[发明专利]陶瓷材料断裂韧性仪器化Vickers压入测试方法

摘要

本发明公开了一种陶瓷材料断裂韧性仪器化Vickers压入测试方法，该方法利用Vickers压头仪器化压入陶瓷材料所得载荷‑位移曲线及被压材料压痕对角线方向裂纹开裂长度确定陶瓷材料的断裂韧性KIC。与传统压痕方法相比，该方法具有以下优点(1)KIC公式的建立源于弹塑性有限元数值分析同时满足裂纹尖端断裂韧性的等值要求，因而较传统压痕方法具有更高的精度；(2)建立的KIC公式无需区分裂纹开裂形式，既适用于半硬币中间裂纹也适用于巴氏径向裂纹；(3)适用的陶瓷材料及测试范围更广；(4)可同时完成对陶瓷材料弹性模量和断裂韧性的测试，避免了传统压痕方法存在的需借助其它技术手段预先对陶瓷材料弹性模量进行测试的问题，因而测试便捷、高效。

主权项

一种陶瓷材料断裂韧性仪器化Vickers压入测试方法，该方法利用Vickers压头仪器化压入陶瓷材料所得载荷‑位移曲线及被压材料压痕对角线方向裂纹开裂长度确定陶瓷材料的断裂韧性KIC，具体包括以下步骤：1)利用仪器化压入仪和金刚石Vickers压头对被测材料实施某一最大压入载荷为Pm的仪器化压入测试，获得压入载荷‑位移曲线，同时利用该曲线确定金刚石Vickers压头的最大压入深度hm、名义压痕对角线半长a＝3.5hm及名义硬度2)通过分别积分载荷‑位移曲线关系中的加载曲线和卸载曲线计算压入加载功Wt、卸载功We，并在此基础上计算压入比功We/Wt；3)借助光学显微镜分别量取Vickers压痕对角线方向4个裂纹开裂半长c1、c2、c3和c4，同时将其均值c＝(c1+c2+c3+c4)/4作为本次仪器化压入测试的裂纹开裂半长，并计算比值c/a，进一步调整Pm的大小使比值c/a及比功We/Wt满足关系：1.05≤c/a≤1.5及0.71≥We/Wt≥(We/Wt)0＝0.591‑0.194(c/a)或者1.5＜c/a≤6及0.71≥We/Wt≥0.3；4)根据仪器化压入测试确定的名义硬度Hn及比功We/Wt确定被测材料的杨氏模量亦即弹性模量E＝(1‑0.22)/{[0.007625(We/Wt)6‑0.005516(We/Wt)5‑0.048401(We/Wt)4+0.110937(We/Wt)3‑0.157669(We/Wt)2+0.170204(We/Wt)]/Hn‑1.32(1‑0.072)/1141}，同时确定被测材料与金刚石Vickers压头的平面应变弹性模量之比η＝[E/(1‑0.22)]/[1141/(1‑0.072)]，其中，E的量纲为“GPa”(吉帕)；5)计算被测陶瓷材料的断裂韧性KIC：KIC＝(10‑6Pm/c1.5)[1+fc(c/a)η]fW(We/Wt)，其中，fc(c/a)＝0.0068(c/a)2‑0.1118(c/a)+0.8295，fW(We/Wt)＝0.0757(We/Wt)2‑0.1956(We/Wt)+0.1285，KIC的量纲为(兆帕·米1/2)、Pm的量纲为“N”(牛顿)、c和a的量纲为“m”(米)。