[發明專利]陶瓷涂層斷裂韌性的測試方法

在審

• 申請號: 202011109232.2
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112345380A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 包亦望;馬德隆;萬德田;邱巖;李海燕;趙宏偉;徐利霞
• 申請（專利權）人: 中國建材檢驗認證集團股份有限公司
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20;G01N3/08
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 張曉萍;劉鐵生

本發明的主要目的在于提供一種陶瓷涂層斷裂韌性的測試方法。所述方法包括以下步驟：1)在長方體基體的一個表面上設置長方體的陶瓷涂層；在陶瓷涂層上預制裂紋，得到測試樣品；陶瓷涂層長寬與基體長寬度相同；裂紋垂直于陶瓷涂層的長邊且位于長邊中間位置；2)將測試樣品以陶瓷涂層向下、基體向上的方向進行四點彎曲測試，獲取陶瓷涂層斷裂時的極限載荷；四點彎曲測試符合國際標準ISO 19603要求；3)將陶瓷涂層所受的應力等效為作用于測試樣品中性軸位置的水平方向的應力F_c；4)根據單邊預裂紋拉伸法評價陶瓷涂層的斷裂韌性。所要解決的技術問題是克服陶瓷涂層斷裂韌性缺乏準確定量的測試技術的缺陷，實現其準確定量測量的結果，從而更加適于實用。

技術領域

本發明屬于陶瓷涂層測試技術領域，特別是涉及一種陶瓷涂層斷裂韌性的測試方法。

背景技術

陶瓷涂層因具有耐高溫、耐腐蝕、高強度等優點，已廣泛應用于航空航天、電子信息等諸多領域。由于陶瓷涂層斷裂韌性作為脆性材料的本征特性，在應用于服役環境中時其失效往往是突發性的，主要表現為極限應變小，裂紋擴展速率快，塑性變形極小，能量耗散率和損傷容限低等。斷裂韌性作為材料最為重要的本征性能之一，是用來表征材料阻止裂紋擴展的能力，是度量材料韌性好壞的一個定量指標。對于陶瓷涂層而言，準確地測試其斷裂韌性，對于保障材料的服役安全可靠性具有十分重要的意義。

目前，陶瓷涂層斷裂韌性的測試方法主要包括壓痕法和去除基體法。

去除基體法是采用化學方法將陶瓷涂層所附著的基體去除掉，將陶瓷涂層作為塊體材料單獨測試其斷裂韌性。該方法的測試結果雖然能夠反映陶瓷涂層本身的斷裂韌性，但是該方法忽略了基體對陶瓷涂層性能的影響，導致所獲得的測試結果與實際服役中的陶瓷涂層真實的斷裂韌性具有較大的差異，因此無法用于服役中的陶瓷涂層斷裂韌性的評價。

壓痕法測試陶瓷斷裂韌性的理論基礎是接觸力學，其基本原理是利用壓頭在光滑的陶瓷表面施加一定的載荷產生壓痕，直至壓痕四角產生明顯的裂紋，通過光學或掃描電鏡測量壓痕尺寸和產生的裂紋長度，再結合載荷、材料硬度和彈性模量，以及校準常數利用經驗公式計算出陶瓷涂層的斷裂韌性值。該方法測試評價的是附著于基體上的陶瓷涂層的斷裂韌性，但是由于壓痕法測試技術受到外界影響因素較多，如，顯微觀測設備的影響和操作者的主觀性等因素，使得壓痕形貌不清晰，或者產生多條裂紋，導致測試結果可能出現相當大的誤差。另外，壓痕法所依賴的壓痕斷裂力學理論基礎尚不完善，并未考慮材料的其它物理化學變化，特別是應力誘發相變對壓痕應力場的影響，對于卸載后材料表面殘余應力的影響，尚難以定量評價。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種陶瓷涂層斷裂韌性的測試方法，所要解決的技術問題是克服陶瓷涂層斷裂韌性缺乏準確定量的測試技術的缺陷，實現陶瓷涂層斷裂韌性準確定量測量的結果，從而更加適于實用。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種陶瓷涂層斷裂韌性的測試方法，其包括以下步驟：

1)在長方體基體的一個表面上設置長方體的陶瓷涂層；在陶瓷涂層上預制裂紋，得到測試樣品；所述陶瓷涂層的長度和寬度與所述基體的長度和寬度相同；所述裂紋垂直于陶瓷涂層的長邊且位于所述長邊的中間位置，位置波動范圍≤3％；

2)將所述測試樣品以陶瓷涂層向下、基體向上的方向進行四點彎曲測試，獲取陶瓷涂層斷裂時的極限載荷；所述四點彎曲測試符合國際標準ISO19603中的要求；

3)將所述陶瓷涂層所受的應力等效為作用于測試樣品中性軸位置的水平方向的應力F_c；所述的中心軸位置按下述公式(1)計算：

在公式(1)中，y_c表示測試樣品中性軸位置，單位mm；H為基體的厚度，單位mm；h為陶瓷涂層的厚度，單位mm；α表示陶瓷涂層的彈性模量與基體的彈性模量的比值；β表示裂紋長度與陶瓷涂層寬度的比值；