1、ICS 81.060.30 Q 32 中华人民=lI工.，.、春日国国家标准GB/T 23806-2009 精细陶瓷断裂韧性试验方法单边预裂纹梁(SEPB)法Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics)一Test method for fracture toughness of monolithic ceramics at room temperature by single edge precracked beam(SEPB)method (ISO 15732: 2.003 , MOD) 2009-05-13发布
2、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会2009-12-01实施发布G/T 23806-2009 目次前言.皿1 范围2 规范性引用文件3 术语和定义4 符号及其物理意义25 原理6 试验设备27 试样8 试验方法-9 试验结果的有效性1010 计算11 试验报告u附录A(规范性附录)桥压法预制裂纹的试验装置附录B(规范性附录)预制裂纹的操作方法.附录C(资料性附录)Y(二)和F(二)的数值速查表I GB/T 23806-2009 目。吕本标准修改采用ISO15732 :2003(精细陶瓷(高性能陶瓷、高技术陶瓷)室温下用单边预裂纹梁法(SEPB)测量陶瓷断裂韧性的试验方
3、法)(英文版)。本标准与IS015732: 2003相比，主要技术差异为:-一增加了桥压法的解释(本标准3.10); 一一一增加了单边斜切口预制裂纹的方法(本标准8.2.2); 二增加了预制裂纹加载速率的范围(本标准8.3.4);一一一增加了附录C。本标准对文字材料进行了编辑性修改:本国际标准一词改为本标准;小数点代替作为小数点的逗号，;删除了国际标准的前言;一一对公式形式进行了简化处理本标准中公式(7)和公式。O)J。本标准附录A和附录B为规范性附录，附录C为资料性附录。本标准由中国建筑材料联合会提出。本标准由全国工业陶瓷标准化技术委员会(SAC/TC194)归口。本标准起草单位:中国建筑材
4、料科学研究总院。本标准参加起草单位:中国科学院金属研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所。本标准主要起草人:包亦望、周延春、万德田、蒋丹字、陈调姊、邱岩、张伟。本标准为首次发布。阳出精细陶瓷断裂韧性试验方法单边预裂纹梁CSEPB)法GB/T 23806-2009 1 范围本标准规定了在常温下用预裂纹梁法测量精细陶瓷材料断裂韧性的试验方法。本标准适用于均质块体陶瓷和陶瓷复合材料，但不适用于含有连续纤维增强的陶瓷复合材料。本标准适用于材料研究、质量监督、性能评价、材料可靠性和疲劳参数设计等。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(
5、不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 131 产品几何技术规范CGPS)技术产品的文件中表面结构的表示法CGB/T 131-2006, ISO 1302: 2002 , IDT)。GB/T 5166 烧结金属材料和硬质合金弹性模量测定CGB/T5166 1998 , idt ISO 3312: 1987) GB/T 4340.1金属维氏硬度试验第1部分:试验方法CGB/T 4340. 1-1999, eqv ISO 6507: 1997) ISO 4287: 19
6、97产品几何规范表面结构:外形方法术语、定义和表面结构参数3 术语和定义3. 1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 下列术语和定义适用于本标准。应力强度因子stress intensity factor CK1 ) 张开型裂纹尖端区域弹性应力的大小。与所施加载荷、试样尺寸、几何形状以及裂纹长度有关。断裂韧性fracture toughness 衡量材料抵抗裂纹扩展能力的一个常数。断裂韧性值fracture toughness value (K1pb ) 采用单边预裂纹梁CSEPB)法测得的断裂韧性值。预裂纹precrack 试验前在试样上预先引发一条裂纹。预裂纹尖端线precrack f
7、ront line 表明裂纹尖端位置的线条。突发点pop in 裂纹扩展经突然的非稳态扩展后停止的一种现象，同时伴随有啪的一个声音信号。GB/T 23806-2009 3. 7 三点弯曲three point bending 两点支撑矩形截面梁试样，载荷加在两支撑点中间的弯曲加载方式。3.8 四点弯曲four point bending 两点支撑矩形截面梁试样，载荷对称加在离外支撑棍棒距离为总跨距的四分之一处，相对运动。3.9 柔度compliance 载荷挠度曲线斜率的倒数。注:一般来说，当裂纹扩展时，柔度随着挠度的增加而增加。3. 10 桥压法bridge indentation meth
8、od 下表面含有压痕的梁试样横跨在有槽的平板上，上表面受均匀压力使得压痕裂纹扩展为直通裂纹的一种方法，也可以用含切口试样代替含压痕试样进行均压试验预制裂纹。4 符号及其物理意义本标准中所采用的符号及其物理意义如表1所示。表1符号及其物理意义符辜J王单位物理意义涉及条款b 口1口1站台中心凹槽宽度A. 2.3，图A.1d j 口1口1弯曲试验夹具下跨距6.4，图2d z 口1口1四点弯曲夹具上跨距6.4，图2Kpb MPa. m1/Z SEPB法测得的l临界应力强度因子第10章公式7和10口1口1预裂纹长度8.7.3，图7，公式26.l 口1口1稳定裂纹扩展长度8.7.4，图7，公式3L 口1口
9、1试样长度7.1，图3La 口1口1试样放在陆台凹槽上的接触长度(包括b)A. 2. 3，图A.1Lp m口1加载平板下表面长度A. 2. 3，图A.1Pr N 试样断裂时的最大载荷8.5.3，图6t 口1口1试样厚度7.1，图3w 口1口1试样宽度7.1，图3).6.l/l 柔度改变量8.6，图65 原理在室温下，用三点或四点弯曲法测量单边预裂纹梁试样断裂时的临界载荷，根据预裂纹长度、试样尺寸以及试样两支撑点间的跨距，可计算得出被测试样的断裂韧性。试样中的直通裂纹是通过维氏压痕或切口试样(包含直通切口和斜切口试样)预制所得。6 试验设备6. 1 裂纹预制装置应能保证在试样中引发一条突发(po
10、p-in)型预裂纹，并使裂纹尖端线平行于试样表面。2 GB/T 23806-2009 桥压法预制裂纹装置如图1所示，包括带有困孔的加载平板，带有中心槽和试样放置槽的站台以及加载球。加载平板和站台前后左右均对称，凹槽深度不小于试样厚度的三倍。加载球中心与站台中心线的偏差应小于0.1mmo 注:附录A包含推荐使用的桥压试验装置标准尺寸设计图。桥压法是一种适合预制裂纹的试验方法，实验证明适合于大多数陶瓷材料。1一一一施加载荷;2一一加载球;3一一加载平板;4一一上加载平板(硬质钢); 3 6 7 8 5一一一下加载平板(下表面为抛光氮化硅，与加载平板相连); 6一一试样;7一一中心槽;8一一放置试样
11、的凹槽;9 站台(硬质钢，其HVIO5GPa)。图1桥压法预制裂纹装置示意图6.2 引发预裂纹加载装置加载装置应能平稳加载。载荷测量精度要求不高。6.3 材料试验机4 5 9 试验机应具有稳定的加载速度，整个加载过程中载荷测量精度应控制在土1%。包括6.4中的弯曲试验夹具在内的整个试验机系统应有足够的刚度。包括试验机，加载辗棒和弯曲试验夹具在内的试验系统刚度和尺寸参照附录B。3 GB/T 23806-2009 6.4 弯曲试验装置如图2所示，弯曲试验装置关于中心线对称，夹具厚度应不小于试样厚度的三倍。施加载荷时支撑辗棒应能稍微旋转，避免试样被模住并减少相互摩擦。如图2所示，两个支撑棍棒和加载辘
12、棒应相互平行，平行度在0.015mm范围内。只要保证棍棒能自由旋转的其他装置也可以。辗棒长度至少是试样厚度的三倍以上。辗棒的弹性模量应符合GB/T 5166标准要求，不低于196GPa;辘棒的维氏硬度应符合GB/T4340. 1，不低于5GPa (HV10) , 并且不能出现塑性变形或断裂。棍棒的曲率半径和辗棒间距离如图2所示。辑棒表面粗糙Ra应符合ISO 4287: 1997，不超过0.4m。4 1一一-加载球;2一一加载部件;3 加载辑棒;4一一一试样;5 预裂纹;6 支撑辐棒;7一一底座。6 7 二三3t a)三点弯曲装置图2弯曲试验装置O.5(d1一的)1一-2一二加载部件;3一一辑棒
13、;4一一二试样55一一预裂纹;6一一支撑辐棒;7一一底座。弯曲模型三点弯曲三点弯曲四点弯曲四点弯曲6.5 柔度变化测量5 试样I I E E GB/T 23806-2009 O.5Cd1-dz) 2 d1 b)四点弯曲装置单位为毫米辐棒直径d1(下跨距)dz(上跨距)4. 05. 0 16土0.24. 05. 0 30 :1: 0.3 4. 05. 0 30土0.310土0.24. 05. 0 40士0.420土0.2图2(续)测量两支撑辘棒和加载辘棒中心加载点的变形量。挠度测量仪的分辨率应不低于0.001mm，绝对误差应在0.001mm以内，测量值精确到0.001mm。6.6 测量仪评价K1
14、pb时需要测量试样宽度、厚度和预裂纹长度。采用精度在0.01mm以上的游标卡尺。7 试样7. 1 试样的形状和尺寸矩形截面梁试样的形状和尺寸如图3所示。记录试样在待测制品或材料中的具体位置和取向。5 GB/T 23806-2009 试样应对面平行，横截面邻边垂直。平行度和垂直度按GB/T131规定不大于0.01mm。如图3所示(长度在18mm以上为试样1,36 mm以上为试样II, 45 mm以上为试样皿勺，试样四条长边应均匀倒角，倒角的角度为45。士50，长度为0.12mm士0.03mm。c 干孔-1单位为毫米试样长度，l 宽度，W厚度，t 倒角，CI 18 4士O.1 3士O.1 O. 1
15、2士0.03E 注364土0.13士O.1 0.12士0.03皿二三454士O.1 3士O.1 0.12士0.03图3试样尺寸规定7.2 试样表面粗糙度应符合ISO4287: 1997的规定，试样长度方向四个面(不包括横截面)的粗糙度Ra不大于0.2m。7.3 试样数量每组试样不少于5根，每根试样都应符合9.1中的规格。8 试验方法8. 1 测量试样厚度和宽度用游标卡尺或测量仪测量试样的厚度和宽度。8.2 引发裂纹源在本标准中提供了两种不同的方法引发裂纹源，分别是表面压痕预制裂纹源和切口法单边直通切口或斜切口)预制裂纹源。对于断裂韧性低的材料，上述两种方法均可。对于断裂韧性较高的材料，很难采用
16、维氏(或努氏)压痕或直通切口预制一条突发裂纹，此时应优先采用单边斜切口预制裂纹的方法。8.2.1 概述如图4所示，采用维氏(或努氏)压痕或切口(包括直通切口和斜切口)作为引发裂纹源，保证压痕或切口在tXl面且平行wXl面法线，误差控制在2。范围内。具体实施要求见8.2.2和8.2.40注:没有指定裂纹源在试样长度方向的位置，但裂纹源对引发预裂纹至关重要的(见附录B)。8.2.2 表面压痕预制裂纹8.2.2. 1 维氏(或努氏)压痕位置第一个压痕必须在tXl面的中部，其他压痕相对于第一个压痕在两侧对称分布(见图4)。8.2.2.2 压痕方向维氏压痕对角线(或努氏压痕主轴)应与试样长度方向垂直。6
17、 1一一试样;2一一维氏(努氏)压痕;3一一切口。8.2.2.3 压痕载荷1 |斗 2 3 L争x|斗ll一|斗图4维氏压痕和直通切口示意图保证在对角线压痕上压出裂纹而没有其他损伤的压痕载荷。GB/T 23806-2009 X 对于大多数材料，压痕载荷为98N(或100N)即可。若压痕载荷会引起其他损伤破坏，如相对较软或脆性材料，则应适当减少载荷值;如果采用载荷为98N(或100N)预制的裂纹不能满足要求，增加压痕点数而不能增加载荷。如果采用以上方式都不能引发裂纹，则需采用切口法。8.2.3 直通切口法预制裂纹8.2.3.1 切口宽度不大于0.1mm，对切口尖端形状没有规定。8.2.3.2 切
18、口深度切口深度应不超过0.6mm，一般控制在0.4mm士0.2mm。注:若切口深度大于0.6mm，则可能在预制裂纹引发过程中出现稳态裂纹扩展，而不是裂纹快速扩展。此时测得的断裂韧性值可能偏大。8.2.4 单边斜切口法预制裂纹8.2.4. 1 斜切口预裂纹源采用单边斜切口的顶点作为预裂纹引发源(斜切口顶点在加载过程中为应力集中点)。带有斜切口的试样和试样截面示意图如图5所示。8.2.4.2 斜切口位置斜切口采用丝锯或外圆切割机制得，缺口位于试样长度方向的正中间，下表面为拉伸面。7 GB/T 23806-2009 8.2.4.3 斜切口深度斜切口较浅的一端离拉伸面的距离在0，._，0.2mm，斜切
19、口较深的一端离拉伸面的距离在0. 1. 2 mm (试样宽度w为4mm)。8.2.4.4 斜切口宽度不大于0.2mmo 图5带有斜切口的试样和截面示意图8.3 预制裂纹8.3. 1 把带有裂纹源或斜切口的试样放在预裂纹引发装置的加载平板和陆台之间，如图1所示。引人一条突发裂纹。tXl面与加载平板、陆台的凹槽接触。具体的试验步骤见8.3.2到8.3.5。注:桥压法预制裂纹装置和预制裂纹步骤分别详见附录A和附录B。8.3.2 用丙酣清洗试样、站台凹槽和加载平板下表面。如图1所示，把带有裂纹源的试样放在站台凹槽中，试样长度方向应与中心槽垂直，确保预裂纹起始位置在中心槽中心线士0.1mm范围内。对于斜
20、切口试样，试样长度方向应与中心槽垂直。8.3.3 加载平板放置在试样上，确保试样不滑动。加载平板和站台都应对称放置。8.3.4 垂直施加载荷。当听到微小的啪开裂声，立即停止加载以免破坏试验装置或导致裂纹向四周扩展。对于压痕法预制裂纹法中，加载速度范围为300N/sl 000 N/so对于斜切口预制裂纹法中，加载速度范围为10N/s300 N/s，并根据实际情况尽可能降低加载速度。注1:对具有R阻力特性的材料，若存在稳态裂纹扩展，则测得的断裂韧性值偏高。注2:预裂纹开裂的监测可采用声传感器如声发射装置、昕诊器监昕等方法，详见附录B。8.3.5 取下试样，在光学显微镜下观察，确认在试样表面已经引发
21、一条裂纹。采用混合了丙酣的染色液滴人裂纹处进行染色，确定预裂纹尖端位置。在染料完全干燥后进行弯曲试验。8.4 试验条件弯曲试验在室温空气环境下进行，对于试验中的裂纹慢扩展，环境的影响比较大，应测量柔度的变化和稳态裂纹增长长度来评价环境的影响，详见8.6和8.7。为了能有效地评价陶瓷材料的断裂韧性，规定了柔度变化量和稳态裂纹增长长度的允许范围，详见9.2。对于包括大多数的氧化物陶瓷在内的陶瓷材料，大气湿度对裂纹扩展阻力有明显的影响，会减小断裂韧性测量值。在报告中应写明试验环境条件，如相对湿度和温度等。为消除大气湿度的影响，可以采取在干燥气氛中完成试验，例如干燥空气、纯度为99.9%或更高的氮气或
22、氧气、或者真空度小于O. 13 Pa的真空环境等。GB/T 23806-2009 8.5 三点或四点弯曲试验8.5. 1 概述如图2所示，把试样放在弯曲试验机上。确保tXl面与支撑辗棒完全接触和棍棒的起始位置。试验步骤见8.5.2和8.5.3。8.5.2 放置试样试样应是干燥的。棍棒应与试样长度方向垂直，偏差在:i:2。范围内。裂纹起始点位置和图2中加载辑棒中心线之间的偏差应在下跨距长度的1%范围内。8.5.3 断裂试验加载速度为0.5mm/min，分别测量最大载荷值Pf(精确到士0.1%)以及柔度变化量，详见8.6。试验时间不应超过20s以免受到周围环境的影响。8.6 测量柔度变化量对于普通
23、块体陶瓷，元法从弯曲实验所得到的载荷与加载点挠度曲线中确定柔度变化量。在本标准中，通过在断裂前突发型预裂纹尖端的变化来评价断裂韧性测量值的有效性。用游标卡尺测量弯曲装置中支撑棍棒中心和加载辗棒中心线之间的变形量。按照图6所示的步骤测量变形量l/l，测量值精度不低于0.001mmo测量变形量的同时，不能影响到载荷的精确测量。采用式。)得到柔度变化量l/l。丛1一业旦旦一坠1l yl/ Pf yl . ( 1 ) 式中:Pf一一-最大载荷值，单位为牛顿(N); yl 最大载荷时线性变形量，单位为毫米(mm);yl-一断裂时变形量减去yl值，单位为毫米(mm)。载荷yl y . l Pr .l y
24、.l/ Pr y .l 一一=一一一一=一O.ll/wl yl/Pr yl _, 加载点挠度图6载荷-加载点挠度曲线以及弯曲实验中柔度变化量8. 7 预裂纹长度和稳态裂纹扩展距离的测量8.7. 1 用显微镜或摄像机把试样断裂面放大至少20倍，预裂纹长度测量值精确到0.01mm。若在预裂纹区域和不稳定裂纹区域有稳态裂纹扩展，也同样测量其长度。测量步骤见8.7.2和8.7.40。使用显微镜之前，应校准确定真实的放大倍数。注:采用不同光学反射或不同颜色(一般稍带白色)在断裂面可看到裂纹稳态扩展区域。9 GB/T 23806-2009 8.7.2 如图7所示，试样下表面到试样宽度方向预裂纹尖端线的距离
25、可以通过l,l2 ,l3 , l ，l2和l3等得到。l,l2 ,l3 ,l ，l2和l3把试样的厚度分为四等份。预裂纹尖端线不能只从断面来确定，还应考虑染色区域的尖端线。1一一试样断裂面;2 裂纹扩展尖端;3 预裂纹尖端;4 直通切口(或斜切口); 5 维氏压痕;6一不稳定裂纹区;7二一稳定裂纹区;8一一-产生啪声的裂纹区。2 3 4 5 图7裂纹长度的测量8.7.3 取11，l2和13的平均值作为预裂纹长度，如式(2):式中:l = 1十12+ 13 3 11 ,l2 ，l3二一裂纹长度测量值，单位为毫米(mm);t一一平均值。8.7.4 取l，l2和l3平均值作为裂纹扩展长度，如式(3)
26、: l = QH号2+ l3 式中:l ,l2 , l3二一裂纹扩展长度，单位为毫米(mm); l-平均值。9 试验结果的有效性9. 1 预裂纹尺寸和形状规范9. 1. 1 概述6 7 8 . ( 2 ) .( 3 ) 对斜面、切面和预裂纹尖端线长度等误差范围作如下说明。对于符合9.1.2到9.1.4规定的试样，10 结果是有效的。不符合9.1.2到9.1.4规定的试样测量结果仅做参考值。9. 1. 2 预裂纹尖端线误差范围GB/T 23806-2009 测量所得预裂纹尖端长度的最大值与最小值的差值不超过其平均值的10%，即满足式中:lmax二一裂纹长度的最大值;lmin -裂纹长度的最小值。
27、9. 1. 3 预裂纹扩展面允许范围l.Y -l;n mut mm 0.1.( 4 ) 如图8所示，试样断口的裂纹扩展面与切口表面间的最大夹角允许范围为三点弯曲时不超过50，四点弯曲时不超过10001一一试样;2 预裂纹。图8预裂纹扩展面允许范围9. 1. 4 裂纹长度的允许范围裂纹长度的允许范围为O.35w-0. 6切。9.2 稳态裂纹增长规定9.2.1 概述稳态裂纹增长长度和柔度量的允许范围详见9.2.2和9.2. 3。原则上，从符合这些规定和9.1中的条件的试样所得结果是可靠的。从可疑试样测得的结果仅作为参考。9.2.2 稳态裂纹增长长度允许范围t:.l应满足9.2.3 柔度变化量范围规
28、定柔度变化量t:.l/l应满足10 计算t:. l O. 02l t:.l 一O.1 _.:_ ;.z飞w( 5 ) . ( 6 ) 按下述公式计算每个试样的断裂韧性值。然后取5个或更多符合9.1和9.2要求的试样断裂韧性的平均值。K 旦兰生Xy(_l_)- _.一-Ipb t X u严飞wJ. ( 7 ) 11 GB/T 23806-2009 其中，对于三点弯曲试样1(公式应用范围:o. 35l/w0.的，/2199-L(1-二)2.15 -3咔+2.7(二fJY(卢卡x (二)1(2 X一w w J L (1十2二)(1一二f/2对于三点弯曲试样II(0. 35l/w0. 6) , Y(二
29、)= x (二)21. 964 -2叫二)+13叫二f-23叫二)3 + 24叫二fJ.(9) 三点弯曲试样中Y(二)的数值速查表(0.3附/wO.6)附录C。对于四点弯曲试样E和皿(0.35l/w0. 6) , 其中，KTnh = Pf(dJ -2) X F( j_ 二_. _. Ipb - t X旷/2飞回/(二f/2F(二)二EX(1一二f/2( 一斗叫叫0川61则7一1叫二)一; (1十二)2J . ( 10 ) 四点弯曲试样中F(二)的数值速查表(0.35阳O山附录C。如果算得的l/w值是介于两个给定数值之间，可用插值法估计所对应的F值。门试验报告12 试验报告应包含以下信息:a)
30、材料名称，编号，批号，制造日期;b) 试样类型(试样1，试样ll，试样III); c) 弯曲装置(三点或四点弯曲); d) 符合9.1和9.2规定的试样数目;e) 测试断裂韧性值(1型临界应力强度因子)，K1pb取平均值作为计算结果;f) 加工过程和尺寸，原材料形状、取样位置和试样方向;g) 试样尺寸:厚度，宽度;h) 裂纹预制条件(预裂纹起始点类型，而台中心槽宽度和突发裂纹时载荷等); i) 环境条件，相对湿度和温度;j) 最大载荷值Pf;k) 断裂时间S;1) 预裂纹长度及其平均值;m) 稳、态、裂纹扩展的存在与否，稳态裂纹扩展长度平均值。GB/T 23806-2009 附录A(规范性附录
31、)桥压法预制裂纹的试验装置A.l 概述目前有许多方法可以在陶瓷试样上预制裂纹，桥压法是一种操作简单并且比较可靠的一种方法。本附录中提供了一套桥压法预制裂纹的试验装置。A.2 预制裂纹试验装置A. 2.1 图A.1为桥压法预制裂纹试验装置。加载平板(一般采用悴火钢)和中间带有凹槽的陆台颈前后左右对称，并且其深度至少是试样长度的三倍以上。加载球的中心与站台中心的垂直偏差不超过0.1 mm。石占台中心凹槽的宽度在2mm,-., 8 mm之间，根据实验方法和误差选择凹槽的宽度，使得预制的裂纹能满足试验要求。A.2.2 如图A.1所示，础台上有一个可搁置试样的凹槽，与中心凹槽相互垂直。搁置试样的凹槽底部
32、宽度应略大于试样厚度(t)，试样下表面应与凹槽底部紧密接触。A.2.3 为了避免在试样两端产生应力集中，加载平板下表面的长度(Lp)和陆台上搁置试样凹槽的下表面的长度(La)都应比试样长度(L)小。Lp与La的大小应完全一样，同为18mm士0.1mm(皿型试样最短的长度)。注:采用固定长度LD(=L.;L)的预裂纹装置，每一种材料与引发突发裂纹所对应的载荷与试样类型元关。A. 2. 4 用来制造加载球，平板下表面以及与试样相接触的搁置试样凹槽的表面材料的弹性模量应符合GB/T5166，不低于196GPa;维氏硬度应符合GB/T4340. 1，不小于5GPa，而且试样在压缩过程中没有塑性变形。A
33、.2.5 加载平板下表面和站台搁置试样凹槽底面的平整度误差应符合GB/T131，不超过0.01mm, 材料韧性应符合IS04287，不超过0.2ma推荐使用厚度超过4mm且达到镜面抛光要求后的烧结氮化硅(Si3N4)作为加载平板的下表面。加载平板的上下表面，搁置试样凹槽下表面和耐台下表面是相互平行的，其偏差应符合GB/T131，不超过0.02mm。A.2.6 加载平板与试样相接触的表面可以做倒角处理，曲率半径应超过试样厚度的三倍以上，中轴在试样长度方向。这种处理方法可以提高预制裂纹的可靠性。13 GB/T 23806-2009 14 -、气Ln )0 、._./L Lr X I 加载球(直径4
34、mm8 mm); 2 上加载平板(摔火钢); 3一-粘结处;8 4带有镜面抛光表面的下加载平板(Si3N4); 5-一预制裂纹起始点;6 试样;7一一站台(摔火钢); 8 中心凹槽;w-试样宽度(4mm士0.1mm); L一-试样总长度(L二三Lp); b一中心凹槽宽度(2mm8 mm); t 试样厚度(3mm士0.1mm); Lp二L.Cl8mm士0.1mm); 6 ;-、Ln . 巳J0 、_.-/Y a 预制裂纹起始点位置，偏离中心凹槽中心范围控制在土0.1mm; b 搁置试样凹槽下平面宽度，大于to图A.l预制裂纹试验装置示意图单位为毫米i一1. 06 t士O.OltY GB/T 23
35、806-2009 附录B(规范性附录)预制裂纹的操作方法B. 1 预制裂纹装置和突发点裂纹长度B. 1. 1 突发Cpop-in)点所对应的裂纹长度依赖于材料的断裂韧性、裂纹起始点、引发裂纹装置和陆台中心凹槽处的宽度，通过相应的材料试验和误差分析来选择时台中心凹槽的宽度。可调节凹槽宽度的单一础台一般没有足够高的刚度，具有不同凹槽宽度的陆台就比较适用(凹槽的宽度通常为2mm ,._ 8 mm)。表B.l列出了部分范例。表B.1 部分预制裂纹装置和突发点裂纹长度材料站台凹槽宽度/mm突发时载荷/kN突发点裂纹长度/mmA1203 4 8 1. 5 (K1pA =4 MPa ml/2) 5 7 1.
36、 8 Si3N4 4 12 1. 7 (K1pA二5MPa ml/2) 5 10 2.0 P.S.Z 5 25 1. 4 (KpA = 6 MPa m1/2) 6 20 1. 8 SiC 3 3 2. 1 (K1pA =3 MPa m1/2) 4 2 2.4 注:所得数据与试样类型无关(1 , n ，田)。表面带有一维氏压痕作为预制裂纹源的试样，采用抛光成镜面的Si3N4加载平板和摔火钢站台而获得以上数据。B. 1.2 不宜使用单一块体材料制造加载平板。采用高性能陶瓷平板(如Si3N4)粘结到与试样相接触的那一部分时，该试验装置可以使用比较长的时间。为了确保裂纹起始于而台中心凹槽处的中心位置，
37、应确定加载平板和站台的相对位置是否正确，可使用辅助性装置(如外框架)。B.2 裂纹起始点位置和预制裂纹裂纹起始点位置和预制裂纹是本方法的关键。不要求试样必须对称地放置在陆台上，也不要求当试样长度不统一时，频繁更换站台。为了在加载过程中产生应力集中，试验试样的长度不低于础台上搁置试样凹槽的长度和加载平板的长度。保证预裂纹起始于石占台凹槽的中心位置。B.3 切口宽度和深度通常规定缺口宽度不得太于0.2mmo如果缺口过窄，容易影响到出现突发时所对应的载荷。对于缺口深度为0.6mm或更大时，突发点或许就不会出现，裂纹扩展将以稳态裂纹增长形式出现。B.4 预制裂纹当在一个嘈杂的环境中预制裂纹时，使用一个
38、声音传感器(如声发射或听诊器)与预裂纹装置相连接可容易检测到突发信号。在空气中由于水蒸气的作用产生应力腐蚀，对于压痕试样，加载速率应不低于294N/so而对于斜缺口试样，应将加载速度控制在10N/s300 N/s。具有高断裂韧性的材料，采用压痕试样一般很难预制一条突发裂纹，此时应优先采用单边斜切口梁预制裂纹法。15 GB/T 23806-2009 B.5 预裂纹位置确定和预裂纹长度确定B. 5.1 对于像氧化铝(A1203)、氧化错(Zr02)这类材料，很难观察到预制的裂纹，可采用在预制的裂纹处涂上染色剂(如油漆稀释到丙酣中渗透到裂纹中。B.5.2 如果预制的裂纹长度超过了规定的上限，在断裂韧
39、性测量实验过程中会出现稳态裂纹扩展。对于扩展阻力上升的材料，如果在突发点之后出现了稳态裂纹扩展，测得的断裂韧性将偏高。B.6 评价测试系统的刚度通过一个不含预裂纹的条状试样来评价试验机、加载棒和弯曲试验装置整套试验系统的刚度。不含预裂纹的条状试样的尺寸应与断裂韧性测试试样的尺寸完全一致。刚度的计算公式如式(B.1) : 16 式中:R一P一-T-D R一-整套试验系统的刚度，单位为牛顿每米(N/m); P 施加到弯曲试验装置上的压缩载荷(推荐使用100N ,_ 500 N)，单位为牛顿(N); T一一一试验机压头移动距离，单位为米(m); D一一试样在弹性变形范围内的挠度，单位为米(m)。试样
40、在弹性变形范围内的挠度，D，可通过式(B.2)计算:D = P(d1 - d 2 )2 6_:l 2 2(d1 - d 2 ) 8Etw3 式中:d1二一弯曲试验装置下支撑辐之间的跨距，单位为米(m); .( B.1 ) .( B.2 ) d2二一四点弯曲试验装置上支撑辑之间的跨距，对于三点弯曲试验装置则为0，单位为米(m); E一-试验试样的弹性模量(即杨氏模量)，单位为帕斯卡(Pa); w 试验试样的厚度，单位为米(m); t一-试验试样的宽度，单位为米(m)。、.，GB/T 23806-2009 附录C(资料性附录Y( )和F()的数值速查表表C.l三点弯曲试样中Y巾和四点弯曲试样中F(
41、们的速查数值表(0.351/0.6)二点弯曲试样四点弯曲试样w Y(二)值F(二)值试样1C公式的试样IIC公式的试样E和困(公式11)0.35 1. 731 8 1. 788 9 1. 859 4 0.36 1. 778 2 1. 836 1 1. 907 8 0.37 1. 826 4 1. 884 9 1. 957 7 0.38 1. 876 3 1. 935 5 2.009 4 0.39 1. 928 0 1. 987 8 2.063 0 0.40 1. 981 8 2.042 2 2.118 4 0.41 2.037 7 2.098 7 2. 176 0 0.42 2.095 9 2
42、. 157 5 2.235 7 0.43 2.156 5 2.218 7 2.297 9 0.44 2.219 6 2.282 5 2.362 5 0.45 2.285 5 2.349 2 2.429 9 0.46 2. 351 2 2.4188 2.500 2 0.47 2.426 1 2.4916 2.573 6 0.48 2.501 3 2.567 8 2.650 3 0.49 2.580 0 2.647 6 2. 730 5 0.50 2.662 5 2. 731 3 2.814 6 0.51 2.749 1 2.819 0 2.902 8 0.52 2.840 0 2.911 1 2
43、.995 3 0.53 2.935 6 3.007 8 3.092 7 0.54 3.036 3 3. 109 3 3. 195 1 0.55 3. 142 4 3.216 0 3.303 1 0.56 3.254 4 3.328 1 3.417 0 0.57 3. 372 7 3.446 0 3.537 5 0.58 3.498 0 3.570 0 3.664 9 0.59 3. 630 7 3. 700 4 3.800 0 0.60 3. 771 6 3.837 6 3.943 4 如果l/w值不是正好等于左边一列的任一个数，可用插值法估算F值。例如:l/w= O. 355，对于试样I的F
44、值得插值约为1.755 0 OCCAVIl-ucNVAV飞回U华人民共和国家标准精细陶瓷断裂韧性试验方法单边预裂纹梁(SEPB)法GB/T 23806-2009 国中* 中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销 印张1.5字数37千字2009年8月第一次印刷开本880X 1230 1/16 2009年8月第一版* 定价24.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533书号:155066 1-38331 GB/T 23806-2009 打印HWJ: 2010年2月10H
