精细陶瓷断裂韧性标准测试方法概述

精细陶瓷断裂韧性试验方法需要满足几个条件,包括样品制备的简易性和低成本、引入尖锐预裂纹的方法和适当的断裂力学分析。符合这些要求的4种试验方法 ——单边预裂纹梁法(SEPB)、单边V形切口梁法(SEVNB)、山形切口梁法(CNB)和表面裂纹弯曲梁法(SCF)——已经发布了相关标准并经过了国际实验室间的比对试验。压痕法(IF)测量精细陶瓷断裂韧性试验方法经过几十年的发展也形成了相应的国际和国家标准。所有这些标准试验方法并非对所有材料都有效,用户在使用时需要注意到每个标准的局限性。     

激光切口法测量ZrB2–SiC–Graphite陶瓷的断裂韧性EI北大核心CSCD

采用纳秒激光在ZrB2-SiC-Graphite(ZSG)陶瓷材料中引入了尖锐的V型切口,切口尖端半径小于1μm。通过单边V型切口梁法测得ZSG陶瓷材料的断裂韧性为3.88MPa·m^1/2,与单边预裂纹梁法结果吻合,表明激光切口法的有效性。研究了断裂韧性与激光切口深度和试样厚度比值(a/W)的关系,对于ZSG陶瓷,试样的a/W取值范围为0.1~0.6时能获得准确的断裂韧性值。     

激光切口法测量ZrB_2–SiC–Graphite陶瓷的断裂韧性

采用纳秒激光在ZrB_2–SiC–Graphite(ZSG)陶瓷材料中引入了尖锐的V型切口,切口尖端半径小于1μm。通过单边V型切口梁法测得ZSG陶瓷材料的断裂韧性为3.88MPa·m~(1/2),与单边预裂纹梁法结果吻合,表明激光切口法的有效性。研究了断裂韧性与激光切口深度和试样厚度比值(a/W)的关系,对于ZSG陶瓷,试样的a/W取值范围为0.1～0.6时能获得准确的断裂韧性值。     

单边V切口梁法测量结构陶瓷断裂韧性的研究进展

断裂韧性作为评价陶瓷材料脆性断裂的重要指标,在陶瓷断裂力学上起着关键性的作用。本文介绍单边V切口梁法测量结构陶瓷断裂韧性的发展及相关研究成果,重点讨论基于飞秒激光加工超尖V型切口的SEVNB法。采用飞秒激光在结构陶瓷试样上可获得尖端曲率半径小于0.5 μm的理想切口,经实验证明,这种改良后的SEVNB法可以准确、可靠测得结构陶瓷材料的断裂韧性。同时,论文中阐述了飞秒激光加工的超尖V型切口的尖端曲率半径、切口尖端显微结构及飞秒激光产生的热应力对断裂韧性测试结果的影响,为单边V切口梁法准确、可靠地测试结构陶瓷断裂韧性提供依据。     

陶瓷断裂韧性测试方法准确性和简便性比较分析

陶瓷是一种典型的脆性材料,如何能准确测量其断裂韧性是与陶瓷材料设计、制备和服役安全密切相关的一个研究重点。目前陶瓷断裂韧性测试方法有10余种,根据引发或诱导裂纹产生方式可分为压痕法、切口梁法、预裂纹梁法和其他方法。针对既能保障陶瓷断裂韧性测量结果的准确性,又能满足工程试验操作简便性的要求,综述了常用的压痕法、切口梁法、预裂纹梁法等3类测试方法的特点,结合所提出的新方法,对所述陶瓷断裂韧性测试方法的难点、优缺点及适用范围提出了几点建议。     

多孔Si3N4–SiO2复相陶瓷及其性能

采用近净尺寸成型制备工艺–氧化烧结结合溶胶浸渍再烧结法,制备了多孔Si3N4–SiO2复相陶瓷。讨论了制备工艺对材料的成分、微结构和性能的影响规律。研究表明：随着硅溶胶浸渍量的增加,材料的抗弯强度、硬度、断裂韧性、密度和介电常数均增大。分别采用压痕法和单边切口梁法对材料的断裂韧性进行了测定和比较。结果表明：采用压痕法测定断裂韧性时,多孔Si3N4–SiO2复相陶瓷的增韧机理有裂纹偏转、裂纹分叉、裂纹桥接以及孔的钝化。采用单边切口梁法测定断裂韧性时,多孔Si3N4–SiO2复相陶瓷的增韧机理只有裂纹偏转。     

多孔Si3N4-SiO2复相陶瓷及其性能

采用近净尺寸成型制备工艺-氧化烧结结合溶胶浸渍再烧结法,制备了多孔Si3N4-SiO2复相陶瓷.讨论了制各工艺对材料的成分、微结构和性能的影响规律.研究表明:随着硅溶胶浸渍量的增加,材料的抗弯强度、硬度、断裂韧性、密度和介电常数均增大.分别采用压痕法和单边切口梁法对材料的断裂韧性进行了测定和比较.结果表明:采用压痕法测定断裂韧性时,多孔Si3N4-SiO2复相陶瓷的增韧机理有裂纹偏转、裂纹分叉、裂纹桥接以及孔的钝化.采用单边切口梁法测定断裂韧性时,多孔Si3N4-SiO2复相陶瓷的增韧机理只有裂纹偏转.     

陶瓷材料断裂韧性测试新技术：静态爆破剂预制裂纹的研究

准确测试陶瓷材料断裂韧性Ｋ１Ｃ的关键是预制具有原生裂纹的试样。本文以单边切口梁法测试Ｋ１Ｃ为基础，提出了一种简便而有效的陶瓷材料原生裂纹的预制方法－静态膨胀法。研究结果表明：静态膨胀法中裂纹的扩展是稳态的；通过调节影响微裂纹产生与扩展的多种因素，可以准确地控制裂纹扩展的深度，预制出合适的原生裂纹，为准确评价结构陶瓷的断裂韧性提供了一种有效可行的方法。     

微波辅助技术烧结方式对氧化铝陶瓷性能的影响

对组成相同的99 Al2O3造粒粉,在150MPa下冷等静压成型,分别采用微波辅助技术(MAT)烧结和无压烧结,制备出99 Al2O3陶瓷样品。分别利用扫描电镜、单边切口梁法、三点弯曲法,研究MAT对99 Al2O3陶瓷显微结构和力学性能的影响。结果表明采用MAT烧结的99 Al2O3陶瓷晶粒细小、结构均匀;其断裂韧性和弯曲强度得到提高,较无压烧结99 Al2O3分别提高了近33%和31%。     

温度和环境对2维C/(SiC–B_xC)_n断裂韧性的影响

采用单边切口梁法研究了二维碳纤维增强碳化硼–碳化硅复合材料(2D C/(SiC–BxC)n)在空气和真空两种环境下断裂韧性与温度的关系,用扫描电镜观察断口微观形貌。结果表明:真空中2D C/(SiC–BxC)n复合材料的断裂韧性随温度升高而降低,室温下界面结合弱,残余热应力大,易发生纤维桥接裂纹,断裂韧性高;高温下相反。在空气中随温度升高断裂韧性增加,700℃达到最大值,尔后随温度升高而降低,这与生成的B2O3和SiO2.B2O3固溶体会封填裂纹以及碳相的氧化有关。     

温度和环境对2维C/(SiC-BxC) n断裂韧性的影响

采用单边切口梁法研究了二维碳纤维增强碳化硼–碳化硅复合材料(2D C/(SiC–BxC)n)在空气和真空两种环境下断裂韧性与温度的关系,用扫描电镜观察断口微观形貌。结果表明:真空中2D C/(SiC–BxC)n复合材料的断裂韧性随温度升高而降低,室温下界面结合弱,残余热应力大,易发生纤维桥接裂纹,断裂韧性高;高温下相反。在空气中随温度升高断裂韧性增加,700℃达到最大值,尔后随温度升高而降低,这与生成的B2O3和SiO2.B2O3固溶体会封填裂纹以及碳相的氧化有关。     

用初参数法计算密炼机转子的变形

用初参数法计算密炼机转子的变形钟云晴（山东青岛化工学院山东２６６０４２）密炼机转子的刚度计算一般采用图解虚梁法。本文将采用初参数法计算密炼机转子的变形。此法属解析法，不需作弯矩图，运算较简便，计算精确。对图１所示的变截面梁可以写出其转角通用方程和挠度...     

牙科树脂渗透氧化锆陶瓷材料的制备与性能研究

通过利用三点抗弯强度试验测定了材料的抗弯、弹性模量，并用单面切口梁法测量了材料的断裂韧性，利用纳米压痕测量系统测量了材料的硬度，并用SEM观察了其微观组织，研制一种用于牙科树脂渗透性的氧化锆陶瓷材料，并对其力学性质进行测试。该树脂渗入的氧化锆陶瓷（PICN）具有135～266?MPa、41.3～99.3?GPa的弹性模量、2.20～4.04?Mpa?m1/2的断裂韧性、1.93～10.83?GPa的硬度。SEM结果表明，PICN材料中的树脂充分渗入到陶瓷的孔洞中，该材料的力学性能接近于人的牙釉质和牙本质，是一种很有前途的新型材料。     

硝基胍发射药的断裂韧性和临界孔内外压差的研究

利用单边裂纹拉伸实验的方法对Ａ和Ｂ两种硝基胍发射药的断裂韧性进行了测试，分别用应力强度因子法和能量平衡法求出了这两种发射药的断裂韧性Ｋｃ值，比较了这两种方法的优缺点，讨论了这两种发射药之Ｋｃ值随温度和裂纹深度的变化规律，并对这两种发射药的临界孔内外压差进行了研究。     

SiCp1/ZrB2超高温陶瓷的制备及性能

研究了碳化硅晶片(SiCp1)增韧二硼化锆(ZrB2)陶瓷的制备及其力学性能.采用热压烧结方法,在烧结温度1950℃、保温时间1h、压力20MPa、流动氩气气氛下,制备了高致密度的SiCp1/ZrB2复合材料.通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜、三点弯曲法和单边切口梁法对SiCp1/ZrB2陶瓷复合材料的物相、显微结构和力学性能进行了研究,结果表明:随着SiCp1的加入,SiCp1/ZrB2复合材料的相对致密度和断裂韧性都得到了较大提高,当SiCp1添加量为15%(体积分数)时,相对致密度达到99%,断裂韧性达到(8.35±0.26)MPa·m1/2,抗弯强度达到(522±49)MPa.用轧膜法制备的SiCp1定向排列的SiCp1/ZrB2复合材料的力学性能略有下降.     

烧结助剂(Y_2O_3、Al_2O_3、La_2O_3)对β-Si_3N_4自增韧陶瓷的性能研究

利用氮化硅陶瓷的自增韧技术,使用复合烧结助剂和在氮化硅基体中添加长柱状β-Si_3N_4晶种,制备高断裂韧性的氮化硅陶瓷。采用X射线衍射、扫描电镜、阿基米德法、三点抗弯曲强度、单边切口梁法等测试方法对陶瓷的组成、显微结构、显气孔率以及抗弯强度和断裂韧性等进行了分析与表征。首先研究了无压烧结制备氮化硅陶瓷过程中,烧结助剂(Y_2O_3、Al_2O_3)对其烧结性能和力学性能的影响,当Y_2O_3含量为8wt%,Al_2O_3含量为4wt%时,氮化硅陶瓷的相对密度达95%以上,抗弯强度为674MPa,断裂韧性为6.34MPa·m~(1/2)。再通过引入La_2O_3提高氮化硅晶粒的长径比,使氮化硅陶瓷的抗弯强度和断裂韧性分别达到686MPa和7.42MPa·m~(1/2)。通过无压烧结工艺,在1750℃制备了长柱状的β-Si_3N_4晶种,晶种的平均长度为2.82μm,平均粒径为0.6μm,平均长径比为4.7。笔者着重研究了晶种对氮化硅陶瓷烧结性能和力学性能的影响。在氮化硅陶瓷中加入晶种后,其烧结性能和抗弯强度略有降低,但断裂韧性却得到了很大的提高;且随着晶种添加量的增加,断裂韧性先升高再降低,掺入量为2wt%时断裂韧性达到最大(7.68MPa·m~(1/2)),提高了20%以上。     

ZTM15/20SiCp陶瓷材料性能测试方法比较及分析

本文采用不同方法测定了ZTM15／20SiCp材料的弹性模量，维氏硬度，强度和韧性，结果表明因测试方法的不同，同一材料所测得的强度和韧性有较大差异。分别采用三点弯曲和单边切口梁法所测得的ZTM15／20SiCp材料的强度和韧性值偏大，由径向加载法所测得的的强度值较小，因试样受双向应力，纵向最大压力是横向最大拉应力的3倍，该压应力对断裂有很大影响。用压痕法测定材料的韧性时必须考虑残余应力的影响。     

气氛烧结工艺制备Fe/辉石基复合材料及断裂韧性研究

利用气氛烧结工艺,在烧结温度950℃、等静压压力200 MPa条件下,以白云鄂博尾矿为主要原料制备了Fe/辉石基复合材料。采用DSC、XRD、SEM、单边切口梁法等研究了Fe含量在0～40 wt%范围内变化对所研究复合材料显微结构及性能的影响。结果表明:Fe/辉石基复合材料主晶相为辉石相,第二相为金属Fe和少量SiO2。随着Fe含量的增加,金属铁第二相含量升高,密度随之上升,样品的断裂韧性先减小后增加。     

烧结温度对Al_2O_3 WC陶瓷强韧性的影响

采用不同常压烧结（CP）温度制备了Al2O3＋WC复合陶瓷材料。利用扫描电镜（SEM）、X一射线衍射、能谱分析（EDAX）等手段和三点弯曲、单边切口梁等力学方法研究了该材料的组织结构、力学性能及增韧机制。结果表明,1600℃烧结Al2O3＋WC陶瓷各相结合致密、分布均匀且晶粒微细,其断裂形式为沿晶断裂;室温断裂强度为520MPa;断裂韧性为6.2MPa·m1／2;第二相WC弥散分布细化了基本晶粒,韧化机制主要为裂纹弯曲偏转韧化。     

自增韧氮化硅陶瓷的制备与性能研究

氮化硅陶瓷具有优异的物理机械性能和化学性能,被广泛应用于高温、化工、冶金、航空航天等领域。在结构陶瓷中氮化硅陶瓷虽具有相对较高的断裂韧性,但为了进一步拓宽氮化硅陶瓷的运用领域和提高其使用可靠性,改善其断裂韧性一直是该材料研究的重要课题。笔者通过利用氮化硅陶瓷的自增韧技术,使用复合烧结助剂和在氮化硅基体中添加长柱状β-Si_3N_4晶种,制备高断裂韧性的氮化硅陶瓷。采用X射线衍射、扫描电镜、阿基米德法、三点抗弯曲强度、单边切口梁法等测试方法对陶瓷的组成、显微结构、显气孔率以及抗弯强度和断裂韧性等进行了分析与表征。首先研究了无压烧结制备氮化硅陶瓷过程中,烧结助剂(Y_2O_3和Al_2O_3)对其烧结性能和力学性能的影响,当Y_2O_3含量为8wt%,Al_2O_3含量为4wt%时,氮化硅陶瓷的相对密度达95%以上,抗弯强度为674 MPa,断裂韧性为6.34 MPa·m~(1/2)。再通过引入La_2O_3提高氮化硅晶粒的长径比,使氮化硅陶瓷的抗弯强度和断裂韧性达到686 MPa和7.42 MPa·m~(1/2)。笔者通过无压烧结工艺,在1 750℃制备了长柱状的β-Si_3N_4晶种,晶种的平均长度为2.82μm,平均粒径为0.6μm,平均长径比为4.7,着重研究了晶种对氮化硅陶瓷烧结性能和力学性能的影响。氮化硅陶瓷中加入晶种后,其烧结性能和抗弯强度略有降低,但断裂韧性得到了很大的提高;且随着晶种添加量的增加,断裂韧性先升高再降低,掺杂量为2wt%时,断裂韧性达到最大(7.68 MPa·m~(1/2)),提高了20%以上。