陶瓷及玻璃的斷裂韌性檢測

陶瓷及玻璃的斷裂韌性是指的阻止宏觀裂紋失穩擴展能(néng)力的數據；

斷裂韌性是試樣或構件中有裂紋或類裂紋缺陷情形下(xià)發生以其爲起點的不再随着載荷增加而快(kuài)速斷裂，即發生所謂不穩定斷裂時(shí)，材料顯示的阻抗值。這(zhè)樣的斷裂韌性值，可用(yòng)能(néng)量釋放(fàng)率g、應力強度因子K、裂紋尖端張開(kāi)位移CTOD和(hé)J積分等描述裂紋尖端的力學狀态的單一參量表示。

定義：

斷裂韌性表征材料阻止裂紋擴展的能(néng)力，是度量材料的韌性好(hǎo)壞的一個定量指标。在加載速度和(hé)溫度一定的條件下(xià)，對(duì)某種材料而言它是一個常數，它和(hé)裂紋本身的大(dà)小(xiǎo)、形狀及外(wài)加應力大(dà)小(xiǎo)無關，是材料固有的特性，隻與材料本身、熱處理(lǐ)及加工(gōng)工(gōng)藝有關。當裂紋尺寸一定時(shí)，材料的斷裂韌性值愈大(dà)，其裂紋失穩擴展所需的臨界應力就愈大(dà)；當給定外(wài)力時(shí)，若材料的斷裂韌性值愈高(gāo)，其裂紋達到(dào)失穩擴展時(shí)的臨界尺寸就愈大(dà)。它是應力強度因子的臨界值。常用(yòng)斷裂前物體吸收的能(néng)量或外(wài)界對(duì)物體所作(zuò)的功表示。例如應力-應變曲線下(xià)的面積。韌性材料因具有大(dà)的斷裂伸長值，所以有較大(dà)的斷裂韌性，而脆性材料一般斷裂韌性較小(xiǎo)。

斷裂韌性在工(gōng)程中受到(dào)重視(shì)的原因是，它表征與光滑試樣中強度特性完全相反的特性。例如，很(hěn)粗略地說，同一系列的材料的斷裂韌性值随屈服強度增加而下(xià)降。因此，盡管按屈服強度準則認爲已進行十分安全設計(jì)的高(gāo)強度材料的結構，由于其構件中某種原因或有缺陷或産生裂紋，甚至也(yě)會(huì)發生不穩定斷裂造成緻命的損傷。由于材料屈服強度随溫度下(xià)降而增大(dà)，在設計(jì)過程中未考慮低(dī)溫斷裂韌性的情形，也(yě)會(huì)造成同樣結果。過去結構物斷裂事(shì)故中，由于對(duì)上(shàng)述斷裂韌性認識不足而發生的事(shì)故一定不少。

一般地說，在不穩定斷裂之前，随着載荷增加斷裂徐徐進行，即所謂穩定斷裂的情形不少。雖是一種穩定斷裂，但(dàn)由于疲勞，應力腐蝕裂紋，蠕變等原因，裂紋擴展後轉變爲不穩定斷裂的情形也(yě)不少。

如把臨界缺陷擴展稱爲不穩定斷裂，把亞臨界缺陷擴展叫做穩定斷裂，不管穩定斷裂的内容如何，斷裂韌性均表示材料在穩定斷裂轉變爲不穩定斷裂時(shí)的阻抗值。當然，斷裂韌性受事(shì)先進行的穩定斷裂的影響是明(míng)顯的。同時(shí)，我們知(zhī)道(dào)斷裂韌性值有顯著的尺寸效應。尺寸效應是産生應力狀态和(hé)屈服範圍問題的原因，尤其是屈服範圍構成選擇表示斷裂韌性的力等參數問題。 

參考标準：

GB∕T 37900-2019 超薄玻璃硬度和(hé)斷裂韌性試驗方法 小(xiǎo)負荷維氏硬度壓痕法

HV：維氏硬度，單位爲吉帕（GPa），

F：試驗載荷值，單位爲牛（N），

d1，d2：壓痕對(duì)角線長度，單位爲毫米（mm）

JIS R1607-2015 室溫下(xià)精制陶瓷斷裂強度測試方法

測試方法：

壓痕法

測試試樣表面先抛光成鏡面，在顯微硬度儀上(shàng)，以10Kg負載在抛光表面用(yòng)硬度計(jì)的錐形金(jīn)剛石壓頭産生一壓痕，這(zhè)樣在壓痕的四個頂點就産生了(le)預制裂紋。根據壓痕載荷P和(hé)壓痕裂紋擴展長度C計(jì)算(suàn)出斷裂韌性數值（KIC）。 計(jì)算(suàn)公式爲：

其中E爲楊氏模量，例如對(duì)于Si3N4系統一般取300GPa。公式中載荷P單位爲N，裂紋長度C單位爲mm，顯微硬度HV單位爲GPa。

工(gōng)程應用(yòng)：