陶瓷材料的力学性能ppt课件

1、 陶瓷资料力学性能本章主要内容陶瓷资料的构造陶瓷资料的变形与断裂陶瓷资料的强度陶瓷资料的硬度与耐磨性陶瓷资料的断裂与增韧陶瓷资料的疲劳陶瓷资料的抗热震性一、陶瓷资料的组成与结合键陶瓷晶体是以离子键和共价键为主要结合键，普通为两种或两种以上不同结合的混和方式。离子键和共价键是强固的结合键，故陶瓷资料具有高熔点、高硬度、耐腐蚀和无塑性等特性二、陶瓷资料的显微构造其显微构造包括相及相分布、晶粒尺寸和外形、气孔大小和分布、杂志缺陷及晶界等。陶瓷资料有晶相、玻璃相和气相组成。它们分别可以起到决议其物理化学性能黏结晶相填充气体以及降低致密度等作用 一、陶瓷资料的弹性变形 绝大多数的陶瓷资料在室温下拉伸或弯

2、曲，均不产生塑性变形，呈脆性断裂特性。陶瓷资料与金属资料相比，其塑性变形具有以下特点： 1弹性模量大，这阐明由其共价键和离子键的结合构造所决议的。此外，陶瓷资料都是多元化合物，晶体构造交复杂，点阵常数交金属晶体大，因此陶瓷资料的弹性模量较高。金属陶瓷 陶瓷资料与金属资料的拉伸应力-应变应变曲线陶瓷资料的断裂过程都是以其内部或外表存在的缺陷为起点而发生的。晶粒和气孔尺寸在决议陶瓷资料强度方面与裂纹尺寸有等效作用，陶瓷资料断裂概率以最弱环节实际为根底，按韦伯分布函数思索，韦伯分布函数表示资料断裂概率的普通公式为：第三节、陶瓷资料的强度一、抗弯强度弯曲实验室评定工程陶瓷资料强度的主要实验方法，可以采

3、用三点弯曲或者四点弯曲实验方法。 设计陶瓷零件时常用其拉伸强度值作为判据。为了保证正确进展陶瓷资料的拉伸实验，可以在平行夹头中加橡胶垫固定薄片状式样，可防止试样在夹持部位断裂，并利用试样的弹性变形减少附加弯矩。 陶瓷资料的紧缩强度远大于其抗拉强度，二者相差10陪左右。陶瓷资料抗拉强度与抗弯强度显著不同时由于在两种受载条件下裂纹扩展行为不同所致。一、陶瓷资料的硬度 陶瓷资料的硬度高是优点之一，常用HRA、HR45N、维氏HV或努氏硬度HK表示二、陶瓷资料的耐磨性工程陶瓷硬度高，所以其耐磨性也比较高。 1、与金属资料一样，陶瓷资料外表也存在部分微凸起，其外侧常有水蒸气或碳-氢化合物构成的外表层，陶

4、瓷资料外表加工还可以产生显裂纹或其他缺陷。 陶瓷资料的摩擦学特性，与对磨件的资料种类和性能、摩擦条件、环境，以及陶瓷资料本身的性能和外表形状等诸多要素有关，需求系统地进展研讨。 陶瓷资料在滑动摩擦条件下的磨损过程不同于金属资料，其磨损机理主要是以微断裂方式导致的磨粒磨损。有上图可知横向裂纹的构成，并扩展至外表或与其他裂纹相交，即导致陶瓷资料碎裂、剥落和流失。由于陶瓷料对环境介质和气氛极为敏感，因此在特定条件下还能够构成摩擦化学磨损。这是由于陶瓷资料特有的磨损机理。这种磨损涉及外表、资料构造，热力学与化学共同作用的摩擦化学问题。 一、陶瓷资料的断裂韧度 工程陶瓷的断裂韧度值比金属低1-2个数量级

5、。1、单边切口梁法优点：(1) 数据分散性好；(2) 重现性好；(3) 试样加工测定方法比较简单，比金属低1-2个数量级。 山形切口法中切口剩余部分为三角形，其顶点山形切口法中切口剩余部分为三角形，其顶点处存在应力集中景象，易在较低载荷下产生裂处存在应力集中景象，易在较低载荷下产生裂纹，所以不需求预制裂纹。当实验参数适宜时，纹，所以不需求预制裂纹。当实验参数适宜时，这种方法能产生裂纹稳定扩展，直至断裂。切这种方法能产生裂纹稳定扩展，直至断裂。切口宽度对口宽度对KIC值影响较小，测定值误差也较小，值影响较小，测定值误差也较小，也适用于高温暖在各种介质中测定也适用于高温暖在各种介质中测定KIC值，

6、但值，但是测试试样加工较困难，且需求公用的夹具。是测试试样加工较困难，且需求公用的夹具。 用维氏或显微硬度压头，压入抛光的陶瓷试样外表，在压痕时对角线方向出现四条裂纹，测定裂纹长度，根据载荷与裂纹长度的关系，求出KIC值 工程陶瓷有一系列的优良性能，如优良的高温力学性能、耐磨、耐蚀、电绝缘性好等；但是这种资料在收到外力作用断裂过程中，只需单一的添加新的断裂外表的外表能，没有其他耗费能量的渠道，因此其脆性大，应遭到限制。金属资料强度提高，塑性往往下降，断裂韧度也随之降低。陶瓷增韧的方法有多种。 陶瓷陶瓷资料中的微裂纹是相变体积膨胀是产生的；或者是由于温度变化基体相与分散相之间热膨胀性能不同产生的

7、；还能够好似资料中本来曾经存在的。 一、陶瓷资料的疲劳类型 陶瓷的疲劳包括循环疲劳、静态疲劳和动态疲劳。 一静态疲劳 这是在静载荷作用下，资料的承载才干随时间延伸而下降产生的断裂，对应于金属资料中的应力腐蚀和高温蠕变断裂，包括四个区域KIKth区、低速区、中速区、高速区陶瓷资料的应力腐蚀开裂比疲劳更难产生。通常陶瓷资料在交变载荷作用下，随着K值增大开场产生疲劳裂纹扩展，随后产生应力腐蚀裂纹扩展，因此需求思索疲劳和应力腐蚀对裂纹扩展的叠加效应。 热震破坏分为两种：由热震引起的瞬时断裂，称为热震断裂；在热冲击循环作用下，资料先出现开裂，随之裂纹扩展导致资料强度降低，最终整体破坏，称为热震损伤。陶瓷资料的抗热震性事其力学性能和热学性能的综合表现，不仅受几何要素、破坏介质的影响，同时也取决于资料的强度和断裂韧度。用热弹性应变能和断裂外表能表示的抗热震损伤参数用热弹性应变能和断裂外表能表示的抗热震损伤参数 R， 为：为：对于缓慢加热或冷却的陶瓷资料，其抗热震参数对于缓慢加热或冷却的陶瓷资料，其抗热震参数R为：为：有上述可知，欲提高陶瓷资料抗热震断裂才干，要求资料的强度高、弹性模量低，同时热导率要大，热膨胀系数要小；而要提高陶瓷资料抗热震损伤才干，对资料力学性能的要求恰好相反，这是由于二者破坏过程不同、判据不同所致。但是由于在热损伤情况下，强度高的资料裂纹易于扩展，对