陶瓷及玻璃的断裂韧性检测

陶瓷及玻璃的断裂韧性是指的阻止宏观裂纹失稳扩展能力的数据；

断裂韧性是试样或构件中有裂纹或类裂纹缺陷情形下发生以其为起点的不再随着载荷增加而快速断裂，即发生所谓不稳定断裂时，材料显示的阻抗值。这样的断裂韧性值，可用能量释放率g、应力强度因子K、裂纹尖端张开位移CTOD和J积分等描述裂纹尖端的力学状态的单一参量表示。

定义：

断裂韧性表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标。在加载速度和温度一定的条件下，对某种材料而言它是一个常数，它和裂纹本身的大小、形状及外加应力大小无关，是材料固有的特性，只与材料本身、热处理及加工工艺有关。当裂纹尺寸一定时，材料的断裂韧性值愈大，其裂纹失稳扩展所需的临界应力就愈大；当给定外力时，若材料的断裂韧性值愈高，其裂纹达到失稳扩展时的临界尺寸就愈大。它是应力强度因子的临界值。常用断裂前物体吸收的能量或外界对物体所作的功表示。例如应力-应变曲线下的面积。韧性材料因具有大的断裂伸长值，所以有较大的断裂韧性，而脆性材料一般断裂韧性较小。

断裂韧性在工程中受到重视的原因是，它表征与光滑试样中强度特性完全相反的特性。例如，很粗略地说，同一系列的材料的断裂韧性值随屈服强度增加而下降。因此，尽管按屈服强度准则认为已进行十分安全设计的高强度材料的结构，由于其构件中某种原因或有缺陷或产生裂纹，甚至也会发生不稳定断裂造成致命的损伤。由于材料屈服强度随温度下降而增大，在设计过程中未考虑低温断裂韧性的情形，也会造成同样结果。过去结构物断裂事故中，由于对上述断裂韧性认识不足而发生的事故一定不少。

一般地说，在不稳定断裂之前，随着载荷增加断裂徐徐进行，即所谓稳定断裂的情形不少。虽是一种稳定断裂，但由于疲劳，应力腐蚀裂纹，蠕变等原因，裂纹扩展后转变为不稳定断裂的情形也不少。

如把临界缺陷扩展称为不稳定断裂，把亚临界缺陷扩展叫做稳定断裂，不管稳定断裂的内容如何，断裂韧性均表示材料在稳定断裂转变为不稳定断裂时的阻抗值。当然，断裂韧性受事先进行的稳定断裂的影响是明显的。同时，我们知道断裂韧性值有显著的尺寸效应。尺寸效应是产生应力状态和屈服范围问题的原因，尤其是屈服范围构成选择表示断裂韧性的力等参数问题。 

参考标准：

GB∕T 37900-2019 超薄玻璃硬度和断裂韧性试验方法 小负荷维氏硬度压痕法

HV：维氏硬度，单位为吉帕（GPa），

F：试验载荷值，单位为牛（N），

d1，d2：压痕对角线长度，单位为毫米（mm）

JIS R1607-2015 室温下精制陶瓷断裂强度测试方法

测试方法：

压痕法

测试试样表面先抛光成镜面，在显微硬度仪上，以10Kg负载在抛光表面用硬度计的锥形金刚石压头产生一压痕，这样在压痕的四个顶点就产生了预制裂纹。根据压痕载荷P和压痕裂纹扩展长度C计算出断裂韧性数值（KIC）。 计算公式为：

其中E为杨氏模量，例如对于Si3N4系统一般取300GPa。公式中载荷P单位为N，裂纹长度C单位为mm，显微硬度HV单位为GPa。

工程应用：