[发明专利]陶瓷涂层断裂韧性的测试方法

说明书

本发明的主要目的在于提供一种陶瓷涂层断裂韧性的测试方法。所述方法包括以下步骤：1)在长方体基体的一个表面上设置长方体的陶瓷涂层；在陶瓷涂层上预制裂纹，得到测试样品；陶瓷涂层长宽与基体长宽度相同；裂纹垂直于陶瓷涂层的长边且位于长边中间位置；2)将测试样品以陶瓷涂层向下、基体向上的方向进行四点弯曲测试，获取陶瓷涂层断裂时的极限载荷；四点弯曲测试符合国际标准ISO 19603要求；3)将陶瓷涂层所受的应力等效为作用于测试样品中性轴位置的水平方向的应力F_c；4)根据单边预裂纹拉伸法评价陶瓷涂层的断裂韧性。所要解决的技术问题是克服陶瓷涂层断裂韧性缺乏准确定量的测试技术的缺陷，实现其准确定量测量的结果，从而更加适于实用。

技术领域

本发明属于陶瓷涂层测试技术领域，特别是涉及一种陶瓷涂层断裂韧性的测试方法。

背景技术

陶瓷涂层因具有耐高温、耐腐蚀、高强度等优点，已广泛应用于航空航天、电子信息等诸多领域。由于陶瓷涂层断裂韧性作为脆性材料的本征特性，在应用于服役环境中时其失效往往是突发性的，主要表现为极限应变小，裂纹扩展速率快，塑性变形极小，能量耗散率和损伤容限低等。断裂韧性作为材料最为重要的本征性能之一，是用来表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料韧性好坏的一个定量指标。对于陶瓷涂层而言，准确地测试其断裂韧性，对于保障材料的服役安全可靠性具有十分重要的意义。

目前，陶瓷涂层断裂韧性的测试方法主要包括压痕法和去除基体法。

去除基体法是采用化学方法将陶瓷涂层所附着的基体去除掉，将陶瓷涂层作为块体材料单独测试其断裂韧性。该方法的测试结果虽然能够反映陶瓷涂层本身的断裂韧性，但是该方法忽略了基体对陶瓷涂层性能的影响，导致所获得的测试结果与实际服役中的陶瓷涂层真实的断裂韧性具有较大的差异，因此无法用于服役中的陶瓷涂层断裂韧性的评价。

压痕法测试陶瓷断裂韧性的理论基础是接触力学，其基本原理是利用压头在光滑的陶瓷表面施加一定的载荷产生压痕，直至压痕四角产生明显的裂纹，通过光学或扫描电镜测量压痕尺寸和产生的裂纹长度，再结合载荷、材料硬度和弹性模量，以及校准常数利用经验公式计算出陶瓷涂层的断裂韧性值。该方法测试评价的是附着于基体上的陶瓷涂层的断裂韧性，但是由于压痕法测试技术受到外界影响因素较多，如，显微观测设备的影响和操作者的主观性等因素，使得压痕形貌不清晰，或者产生多条裂纹，导致测试结果可能出现相当大的误差。另外，压痕法所依赖的压痕断裂力学理论基础尚不完善，并未考虑材料的其它物理化学变化，特别是应力诱发相变对压痕应力场的影响，对于卸载后材料表面残余应力的影响，尚难以定量评价。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种陶瓷涂层断裂韧性的测试方法，所要解决的技术问题是克服陶瓷涂层断裂韧性缺乏准确定量的测试技术的缺陷，实现陶瓷涂层断裂韧性准确定量测量的结果，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种陶瓷涂层断裂韧性的测试方法，其包括以下步骤：

1)在长方体基体的一个表面上设置长方体的陶瓷涂层；在陶瓷涂层上预制裂纹，得到测试样品；所述陶瓷涂层的长度和宽度与所述基体的长度和宽度相同；所述裂纹垂直于陶瓷涂层的长边且位于所述长边的中间位置，位置波动范围≤3％；

2)将所述测试样品以陶瓷涂层向下、基体向上的方向进行四点弯曲测试，获取陶瓷涂层断裂时的极限载荷；所述四点弯曲测试符合国际标准ISO19603中的要求；

3)将所述陶瓷涂层所受的应力等效为作用于测试样品中性轴位置的水平方向的应力F_c；所述的中心轴位置按下述公式(1)计算：

在公式(1)中，y_c表示测试样品中性轴位置，单位mm；H为基体的厚度，单位mm；h为陶瓷涂层的厚度，单位mm；α表示陶瓷涂层的弹性模量与基体的弹性模量的比值；β表示裂纹长度与陶瓷涂层宽度的比值；