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陶瓷材料弯曲强度的测试

一、实验目的

陶瓷是一种脆性材料，在加工、搬运和使用的过程中容易破损。因此，测定陶瓷的机械

强度对陶瓷材料的科学研究、生产质量控制和使用都有重要的意义。

弹性模量也同样是结构陶瓷力学性能评价中的重要参数之一，它反映了固体材料原子间

结合力的大小，在工程上也表征了材料抵抗弹性变形的能力，另外，弹性模量对材料内部结

构的致密程度有较敏感的对应关系，因此，测定弹性模量对结构陶瓷的评价和应用也具有重

要的意义。

本实验的目的

1.掌握陶瓷强度的测试原理与测试方法；

2.了解影响陶瓷材料机械强度的各种因素；

二、实验原理

陶瓷材料的强度测试，根据不同的使用要求采用不同的测试方法，常用的有拉伸、弯

曲、压缩、扭转、冲击试验等。陶瓷材料因脆性大，拉伸试验时容易在夹持部位断裂，加上

夹具与试样轴线不易完全一致，会产生附加弯矩，所以陶瓷材料的拉伸强度测试难度非常大，

目前对结构陶瓷材料的强度常用弯曲强度（又称抗弯强度或抗折强度）来评价。

陶瓷的弯曲强度用简支梁法来测定，在简支梁（试样）上侧中部垂直加载，试样上半部

分受压缩，下半部分受拉伸，上、下表面的中部各受最大压应力和拉应力，中心轴线部位为

零。由于陶瓷材料属脆性材料，抗压不抗拉，在下表面中部最大拉应力处先出现裂纹，而裂

纹一旦产生，便会迅速失稳扩展致试样断裂。按照国家标准《GB/T6569-2006工程陶瓷弯曲

强度试验方法》规定，可以采用三点弯曲或四点弯曲方法，将符合规范要求的矩形条状试样

放置在专用夹具中，如图1所示，把夹具连同试样一起放置在量程适合、可产生规定位移速

率的试验机的平台上，以0.5mm/min的位移速率逐渐加载直至试样断裂，记录下断裂载荷

P，再按下式计算弯曲强度。

图1.弯曲强度测试加载方式

3PL



三点弯曲：（MPa）（1）

b32wt2

3P(Ll)



四点弯曲：（MPa）（2）

b42wt2

式中：P—试样断裂时的最大载荷，N；L—跨距，mm；w—试样宽度，mm；t—试样厚度，

mm。

四点弯曲试验的最大弯矩范围较宽，其应力状态接近于实际零部件的服役状态，较为实

用，但由于试样受最大弯矩部分缺陷存在的几率亦大，故同一材料的σ比σ低，材料的

b4b3

韦伯模数越小，两者差别越大，这一点需要注意。

（1）试样制备

试样从待测产品中切取或按待测制品相同的工艺制成。试样的形状及尺寸见图2。试样

的个数最好在10个以上。如果由于试样取材的限制，尺寸不符合这个标准，则考虑强度评

价的误差要求，试样的长度应是厚度的5倍以上，倒角尺寸应在厚度的1/10以下。

t

W

图2.抗弯强度试样尺寸

弯曲强度测试时，表面粗糙度应达到Ra0.8。为了达到粗糙度要求，可采用如下的研磨

规程：

首先用200#金刚石砂纸粗磨，再用400~600#砂纸细磨即可满足要求，或用砂纸粗磨后

再用研磨粉研磨。倒角的研磨用800~1000#砂纸为宜。另外在表面加工时要注意研磨方向应

与试样长度方向一致（平行研磨）。

（2）夹具

实验所用支承点及载荷点压头夹具，常温时可采用淬火工具钢或硬质合金制作。高温试

验时应考虑避免夹具材料与试样发生反应，在空气中高温试验可用AlO、SiC等；在真空

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或惰性气体中高温试验，则可用钨合金及高强石墨材料等。夹具