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国家标准计划《精细陶瓷 断裂阻力试验方法 压痕(IF)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
20220093-T-609
制修订
制订
项目周期
16个月
下达日期
2022-04-28
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 21618:2019。

采标中文名称:精细陶瓷 断裂阻力试验方法 压痕(IF)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。

因此在ISO标准中还有采用单边V型切口梁(SEVNB)法用剃须刀片切出尖锐V型切口替代预裂纹,或者用努氏压痕来制备半饼状的预裂纹。

但这些方法都需要较大的样品尺寸,同时需要对样品进行较多的加工。

而直接压痕法,通过在样品表面打压痕产生的裂纹,直接计算出断裂阻力,无疑具有更大的便捷性。

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

本文件规定了压痕法测定块体陶瓷断裂阻力KI,IFR,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基复合材料,不适用于轴承球用块体氮化硅陶瓷和连续纤维增强陶瓷基复合材料。KI,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。 压痕法使用维氏压头压入材料表面,移除压头后,测量表面压痕对角线和裂纹长度,用材料弹胜模量和压头加载力计算压痕断裂阻力值。本方法适用于半饼状裂纹,但不适用于巴氏裂纹(Palmqvist type crack)。两种裂纹形貌可以通过估算裂纹长度2c和压痕对角线长度2a的比值来判断,当2c/2a>2.5时,裂纹是半饼状裂纹。为了提高精度,可分开测量裂纹长度和裂纹尖端。为了确保可靠性,应使用40倍或更高的物镜和经过校准的光学平台。 样品表面光洁度的状况影响裂纹长度测量的准确性。当由于颗粒脱落或破碎而在表面形成小凹坑时,测量裂纹尖端的正确位置变得困难。因此,有必要采适当的加工工艺来避免这种问题。 本标准对规范性引用文件中的标准进行了替换。