氧化铝陶瓷材料力学性能的检测

　　为了有效面合理的利用材料，必须对材料的性能充分的了解。材料的性能包括物理性能、化学性能、机械性能和工艺性能等方面。物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、光学性能、磁性等。化学性能包括耐氧化性、耐磨蚀性、化学稳定性等。工艺性能指材料的加工性能，如成型性能、烧结性能、焊接性能、切削性能等。机械性能亦称为力学性能，主要包括强度、弹性模量、 塑性、 韧性和硬度等。而陶瓷材料通常来说在弹性变形后立即发生脆性断裂，不出现塑性变形或很难发生塑性变形，因此对陶瓷材料而言， 对其力学性能的分析主要集中在弯曲强度、断裂韧性和硬度上。

　　弯曲强度

　　弯曲实验一般分三点弯曲和四点弯曲两种，如图1-1 所示。四点弯曲的试样中部受到的是纯弯曲， 弯曲应力计算公式就是在这种条件下建立起来的，因此四点弯曲得到的结果比较精确。而三点弯曲时梁各个部位受到的横力弯曲，所以计算的结果是近似的。但是这种近似满足大多数工程要求，并且三点弯曲的夹具简单，试方便，因此也得到广泛应用。

式中|为两个支点之间的距离(也称为试样的跨度)

　　上述的应力计算公式仅适用于线弹性变形阶段。脆性材料一般塑性变形非常小，同弹性变形比较可以忽略不计，因此在断裂前都遵循上述公式。断裂载荷所对应的应力即为试样的弯曲强度。

　　需要注意的是，一般我们要求试样的长度和直径比约为10，并且在支点的外伸部分留足够的长度， 否则可能影响测试精度。 另外，弯曲试样下表面的光洁度对结果可能也会产生显著的影响。 粗糙表面可能成为应力集中源而产生早期断裂。所以一般要求表面要进行磨抛处理。当采用矩形试样时，也必须注意试样的放置方向，避免使计算中b、h换位得到错误的结果。

　　断裂韧性

　　应力集中是导致材料脆性断裂的主要原因之一，而反映材料抵抗应力集中面发生断裂的指标是断裂韧性，用应力强度因子( K)表示。尖端呈张开型( 1型)的裂纹比较危险，其应力强度因子用 K1表示，恰好使材料产生脆性断裂的 K1称为临界应力强度因子，用 K1c表示。金属材料的 K1c一般用带边裂纹的三点弯曲实验定， 但在陶瓷材料中由于试样中预制裂纹比较困难，因此通常用维氏硬度法来量陶瓷材料的断裂韧性。

　　陶瓷等脆性材料在断裂前几乎不产生塑性变形，因此当外界的压力达到断裂应力时，就会产生裂纹。 以维氏硬度压头压入这些材料时，在足够大的外力下，压印的对角线的方向上就会产生裂纹，如图2-1所示。裂纹的扩展长度与材料的断裂韧性Kic 存在一定的关系，因此可以通过测量裂纹的长度来测定Kc”其突出的优点在于快速、简单、可使用非常小的试样。如果以 Pc作为可使压痕产生雷文的临界负荷，那么图中显示了不同负荷下的裂纹情现。

　　由于硬度法突出的优点，对它进行了大量的理论和实验研究。推导出了各种半经验的理论公式。其中Blendell 结合理论分析和实验数据拟合，给出下列方程:

　　也就是说只要能确定裂纹的形式，就可以用这些公式计算断裂韧性，并且曲线同实验数据吻合非常好。 因而可以使用小负荷测断裂韧性，避免高负荷所带来的一系列技术上的困难。目前当确定裂纹的扩展方式困难或麻烦时，依旧倾向于使用高的负荷，使裂纹呈 Median扩展形式。

　　硬度

　　陶瓷材料中，通常采用的是维氏硬度与莫氏硬度。

　　维氏硬度的测量是将一个相对夹角为136°的正四棱锥金刚石压头在一定的负荷下压入试样表面，经过一定时间的保持后卸载，测定压痕两对面线的长度并取其平均值(d)计算压痕的实际面积，负荷和所测面积的比值就是维氏硬度，用 HV 表示。经几何换算后得到:

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