文档介绍：第二部分、力学特性第二部分、力学特性 陶瓷的脆性断裂陶瓷的脆性断裂脆性断裂过程包括在与加载方向垂直的脆性断裂过程包括在与加载方向垂直的截面上裂纹的形成和扩展。在晶体陶瓷截面上裂纹的形成和扩展。在晶体陶瓷中,裂纹通常沿着晶界和某些特别的原中,裂纹通常沿着晶界和某些特别的原子密排面(解理面)扩展。子密排面(解理面)扩展。陶瓷的平面断裂韧性陶瓷的平面断裂韧性 K K Ic Ic定义为: 定义为: () aYK Ic??? Y Y 是一个无量纲的参数,与样品和裂是一个无量纲的参数,与样品和裂纹的几何尺寸有关; 纹的几何尺寸有关; ??是施加的应是施加的应力; 力; a a 是表面裂纹的长度或者内部裂纹是表面裂纹的长度或者内部裂纹的半长度。的半长度。只要上页公式中右手的值小于材料的只要上页公式中右手的值小于材料的平面应变断裂韧性,裂纹扩展就不会平面应变断裂韧性,裂纹扩展就不会发生。陶瓷材料的断裂韧性通常低于发生。陶瓷材料的断裂韧性通常低于 10 MPa 10 MPa 。几种陶瓷材料的。几种陶瓷材料的 K K Ic Ic 列于列于下表中下表中 m 某些环境中,在自然静态力作用某些环境中,在自然静态力作用下,即使下,即使 式中等号右边的结果小于式中等号右边的结果小于材料的材料的 K K Ic Ic ,但是裂纹的缓慢扩展仍然,但是裂纹的缓慢扩展仍然造成了断裂的发生。这种现象叫做造成了断裂的发生。这种现象叫做静静态失效态失效或者叫或者叫延时断裂延时断裂。这类断裂对。这类断裂对环境特别敏感,尤其是空气中的湿度。环境特别敏感,尤其是空气中的湿度。 应力应力- -应变行为应变行为* *挠曲强度(抗弯强度) 挠曲强度(抗弯强度) 脆性陶瓷的应力脆性陶瓷的应力- - 应变行为通常不应变行为通常不能由能由 节所描述的拉伸试验来确定。节所描述的拉伸试验来确定。原因有三个: 原因有三个: 1 1 )很难制备试验要求的几)很难制备试验要求的几何尺寸的样品; 何尺寸的样品; 2 2 )很难能够夹住这些脆)很难能够夹住这些脆性样品而不弄断它们; 性样品而不弄断它们; 3 3 )只要大约)只要大约 1% 1% 的的形变,陶瓷就断裂,这要求样品必须完全形变,陶瓷就断裂,这要求样品必须完全直,没有任何弯曲应力。直,没有任何弯曲应力。因此,更常用的试验是横向弯曲试验。其因此,更常用的试验是横向弯曲试验。其中三点加载试验如图中三点加载试验如图 所示。所用的样所示。所用的样品为棍状,横截面为圆形或者矩形。在加品为棍状,横截面为圆形或者矩形。在加载点,试样的上部处于压缩状态,下表面载点,试样的上部处于压缩状态,下表面处于拉伸状态。所受应力由样品的厚度、处于拉伸状态。所受应力由样品的厚度、弯矩、和截面的惯性力矩来计算。弯矩、和截面的惯性力矩来计算。最大的拉伸应力在加载点对应的样品最大的拉伸应力在加载点对应的样品的下表面位置。由于陶瓷的抗拉强度的下表面位置。由于陶瓷的抗拉强度仅仅是抗压强度的十分之一,因此断仅仅是抗压强度的十分之一,因此断裂发生在拉伸表面。弯曲试验是拉伸裂发生在拉伸表面。弯曲试验是拉伸试验的合理替代试验。试验的合理替代试验。在弯曲试验中断裂时的应力称为在弯曲试验中断裂时的应力称为挠曲强度(抗弯强度)、断裂模数、挠曲强度(抗弯强度)、断裂模数、断裂强度或者弯曲强度。断裂强度或者弯曲强度。图 对于矩形截面试样,抗弯强度为: 对于矩形截面试样,抗弯强度为: 圆形截面试样,抗弯强度为: 圆形截面试样,抗弯强度为: 其中, 其中, F F f f是断裂时的载荷, 是断裂时的载荷, L L是两个支撑点是两个支撑点之间的距离,其他参数见图之间的距离,其他参数见图 。。 2 3 2bd LF f fs?? 3R LF f fs???