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。     

基于SEVNB法对层压陶瓷复合材料断裂韧性的研究

采用简单模压工艺制备了 Al2O3/铁丝网夹层层压陶瓷复合材料,采用基于飞秒激光的SEVNB法测试了其在不同切口位置的断裂韧性值,分析了切口尖端半径对该材料断裂韧性测试值的影响.结果表明,Al2O3/铁丝网夹层层压陶瓷复合材料表现出近似脆性断裂行为,切口尖端最低点在第4层铁丝网夹层时的断裂韧性值达6.88 MPa · ...     

陶瓷材料断裂韧性的测量标准刍议

现行的陶瓷材料断裂韧性测试方法有多种，其中常用的是单边预裂纹梁法（SEPB）和单边V型切口梁法（SVENB）。本文比较了采用SEPB法和SEVNB法测量断裂韧性的三种标准（国际标准化组织ISO 23146、美国材料与试验协会ASTM C1421和中国国家标准GB/T 23806）的异同。三种标准在试样规定、加载测试和结果计算方面差异不大，不同形状因子计算相对差值低于1%。现行国标因采用非国际基本单位mm会造成断裂韧性计算结果错误，需要经过校正系数k修订后，才能获得正确的断裂韧性值（MPa·m0.5）。     

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。     

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。     

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。     

典型陶瓷岩板的力学性能研究

陶瓷岩板旨在跨界应用于三维家居领域,然而,在如切割或钻孔等后期加工过程中可能会由于裂纹失稳扩展而导致碎裂。断裂韧性是评价陶瓷材料抵抗裂纹扩展能力的关键指标,建陶行业应引入断裂韧性来评价陶瓷岩板的力学性能。为了可靠评价陶瓷岩板的断裂韧性并探究物相组成及显微结构对其影响,首次采用基于超尖V型切口的改良SEVNB法准确测得四种典型陶瓷岩板的断裂韧性值,其范围为1.04～1.35 MPa·m^1/2,并估算出这四种陶瓷岩板的临界裂纹尺寸为79.1～119.4μm。通过物相定量分析发现较多的刚玉和较少的玻璃相有利于提高其断裂韧性;通过显微结构分析发现四种陶瓷岩板的断面不完全致密,气孔分布不均匀,而切割裂岩板断面存在较大尺寸的游离石英晶粒和长度约为100μm的大尺寸裂纹,接近其临界裂纹尺寸估算值108μm,在低应力作用下,裂纹容易失稳扩展导致材料断裂,这是导致陶瓷岩板切割裂的主要原因。     

基于激光切割的Si3N4陶瓷断裂韧性测试方法

提出一种采用激光切割技术在Si3N4陶瓷表面预制微小切口,并结合SENB法测定陶瓷材料断裂韧性的新方法。利用连续激光束在陶瓷表面加工出切口,在三点弯曲实验前后分别运用激光共聚焦显微镜(LSCM)和扫描电镜(SEM)测量切口宽度和深度,而后计算陶瓷材料断裂韧性。在此基础上分析激光输出功率P、激光辐照光斑直径D和激光切割速率Vw与材料断裂韧性值的内在联系。结果表明:输出的激光能量密度达到陶瓷切割加工阈值后,光束在试件表面制得对应切口;切口深宽比为4.3～4.8时测得的Si3N4陶瓷断裂韧性值具有较高精度。     

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.     

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%。     

ZrO2纳米颗粒的添加对ZrO2/HA复合陶瓷物相和力学性能的影响

将液相掺杂CeO2和Fe2O3的钇稳定四方ZrO2纳米粉作为着色剂添加到微米ZrO2/HA体系中,1400℃烧结制备了ZrO2/HA纳米复合陶瓷.利用X射线衍射分析了复合陶瓷的物相组成;三点弯曲法、单边切口梁法及压痕法测试了陶瓷的力学性能;讨论了纳米氧化锆的添加对复合陶瓷力学性能及物相组成的影响,分析纳米氧化锆导致复合陶瓷力学性能改变的原因.根据复合陶瓷断裂前后单斜相氧化锆的含量变化,证实氧化锆纳米粉的添加不仅有利于复合陶瓷中四方相氧化锆的稳定存在,而且可以提高基体相变四方相氧化锆的含量,相变增韧作用加强.力学性能测试结果显示:体系中适量纳米氧化锆的存在可以提高材料的抗弯强度和断裂韧性20%以上,密度和硬度少量增加,但由于没有新物相引入,对弹性模量未造成影响.     

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。     

基于尖锐四棱锥压头的陶瓷材料断裂韧性测试方法

根据量纲分析建立陶瓷材料断裂韧性与压入响应参数以及裂纹开裂长度之间的无量纲函数关系,采用虚拟裂纹闭合法和有限元数值分析法实现HPC裂纹、RC裂纹以及过渡裂纹的裂纹尖端等KI开裂面几何的设计,通过对仿真数据的回归分析得到无量纲函数关系的通解,进而建立基于尖锐四棱锥压头的陶瓷材料断裂韧性压入测试方法.对三种陶瓷试样压入实验表明,测试方法精度较高,可以在较小载荷条件下产生裂纹,测试结果几乎不受压入载荷的影响.     

显微结构给Si_3 N_4的断裂韧性和硬度带来的效果

1、绪言Si_3N_4陶瓷作为结构用的陶瓷在强度、断裂韧性、耐热性、耐磨损性等方面均具有优良特性,与其他的结构用陶瓷材料相比较之所以具有高韧性,是由于在烧结时生成针状或长柱状的β型结晶相的缘故。     

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。     

Y-TZP/A12O3/Mo纳米复合材料的制备及其力学性能

纳米复相陶瓷材料是目前最接近于产业化的纳米陶瓷材料,已成为国际研究热点.添加金属第二相有可能同时提高纳米复相陶瓷材料的力学和摩擦学性能.为此,在钇稳定多晶氧化锆(yttria-stabilized teWagonal zirconia polycrystais,Y-TZP)/Ai2O3纳米陶瓷的基础上,用ZrO2-Y2O3-A12O3纳米复合粉体和金属Mo粉采用热压烧结的方法成功制备了Y-TZP/A12O3/Mo纳米陶瓷-金属复合材料.研究了Mo含量对材料显微结构和力学性能的影响.结果表明:复合材料结构主要由晶界型、晶内型和纳米-纳米型3种类型的混合型组成,这种结构使材料具有非常高的断裂韧性,在Mo的质量分数为60%时,断裂韧性可达20.8 MPa·m1/2.     

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。