陶瓷及玻璃的斷裂韌性檢測

陶瓷及玻璃的斷裂韌性是指的阻止宏觀裂紋失穩擴展能(néng)力的數據；

斷裂韌性是試樣或構件中(zhōng)有(yǒu)裂紋或類裂紋缺陷情形下發生以其為(wèi)起點的不再随着載荷增加而快速斷裂，即發生所謂不穩定斷裂時，材料顯示的阻抗值。這樣的斷裂韌性值，可(kě)用(yòng)能(néng)量釋放率g、應力強度因子K、裂紋尖端張開位移CTOD和J積分(fēn)等描述裂紋尖端的力學(xué)狀态的單一參量表示。

定義：

斷裂韌性表征材料阻止裂紋擴展的能(néng)力，是度量材料的韌性好壞的一個定量指标。在加載速度和溫度一定的條件下，對某種材料而言它是一個常數，它和裂紋本身的大小(xiǎo)、形狀及外加應力大小(xiǎo)無關，是材料固有(yǒu)的特性，隻與材料本身、熱處理(lǐ)及加工(gōng)工(gōng)藝有(yǒu)關。當裂紋尺寸一定時，材料的斷裂韌性值愈大，其裂紋失穩擴展所需的臨界應力就愈大；當給定外力時，若材料的斷裂韌性值愈高，其裂紋達到失穩擴展時的臨界尺寸就愈大。它是應力強度因子的臨界值。常用(yòng)斷裂前物(wù)體(tǐ)吸收的能(néng)量或外界對物(wù)體(tǐ)所作(zuò)的功表示。例如應力-應變曲線(xiàn)下的面積。韌性材料因具(jù)有(yǒu)大的斷裂伸長(cháng)值，所以有(yǒu)較大的斷裂韌性，而脆性材料一般斷裂韌性較小(xiǎo)。

斷裂韌性在工(gōng)程中(zhōng)受到重視的原因是，它表征與光滑試樣中(zhōng)強度特性完全相反的特性。例如，很(hěn)粗略地說，同一系列的材料的斷裂韌性值随屈服強度增加而下降。因此，盡管按屈服強度準則認為(wèi)已進行十分(fēn)安(ān)全設計的高強度材料的結構，由于其構件中(zhōng)某種原因或有(yǒu)缺陷或産(chǎn)生裂紋，甚至也會發生不穩定斷裂造成緻命的損傷。由于材料屈服強度随溫度下降而增大，在設計過程中(zhōng)未考慮低溫斷裂韌性的情形，也會造成同樣結果。過去結構物(wù)斷裂事故中(zhōng)，由于對上述斷裂韌性認識不足而發生的事故一定不少。

一般地說，在不穩定斷裂之前，随着載荷增加斷裂徐徐進行，即所謂穩定斷裂的情形不少。雖是一種穩定斷裂，但由于疲勞，應力腐蝕裂紋，蠕變等原因，裂紋擴展後轉變為(wèi)不穩定斷裂的情形也不少。

如把臨界缺陷擴展稱為(wèi)不穩定斷裂，把亞臨界缺陷擴展叫做穩定斷裂，不管穩定斷裂的内容如何，斷裂韌性均表示材料在穩定斷裂轉變為(wèi)不穩定斷裂時的阻抗值。當然，斷裂韌性受事先進行的穩定斷裂的影響是明顯的。同時，我們知道斷裂韌性值有(yǒu)顯著的尺寸效應。尺寸效應是産(chǎn)生應力狀态和屈服範圍問題的原因，尤其是屈服範圍構成選擇表示斷裂韌性的力等參數問題。 

參考标準：

GB∕T 37900-2019 超薄玻璃硬度和斷裂韌性試驗方法 小(xiǎo)負荷維氏硬度壓痕法

HV：維氏硬度，單位為(wèi)吉帕（GPa），

F：試驗載荷值，單位為(wèi)牛（N），

d1，d2：壓痕對角線(xiàn)長(cháng)度，單位為(wèi)毫米（mm）

JIS R1607-2015 室溫下精(jīng)制陶瓷斷裂強度測試方法

測試方法：

壓痕法

測試試樣表面先抛光成鏡面，在顯微硬度儀上，以10Kg負載在抛光表面用(yòng)硬度計的錐形金剛石壓頭産(chǎn)生一壓痕，這樣在壓痕的四個頂點就産(chǎn)生了預制裂紋。根據壓痕載荷P和壓痕裂紋擴展長(cháng)度C計算出斷裂韌性數值（KIC）。 計算公(gōng)式為(wèi)：

其中(zhōng)E為(wèi)楊氏模量，例如對于Si3N4系統一般取300GPa。公(gōng)式中(zhōng)載荷P單位為(wèi)N，裂紋長(cháng)度C單位為(wèi)mm，顯微硬度HV單位為(wèi)GPa。

工(gōng)程應用(yòng)：