[其他]脆性材料强度测试方法及其测试仪

说明书

脆性材料抗弯强度的测试方法及测试仪，属于材料力学性能测试领域。用滑轨上滚下的钢球冲击边缘简支圆片的方法测定抗弯强度。给出了硅、锗和氧化铝陶瓷等脆性材料抗弯强度定量计算公式，并制作了相应的抗弯强度测试仪。

本发明属于材料力学性能测试领域。用钢球冲击简支薄圆片的方法测定脆性材料的抗弯强度。

苏联《工厂实验室》（1973）39卷第5期道勃洛霍托夫（ДОБРОХОТОВ）等人曾报导了一种用球形端面的重锤从一定高度自由下落，冲击平板支承的硅、锗圆片测试脆性的方法，按样品破碎程度把硅、锗单晶的脆性分成六级。其缺点在于不能定量测定强度值;若用通常测定力学性能的万能试验机测定半导体材料强度，制样比较困难。

本发明的目的在于通过确立一种方法，制造一种简单仪器，方便地定量测定硅、锗单晶等脆性材料的抗弯强度。

本发明研制了一种用钢球冲击边缘筒支圆片定量测定脆性材料抗弯强度的仪器，如附图所示。1/4圆周形滑轨（1）表面有刻度，内有滑槽，通过螺钉（8）可上下微调。方形筒支板（6）中间有作筒支架用的倾斜15°的台阶状圆孔，使试样（7）垂直平稳简支，通过燕尾槽插入框架（5）。通过螺钉把托架（3）维持在滑槽的任一高度，拉出抽板（4），钢球（2）沿滑轨下滚正好打在试样中心。逐渐升高托架，直到钢球打破试样为止。根据试样的直径和强度选用大小不同的简支板和钢球。由试样破碎时钢球下滚高度H（毫米），钢球重量P（千克），简支半径A（毫米）和试样厚度B（毫米），用下式计算试样的抗弯强度σ（千克/平方毫米）。

σ＝X（PH/B）^1/2·（1/A）·〔Yln（A/B）+Z〕

其中X、Y、Z为计算系数，对硅单晶为207.5、0.6208、1.146;对于锗单晶为188.2、0.6208、1.146;对于氧化铝陶瓷为303.9、0.6014、1.125。对不同的材料由相应的X、Y、Z和不同的H、P、A和B值可绘制出一系列的抗弯强度数值表和曲线族，供测试中查找。

与苏联用重锤下落测圆片脆性的方法相比，本发明可直接定量测定抗弯强度，抗弯强度值可由公式算出或由表、曲线查出;与万能实验机或冲击实验机等测抗弯强度的常规方法相比，本测试仪结构简单、制样容易、测试方便、数据分散性小。

用本仪器测试了一种直拉〈111〉硅单晶的抗弯强度。把硅单晶切成厚1毫米的圆片，先后用粗、细金钢砂＊磨，每边减薄0.05毫米，用腐蚀抛光剂〈＆＆〉抛去0.04毫米，处理后的圆片放入〈＆＆〉的筒支半径为14，15或16毫米的筒支板，插入当板的燕尾槽，选用12克的钢球，逐渐升高位置直到〈＆＆〉由钢球重量、下滚高度、样品厚度及筒支半径求出抗弯强度，该单晶9个圆片测得的抗弯强度平均值为55.7千克/平方毫米，方差4.8千克/平方毫米。同一根单晶制成的样条，用＊点弯方法测得抗弯强度平均值为53.2千克/平方毫米、方差为〈＆＆〉千克/平方毫米。