如何用维氏硬度法测量陶瓷的断裂韧性

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陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、冶金化工、压电铁电、生物医学等领域。然而，由于陶瓷的本征脆性，使得这类材料也称为最容易发生突发性事故的材料，在工程应用中表现的尤为突出。断裂韧性是材料重要的基本力学参数之一，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重要指指标，也是评价陶瓷服役性能及可靠性的关键力学性能指标，测量材料临界强度因子用KIC表示，测量方法主要有：山形切口梁法(C. N. B)、单边预裂梁法(S. E. P. B)、表面弯曲裂纹法(S. C. F)、单边切口梁法(S. E. N. B)、单边V形切口梁法(S. E. V. N. B)、短V形切口杆法(S. R)、双扭法(D. T)、双悬臂梁法(D. C. B)、微米划痕法、纳米压痕法和维氏压痕法等。S. R、D. C. B和S. E. P. B法的测试试样难生产、成本高，难以广泛使用；S. E. N. B、S. E. V. N. B和C. N. B法加工试样缺口较困难；D. T法试件的几何尺寸会对测量值产生影响；S. C. F法必须要去除足够深度的表面层来消除残余应力场，才能保证KⅠC不被高估；微米划痕法需要考虑压头的磨损以确保测试结果的准确性；而压痕法具有制备试样简单、测试效率高、以及综合成本低等优点，已被广泛应用于表征陶瓷材料、硬质合金和玻璃材料的断裂韧度。一、测试原理：参考陶瓷材料断裂韧性试验方法GB/T 131 GB/T 4340.1 GB/T 5166 ISO 4287、GB/T 23806-2009。二、制样：因陶瓷材料表面凹凸不平整，不能直接进行压痕法测断裂韧性，所以要先进行工件制样处理，具体流程如下:           1、将陶瓷材料用金相切割机（选用专门切割陶瓷材料的金刚石切割片进行切割）进行取样适合镶嵌的尺寸；           2、将取样的陶瓷用镶嵌机进行热镶嵌（φ30㎜）或者冷镶嵌（直径30㎜）；           3、镶嵌完成的陶瓷样件放在自动磨抛机上面首先进行磨平整，然后用金刚石磨盘进行粗磨，更换大目数的金刚石磨盘进行细磨，磨到工件表面平整光滑即可进行抛光，抛光液可选择金刚石喷雾抛光液或者纳米抛光液。           4、磨抛好的陶瓷工件拿到维氏硬度计进行硬度测试，测试的时候注意要选择适合的力值，力值太大容易把工件打裂或者塌陷，力值太小又没有裂痕，所以把握时候的力值很重要，可以选择传感器加载的维氏硬度计可设置多个不同的力值，满足陶瓷材料的适合力值。选择合适的力值打出来的压痕比较均匀，裂痕明显，如图：通过测量裂痕的长度，用本公司研发的维氏硬度测量软件自动计算得出断裂韧性值。