陶瓷粘接界面彎曲強(qiáng)度測(cè)試方法-編制說(shuō)明

1、精細(xì)陶瓷（高級(jí)陶瓷、高級(jí)工業(yè)陶瓷）陶瓷彎曲粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明（征求意見(jiàn)稿）2019年11月一、任務(wù)來(lái)源隨著材料科學(xué)和機(jī)械加工技術(shù)的飛速發(fā)展，高性能陶瓷與其它固體材料的 連接和粘結(jié)變得越來(lái)越重要，建立陶瓷彎曲粘結(jié)強(qiáng)度的測(cè)試方法具有重要意 義。根據(jù)全國(guó)工業(yè)陶瓷標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)關(guān)于下達(dá)2018年第四批工業(yè)陶瓷領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知（工標(biāo)委 201904號(hào)）的要求，由上海交通 大學(xué)負(fù)責(zé)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)陶瓷粘接界面彎曲強(qiáng)度測(cè)試方法（項(xiàng)目計(jì)劃編號(hào)： 20184213-T-609 ）的制定工作。該標(biāo)準(zhǔn)為推薦性標(biāo)準(zhǔn)。二、目的和意義陶瓷的許多應(yīng)用都與陶瓷金屬或陶瓷陶瓷連接有關(guān)，如航天飛機(jī)的耐熱 層、

2、耐磨軸承的陶瓷涂層、陶瓷與金屬的高溫連接等。接頭的質(zhì)量和可靠性直 接取決于結(jié)構(gòu)固體材料的本征強(qiáng)度和界面粘結(jié)強(qiáng)度。目前國(guó)際上已建立了測(cè)定 陶瓷材料拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和剪切粘結(jié)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)，例如ISO13124和ISO17095標(biāo)準(zhǔn)。但在許多界面承受彎曲載荷的情況下，其彎曲粘結(jié)強(qiáng)度仍然無(wú)有效測(cè)試 依據(jù)。目前針對(duì)連接界面彎曲粘結(jié)強(qiáng)度的測(cè)試， 面臨著應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜、缺乏對(duì)應(yīng)力 梯度的充分考慮以及更多聚焦于長(zhǎng)度方向的粘結(jié)而很少考慮橫向粘結(jié)等問(wèn)題。針對(duì)陶瓷連接界面的彎曲粘結(jié)強(qiáng)度問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)工作組制定了測(cè)定陶瓷/陶瓷、陶瓷/金屬界面在室溫溫度下彎曲強(qiáng)度的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法。通過(guò)測(cè)定采用不同接縫數(shù)量或不同材料粘結(jié)的矩形或圓

3、形梁試樣界面碎裂時(shí)的峰值荷載來(lái)計(jì)算出截面彎 曲粘結(jié)強(qiáng)度。該標(biāo)準(zhǔn)的制定有利于推動(dòng)我國(guó)無(wú)機(jī)非金屬材料力學(xué)性能評(píng)價(jià)學(xué)科的發(fā)展和 材料科研領(lǐng)域的進(jìn)步，完善陶瓷接縫截面粘結(jié)強(qiáng)度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和體系，有助于為相關(guān)高級(jí)陶瓷、高級(jí)工業(yè)陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展節(jié)省資源、提升效率。三、國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)情況（一）國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)外在陶瓷接縫截面粘結(jié)強(qiáng)度相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有：ISO13124-2011精細(xì)陶瓷（高級(jí)陶瓷，高級(jí)工業(yè)陶瓷）-室溫下拉伸和剪切粘結(jié)強(qiáng)度ISO17095-2013精細(xì)陶瓷（高性能陶瓷，高技術(shù)陶瓷）-陶瓷材料 高溫界面粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法ISO 14704-2016精細(xì)陶瓷室溫彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法然而，上述方法并未針對(duì)陶瓷/陶瓷或陶

4、瓷/金屬接縫界面的彎曲粘結(jié)強(qiáng)度， 多考慮拉伸和剪切作用。此外ISO14704則要求試樣為連續(xù)均質(zhì)塊體材料， 對(duì)評(píng) 價(jià)接縫界面的粘結(jié)強(qiáng)度評(píng)價(jià)并不適用。國(guó)外在該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試技術(shù)基本空白， 國(guó)際精細(xì)陶瓷標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)ISO/TC 206為此成立了工作組，尋求適用的彎 曲粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試方法。項(xiàng)目組針對(duì)國(guó)內(nèi)外的需求，牽頭了 ISO 21712工作組， 編制了精細(xì)陶瓷接縫界面彎曲粘結(jié)強(qiáng)度首個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 21712精細(xì)陶瓷（高級(jí)陶瓷、高級(jí)工業(yè)陶瓷）-陶瓷彎曲粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法，2019年已定稿待正 式發(fā)布。本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定是修改采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 21712。（二）國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)內(nèi)陶瓷接縫界面強(qiáng)度相

5、關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要有：GB/T31541-2015精細(xì)陶瓷界面拉伸和剪切粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法十字交 叉法GBT14390-2008精細(xì)陶瓷高溫彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法上述標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)至多兩種陶瓷或金屬材料粘結(jié)時(shí)的粘結(jié)強(qiáng)度，并未考慮 例如陶瓷/金屬/陶瓷多個(gè)粘結(jié)界面的情況。止匕外，上述標(biāo)準(zhǔn)多針對(duì)拉伸和剪切粘 結(jié)強(qiáng)度，不考慮彎曲粘結(jié)強(qiáng)度，因此現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)多陶瓷接縫界面彎曲粘結(jié)強(qiáng)度 測(cè)試是不適用的。目前國(guó)內(nèi)暫未制定專門針對(duì)多陶瓷 /金屬接縫界面彎曲粘結(jié)強(qiáng) 度的試驗(yàn)方法。四、標(biāo)準(zhǔn)的編制過(guò)程為完善精細(xì)陶瓷相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在多陶瓷/金屬接縫界面彎曲粘結(jié)強(qiáng)度相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定方面的空白，上海交通大學(xué)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容

6、和 國(guó)內(nèi)精細(xì)陶瓷領(lǐng)域行業(yè)實(shí)際情況對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制定（一）立項(xiàng)階段立項(xiàng)之前，標(biāo)準(zhǔn)起草單位對(duì)國(guó)內(nèi)的大專院校、科研院所、復(fù)合材料企業(yè)等單位進(jìn)行了大量調(diào)研，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)理論、方法及設(shè)備進(jìn)行了廣泛研究。2018年12月，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá) 2018年第四批推 薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃的通知（國(guó)標(biāo)委發(fā)2018 83號(hào)）文下發(fā)后，針對(duì)陶瓷粘 接界面彎曲強(qiáng)度測(cè)試方法（20184213-T-609 ）的標(biāo)準(zhǔn)制定任務(wù)，上海交通大 學(xué)成立了標(biāo)準(zhǔn)起草組，確定了參編單位和人員分工，制定了標(biāo)準(zhǔn)編制計(jì)劃，標(biāo) 準(zhǔn)制定工作正式開(kāi)始。（二）起草階段2019年2月，上海交通大學(xué)編制小組完成標(biāo)準(zhǔn)草案的初步修改和完善，并

7、 且對(duì)外征集參加標(biāo)準(zhǔn)制定意向的單位。2019年7月，上海交通大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)起草小組討論了標(biāo)準(zhǔn)文本內(nèi)容，討論了術(shù) 語(yǔ)、速率等技術(shù)參數(shù)、設(shè)備描述、應(yīng)用領(lǐng)域等問(wèn)題，并做了修改。2019年9月，經(jīng)過(guò)編制小組的前期技術(shù)驗(yàn)證，理論推導(dǎo)，完善修改標(biāo)準(zhǔn)中 的部分參數(shù)，積累了充分的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在上海召開(kāi)了本標(biāo)準(zhǔn)的正式啟動(dòng)會(huì)， 會(huì)議 中邀請(qǐng)了評(píng)價(jià)領(lǐng)域?qū)＜?、企業(yè)代表。在會(huì)上明確了各家單位的任務(wù)分工， 由上海 交通大學(xué)負(fù)責(zé)整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的統(tǒng)籌策劃，標(biāo)準(zhǔn)草案撰寫(xiě)等，其他幾家單位提供測(cè)試樣品，提出修改意見(jiàn)，共同修改完善標(biāo)準(zhǔn)。2019年11月，在上海交通大學(xué)木蘭船建樓，由上海交通大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)起草小組 部分人員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研討，重點(diǎn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)

8、名稱、使用范圍、定義、設(shè)備、試驗(yàn)步 驟等部分進(jìn)行了逐句修改。2019年12月，在上海交通大學(xué)木蘭船建樓，全體起草小組成員參加研討本 標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，檢查了計(jì)算公式、修正語(yǔ)句表達(dá)、修改完善圖表等，最終確定標(biāo)準(zhǔn) 的全部?jī)?nèi)容，形成了標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿。五、標(biāo)準(zhǔn)制定依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格遵照GB/T 1.1 -2009標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)的有關(guān)規(guī)定，修改采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 21712精細(xì)陶瓷（高級(jí)陶瓷、高 級(jí)工業(yè)陶瓷）-陶瓷彎曲粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法，同時(shí)積極采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)指 標(biāo)，本著促進(jìn)陶瓷行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，提高產(chǎn)品質(zhì)量；合理利用資源，提高經(jīng)濟(jì)效益； 滿足用戶要求，促進(jìn)對(duì)外貿(mào)易的原則編寫(xiě)。六、主要制定

9、內(nèi)容的說(shuō)明（一）關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 范圍”。結(jié)合理論推導(dǎo)和試驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)討論，本標(biāo) 準(zhǔn)規(guī)定了在常溫下采用四點(diǎn)彎曲法測(cè)試陶瓷與陶瓷、陶瓷與金屬接縫彎曲粘結(jié)強(qiáng) 度的術(shù)語(yǔ)和定義、原理、儀器設(shè)備、試樣、試驗(yàn)步驟、結(jié)果與計(jì)算和試驗(yàn)報(bào)告。（二）關(guān)于 規(guī)范性引用文件規(guī)范了該部分的描述。經(jīng)過(guò)討論，修改了該部分的描述，與最新的標(biāo)準(zhǔn)制定要求一致。（三）關(guān)于 術(shù)語(yǔ)和定義3.1、3.2、3.3、3.4分別給出了 “彎曲粘結(jié)強(qiáng)度”、 “四點(diǎn)彎曲”、“四點(diǎn)彎曲1/4彎曲”、“四點(diǎn)彎曲1/3彎曲”的定義。在3.5、3.6分別給出了 “半可調(diào)夾具”、全可調(diào)夾具”的定義。（四）修改了圖1的說(shuō)明部分，以符合國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)格式。（五）將5.

10、1試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)從ISO 7500 1更改為GB/T 16491-2008 。（六）將5.2.5千分尺標(biāo)準(zhǔn)從ISO 3611調(diào)整為GB/T 1216-2018 。（七）關(guān)于 試樣”。6.1中明確了試樣類型和加工工藝的尺寸要求。6.2明確了試樣制備的兩種方式，包括從較大的陶瓷連接體上切割和直接進(jìn)行基材粘結(jié)。 6.3和6.4中明確了試樣的存放和數(shù)量。（八）關(guān)于試驗(yàn)”。7.1中明確了試樣尺寸的測(cè)量，尺寸測(cè)量數(shù)據(jù)精度為0.002 mm。7.2中明確了夾具和樣本定位的詳細(xì)要求， 特別規(guī)定了上壓輾棒和試樣表面 接觸點(diǎn)距離接縫應(yīng)大于2 mm、上壓輾棒放置前后軸線偏差應(yīng)小于 0.1 mm的擺 放偏差要求。7.3明

11、確了彎曲強(qiáng)度的測(cè)試，包括加載方式和速率要求、安全要求。（九）關(guān)于 計(jì)算”。8.1中規(guī)定了矩形截面接縫彎曲粘結(jié)強(qiáng)度 的計(jì)算公式以 及各符號(hào)的意義。8.2給出了圓形截面接縫彎曲粘結(jié)強(qiáng)度 的計(jì)算公式以及各符號(hào) 的意義。8.3給出強(qiáng)度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式。（十）關(guān)于試驗(yàn)報(bào)告”。9中規(guī)定了試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)該明確給出的信息。調(diào)整 了報(bào)告信息的編制順序。七、試驗(yàn)驗(yàn)證本標(biāo)準(zhǔn)為新標(biāo)準(zhǔn)制定，因此在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中所涉及的性能指標(biāo)都進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)， 在試驗(yàn)樣品的選擇上，盡量做到數(shù)量充分，具有代表性。(1)實(shí)驗(yàn)原理利用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法為試樣形成有效純彎段， 即僅受彎矩作用，隨后持續(xù) 加載直至試樣界面開(kāi)裂、碎裂，測(cè)得在相同條

12、件下 陶瓷與陶瓷、陶瓷與金屬在至 多兩種接縫界面條件下的碎裂荷載，界面彎曲粘結(jié)強(qiáng)度可通過(guò)碎裂荷載和試樣尺 寸計(jì)算得出。(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)備本標(biāo)準(zhǔn)中采用微機(jī)控制的電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖1電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)八、技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果本標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)題、術(shù)語(yǔ)和定義的英文翻譯，翻譯能夠準(zhǔn)確表達(dá)原條款的真實(shí) 意思，翻譯語(yǔ)句通順，符合英語(yǔ)語(yǔ)法規(guī)范。目前沒(méi)有多陶瓷/金屬接縫界面彎曲粘結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)方法相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，不能對(duì)陶瓷接縫連接相關(guān)產(chǎn)品和性能進(jìn)行規(guī)范和約束。制訂多陶瓷/金屬接縫界面領(lǐng)域性能評(píng)價(jià)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)可以規(guī)范企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)，有效地進(jìn)行質(zhì)量管理；保證企業(yè)自身不斷提高，為市場(chǎng)提供高質(zhì)量的產(chǎn)品；可以提升國(guó)家形象，為行業(yè)內(nèi)科 研技術(shù)人員有據(jù)可依；同時(shí)提高產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。本標(biāo)準(zhǔn)的制定，為陶瓷精細(xì) 加工領(lǐng)域性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立和完善奠定基礎(chǔ)， 促進(jìn)材料研究發(fā)展，提高可 靠性評(píng)價(jià)水平，具有重要的社會(huì)效益。九、與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性本標(biāo)準(zhǔn)不存在與相關(guān)法律法規(guī)相抵觸之處， 無(wú)相關(guān)專利侵權(quán)，與