极端环境下的陶瓷材料力学性能评价技术及装置

正随着我国现代化进程的高速发展,陶瓷及陶瓷基复合材料由于其优良的抗腐蚀、抗磨损和耐高温等性能,已经越来越多地应用在航天、卫星和导弹等高技术领域,在国民经济建设中发挥着越来越重要的作用。但是由于陶瓷的本征脆性,这类材料也最容易发生突发性事故、成为最不安全的材料,使得它们的可靠性评价和寿命预测非常困难,尤其是在各种常规仪器和方法都无法实施的高温和超高温等极端特殊环境条件下。陶瓷的失效往往具有突发性和灾难性,主要表现为极限应变小、裂纹扩展速率快、塑性变形极小、损伤容限低等。对材料力     

幕墙中空玻璃失效在线检测技术

针对幕墙中空玻璃中空层气体泄漏并导致其节能功能失效及外片脱落质量事故问题,研究中空玻璃中空层密封性能在线检测技术及装置。根据中空玻璃的承载特性,给出集中载荷作用下中空玻璃在中空气体层密封和泄漏状态下的中空玻璃内、外片变形量理论计算方法。理论和试验研究揭示相同载荷作用下中空层失效后改变中空玻璃的变形性能,失效后中空玻璃承载面变形明显增大,而另一面玻璃几乎不变形,且整体承载能力明显降低。基于此现象,提出采用在中空玻璃面板中心施加集中荷载,并通过观测中空玻璃内、外片变形量的大小或中空层的厚度变化来评价中空玻璃中空层的密封性能。通过一个实施例,描述该方法的实施过程,验证该方法的实用性和可靠性。     

求实创新 志在千里——记建材行业十大科技创新人物 中国建材检验认证集团首席科学家包亦望

正罗曼·罗兰曾经说过,"最可怕的敌人,就是没有坚强的信念"。从事科研工作尤为如此,献身科学、追求真理的道路并不平坦,科研大成者往往都是凭着对科学与真理的执着信念,才能达到科学事业的高峰。中国建筑材料科学研究总院学位委员会主席、博士生导师,中国建材检验认证集团(CTC)首席科学家包亦望正是三十余年来始终坚持科学的理想信念,以兢兢业业、求真务实的态度"勤做学问、永做学问、做出学问",在无机非金属脆性材料力学性能评价领域做出了突出的贡献。     

基于十字交叉法的陶瓷胶粘剂剪切蠕变性能研究

本研究设计了“十字交叉法”陶瓷胶粘剂剪切蠕变试验装置,选取刚性环氧树脂及柔性硅酮结构胶进行剪切蠕变试验,研究了环境温度、剪切应力、粘结面积等因素对胶粘剂剪切蠕变的影响,通过模型拟合对胶粘剂的剪切蠕变行为进行了分析和预测,探究了两种胶粘剂的蠕变破坏模式。结果表明:采用十字交叉法能够准确便捷地测试陶瓷胶粘剂的蠕变性能。增大胶粘层柔性、提高环境温度、增大剪切应力都会加速蠕变的发展,但粘结面积对蠕变速率无明显影响。刚性环氧树脂胶粘剂试样的蠕变失效形式为粘结层内聚破坏及界面脱粘,符合时间硬化模型;柔性硅酮结构胶试样失效形式为粘结层内聚破坏,符合Burgers模型。     

高温和超高温极端环境下陶瓷管材弹性模量评价新技术

本文综述了从室温到2200°C范围内陶瓷材料弹性模量的传统测试方法和新技术。针对脆性陶瓷管材在高温及超高温下弹性模量的评价难题,我们提出一种结合相对法和缺口环法的新方法,即相对缺口环法。通过比较缺口环与刚性圆块的横梁位移得到缺口环在高温及超高温下的真实变形量计算出精确的弹性模量。对典型的石英玻璃管、氧化铝陶瓷管、C/SiC/ZrB_2复合陶瓷管以及石墨管进行测试所得到的结果表明相对缺口环法准确有效,为高温及超高温等极端环境下脆性管材的结构安全提供了一种简便可靠的评价方法。     

高强度预应力陶瓷的发展与探索

同步提升陶瓷材料强度及损伤容限是陶瓷发展的核心问题。一百多年前预应力技术大幅提高混凝土和玻璃的弯曲强度, 并在世界上广泛应用以来, 预应力增强陶瓷材料的设计就成为一个百年梦想。本文总结了增强陶瓷的国内外研究进展, 并提出了全新的高强度高损伤容限复合陶瓷的预应力设计及模型, 通过优化表面预应力设计, 在陶瓷构件表面能够形成一层高度压缩应力, 从而阻止裂纹扩展, 并抵消外加拉应力, 达到提高陶瓷的强度及损伤容限的目的。这种预应力设计理论和规程可应用到结构陶瓷、建筑陶瓷和日用陶瓷等不同领域, 具有明显的通用性和广泛性, 且简单、经济, 不受构件尺寸和形状的限制, 因此极具应用前景。     

莫来石/氧化铝预应力涂层增强氧化铝的弯曲强度和抗热震性能

在陶瓷表面引入含压应力的涂层是一种有效的增强技术。本研究将氧化铝和石英粉混合浆料涂覆在预烧后的氧化铝坯体上, 无压共烧原位合成了热膨胀系数较低的莫来石-氧化铝涂层。利用降温过程中涂层内形成的残余压应力实现了氧化铝陶瓷的预应力强化。结果表明：随着涂层中石英掺量增加, 预应力氧化铝的强度出现先增大后减小的趋势; 当涂层中掺入石英的质量分数为15%时, 预应力增强效果最好, 涂层与基体界面结合紧密, 预应力氧化铝陶瓷的弯曲强度达到(549.44±27.2) MPa, 比普通氧化铝的强度提高了37.19%; 当涂层中掺入石英的质量分数增大到15%以上, 由于烧结收缩不匹配反而引起强度下降; 这种预应力增强效果会随着温度升高逐渐减弱, 当测试温度达到并超过1000 ℃时, 预应力氧化铝和普通氧化铝会具有大致相等的抗弯强度。由于表层压应力的存在, 预应力氧化铝还展现出更好的抗热震性能和损伤耐受性。     

建筑幕墙用钢化玻璃和真空玻璃安全可靠性的评价技术

对建筑幕墙用钢化玻璃发生突发性自爆和松动脱落导致城市闹区灾难事故的安全隐患和真空玻璃应用中的强度问题及边缘易损伤而导致失效等瓶颈问题进行了分析,开发出光弹扫描法和动态法等一系列评价既有钢化玻璃幕墙安全可靠性的技术及相应的设备,提出钢化和半钢化真空玻璃的高可靠性设计思想和产业化制备技术。本文综述了项目组近几年在玻璃评价技术方面所取得的部分成果,期望以最大限度地降低钢化玻璃幕墙的安全隐患,提高玻璃应用的安全可靠性,保障城市公共安全,同时促进我国城市建设用的玻璃更加节能、环保和舒适。     

RO-Al_2O_3-SiO_2玻璃的钢化与力学性能(英文)

采用熔融法制备出了无碱型RO-Al2O3-SiO2玻璃.研究了残余应力、钢化工艺以及样品尺寸对RO-Al2O3-SiO2玻璃的弹性模量、剪切摸量、维氏硬度、弯曲强度和断裂韧性等力学性能的影响.结果表明:合适的钢化工艺和残余应力可以显著提高其弯曲强度和断裂韧性,但对其它力学性能影响较小.经钢化处理后的RO-Al2O3-SiO2玻璃的弯曲强度和断裂韧性分别达到了263 MPa和2.28MPa·m1/2.与没有经钢化处理的玻璃样品相比,分别提高到了4倍和235%.提出了1种新型的钢化工艺--非对称钢化工艺,对于在非对称载荷下服役的玻璃构件来说,非对称钢化工艺有可能在提高玻璃力学性能的同时还可以降低其自爆风险.     

门窗幕墙用钢化玻璃自爆源和自爆机理分析及在线检测技术

通过对破碎后的门窗幕墙用钢化玻璃自爆残片的电镜观察和成分分析,发现引起钢化玻璃自爆源不仅仅是传统认识中的硫化镍微粒,还有许多其它异质相颗粒如:单质硅、氧化铝和偏硅铝酸钠等。玻璃破碎前的裂纹萌发和扩展主要是由于异质颗粒引起的残余拉应力和玻璃本身残余应力综合作用所导致。导致这种局部应力集中的原因可以分为两类:一类是在相变膨胀过程所产生的应力,另一类是由于异质颗粒与玻璃基体的热膨胀系数不匹配而产生的应力。基于钢化玻璃中若存在异质颗粒时必然会造成应力集中的特点,提出了一种判别钢化玻璃中自爆源颗粒的在线检测技术-光弹扫描法。根据透射式光弹原理,利用起偏片和检偏片两边的透射光强差的变化获取钢化玻璃的应力条纹图像,然后对应力条纹进行图像处理和分析,找出应力条纹图像中的奇异或突变点,包括应力集中点。该技术可用于现场在线检测门窗幕墙用钢化玻璃中是否存在异质相颗粒杂质,避免灾难事故的发生,保障人民生命财产安全。