《石墨抗拉強度檢測 劈裂拉伸法》編制說明

CSTM標準《石墨抗拉強度檢測劈裂拉伸法》編制說

明

一、標準編制說明內容一般應包括：

1、工作簡要過程，來源、主要參加單位和工作組成員等；

人造石墨廣泛應用于核設施構件，作為慢化劑、反射層、

堆芯結構材料和熔鹽流道。這些構件在高溫、強輻射環(huán)境下

服役，評價其輻照和氧化后的抗拉強度對于反應堆的設計和

安全評估十分重要。用傳統(tǒng)試驗方法如ASTMC749或者DIN

51914獲取石墨的抗拉強度，需要較大的試樣，而輻照倉和

氧化設備往往空間有限，難以大量進行人造石墨的輻照和氧

化處理，這就給獲取輻照和氧化之后的人造石墨抗拉強度造

成很大困難。劈裂拉伸法獲取人造石墨的抗拉強度，所需要

的試樣尺寸小，可以很好適應輻照倉和氧化設備的空間。本

標準的制定可以指導和規(guī)范人造石墨劈裂拉伸試驗，很方便

地測試輻照和氧化后核石墨的抗拉強度，同時使得國外內開

展的石墨抗拉強度試驗結果能夠相互參考和借鑒，可以提高

資源利用率，避免重復試驗。本標準應用于其他人造石墨應

用領域，也可以大量節(jié)約試驗材料。

主要參加編制單位包括中國科學院上海應用物理研究

所，貴州大學，成都方大炭炭復合材料股份有限公司,清華

大學，中國核電工程有限公司，中山大學。

工作組成員包括曾廣禮，熊東波，周伯謀，陳紅鳥，李

虓，蘇啟暉，趙世貴，黃慶，王晚霞，王佳敏,孫立斌，史

力，賀楷，馬顯鋒。

2、標準化對象簡要情況及制修訂標準的原則。

（1）標準化對象簡要情況

《石墨抗拉強度檢測劈裂拉伸法》主要用于測試石墨

材料的抗拉強度?？估瓘姸仁鞘牧系囊粋€基本的材料

參數。用于評估石墨構件的設計安全性以及壽命評估。在

核反應堆中，這一性能尤為重要。

（2）制修訂標準的原則

本標準在制定過程中，注重標準制定與技術創(chuàng)新、試驗驗

證相結合，本著先進性、科學性、合理性和可操作性以及標

準的目標、統(tǒng)一性、協(xié)調性、適用性、一致性和規(guī)范性的原

則來進行本標準的制定工作。

3、請說明制修訂標準與相關現有標準的主要區(qū)別，并填寫下

方主要參數對比表。若采用了國際標準和國外先進標準，應

當詳細地說明采用該標準的目的、意義，采用標準程度及理

由，或與測試的國外樣品的有關數據對比情況等。

美國材料實驗協(xié)會（ASTM）標準D8289Standardtest

methodfortensilestrengthestimatebydisc

compressionofmanufacturedgraphite是為了解決石墨測

試抗拉強度困難提出的國際標準。是由上海應用物理研究所

的曾廣禮研究員編寫出來的，是世界首創(chuàng)。

（1）請根據實際情況填寫主要參數對比表，可適當添加或刪

減此表。

方法標準與相關國際＼國外＼國家＼行業(yè)＼地方＼團體標準

主要參數對比表

標準號本標準ASTMD8289-20

石墨抗拉強度Standardtestmethodfortensilestrength

標準名稱檢測劈裂拉estimatebydisccompressionof

伸法manufacturedgraphite

范圍針對人造石墨針對核石墨

原理劈裂拉伸法劈裂拉伸法

樣本直徑≥

10mm樣本直徑≥6mm

制樣要求

試樣數≥10試樣數≥6個

個

文字表達方式

試驗條件

不同

文字表達方式

不同

儀器設備

增加儀器設備

校準內容

試劑材料不適用不適用

文本結構不

同，

樣品尺寸和數

試驗方法

量不同

增加試驗質量

控制內容

文字表達方式

試驗結果

不同

試驗有效裂紋從中心開

裂紋從中心開始擴展

性判斷始擴展

無法比對

．．．．．

注：若和相關標準差異較大，無法進行比對，請在“無法比對”行說

明無法比對的具體原因和主要差異。

（2）若采用了國際標準和國外先進標準，請詳細說明：

近些年來，第四代核反應堆成為未來發(fā)展的主要堆型。

在四代堆的高溫氣冷堆以及熔鹽堆中，核石墨都是不可或缺

的中子慢化體和反射體材料。這兩種堆的壽命、經濟性及安

全性都受制于核石墨的發(fā)展。為推進四代堆的發(fā)展，近年來

世界主要發(fā)達國家都在努力發(fā)展新一代核石墨材料，比如

IG110和IG430（日本東洋碳素），NBG18和NBG17（德國西

格里），PCEA和PCIB（美國GrafTech）等。其中部分核石墨

牌號實現了工程應用（例如：我國山東石島灣的球床模塊式

高溫氣冷堆（HTR-PM）核電站采用了日本的IG110核石墨）。

為在核能技術上不受國外限制，同時降低反應堆建設成本，

國內企業(yè)（蘭州碳素、成都碳素及中鋼新型）聯(lián)合清華大學、

中國科學院上海應用物理研究所開發(fā)了多款石墨牌號，并嘗

試開展了快中子輻照實驗，獲取中子輻照后拉伸性能，該性

能是核石墨進堆的先提條件。中子輻照實驗具有輻照倉體積

小，價格昂貴的特點。國外的核石墨材料經過多年的試驗和

大量投資，中子輻照后的性能數據完整，掃清了工業(yè)應用上

的障礙。而新型國產核石墨由于起步較晚，投入不足，中子

輻照后的性能數據缺失，難以在工業(yè)上應用。如何快速獲取

核石墨材料中子輻照后的性能數據，降低試驗成本，成為了

新型國產化石墨走向工業(yè)應用，替代進口石墨，搶占國際市

場的關鍵。

上海應用物理研究所的曾廣禮研究員開創(chuàng)性地利用劈裂

拉伸法獲取人造石墨拉伸強度，高效低成本地獲得了可替代

傳統(tǒng)方法獲得的拉伸數據。其方法在美國和歐洲國家的石墨

專家在國際會議中討論時，得到多國專家的認同。為了搶占

制高點，所以決定首先申請國際標準（ASTMB8289-

19“Standardtestmethodfortensilestrength

estimatebydisccompressionofmanufactured

graphite”），再將標準引入國內，以應對激烈的國際競爭，

希望發(fā)表這CSTM標準能把國際標準在中國得到推廣。為以

后建立更多的中國的核石墨標準奠定基礎。

為了確認劈裂抗拉強度測試標準測定的石墨抗拉強度的

與傳統(tǒng)方法測定的抗拉強度的一致性，分別用本標準和德國

DIN51914-2009《Testingofcarbonaceousmaterials-

Determinationoftensilestrengthsolidmaterials》、

美國ASTMC749-08《StandardTestMethodforTensile

Stress-StrainofCarbonandGraphite》測定相同牌號材

料的抗拉強度，并比較其最大值，最小值，平均值，標準方

差。

抗拉強度劈裂拉伸ASTM大拉伸ASTMC749-08啞鈴型DIN

測試標準D8289-1951914-

2009

有效判據中間起裂平行段斷裂中間斷裂

有效數據4346（Total48）103

均值23.123.024.6

最大值25.426.627.3

最小值18.418.819.6

樣品標準1.3551.751.61

方差

比較不同測試標準測量得到的抗拉強度各個特征值，判定

劈裂抗拉強度測定結果均值與抗拉強度測定結果基本一致。

劈裂抗拉強度測定結果樣本標方差遠小于大拉伸抗拉和啞

鈴型抗拉強度，表明劈裂抗拉強度測定結果均勻優(yōu)于大抗拉

強度測定標準和啞鈴型抗拉強度測定標準。

4、標準主要內容（包括牌號、成分、性能指標、型號、各種

參數、公式、試驗方法、檢驗規(guī)則等）確定的論據（包括試

驗、驗證、統(tǒng)計數據等），修訂標準時，應列有新舊標準的對

比分析。

試驗設備是保證試驗數據的準確性和可靠性的重點。標

準對試驗設備的類型、功能和精度以及部分使用方法進行了

規(guī)定。重點講述夾具裝置設計及尺寸（見圖1和表1）。

圖1夾具示意圖

表1:夾具尺寸

名稱夾具尺寸/mm

樣品直徑/mm101520

R57.510

L1171717

L2555

L31.51.51.5

L4121212

W1303030

W2101010

W3101010

W42.593.885.18

W512.5113.1713.83

W6555

a30°30°30°

b15°15°15°

5、主要試驗（或驗證）結果的分析、綜述報告、技術經濟論

證，預期的經濟效果等。

由中國科學院上海應用物理研究所、美國愛達荷州國家

實驗室、美國橡樹嶺國家實驗室、英國國家核實驗室,NRG多

家試驗室共同進行了人造石墨的抗拉強度試驗，本節(jié)列舉了

部分試驗結果和分析，包括依據本標準進行的試驗以及為了

對比本標準試驗結果與傳統(tǒng)抗拉強度試驗結果而進行的依

據ASTMC749的抗拉強度試驗。

圖2是在美國愛達荷州國家實驗室開展的NBG-18石墨

材料抗拉強度試驗。該試驗依據ASTMC749測量了NBG-18的

抗拉強度，同時依據本標準，選擇了不同尺寸的試樣進行試

驗。從圖2可以看到，依據本標試驗獲得的抗拉強度與ASTM

C749獲得的抗拉強度是很接近的。

上海應用物理研究所分別依據ASTMC749和本標準對不

同型號石墨進行了抗拉強度試驗，結果如圖3所示。試驗結

果表明，依據兩個標準獲得的抗拉強度不存在大的偏差。

圖4是六個實驗室依據本標準測試相同石墨材料抗拉強

度的試驗結果。各個試驗室之間的試驗結果偏差較小。這表

明依據本標準進行試驗獲得的結果可重復性、再現性較好，

分散性較低。

利用有限元分析表明，經輻照收縮后的核石墨樣品仍然

可以利用本標準進行抗拉強度試驗（見圖5）。

圖2、美國愛達荷州國家實驗室對不同石墨樣本尺寸作對比

驗證

圖3、上海應用物理研究所應用在不同石墨品牌和C749的

對比

圖4、ASTMInterlaboratorytest

圖5、上海應用物理研究所對樣本作理論分析在不同輻照劑

量下

6、與有關的現行的方針、政策、法律、法規(guī)和強制性標準的

關系。

本標準與現行相關法律、法規(guī)、規(guī)章及相關標準協(xié)調一致。

7、對征求意見及重大分歧意見的處理經過和依據。

無

8、標準水平建議，預期的社會經濟效果。

本標準的制定，一方面解決了獲得輻照和氧化石墨抗拉

強度的困難，有利于核石墨工業(yè)的發(fā)展；另一方面規(guī)范了相

關數據的獲取，使得國外內開展的石墨抗拉強度試驗結果能

夠相互參考和借鑒，可以提高資源利用率，避免重復試驗，

促進相關領域發(fā)展。另外，雖然制定本標準的出發(fā)點在于測

量輻照、溫度對抗拉強度的影響，但是該方法也可是直接用

于正常工況下石墨材料的抗拉強度測量，可以大量的節(jié)約試

驗材料。

9、貫徹標準的要求和措施建議（包括組織措施、技術措施、

過渡辦法等內容），根據國家經濟、技術政策需要和該標準

涉及的產品的技術改造難度等因素提出標準的實施日期的

建議。

無

10、廢止有關標準的建議。

無

11、標準涉及專利情況說明，包括：

1)專利發(fā)布日期、專利編號、專利權人；

2)專利處置情況；

3)專利使用許可申明和披露申明。

無

12、重要內容的解釋和其它應予說明的事項。

標準編制說明書中的有關附件是編制說明的必要補充，附件

一般包括：

1）專題試驗，調研報告；

2）數據收集及分析報告；

3）國內外標準水平對比分析報告；

4）試生產驗證報告；

5）重大分歧意見處理報告或表格；

6）其它有必要論述問題的報告。

附件包括ASTMResearchreport:D02-1910

InterlaboratoryStudytoEstablishPrecision

StatementsforASTMD8289-19TestMethodforTensile

StrengthEstimatebyDiskCompressionofManufactured

Graphite

CSTM標準《石墨抗拉強度檢測劈裂拉伸法》編制說

明

一、標準編制說明內容一般應包括：

1、工作簡要過程，來源、主要參加單位和工作組成員等；

人造石墨廣泛應用于核設施構件，作為慢化劑、反射層、

堆芯結構材料和熔鹽流道。這些構件在高溫、強輻射環(huán)境下

服役，評價其輻照和氧化后的抗拉強度對于反應堆的設計和

安全評估十分重要。用傳統(tǒng)試驗方法如ASTMC749或者DIN

51914獲取石墨的抗拉強度，需要較大的試樣，而輻照倉和

氧化設備往往空間有限，難以大量進行人造石墨的輻照和氧

化處理，這就給獲取輻照和氧化之后的人造石墨抗拉強度造

成很大困難。劈裂拉伸法獲取人造石墨的抗拉強度，所需要

的試樣尺寸小，可以很好適應輻照倉和氧化設備的空間。本

標準的制定可以指導和規(guī)范人造石墨劈裂拉伸試驗，很方便

地測試輻照和氧化后核石墨的抗拉強度，同時使得國外內開

展的石墨抗拉強度試驗結果能夠相互參考和借鑒，可以提高

資源利用率，避免重復試驗。本標準應用于其他人造石墨應

用領域，也可以大量節(jié)約試驗材料。

主要參加編制單位包括中國科學院上海應用物理研究

所，貴州大學，成都方大炭炭復合材料股份有限公司,清華

大學，中國核電工程有限公司，中山大學。

工作組成員包括曾廣禮，熊東波，周伯謀，陳紅鳥，李

虓，蘇啟暉，趙世貴，黃慶，王晚霞，王佳敏,孫立斌，史

力，賀楷，馬顯鋒。

2、標準化對象簡要情況及制修訂標準的原則。

（1）標準化對象簡要情況

《石墨抗拉強度檢測劈裂拉伸法》主要用于測試石墨

材料的抗拉強度?？估瓘姸仁鞘牧系囊粋€基本的材料

參數。用于評估石墨構件的設計安全性以及壽命評估。在

核反應堆中，這一性能尤為重要。

（2）制修訂標準的原則

本標準在制定過程中，注重標準制定與技術創(chuàng)新、試驗驗

證相結合，本著先進性、科學性、合理性和可操作性以及標

準的目標、統(tǒng)一性、協(xié)調性、適用性、一致性和規(guī)范性的原

則來進行本標準的制定工作。

3、請說明制修訂標準與相關現有標準的主要區(qū)別，并填寫下

方主要參數對比表。若采用了國際標準和國外先進標準，應

當詳細地說明采用該標準的目的、意義，采用標準程度及理

由，或與測試的國外樣品的有關數據對比情況等。

美國材料實驗協(xié)會（ASTM）標準D8289Standardtest

methodfortensilestrengthestimatebydisc

compressionofmanufacturedgraphite是為了解決石墨測

試抗拉強度困難提出的國際標準。是由上海應用物理研究所

的曾廣禮研究員編寫出來的，是世界首創(chuàng)。

（1）請根據實際情況填寫主要參數對比表，可適當添加或刪

減此表。

方法標準與相關國際＼國外＼國家＼行業(yè)＼地方＼團體標準

主要參數對比表

標準號本標準ASTMD8289-20

石墨抗拉強度Standardtestmethodfo