陶瓷材料的力學(xué)性能ppt課件

1、 陶瓷資料力學(xué)性能本章主要內(nèi)容陶瓷資料的構(gòu)造陶瓷資料的變形與斷裂陶瓷資料的強(qiáng)度陶瓷資料的硬度與耐磨性陶瓷資料的斷裂與增韌陶瓷資料的疲勞陶瓷資料的抗熱震性一、陶瓷資料的組成與結(jié)合鍵陶瓷晶體是以離子鍵和共價(jià)鍵為主要結(jié)合鍵，普通為兩種或兩種以上不同結(jié)合的混和方式。離子鍵和共價(jià)鍵是強(qiáng)固的結(jié)合鍵，故陶瓷資料具有高熔點(diǎn)、高硬度、耐腐蝕和無(wú)塑性等特性二、陶瓷資料的顯微構(gòu)造其顯微構(gòu)造包括相及相分布、晶粒尺寸和外形、氣孔大小和分布、雜志缺陷及晶界等。陶瓷資料有晶相、玻璃相和氣相組成。它們分別可以起到?jīng)Q議其物理化學(xué)性能黏結(jié)晶相填充氣體以及降低致密度等作用 一、陶瓷資料的彈性變形 絕大多數(shù)的陶瓷資料在室溫下拉伸或彎

2、曲，均不產(chǎn)生塑性變形，呈脆性斷裂特性。陶瓷資料與金屬資料相比，其塑性變形具有以下特點(diǎn)： 1彈性模量大，這闡明由其共價(jià)鍵和離子鍵的結(jié)合構(gòu)造所決議的。此外，陶瓷資料都是多元化合物，晶體構(gòu)造交復(fù)雜，點(diǎn)陣常數(shù)交金屬晶體大，因此陶瓷資料的彈性模量較高。金屬陶瓷 陶瓷資料與金屬資料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變應(yīng)變曲線陶瓷資料的斷裂過(guò)程都是以其內(nèi)部或外表存在的缺陷為起點(diǎn)而發(fā)生的。晶粒和氣孔尺寸在決議陶瓷資料強(qiáng)度方面與裂紋尺寸有等效作用，陶瓷資料斷裂概率以最弱環(huán)節(jié)實(shí)際為根底，按韋伯分布函數(shù)思索，韋伯分布函數(shù)表示資料斷裂概率的普通公式為：第三節(jié)、陶瓷資料的強(qiáng)度一、抗彎強(qiáng)度彎曲實(shí)驗(yàn)室評(píng)定工程陶瓷資料強(qiáng)度的主要實(shí)驗(yàn)方法，可以采

3、用三點(diǎn)彎曲或者四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)方法。 設(shè)計(jì)陶瓷零件時(shí)常用其拉伸強(qiáng)度值作為判據(jù)。為了保證正確進(jìn)展陶瓷資料的拉伸實(shí)驗(yàn)，可以在平行夾頭中加橡膠墊固定薄片狀式樣，可防止試樣在夾持部位斷裂，并利用試樣的彈性變形減少附加彎矩。 陶瓷資料的緊縮強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其抗拉強(qiáng)度，二者相差10陪左右。陶瓷資料抗拉強(qiáng)度與抗彎強(qiáng)度顯著不同時(shí)由于在兩種受載條件下裂紋擴(kuò)展行為不同所致。一、陶瓷資料的硬度 陶瓷資料的硬度高是優(yōu)點(diǎn)之一，常用HRA、HR45N、維氏HV或努氏硬度HK表示二、陶瓷資料的耐磨性工程陶瓷硬度高，所以其耐磨性也比較高。 1、與金屬資料一樣，陶瓷資料外表也存在部分微凸起，其外側(cè)常有水蒸氣或碳-氫化合物構(gòu)成的外表層，陶

4、瓷資料外表加工還可以產(chǎn)生顯裂紋或其他缺陷。 陶瓷資料的摩擦學(xué)特性，與對(duì)磨件的資料種類和性能、摩擦條件、環(huán)境，以及陶瓷資料本身的性能和外表形狀等諸多要素有關(guān)，需求系統(tǒng)地進(jìn)展研討。 陶瓷資料在滑動(dòng)摩擦條件下的磨損過(guò)程不同于金屬資料，其磨損機(jī)理主要是以微斷裂方式導(dǎo)致的磨粒磨損。有上圖可知橫向裂紋的構(gòu)成，并擴(kuò)展至外表或與其他裂紋相交，即導(dǎo)致陶瓷資料碎裂、剝落和流失。由于陶瓷料對(duì)環(huán)境介質(zhì)和氣氛極為敏感，因此在特定條件下還能夠構(gòu)成摩擦化學(xué)磨損。這是由于陶瓷資料特有的磨損機(jī)理。這種磨損涉及外表、資料構(gòu)造，熱力學(xué)與化學(xué)共同作用的摩擦化學(xué)問(wèn)題。 一、陶瓷資料的斷裂韌度 工程陶瓷的斷裂韌度值比金屬低1-2個(gè)數(shù)量級(jí)

5、。1、單邊切口梁法優(yōu)點(diǎn)：(1) 數(shù)據(jù)分散性好；(2) 重現(xiàn)性好；(3) 試樣加工測(cè)定方法比較簡(jiǎn)單，比金屬低1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。 山形切口法中切口剩余部分為三角形，其頂點(diǎn)山形切口法中切口剩余部分為三角形，其頂點(diǎn)處存在應(yīng)力集中景象，易在較低載荷下產(chǎn)生裂處存在應(yīng)力集中景象，易在較低載荷下產(chǎn)生裂紋，所以不需求預(yù)制裂紋。當(dāng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)適宜時(shí)，紋，所以不需求預(yù)制裂紋。當(dāng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)適宜時(shí)，這種方法能產(chǎn)生裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展，直至斷裂。切這種方法能產(chǎn)生裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展，直至斷裂。切口寬度對(duì)口寬度對(duì)KIC值影響較小，測(cè)定值誤差也較小，值影響較小，測(cè)定值誤差也較小，也適用于高溫暖在各種介質(zhì)中測(cè)定也適用于高溫暖在各種介質(zhì)中測(cè)定KIC值，

6、但值，但是測(cè)試試樣加工較困難，且需求公用的夾具。是測(cè)試試樣加工較困難，且需求公用的夾具。 用維氏或顯微硬度壓頭，壓入拋光的陶瓷試樣外表，在壓痕時(shí)對(duì)角線方向出現(xiàn)四條裂紋，測(cè)定裂紋長(zhǎng)度，根據(jù)載荷與裂紋長(zhǎng)度的關(guān)系，求出KIC值 工程陶瓷有一系列的優(yōu)良性能，如優(yōu)良的高溫力學(xué)性能、耐磨、耐蝕、電絕緣性好等；但是這種資料在收到外力作用斷裂過(guò)程中，只需單一的添加新的斷裂外表的外表能，沒(méi)有其他耗費(fèi)能量的渠道，因此其脆性大，應(yīng)遭到限制。金屬資料強(qiáng)度提高，塑性往往下降，斷裂韌度也隨之降低。陶瓷增韌的方法有多種。 陶瓷陶瓷資料中的微裂紋是相變體積膨脹是產(chǎn)生的；或者是由于溫度變化基體相與分散相之間熱膨脹性能不同產(chǎn)生的

7、；還能夠好似資料中本來(lái)曾經(jīng)存在的。 一、陶瓷資料的疲勞類型 陶瓷的疲勞包括循環(huán)疲勞、靜態(tài)疲勞和動(dòng)態(tài)疲勞。 一靜態(tài)疲勞 這是在靜載荷作用下，資料的承載才干隨時(shí)間延伸而下降產(chǎn)生的斷裂，對(duì)應(yīng)于金屬資料中的應(yīng)力腐蝕和高溫蠕變斷裂，包括四個(gè)區(qū)域KIKth區(qū)、低速區(qū)、中速區(qū)、高速區(qū)陶瓷資料的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂比疲勞更難產(chǎn)生。通常陶瓷資料在交變載荷作用下，隨著K值增大開(kāi)場(chǎng)產(chǎn)生疲勞裂紋擴(kuò)展，隨后產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展，因此需求思索疲勞和應(yīng)力腐蝕對(duì)裂紋擴(kuò)展的疊加效應(yīng)。 熱震破壞分為兩種：由熱震引起的瞬時(shí)斷裂，稱為熱震斷裂；在熱沖擊循環(huán)作用下，資料先出現(xiàn)開(kāi)裂，隨之裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致資料強(qiáng)度降低，最終整體破壞，稱為熱震損傷。陶瓷資料的抗熱震性事其力學(xué)性能和熱學(xué)性能的綜合表現(xiàn)，不僅受幾何要素、破壞介質(zhì)的影響，同時(shí)也取決于資料的強(qiáng)度和斷裂韌度。用熱彈性應(yīng)變能和斷裂外表能表示的抗熱震損傷參數(shù)用熱彈性應(yīng)變能和斷裂外表能表示的抗熱震損傷參數(shù) R， 為：為：對(duì)于緩慢加熱或冷卻的陶瓷資料，其抗熱震參數(shù)對(duì)于緩慢加熱或冷卻的陶瓷資料，其抗熱震參數(shù)R為：為：有上述可知，欲提高陶瓷資料抗熱震斷裂才干，要求資料的強(qiáng)度高、彈性模量低，同時(shí)熱導(dǎo)率要大，熱膨脹系數(shù)要??；而要提高陶瓷資料抗熱震損傷才干，對(duì)資料力學(xué)性能的要求恰好相反，這是由于二者破壞過(guò)程不同、判據(jù)不同所致。但是由于在熱損傷情況下，強(qiáng)度高的資料裂紋易于擴(kuò)展，對(duì)