精细陶瓷材料断裂韧性的测定

断裂韧性测量

第讨。

卷第期云

硬

质

合

金‘

年

月

精细陶瓷材料断裂韧性的测定江筱玲

林洲硬质合金厂湖南株洲,

,

摘

要

通过论述单刃缺口梁三点弯曲法拉伸法显徽压痕法等侧定材料断裂韧性,

、

、

二

值方法的

墓本原理综合考虑各种测量方法对精细陶瓷材料洲,,

断裂韧性精确度的影响以及侧定过程的可值

操作性结合实际侧定试验结果分析最终确定显徽压痕法作为侧定精细肉瓷材料断裂韧性常规检测方法关镇词精细肉瓷单刃缺口梁三点弯曲法拉伸法显徽压痕法

断裂韧性

绪

论,、、

精细陶瓷材料尤其是氮化硅氮化铝等精细陶瓷具有良好的耐酸耐碱性绝缘性能,

良好能在极其恶劣的环境下工作但是它们的缺点是脆性大抗冲击力弱易发生脆性断,,

,

。

裂

。

因此要广泛运用精细陶瓷材料则必须,,。

冬河弓

砖

蓄

今

,幽只一一试样

重视其断裂韧性

理论上测量断裂韧性的方法有多种诸,

如单刃缺口梁三四点弯曲法拉伸法压痕法通常情况是根据所测量材质的脆性大小,

、

、

二氏

选用不同的测试方法,

。

本文在分析比较各种

方法的基础上提出显微压痕法是测量精细陶瓷的较好方法的试样其厚度。

单刃缺口梁三点弯曲法测材料断裂韧性、

’图一

高度

、

跨度

符合下列比

曲线,

例图,

在材料试验机上加载做

一,

曲线如,

,

由

一二

曲线确定几万计算出

再

试样长度。

可稍大于

,

不得小于

由

确定

作者简介江筱玲女

,

,

岁。

,

年毕业于兰州大学物理系金

物理专业

,

年至今从,硬质合金稀有金

、

、

精

细脚住的质

检验和研究工作

断裂韧性测量

硬

质

合

金

第,

卷

由于种种原因能不是直线见图

,

一,

曲线初始阶段可,

资料记载用三点弯曲法测定热压氮化硅陶瓷的断裂韧性

可按直线段反向延长

值在。

一

,

,

求得原点前曲线上某即为,

,

,

然而根据其斜率取其

从

之间误差为,

,

原点做斜线,否则

与曲线相交得点的纵座标值大于。

。

若交点以,

综合分析几种常用的测断裂韧性,

。

的

则该点,

方法之后结合精细陶瓷材料的特点决定采用显微压痕法测定断裂韧性

值

。

预制裂缝往往是不同程度的舌状前缘因此按舌宽度等分、

份取,

条裂纹长度

、

显微压痕法测

值,

、

、

,

取其中三个裂纹长度的平均值石采用压痕硬度实验是由标准维氏压头产

,

令

,、

、’

一‘

一‘

一

,

,

由计算公式一、

生圆锥形状或角锥形状的辐射压痕辐射压里、

痕不会变形

。

维氏压头与试样平面接触点的,,

压力与压痕尺寸有关这样为维氏硬度测量

桑

桑片一

异蜡‘

提供了方便当增加施加在压头上的压力时,

。

压头周围弹性应力场增加导致不可逆转的

备号一算出。

备晋二,

备号,二

‘,

变形

。

当维氏硬度计压头上的载荷进一步的,。

增加试样裂纹会相继发生形成的裂纹将进,

首先检验

若

,

则

一步的传播当撤下压头时可以见到试样压,

将计算出的

值代入式

痕的周围有辐射裂纹它是压痕中心向四个,、吸了

丛一灭

尹‘产,,、、

方向发射的裂纹这些裂纹的变形机理依据,

脆性材料和压头形状的特性而变化断裂韧性决定和。

。

运动中

相对于压痕尺寸的辐射裂纹的长度由试样的最大压应力。

其中面积,

—若满足则,,

一

,

—否则本次实验得。

,

试样截

针对辐射裂纹问题的第一个基本方法由在年提出它以,,,

不到有效的

应该换试样重做试验

拉伸法的测试过程类似于三点弯曲法,,

,

断裂力学为基础建立的模型为进一步分析裂纹扩展提出了一个轮廓认为在弹性应力场中表面中央裂纹的生成是,

原理是将圆棒试样中间加工一圈裂纹然后曲线根据公对两端施加拉力同时作一运算推算确定,

一

粼

三点弯曲法和拉伸法在测定精细陶瓷断裂韧性时一个难以操作的问题是加工,。

痴,,

俞

,

滩

。

由点接触产生通过必要的消除压痕顶端的,

应力异常使试验材料的硬度纳入了等式而,,

最初的尝试又使得问题过分简化预计裂纹,

、

长度比“

“

”

随春增加的载荷“

“

”

,

按一定的方式“

测试试样较困难对于金属材料因它有较好,

扩展常量,

依赖于断裂表面能”,

”

,

泊松”,

的抗弯强度能按确定的要求加工对于精细,

”

和杨氏模量和

以及维氏硬度

“

陶瓷材料用同样的机械切割或线切割方式

由考虑了裂纹的半圆形的因素以后的研究对,

预制裂纹

难度很大实际情况是试样尚未,,,

提出的模型作了,

被切割到要求的裂缝尺寸材料就脆性断裂,

修改认识到在撤回压头之后一些残留应力一定存在还提出弹性应力是驱动最初应力,

了若切割成一个很小的凹槽再用疲劳试验,

。

机产生预制裂缝该裂缝的长度也难以控制,

的设想

。

到要求的尺寸因此对测量结果有影响,,

。

据

最初描述在维氏压头周围出现辐射裂纹

断裂韧性测量

第

期,

江筱玲精细陶恢材料断裂韧性的测定,

的文章发表过一段时间但在测量维氏硬度的同时人们常常需要尽量避免辐射裂纹的,

—、

压痕对角线的一半

出现

。

后来。

证实辐射裂纹的长,,

由比较不同陶瓷材料的许多压痕中的正常的裂纹长度得函数,、

—

象征函数

。

度与韧性有经验式的关系辐射裂纹才被定量的利用刚开始该经验式的关系被用于金属碳化物上而由用。。

作出一张校正图它使,

由经验公式、

一

决定

,

最终得到经验公式和“

设想的一”

二一

百旦

一

个弹性塑性应力场导致了公式的推广和应标准的裂纹长度,

是压痕对角线、

的一半、,

它根本上依赖于断裂韧性,

实试样

测、

万必是抑制因素还有其它的因素对裂、

纹长度断裂韧性有影响特别是摩擦系数,

取氮化硅氮化铝精细陶瓷材料试样大,

林

、

泊松比

。

和比率和,

,

为塑性区半径,

。

小符合显微硬度试验用的标准,

。

试样上下平,

对上述关系提。

面平行将上平面在金相磨床上磨至镜面以备测试。

出了经验修正使得它能用于实际断裂韧性二

由压痕的测量经过计算而得到一,

测试

丫万其中。

悬,,

晶,

,

分别用。、

、

。

、

。

、

—制因子压—氏硬度维—氏模量杨—辐射裂纹平均长度—,

断裂韧性

。

五种载荷在维氏硬度计上进行试,

验测得实验结果如下,

测得同个氮化硅陶瓷在不同载荷下的维氏硬度值及出现的裂纹长度,。

实验温度。

,

,

保压时间

一

秒

。

见表

表

测试试样的维氏硬度值与裂纹长度

载荷

测试项目勺

第一次结果

第二次结果

第三次结果。

第四次结果

第五次结果

平均值

相对偏差

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

写

。

。

。

。

不同载荷下测得的

氮化硅的断裂性

瓷的维氏硬度裂纹长度见表,

、

。

值见表

。

测得不同载荷下的碳氮化钦的断裂

测得在不同载荷下碳氮化钦金属陶

韧性见表,

。

断裂韧性测量

硬衰载荷一次结果

质

合

金

第

卷

氮化硅试样的断裂韧性值三次结果四次结果

二次结果

五次结果

相对误差

。

。

。

。

。

。

。

。

。

。

衰载荷掩测试项目、

碳化氮化杜金二次结果。

陶尝的维氏硬度三次结果平均值相对偏差

一次结果

。

。一

。

。

。

。

写。。

。

。

。

。

。

。

〔。幻。

。

。

。

衰加载载荷

砚扭化性金

陶资的断获韧性标准偏差。

一次结果

二次结果犯

三次结果

相对误差

。

。

。

。

。

肠。

。

。

。

。

。

化硅材料由于材质的脆性产生裂纹的扩展,,

实验结果分析实验结果分析从实验结果来看在加载过程中载荷的,,

随意性大相对误差也就大些对氮碳化钦材

,

。

料多次测量所产生的裂纹长度的相对误差‘均小于,。

由显微压痕法测

的原理得知裂纹,,

大小对最终结果的偏差有直接的影响荷为,,,

。

当载

长度与材料的断裂韧性存在着函数关系裂

公斤时裂纹长度的波动性大导致结。

纹长度的误差直接影响断裂韧性结果的误差。

果的相对误差也大

对于氮化硅精细陶瓷材,

实验结果也证实了这点,,

。

对于氮化硅精

料裂纹长度的相对误差为化钦则为,,,,

而对氮碳当载荷增

细陶瓷材料由于每次加载所产生的裂纹长

均超过,

。

度的的相对误差较大因此得到的断裂韧性的测量结果的相对误差大通常在,,,

加时在同一加载量的情况下裂纹长度相对

范围

偏小些氮化硅和氮碳化钦两种材料所产生裂纹长度的相对误差都在以内。

内波动实验时为减少误差选择的载荷量大于公斤。

对于氮

氮碳化钦材料裂纹长度相对误

断裂韧性测量

第

期

江筱玲精细陶瓷材料断裂韧性的测定。

差较小其最终得到的断裂韧性值的结果相,

断裂韧性

的方法

对误差在

以内通常能控制到,

以下

。

与其它方法的比较实验过程中还选用了另一种压痕法测,

结,,

论值的可行性、。

定现有材料的断裂韧性值该法过程是先利用维氏硬度计预制一纵向裂纹然后用材料

理论论述显微压痕法作为测定陶瓷材料断裂韧性

试验机进行三点弯曲试验试样断裂后测得,

通过对氮化硅陶瓷氮碳化钦精细陶瓷的实验证实压痕法作为脆性材料断裂韧性

预裂纹长度注意该试样在试验之前经热腐蚀处理以便在试样断裂之后能准确测量预,

值测量的常用方法的可靠性,、、

。

制裂纹的长度

。

由测试样抗弯强度值’经,

与其它测试方法比较显微压痕法具有

公式计算得到,

。。

该测试原理颇适用于准,。

操作简单方便测量结果较其它测试方法精确等特点参考文献殷声编著社美〕。

脆性材料但这种方法无法进行重复试验无

法验证测量结果的准确性,

结合精细陶瓷材料的特性和测试方法的

特点我们最终选定了本文的显微压痕法作为测量陶瓷材料的,,

现代陶瓷及其应用

北京科学技术出版

值的常规方法并使,。

相对误差保持在一定的范围,

当然科学在不

金格瑞等著

陶瓷导论

中国建筑工业出版

社

,

断发展不断的进步我们相信在不远的将来能出现更精确更简捷方便的测试陶瓷材料

五

一专业断裂韧性组编,

断裂韧性的原理及测试

长沙工学院出版

】

,

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润

硬质合金和陶瓷的制取方法本发明是指碳化物基硬质合金及陶瓷的制取包括以下工序混合带有有机拈结剂的复合,

物以保证能用注射成形方法进行粉末成形的并具有相当的韧性,

。

它由两种复合物组成具有,,

不同的分解温度低温分解段和高温分解段围中,

,

制得最终模型的原坯在低温下

和。

气氛

当控制温度和以,

上气体耗童的条件下并且最高温度为,,

℃时进行轧制℃并在这一温度下持续

在小时

托里真空中去掉二次拈结复合物温度缓慢上升到材料在

托里真空中烧结温度均速上升到,

℃

。

唐丹

供稿

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7znm.html