《精细陶瓷力学性能评价方法》断裂力学2.pptx

精细陶瓷力学性能评价方法;1.陶瓷ceramicsGB/T17991-2009

以天然矿物或化工产品为原料，经原料处理、成型、干燥、烧成等工序制成的无机非金属材料。;原始陶器;兵马俑运用模、塑结合的方法，分件制作，粘结成初胎，再于表面

覆加细泥，运用了塑、捏、堆、贴、刻、画结合的技法。

秦俑的彩绘工艺有点儿特殊：先在陶体表面涂上1至2层生漆，后在身体的不同部位刷上1至2层不同的矿物颜料，最后对眉毛、眼睛、胡须等细部进行描画。汉代以后，彩俑大多没有生漆打底。;烧成需要较高的温度，需要有设计周密、保护条件好的窑炉，还要有燃烧强度很高的燃料；

要善于选择瓷土原料和掌握釉的配制技术。;青花瓷;五彩瓷;精细陶瓷的性能;2.精细陶瓷fineceramics

以精制的高纯、超细、人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制的制备工艺烧成，具有特定性能的陶瓷。

先进陶瓷advancedceramics；先进技术陶瓷advancedtechnicalceramics；高性能陶瓷high-performanceceramics；高技术陶瓷hightechnologyceramics等概念同2。;高超音速飞机和飞船的热防护结构，火箭、喷气飞机的推进系统;粉体成型为较高体积含量的素坯经烧结后致密化，驱动力来源于表面能的降低，所以一般原始颗粒越细烧结活性越高。;配方设计

粉体制备成型烧结

精加工;配方设计

粉体制备成型

烧结精加工;2.强度的测试及其统计性质;陶瓷的应力?应变关系通常

表现为线1所示的纯线性。

高温下的非线性主要源自玻璃相的粘滞流动、蠕变

陶瓷基复合材料表现出的非

线性

一般采用断裂荷载作为强度

计算的依据;陶瓷材料的断裂强度通常采用弯曲方法进行测试

GB/T6569-2006精细陶瓷弯曲强度试验方法

GB/T14390-2008精细陶瓷高温弯曲强度试验方法

拉伸试验在某些特定的场合也得到使用

GB23805-2009精细陶瓷室温拉伸强度试验方法;弯曲强度测试(标准方法);弯曲强度测试的几点讨论;一般情况下，三点弯曲强度高于四点弯曲强度(体积效应);强度试验的习惯做法是对少量的几根(通常为5~7

根)试样进行测试,计算出强度的平均值和均方差

通常假定强度测试结果近似服从正态分布

但是，如果对数量较大的一批陶瓷样品进行强度测

试时却发现正态分布假定通常是不成立的。;;;强度统计性质的数学描述：Weibull分布;;在Ve可以处理为试样常数的前提下：;;几点说明;应用Weibull分布的几个前提条件;3.缺陷及其对强度的影响;;本征裂纹：在材料制做过程中引进的缺陷

气孔、夹杂、分层以及在烧结过程中由于各向异性热膨胀、相变等原因导致的内部裂纹,甚至异常长大的晶粒等

后期加工引进的表面损伤也属于本征裂纹

非本征裂纹：在运输、装配及使用过程中产生的缺陷

材料与环境介质中存在的微颗粒之间发生碰撞(或接触)而形成的表面裂纹以及在使用过程中由于相变、蠕变、热冲击、腐蚀、氧化等原因而产生的其他缺陷等

我们重点讨论本征裂纹。

Evans,A.G.(1982)J.Am.Ceram.Soc.,65,127.;3.1本征裂纹：气孔;;;关于气孔的几个有用的结论;3.2本征裂纹：夹杂;在材料制备过程中, 由于夹杂物与基体间热膨胀及弹性形变的失配, 夹杂物/基体界面附近将产生显著的残余内应力, 如果失配程度较大, 就可能导致微开裂现象

即使微开裂现象在材料的制备过程中没有发生, 在材料的工作过程中夹杂物/基体界面附近的残余内应力将对外加应力起到一个补充作用, 从而诱发出微裂纹。;考虑一个球形夹杂物处于各向同性无限大弹性基体中的情况;如果在冷却过程中基体的收缩比夹杂物的收缩更为剧烈(?p?m)的话,基体在垂直于周向应力的平面上将处于拉伸状态(?r0而?t0)，从而有可能导致径向开裂。;如果在冷却过程中夹杂物的收缩比基体的收缩更为剧烈(?p?m)的话,?r0而?t0：足够大的径向应力?r将使得夹杂物从基体中剥落而导致基体内部产生一个类似于气孔的缺陷。;3.3本征裂纹：其他工艺缺陷;3.4工艺缺陷尺寸与显微结构的关系;一般的经验性半定量描述;Evans-Davidge实验(1969);3.5表面接触损伤;1957年：Palmqvist发现了尖锐压头诱发的微开裂现象

有塑性变形;陶瓷中形成接触损伤的最典型例子：机械加工;机加工残余应力与压痕残余应力：压痕弯曲梁试验;机加工残余应力与压痕残余应力：压痕弯曲梁试验;;;在大多数情况下,微开裂导致的强度降低程度明显地超过了塑性形变导致的强度提高程度;也就是说,陶瓷材料的机加工过程往往将导致材料强度衰减