脆性陶瓷预制裂纹的方法、预制裂纹的支架及其应用技术

本发明专利技术提出一种脆性陶瓷预制裂纹的方法、预制裂纹的支架及其应用。所述方法步骤如下：长方体试件制作三角形切口；试件包括被切口全部割裂的第一侧面，被切口部分割裂的第二侧面，裂纹扩展面和负载施加面；将试件粘贴于匡字型支架上得组合结构；支架包括第一平板、第二平板和第三平板；第一侧面与第一平板接触，裂纹扩展面与第二平板接触并通过粘结剂固定连接，负载施加面与第三平板接触；将组合结构置于加载环境施加负载，其中负载通过支架施加于负载施加面上；加载过程监测，至突发点时停止加载，得预制裂纹的试件；将预制裂纹的试件与支架分离，清洗。通过该方法及支架预制裂纹的裂纹长度受控，合格率高，且节约工艺时间，从而更加适于实用。

Method of Prefabricating Cracks in Brittle Ceramics, Supports for Prefabricating Cracks and Their Applications

【技术实现步骤摘要】
脆性陶瓷预制裂纹的方法、预制裂纹的支架及其应用
本专利技术涉及陶瓷断裂韧性测试
，尤其涉及一种脆性陶瓷预制裂纹的方法、预制裂纹的支架及其应用。
技术介绍
陶瓷材料是一种典型的脆性材料，它具有高强度、高硬度、高模量、耐高温、耐腐蚀等优点，已经在电子、机械、航空、航天等领域具有广泛的应用。但陶瓷的脆性又是其最大的致命缺点，制约着其在这些领域的进一步发展，而陶瓷的断裂韧性是反映陶瓷脆性的一项重要性能指标。陶瓷断裂韧性测试方法有很多种，本领域公认的测试真实陶瓷断裂韧性值的方法是单边预裂纹梁法，通过该方法测量时，准备试件期间需要在试件上预先引发一条裂纹，而且断裂韧性测试时对于裂纹的长度有要求。但是，由于陶瓷的脆性大，陶瓷材料在预制裂纹时很困难，难以控制预制裂纹的长度尺寸，制约了该方法在陶瓷断裂韧性的测试领域的推广应用。现有的预制陶瓷裂纹有很多种方法，一种是桥压法：在试件上打两个维氏压痕或者维氏压痕点阵，使得压痕对角产生垂直于长度方向的压痕表面微裂纹，然后将试件横跨放在包括一条槽沟的平直垫块上，使得压痕处于槽沟的中间位置，进行均布载荷的加载，直到听到微小的开裂声，便形成预制裂纹。但是，产生的裂纹方向很难与试件垂直，同时在裂纹预制过程中需要施加的载荷较高，仅适用于细晶陶瓷，对于粗晶陶瓷(难以打压痕的陶瓷)需采用切口处理才能进行桥压。另一种是预制直通裂纹的方法：在试件上切割一个三角形切口或山形切口作为裂纹源，将其放置于裂纹扩展装置中，经过限制挠度和纵向挤压约束的四点弯曲加载，在显微镜下观察裂纹开裂程度，至裂纹扩展至合适的长度后卸载，得包含预制裂纹的试件。但是，该方法受加载装置的限制，使得载荷的控制需要经过很长时间的摸索才能熟练操作，而且其预制裂纹的合格率一般，预制裂纹耗时比较长。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种脆性陶瓷预制裂纹的方法、预制裂纹的支架及其应用。所要解决的技术问题是通过该方法及支架预制裂纹的裂纹长度受控，合格率(所预制的裂纹长度尺寸介于断裂韧性测量所需要的长度范围即试件宽度尺寸的0.35-0.6倍之间就视为合格)近乎百分百，且操作简单方便，节约工艺时间，从而更加适于实用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种脆性陶瓷预制裂纹的方法，沿垂直于长方体试件长度方向的截面制作三角形切口；所述的试件沿试件长度方向包括四个侧面，分别为被切口全部割裂的第一侧面，被切口部分割裂的第二侧面，与第一侧面相邻且平行于第二侧面的裂纹扩展面，与第二侧面相邻且平行于第一侧面的负载施加面,其包括以下步骤：1)将所述的试件粘贴于支架上，得组合结构；所述的支架为匡字型支架，其包括依次连接的第一平板、第二平板和第三平板；所述的第一侧面与所述的第一平板接触，所述的裂纹扩展面与所述的第二平板接触并通过粘结剂固定连接，所述的负载施加面与所述的第三平板接触；2)将所述的组合结构置于加载环境施加负载，其中，所述的负载通过所述的支架施加于所述的负载施加面上；3)加载过程监测，至突发点时停止加载，得预制裂纹的试件；4)将预制裂纹的试件与支架分离，清洗。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的脆性陶瓷预制裂纹的方法，其中所述的脆性陶瓷的弯曲强度≤500MPa。优选的，前述的脆性陶瓷预制裂纹的方法，其中所述的粘结剂采用松香石蜡。优选的，前述的脆性陶瓷预制裂纹的方法，其中所述的粘结步骤如下：A、加热支架和松香石蜡，使松香石蜡熔化；B、将熔化的松香石蜡涂覆于所述的第二平板的内侧表面与试件的裂纹扩展面上，将试件粘贴于支架上；C、将粘贴试件的支架从加热环境中取出，松香石蜡快速冷却，得组合结构。优选的，前述的脆性陶瓷预制裂纹的方法，其中所述的支架的材质选自黄铜或钢。优选的，前述的脆性陶瓷预制裂纹的方法，其中所述的施加负载采用位移加载，加载速率为0.05-0.2mm/min。优选的，前述的脆性陶瓷预制裂纹的方法，其中所述的突发点的监测是将声波传感器置于被测试件的周边，当监测到很响的啪的一声后即停止加载，预制裂纹结束。优选的，前述的脆性陶瓷预制裂纹的方法，其还包括以下步骤：将预制裂纹的组合结构从加载环境中取出，置于加热环境中加热；当松香石蜡融化后，将预制裂纹的试件从支架中移出，将其浸泡于酒精中，去除试件表面及裂纹中的松香石蜡。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种预制裂纹的支架，适用于前述的脆性陶瓷预制裂纹的方法，所述的支架为匡字型支架，其包括依次连接的第一平板、第二平板和第三平板；所述的第一平板和第三平板于第二平板的两端同侧设置，且都垂直于所述的第二平板。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种前述的预制裂纹的支架在脆性陶瓷断裂韧性测试中的应用。借由上述技术方案，本专利技术提出的一种脆性陶瓷预制裂纹的方法、预制裂纹的支架及其应用至少具有下列优点：1、本专利技术提出的脆性陶瓷预制裂纹的方法、预制裂纹的支架及其应用，操作简单有效方便，其工艺时间短，克服了直通裂纹法非常繁琐的操作步骤，大大地缩短了工艺时间；2、本专利技术提出的脆性陶瓷预制裂纹的方法、预制裂纹的支架及其应用，操作简单有效方便，且所预制的裂纹尺寸受控，合格率高，通过该方法和支架所预制的裂纹其长度尺寸全部介于试件宽度尺寸的0.35-0.6倍之间，满足断裂韧性测量对于裂纹长度尺寸的要求，合格率百分之百；3、本专利技术提出的脆性陶瓷预制裂纹的方法、预制裂纹的支架及其应用，提高了单边预裂纹梁法在陶瓷断裂韧性测试中的使用频率，可以准确地获得陶瓷材料的断裂韧性数据。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本专利技术的长方体试件及切口的结构示意图；图2是图1沿切口截面的右视图；图3是本专利技术的预制裂纹的匡字型支架的结构示意图；图4是本专利技术的实施例中氧化铝陶瓷试件的切口照片；图5是本专利技术的实施例中氧化铝陶瓷试件的裂纹照片。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种脆性陶瓷预制裂纹的方法、预制裂纹的支架及其应用,其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。本专利技术提出一种脆性陶瓷预制裂纹的方法，沿垂直于长方体试件长度J方向的截面制作三角形切口；如附图1至附图3所示，所述的试件1沿试件长度方向包括四个侧面，分别为被切口2全部割裂的第一侧面11，被切口2部分割裂的第二侧面(图中未标注)，与第一侧面11相邻且平行于第二侧面的裂纹扩展面13，与第二侧面相邻且平行于第一侧面11的负载施加面14；其包括以下步骤：1)将所述的试件1粘贴于支架3上，得组合结构；所述的支架3为匡字型支架，其包括依次连接的第一平板31、第二平板32和第三平板33；所述的第一侧面11与所述的第一平板31接触，所述的裂纹扩展面13与所述的第二平板32接触并通过粘结剂固定连接，所述的负载施加面14与所述的第三平板33接触；2)将所述的组合结构置于加载环境施加负载，其中，所述的负载通过所述的支架3施加于所述的负载施加面14上；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脆性陶瓷预制裂纹的方法，沿垂直于长方体试件长度方向的截面制作三角形切口；所述的试件沿试件长度方向包括四个侧面，分别为被切口全部割裂的第一侧面，被切口部分割裂的第二侧面，与第一侧面相邻且平行于第二侧面的裂纹扩展面，与第二侧面相邻且平行于第一侧面的负载施加面,其特征在于，其包括以下步骤：1)将所述的试件粘贴于支架上，得组合结构；所述的支架为匡字型支架，其包括依次连接的第一平板、第二平板和第三平板；所述的第一侧面与所述的第一平板接触，所述的裂纹扩展面与所述的第二平板接触并通过粘结剂固定连接，所述的负载施加面与所述的第三平板接触；2)将所述的组合结构置于加载环境施加负载，其中，所述的负载通过所述的支架施加于所述的负载施加面上；3)加载过程监测，至突发点时停止加载，得预制裂纹的试件；4)将预制裂纹的试件与支架分离，清洗。

【技术特征摘要】
1.一种脆性陶瓷预制裂纹的方法，沿垂直于长方体试件长度方向的截面制作三角形切口；所述的试件沿试件长度方向包括四个侧面，分别为被切口全部割裂的第一侧面，被切口部分割裂的第二侧面，与第一侧面相邻且平行于第二侧面的裂纹扩展面，与第二侧面相邻且平行于第一侧面的负载施加面,其特征在于，其包括以下步骤：1)将所述的试件粘贴于支架上，得组合结构；所述的支架为匡字型支架，其包括依次连接的第一平板、第二平板和第三平板；所述的第一侧面与所述的第一平板接触，所述的裂纹扩展面与所述的第二平板接触并通过粘结剂固定连接，所述的负载施加面与所述的第三平板接触；2)将所述的组合结构置于加载环境施加负载，其中，所述的负载通过所述的支架施加于所述的负载施加面上；3)加载过程监测，至突发点时停止加载，得预制裂纹的试件；4)将预制裂纹的试件与支架分离，清洗。2.根据权利要求1所述的脆性陶瓷预制裂纹的方法，其特征在于，所述的脆性陶瓷的弯曲强度≤500MPa。3.根据权利要求1所述的脆性陶瓷预制裂纹的方法，其特征在于，所述的粘结剂采用松香石蜡。4.根据权利要求1所述的脆性陶瓷预制裂纹的方法，其特征在于，所述的粘结步骤如下：A、加热支架和松香石蜡，使松香石蜡熔化；B、将熔化的松香石蜡涂覆于...

【专利技术属性】
技术研发人员：万德田，魏永金，包亦望，田远，马德隆，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，中国建材检验认证集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11