[发明专利]脆性材料断裂韧性和残余应力原位同步测试方法及装置

摘要

本发明公开了一种脆性材料断裂韧性和残余应力原位同步测试方法及装置，该测试方法既能测试单一脆性材料的断裂韧性和残余应力，又能测试表征脆性涂层材料体系界面处的断裂韧性和残余应力。根据残余压痕在两种材料内所占体积比例，求得折合弹性模量与硬度的比值，提高了脆性材料界面处断裂韧性和残余应力测试精度。基于该测试方法研制的负荷维氏压痕装置主要包括加载系统、观察系统、图像采集系统、加热系统、冷却系统和高温气体吸气系统；整个装置结构简单，操作简便，可在不同温度下同步测量脆性材料的断裂韧性和残余应力。

主权项

一种脆性材料断裂韧性和残余应力原位同步测试方法，其特征在于，采用压痕法测试脆性涂层材料体系界面处的断裂韧性和残余应力时，利用断裂韧性KIC的计算公式推导获得关于C1/2和P/C3/2线性函数其中，C为残余压痕顶角处的裂纹长度，P为每次加载的最大载荷，σr表示被测点的残余应力，通过对脆性材料进行三次或者三次以上的不同载荷条件下的压痕断裂测试，测量和采集每次实验中的载荷大小、残余压痕顶角处的裂纹长度，然后将每次实验测试得到载荷和裂纹长度数据，以形式进行线性拟合，从拟合出的直线斜率和截距分别求出被测点的残余应力和断裂韧性；其中，i表示脆性涂层和基底材料的界面，而是根据残余压痕在基底材料和脆性涂层区域所占的体积比例，按照如下公式进行计算获得：(EH)i1/2=VSVC+VS(EH)S1/2+VCVC+VS(EH)C1/2]]>VC=2ZC36tanθ2]]>VS=2D3-42ZC324tanθ2]]>其中，E和H分别表示材料的弹性模量和硬度，VS和VC分别表示残余压痕在基底材料和脆性涂层区域所占的体积，下标i表示脆性涂层和基底材料的界面，下标C和S分别表示脆性涂层和基底材料，D为残余压痕对角线长度，ZC表示垂直涂层界面压痕对角线在脆性涂层区域中的长度，θ表示维氏压针的两对面的夹角。