性能表征检测与评价.ppt

7. 性能表征（检测与评价） 性能表征的重要性 正确评价材料 为设计与应用打下基础 主要介绍复合材料中具有特点的部分 7.1 力学性能 7.12 断裂韧性 材料的脆性可以用对裂纹开始不稳定扩展的阻力来描述。材料中产生应力并发生断裂的现象，可以用描述材料中存在的裂纹附近应力场强度的断裂力学的参数（应力强度因子K）来表达。当应力强度因子达到临界值时，材料中存在的裂纹开始不稳定扩展。在平面应力状态下，应力强度因子记作KIC，也称为断裂韧性。 断裂韧性 测试复合材料的断裂韧性所应满足的条件 (a)具有明确的理论意义 (b)能够评价有工业利用价值的多种材料 (c)在不同的测量中可以得到偏差较小的数据 (d)简便 (e)能够进行高温测量 1）测试方法简介 单边预制裂纹法（SEPB法、Single Edge Precracked Beam） 从长方体试样的一个面的中间部分，引入一个与试样长度方向垂直的贯通预裂纹至试样的中间。将此引入裂纹的试样进行三点弯曲试验至断裂，测量加载，由预先引入的裂纹长度、试样尺寸以及弯曲试验的支点距离来求得平面应变断裂韧性。 该试验法相当于金属材料中的裂纹疲劳试验。由于试样中导入了非常尖锐的裂纹，所以具有较明确的理论意义，而且测定值的偏差较小。 单边预制裂纹法 注意事项 (a)预先导入的裂纹应是pop-in裂纹（一次到达所定位置的不稳定扩展裂纹） (b)预裂纹的形状应是Straight Through，并达到所定的长度，如果表示预裂纹顶端的线发生倾斜，则对KIC的评价会偏低，而裂纹发生斜进时，评价可能会偏高。 压痕法（IF法、ID法、Indentation Fracture） 压痕法包含桥压痕法(BI)、压压循环疲劳法(CC)、契型压入法(PW)等。 压痕法是使用维氏硬度计压头在试样的试验面上加载，测量所生成的压痕及裂纹的长度，然后根据加载、压痕对角线的长度、裂纹长度以及材料的弹性模量来求得断裂韧性的一种方法。该方法的特点之一是在已知材料的弹性模量时，无需特意制作试样即可以进行简便的测量。是一种适合于成品检测的手法。但如果材料的弹性模量未知，则需要按要求测量弹性模量，此方法不再简便。 压痕法 使用压痕法时，注意事项： (a)测定压痕与裂纹的场所不发生剥离 (b)裂纹发生在压痕的四角的对角线延长线上 (c)相互垂直两方向的裂纹长度的差在平均裂纹长度的10%以下 (d)裂纹的长度是压痕对角线长度的2.5倍以上。 其它方法 单边切口梁法（SENB法、Single Edge Notched Beam） 单边开槽法是引入一个贯通的缺口，然后进行弯曲断裂试验。SENB法所测得的值与导入缺口的宽度有很大的关系。为了消除缺口效应，所引入的缺口的宽度必须很小（数10?m以下）。 CN法（Chevron Notch） CN法是引入一个人字纹的缺口，然后进行弯曲断裂试验。在弯曲断裂试验中，人字纹的缺口的先端应自动形成裂纹的稳定生长。但根据加工条件的差异，这种稳定生长未必能够一定形成。另外，它不适用与随裂纹的稳定生长对裂纹进展阻力增大的材料。 其它方法 CSF法（Controlled Surface Flaw） CSF法是用金刚石压头对试样的一个面加载，利用所产生的裂纹作为预裂纹，将残余应力去除后进行弯曲断裂试验。这种方法的缺点在于产生裂纹的形状不稳定，难以控制。 压痕强度法（IS法、Indentation Strength） 压痕强度法与CSF法类似，也是是用金刚石压头加载产生预裂纹。所不同的是在施加压力的状态下进行弯曲断裂试验。其缺点在于所测得的值随维氏压头的加压条件而变化，而且压痕附近的残余应力的影响从理论上尚未解决。 此外还有双扭法(DT)、双悬臂梁法(DCB)、山型缺口法(CHV)和烧结前制裂法(MBS)等。 高温断裂韧性的评价 对复合材料其断裂韧性的测试与评价就不仅限于室温，而且希望能有规格化的高温测试与评价方法。室温下，断裂韧性的值不随弯曲破坏试验时的加载速度而变化，但在高温下，几乎所有的材料都表现出显著的依存性。这种依存性与试验方法无关，而是反应了材料本身的性能。另外，一些非氧化物基的材料在大气中进行高温测定时，可能会有裂纹面的氧化等，使测得的KIC值偏高。 7.1.2 磨损 Ball on desk 法 固体与固体间的磨损试验有多种方法，一般根据测定的目的来选取。其中将球状试样强行压在旋转的圆盘试样上的方法即Ball on desk 法。 特点： (a)试样形状简单，加工容易 (b)维持一定的宏观接触 (c)可以在流体多种气氛条件下测试 磨损 Ball on desk 法 Ball on desk 法的概要。负荷主要由重锤添加，摩擦力有应力计和力矩计测定。试验后球形试样上形成了磨痕，在