陶瓷力学性能的测试方法ppt课件.ppt

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1、材料物理性能材料2004级教师:邓承继博士无机材料物理性能1邓承继博士课程至现在的主要内容以材料受力的情况为主线，分别是材料的弹性变形、塑性变形和断裂弹性变形----可逆、虎克定律塑性变形----特点是不可逆、机制是滑移和孪晶，陶瓷中特色还有：蠕变和高温粘性流动断裂----理论、强度、结构、方式和加载方式陶瓷力学性能的测试方法理想的工程陶瓷构件是成功的材料研制和合理工程设计的综合体现。需要解决力学性能的测试技术强度是工程材料最基本的性能，脆性是陶瓷材料的特性，亚临界裂纹扩展行为是决定工程陶瓷构件使用寿命的关键

2、下面讨论这三方面的问题陶瓷材料的强度测试脆性材料的强度测试可能成为派生的应力源而导致测试结果的误差。要求对各种试样几何形状和各种加载方式下的应力分布有一定了解，对一些引入误差的根源亦应有合理的估计，由于陶瓷显微结构的微不匀性，尚应考虑到基于宏观连续介质的线弹性力学解来处理陶瓷力学性能问题时，所存在的实际与理论之间的差别抗张强度夹持试样的卡头应力集中效应：抗张试样装置到测试系统中去，需要采用夹具卡住试样的端部或肩部，导致接触点附近的应力集中，这种应力集中效应随着与加载区距离的增大而减弱，至工作段达到简单的静态平

3、衡应力分布。解决的办法是用阶梯式试样偏心度的影响：受卡端部所承受的载荷在端部截面上产生了非均匀的应力分布，直到工作段截面上应力趋于均匀试样尺寸效应在给定的外应力条件下，偏心效应系数随着试样截面积增大而减少，另一方面，试样的截面积愈大，欲使试样破坏所需的载荷亦愈大，并愈有利于减少弯曲导致的额外偏心应力抗弯强度抗张强度测试方法中存在的应力集中效应和其偏心度的影响很难克服，特别对于干脆性陶瓷，试样几何形状精确加工的难度更加剧了上述误差根源的作用，因此，试样加工简单和测试操作方便的抗弯强度被广泛应用于进行陶瓷材料强度

4、的测试测试原理：当一个矩形截面的梁承受弯曲载荷，其截面上就出现应力，从三点抗弯和四点抗弯的弯矩分布和切力分布对照来看，四点抗弯法具有一定的恒弯矩范围，而且在这一范围内不存在截面的切应力，能较全面地反映纯弯曲应力状态下的材料强度抗弯强度测试的误差根源1）非线弹性的材料力学行为：如果抗弯试样的受张力表面的应力达到了材料的屈服强度值，将引起应力的重新分布。结果，表面的实际应力将低于计算得到的应力值。这种受张力侧属于非线弹性、而受压力侧仍属于线弹性的材料力学行为将使试样的中和面向受压表面移动，并导致应力分布的复杂化2

5、）支点的楔入作用：在梁处于承受载荷的状态下，支撑的刃口或小圆棒与试样表面呈线接触，所形成的高度应力集中可能使试样局部受剪切或压碎，更严重的是支撑点的楔入作用引起了半圆状分布的附加应力，脆性陶瓷材料抗弯试样的断面往往偏离弯矩最大的加载点就是这个缘故3）扭曲作用：抗弯试样的支撑点重心不处于同一Z面上，就将引起沿试样宽度方向的载荷不均匀分布，导致试样扭曲。4)试样支撑点处的摩擦效应：在抗弯试验中，试样中和面以下的受张力侧沿长度方向伸长，而中和面以上的受压力侧沿长度方向缩短，结果引起了两对摩擦作用力以及相应的力矩，从

6、而影响了原始的静态平衡应力分布。5）弯曲试样的影响6）试样支撑点的非对称分布：误差根源对四点抗弯加载形式的影响较为严重抗弯试样的合理选择1)几何形状：圆形截面的三点抗弯试样上的最大弯距仅在一点，而矩形截面试样的最大弯距处在一条线上；圆形截面的四点抗弯试样上的最大弯距处在一条线上，而矩形截面试样的最大弯距处在一条面上．因此矩形截面试样更能显示由最危险缺陷所决定的材料强度本质2）试样高度：抗弯试样截面各点的正应力与该点至中和面的垂距成正比，因而同样的缺陷尺度由于在试样中所处的位置不同而导致破坏的几率是不相等的，并

7、且破坏几率随着缺陷离表面层间距的增长而减少。减少试样的厚度可降低支点的楔入作用和原始试样弯曲所导致的实际应力偏差3）试样长度：为了得到较大范围的最大应力等值面，四点抗弯试样的两个内支点间距L要求长一些，为了缓和支点非对称分布的影响，同侧的内外支点间距K亦需要大一点，因此抗弯试样应具有足够的长度。从国际上报道的资料来看，新型陶瓷材料研究领域中所采用的小型试样一般处于〔3~5）（3~5）（20~30）mm3，内支点间距为10~20mm的范围径向加载的张力破坏强度径向加载的张力破坏强度测试法主要用于进行薄壁管状

8、陶瓷的强度试验。薄壁管状试样承受了径向载荷，就在试样外表面与上下压头的接触处，以及与之成正交的内壁处产生最大压应力；而在前一方位的内壁和后一方位的外壁产生最大的张应力。从而导致了试样沿垂直方向或水平方向断裂陶瓷材料的断裂韧性测试陶瓷材料力学行为的某些特点，要求进行断裂力学参数测量时应考虑某些特殊的问题：1）陶瓷材料的塑性极其有限，在裂纹扩展之前不易偏离线弹性力学关系，一般可以断裂的最大载荷代替开裂点