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精细陶瓷断裂韧性试验方法单边V型切口梁法

1范围

本文件规定了精细陶瓷断裂韧性试验方法，采用单边V型切口梁在四点弯曲模式下加载直致破坏。

本方法适用于晶粒尺寸或主要微观特征结构尺寸大于1µm的块体陶瓷。

本文件不推荐用于钇稳定四方相氧化锆多晶材料（Y-TZP）。这种方法也可能不适用于V型切口的

根部不会形成尖锐裂纹的其他高韧性或“软”陶瓷。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其必威体育精装版版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T1216外径千分尺

GB/T6569精细陶瓷弯曲强度试验方法（GB/T6569—2006，ISO14704:2000，MOD）

GB/T16825.1静力单轴试验机的检验第1部分:拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校准

（GB/T16825.1—2008，ISO7500-1:2004，IDT）

GB/T23806精细陶瓷断裂韧性试验方法单边预裂纹梁（SEPB）法（GB/T23806—2009，ISO

15732:2003，MOD）

3术语和定义

GB/T23806界定的术语和定义适用于本文件。

4原理

本文件规定的断裂韧性试验方法是基于切口尖端尖锐的长条样品的断裂试验。使用手工方法或简易

的机器，通过结合金刚石研磨膏的剃须刀片往复运动，在样品中磨出一个窄的切口。控制切口制备条件，

根据试验材料的晶粒尺寸不同，制备切口尖端的半径为（1～20）μm。对于许多材料来说，这非常接近

一个尖锐裂纹，如果切口根部在制备过程中或在随后的断裂过程中形成尖锐的裂纹，这种方法的试验结

果和单边预裂梁法（GB/T23806）或表面裂纹弯曲法（ISO18756）[14]非常接近。与尖端半径通常大

于50μm的金刚石尖锯片或表面镶金刚石的线锯相比，该方法具有切口制作简单的优点。与其他预裂纹

方法相比，本方法更易操作，也被广泛应用于本标准适用范围之外的材料。

这种方法已经过广泛的研究（见参考文献），并经过欧洲结构完整性学会/新材料与标准凡尔赛计

划（VAMAS）的比对试验，其结果见附录B。

对于晶粒尺寸小于1μm的材料，本方法有一定局限性，因为切口近似于尖锐裂纹的假设可能不成立

（见附录C）。使用者应尽量减少样品的切口根部半径。本文件暂定切口根部半径应小于等于被测材料

平均晶粒尺寸的两倍。

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5装置

5.1普通剃须刀刀片，沿一边有支撑结构，也可以插入合适的刀架中。

注1：剃须刀刀片薄于0.2mm，用两个钢板用螺钉固定或粘合夹持，只留下边缘约2mm的刃口以保持刚度。理想的剃

须刀刀片的刀尖角度为30°或更小。

注2：虽然完全可以用手工加工切口，但是使用一个简单的装置固定样品，再用涂有金刚石膏的剃须刀片在样品上作往

复运动，可使剃须刀片的加载可控和方向稳定，从而产生更锋利的切口。示例见附录A。

5.2金相用金刚石膏，混合在粘性有机载体中，晶粒细小，通常为1µm至3µm。

5.3润滑剂，剃须刀刀片用的轻质润滑油。

5.4样品夹具，由一个平板或其他合适的装置组成，用于在切口研磨过程中固定样品。

5.5弯曲强度试验夹具，按照GB/T6569要求的四点弯曲强度试验夹具或者三点弯曲强度试验夹具。

使用三点弯曲夹具时，应保证V型切口与中心加载辊对齐。

样品放置在两个垂直于其长轴的支撑点上。外支承点宜为直径5.0mm±0.2mm的平行辊棒，并且能

够在同平面向外滚动。其中一个辊棒应能围绕与样品长度平行的轴旋转以使扭转载荷降到最低。两个辊

棒间距为40.0mm±0.5mm（四点弯曲）或30mm±0.5mm（三点弯曲），轴线平行度公差小于1°。测量辊

棒中心距离，精确到0.1mm。辊棒宜用硬化钢或其他硬质材料制成，硬度大于40HRC（洛氏硬度C级）。

辊棒表面光滑无毛刺，粗糙度小于0.5μmRa，直径公差±0.02mm。

对于四点弯曲，两个加载辊位于1/4点（或1/3点），内跨为20mm±0.2mm（或10mm±0.2mm为1/3

点弯曲），可自由向内滚动。辊棒可以围绕与样品长轴平行的轴线方向转动以校直。对于三点弯曲，棍

棒不需要旋转，应位于外支承辊之间