陶瓷力學性能的測試方法

以材料受力的情況為主線，分別是材料的彈性變形、塑性變形和斷裂

彈性變形----可逆、虎克定律

塑性變形----特點是不可逆、機制是滑移和孿晶，陶瓷中特色還有：蠕變和高溫粘性流動

斷裂----理論、強度、結(jié)構(gòu)、方式和加載方式.

脆性材料的強度測試可能成為派生的應力源而導致測試結(jié)果的誤差。要求對各種試樣幾何形狀和各種加載方式下的應力分布有一定了解，對一些引入誤差的根源亦應有合理的估計，由于陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的微不勻性，尚應考慮到基于宏觀連續(xù)介質(zhì)的線彈性力學解來處理陶瓷力學性能問題時，所存在的實際與理論之間的差別.

抗張強度:

夾持試樣的卡頭應力集中效應：抗張試樣裝置到測試系統(tǒng)中去，需要采用夾具卡住試樣的端部或肩部，導致接觸點附近的應力集中，這種應力集中效應隨著與加載區(qū)距離的增大而減弱，至工作段達到簡單的靜態(tài)平衡應力分布。解決的辦法是用階梯式試樣

偏心度的影響：受卡端部所承受的載荷在端部截面上產(chǎn)生了非均勻的應力分布，直到工作段截面上應力趨于均勻.

在給定的外應力條件下，偏心效應系數(shù)隨著試樣截面積增大而減少，另一方面，試樣的截面積愈大，欲使試樣破壞所需的載荷亦愈大，并愈有利于減少彎曲導致的額外偏心應力.

測試原理：1）當一個矩形截面的梁承受彎曲載荷，其截面上就出現(xiàn)應力，從三點抗彎和四點抗彎的彎矩分布和切力分布對照來看，四點抗彎法具有一定的恒彎矩范圍，而且在這一范圍內(nèi)不存在截面的切應力，能較全面地反映純彎曲應力狀態(tài)下的材料強度 .

2）支點的楔入作用：在梁處于承受載荷的狀態(tài)下，支撐的刃口或小圓棒與試樣表面呈線接觸，所形成的高度應力集中可能使試樣局部受剪切或壓碎，更嚴重的是支撐點的楔入作用引起了半圓狀分布的附加應力，脆性陶瓷材料抗彎試樣的斷面往往偏離彎矩zui大的加載點就是這個緣故.

3）扭曲作用：抗彎試樣的支撐點重心不處于同一Z面上，就將引起沿試樣寬度方向的載荷不均勻分布，導致試樣扭曲。

4)試樣支撐點處的摩擦效應：在抗彎試驗中，試樣中和面以下的受張力側(cè)沿長度方向伸長，而中和面以上的受壓力側(cè)沿長度方向縮短，結(jié)果引起了兩對摩擦作用力以及相應的力矩，從而影響了原始的靜態(tài)平衡應力分布.

5）彎曲試樣的影響

6）試樣支撐點的非對稱分布：誤差根源對四點抗彎加載形式的影響較為嚴重.

抗彎試樣的合理選擇1)幾何形狀：圓形截面的三點抗彎試樣上的zui大彎距僅在一點，而矩形截面試樣的zui大彎距處在一條線上；圓形截面的四點抗彎試樣上的zui大彎距處在一條線上，而矩形截面試樣的zui大彎距處在一條面上．因此矩形截面試樣更能顯示由zui危險缺陷所決定的材料強度本質(zhì).

2）試樣高度：抗彎試樣截面各點的正應力與該點至中和面的垂距成正比，因而同樣的缺陷尺度由于在試樣中所處的位置不同而導致破壞的幾率是不相等的，并且破壞幾率隨著缺陷離表面層間距的增長而減少。減少試樣的厚度可降低支點的楔入作用和原始試樣彎曲所導致的實際應力偏差.

3）試樣長度：為了得到較大范圍的zui大應力等值面，四點抗彎試樣的兩個內(nèi)支點間距L要求長一些，為了緩和支點非對稱分布的影響，同側(cè)的內(nèi)外支點間距K亦需要大一點，因此抗彎試樣應具有足夠的長度。從上報道的資料來看，新型陶瓷材料研究領(lǐng)域中所采用的小型試樣一般處于〔3~5）´（3~5） ´（20~30）mm3，內(nèi)支點間距為10~20mm的范圍.

徑向加載的張力破壞強度:徑向加載的張力破壞強度測試法主要用于進行薄壁管狀陶瓷的強度試驗。薄壁管狀試樣承受了徑向載荷，就在試樣外表面與上下壓頭的接觸處，以及與之成正交的內(nèi)壁處產(chǎn)生zui大壓應力；而在前一方位的內(nèi)壁和后一方位的外壁產(chǎn)生zui大的張應力。從而導致了試樣沿垂直方向或水平方向斷裂.

陶瓷材料的斷裂韌性測試:

陶瓷材料力學行為的某些特點，要求進行斷裂力學參數(shù)測量時應考慮某些特殊的問題：

1）陶瓷材料的塑性極其有限，在裂紋擴展之前不易偏離線彈性力學關(guān)系，一般可以斷裂的zui大載荷代替開裂點的載荷來進行斷裂韌性K1c的計算，免去在裂紋根部測量張開位移的程序.

2）由于陶瓷材料的塑性很小，其屈服強度比值相應很低，因而斷裂韌性測試樣品的厚度邊界條件b>2.5總是能夠滿足。但由于陶瓷顯微結(jié)構(gòu)方面的微不均性，仍需要試樣截面有足夠的范圍以表征結(jié)構(gòu)的特點

3）試樣預制尖形裂紋是一種難度較大的技術(shù)，鋸切缺口的方法比較容易掌握，但需力求缺口的曲率半徑小于臨界值，以保證測試結(jié)果的穩(wěn)定性和精度.

4）陶瓷體內(nèi)起始裂紋的尺度與mm級的顯微結(jié)構(gòu)尺度相當，但進行斷裂力學參數(shù)測定所采用的卻是mm級尺度的人工裂紋，這對測量的難免有些影響

5）陶瓷高溫測試過程中的應力傳遞、應變測量以及裂紋觀察都有一定難度，因此對測試方程的選擇更需慎重.