传统压痕法识别陶瓷材料断裂韧性的有效性研究

王家梁，马德军，白盟亮，黄 勇，孙 亮

(1 装甲兵工程学院 机械工程系，北京 100072；2 总装备部西安军事代表局，西安 710065)



传统压痕法识别陶瓷材料断裂韧性的有效性研究

王家梁1，马德军1，白盟亮2，黄 勇1，孙 亮1

(1 装甲兵工程学院 机械工程系，北京 100072；2 总装备部西安军事代表局，西安 710065)

基于虚拟裂纹闭合法对传统压痕法测试陶瓷材料断裂韧性的数值模型进行计算，以此为基础，分析比较传统压痕法的几种典型公式识别陶瓷材料断裂韧性的测试误差和所测材料的适用范围。结果表明：传统压痕法的Anstis公式较Evans公式，Lawn公式，JISR公式和Niihara公式，在材料比功0.3≤We/Wt≤0.45时所测断裂韧性值与理论计算值较为接近，其最大误差为12.9%，测试结果相对准确；当0.45

传统压痕法；陶瓷材料；断裂韧性；虚拟裂纹闭合法；比功

对于陶瓷材料，其固有的脆性一直是制约其广泛应用的主要因素。作为衡量陶瓷脆性或韧性的重要力学性能指标——陶瓷材料断裂韧性KIC的准确测量一直是国内外研究人员广泛关注的核心和热点。目前，测试陶瓷材料断裂韧性的方法主要有表面裂纹弯曲法(Surface Crack in Flexure,SCF)[1,2]、山形切口梁法(Chevron-Notched Beam,CNB)[3,4]、单边预裂纹梁法(Single Edge Precracked Beam, SEPB)[5,6]、单边切口梁法(Single Edge Notched Beam, SENB)[7,8]和传统压痕法(Indentation Method, IM)[9-15]。考虑到应用的便捷性、效率、对试样尺度的要求等因素，IM法较SCF法、CNB法、SEPB法、SENB法具有明显优势，因而获得广泛应用。然而，由于传统压痕法的理论基础和公式建立系基于半解析与半经验方法的联合，因此，基于不同的实验结果所建立的经验公式可以因人和因实验而异，而已有的实验结果并不具有真值的特性。……