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     

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。     

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。     

胶层厚度和耐湿老化对夹层玻璃中PVB胶与玻璃界面粘结性能的影响

夹层玻璃的耐久性和安全可靠性与其界面粘结性能密切相关。本文首次提出了十字交叉法测量夹层玻璃中PVB胶与玻璃的界面拉伸和剪切粘结强度,分别研究了加载速度效应、PVB胶层厚度效应和湿度老化等的影响。结果表明:测量夹层玻璃中PVB胶与玻璃粘结强度的加载速度应选取5mm/min。当胶合层厚度相同时,界面拉伸粘结强度高于其剪切粘结强度,PVB胶层厚度越大,其拉伸粘结强度和剪切粘结强度都逐渐越低。单层PVB胶片与玻璃之间的界面拉伸粘结强度最大值为11.49MPa。耐湿老化对玻璃与PVB胶的界面粘结强度影响不大,即使老化60天后,其拉伸粘结强度也仅下降12.3%。     

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。     

钙铝硅涂层增强建筑陶瓷的制备及性能研究

以硅灰石、石英、Al₂O₃为原料制备具有较低膨胀系数的钙铝硅质涂层。通过调整涂层的组成来对基体产生适当的压应力,从而提高陶瓷的抗折强度。研究了涂层热膨胀系数、厚度及保温时间对抗折强度的影响,分析了涂层材料的物相组成。结果表明：当涂层中Al₂O₃含量为8.1 wt%、涂层厚度约为101μm,球磨时间3 h,烧成温度为1170℃,保温为30 min时,可获得抗折强度最优的钙铝硅质涂层复合陶瓷。此时基体和涂层的膨胀系数分别为8.73×10^-6℃^-1和6.06×10^-6℃^-1,制得的涂层复合陶瓷抗折强度(103±3 MPa)比无涂层样品(66±2 MPa)提高了56%。     

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。     

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。     

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。     

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。