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1、陶瓷力学性能检测之断裂韧性检测一、概述陶瓷材料及制品在人们的生产生活中发挥着重要的作用，因其重 要性，陶瓷检测也显得重要。下面就陶瓷的化学性能、力学性能等方 面做一下简单介绍，供企业个人做为参考。陶瓷材料的检测性能包括物理性能、化学性能、热学性能、电学 性能等方面，其中物理性能、化学性能和力学性能是其主要的检测重 点。物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、光学性能、磁性等。 化学性能包括耐氧化性、耐磨蚀性、化学稳定性等。而陶瓷材料通常 来说在弹性变形后立即发生脆性断裂，不出现塑性变形或很难发生塑 性变形，因此对陶瓷材料而言，人们对其力学性能的分析主要集中在 弯曲强度、断裂韧性和硬度上，下文主
2、要以科标检测为例来介绍下陶 瓷力学性能中弯曲强度检测的相关原理，科标检测专业提供相应的陶 瓷材料检测，检测结果精准，出具报告，因此有一定的参考价值！二、断裂韧性应力集中是导致材料脆性断裂的主要原因之一，而反映材料抵抗 应力集中而发生断裂的指标是断裂韧性，用应力强度因子（K）表示。 尖端呈张开型（I型）的裂纹最危险，其应力强度因子用K表示，恰I好使材料产生脆性断裂的K称为临界应力强度因子，用K表示。金IIC属材料的K 一般用带边裂纹的三点弯曲实验测定，但在陶瓷材料中 IC由于试样中预制裂纹比较困难，因此人们通常用维氏硬度法来测量陶 瓷材料的断裂韧性。陶瓷等脆性材料在断裂前几乎不产生塑性变形，因此
3、当外界的压 力达到断裂应力时，就会产生裂纹。以维氏硬度压头压入这些材料时, 在足够大的外力下，压痕的对角线的方向上就会产生裂纹，如图2-1 所示。裂纹的扩展长度与材料的断裂韧性K存在一定的关系，因此IC可以通过测量裂纹的长度来测定K。其突出的优点在于快速、简单、IC可使用非常小的试样。如果以P作为可使压痕产生雷文的临界负荷，C那么图中显示了不同负荷下的裂纹情况。由于硬度法突出的优点，人们对它进行了大量的理论和实验研究。推导出了各种半经验的理论公式。其中Blendell结合理论分析 和实验数据拟合，给出下列方程：25=0.055 lgf 8.4 QI c丿图2-1 PVP （左）和PP （右）时
4、压痕CCK是I型应力强度因子，也就是断裂韧性；卩为一常数，约等于 IC3； HV是维氏硬度；a为压痕对角线长度的一半；c为表面裂纹长度的一半，见图2-1。经过大量的研究表明，该公式至少在下列范围内是使用的：硬度（HV） =130GPa，断裂韧性（K ） =0.916MPami/2IC及泊松比（“）=0.20.3。一系列的实验发现，这一公式和实验数据具有非常好的吻合。当 使用这一方程时，一般所加的负荷要足够大，使c/a大于3左右。但 是在某些时候，这意味着要加很高的负荷，在一般的显微硬度计上无 法实现，并且使压头极易损坏，增加测试费用。后来Niihara等发现， 当所加负荷较小时，上述的公式经过
5、修正后仍旧适用。在脆性材料中， 压痕下材料的断裂方式根据所加负荷的不同呈现两种形式，如图2-2 所示。当负荷小时，所出现的裂纹称Palmqvist裂纹（左图），而在 负荷较高时，出现的裂纹称为Median裂纹（右图）。呵2a | L 匕图2-2 Palmqvist裂纹（左）和Median裂纹（右）阴影部分为裂纹扩展区理论分析和实验结果拟合表明，对于Palmqvist裂纹（0.25WL/a、2=0.035W25或1.25Wc/aW3.5）,用下列公式计算断裂韧性：K HIC-丄Ha 2而对于Median裂纹（c/a$2.5），用下列公式计算:K HIC-丄Ha 2=0.129 -也就是说只要能确定裂纹的形式，就可以用这些公式计算断裂韧 性，并且曲线同实验数据吻合非常好。因而可以使用小负荷测断裂韧 性，避免高负荷所带来的一系列技术上的困难。目前当确定裂纹的扩 展方式困难或麻烦时，依旧倾向于使用高的负荷，使裂纹呈Median 扩展形式。
