虽然已经采标(GB/T 23806 精细陶瓷断裂韧性试验方法 单边预裂纹梁(SEPB)法(GB/T 23806—2009, ISO 15732:2003,MOD)),但实际操作中预裂纹制备时,需要根据声发射或载荷下降的信号来人为停止加载避免裂纹进一步扩展,由于精细陶瓷固有的脆性,这个过程非常难以实现,成功率低。

由于陶瓷极高的耐磨性,陶瓷样品加工困难,低预制裂纹的成功率导致断裂韧性试验成本大大提高。

因此,人们通常仍采用直通切口替代预裂纹,即通过单边切口梁(SENB)法测试陶瓷材料断裂韧性,由于该方法获得的切口顶端半径过大(一般>50μm),导致实验获得的陶瓷材料断裂韧性值明显高于真实值(一般超过30%,甚至更多)。

陶瓷材料断裂韧性的测量值与切口顶端的半径的密切相关,利用超薄的剃须刀片可以制备十微米级尖端半径的单边V型切口梁。

因此有ISO标准采用单边V型切口梁(SEVNB)法用尖锐V型切口替代预裂纹,但这种方法和真实裂纹还是有区别。

此外,还有表面直接压痕法(IF),虽然简单地表面打维氏压痕形成压痕裂纹来计算断裂韧性,但因为需要满足较苛刻的有效性条件,试验成功率不高。

因此,通过在弯曲梁上制备一个小裂纹,综合了以上方法的有点,既能保证测量值准确,操作又简便,是比较理想的陶瓷材料断裂韧性测试方法。

本标准的目的在于提供一种准确、简便、通用和可操作性强的陶瓷材料断裂韧性试验方法,解决目前陶瓷材料断裂韧性难以准确测量的问题。

本标准有望进一步规范陶瓷材料的断裂韧性评价体系,对促进陶瓷材料领域的科学研究和工程应用具有重要意义。

范围和主要技术内容

本文件适用于宏观均匀的块体陶瓷和晶须颗粒增强陶瓷,不适用于连续纤维增强陶瓷基复合材料。本试验方法适用于具有平坦或上升裂纹扩展阻力曲线的材料。这种方法类似于GB/T 23806,但预裂纹制备过程简单。这些方法对具有平坦R曲线的材料可获得相似或相同的结果。本试验方法通常适用于断裂韧性小于约10 MPa·m1/2的陶瓷材料。 对于具有较大断裂韧性的材料或软(低硬度)的材料,如一些氧化锆,或多孔陶瓷,可能很难用努氏压头形成预裂纹。 本方法通过表面预裂纹弯曲样品试验确定断裂韧性值KISC。样品用努氏压头打压痕形成小的、半椭圆的表面裂纹。样品被仔细地抛光或研磨,直到压痕和相关的残余应力场被移除。样品在四点弯曲试验中断裂。根据断裂载荷和实测临界裂纹尺寸计算断裂韧性,KISC。裂纹测量需要先测量预裂纹尺寸,并确定裂纹是否已扩展。断裂韧性作为裂纹尺寸的函数,可以通过改变用于制造预裂纹的努氏压痕载荷来评估。对于一些材料(特别是具有粗晶或混合显微结构的材料),可能很难检测断口上的裂纹。可用简化步骤的试验来确认,即在不去除压痕和残余应力的情况下,对样品进行压痕和弯曲试验。断口分析能确认在样品断口上检测到预裂纹,并且样品从预裂纹处(而不是材料缺陷)断裂。 本标准对规范性引用文件中的标准进行了替换。