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利用壓痕儀表征材料的強度硬度和斷裂韌性

來源：測試GO 時間：2022-07-14 15:00:41 瀏覽：5277次

納米壓痕儀是最近幾年來新提出的一種表征材料強度、硬度和韌性等性能的測試儀器，廣泛應用于薄膜或涂層結(jié)合強度的測試，精度達到納米的壓痕儀也可作為細胞劃痕實驗工具。

劃痕儀

儀器化劃入測試方法已經(jīng)成功應用于測試各種材料（包括硬的合金、陶瓷、金屬、巖石和軟的高分子聚合物、堿硅酸鹽凝膠等）的斷裂韌度（跨越兩個數(shù)量級）在材料科學與工程領域具有巨大應用前景，尤其是評估微米級材料或多尺度復合材料（比如碎屑-橡膠混凝土、再生混凝土、水泥、頁巖，骨頭、功能梯度和復合涂層）的斷裂性能，其諸多優(yōu)勢包括：結(jié)果與傳統(tǒng)方法（比如單邊缺口試樣的三點彎曲、緊湊拉伸）測量值一致；重復性好；材料體積小；設備操作、數(shù)據(jù)分析簡單；近乎無損檢測（微米級劃入測試劃入深度一般在十幾微米）；尤其是試樣制備簡單，不需要預制缺口或裂紋；測試成本和周期都大大減小。

在壓痕儀儀器化壓入過程中，利用側(cè)向力和壓入深度可以計算出材料的斷裂韌度。儀器化劃入表征斷裂韌度主要有兩種理論：一種是線彈性斷裂力學（linear elastic fracture mechanics or LEFM）；另一種是能量尺寸效應理論（microscopic energetic size effect laws or ESEL）。理論都是假設在壓頭前端存在沿水平擴展的裂紋。這種裂紋模式在直剛刀壓頭劃入石蠟的實驗中體現(xiàn)得最好。對于直壓頭：三維裂紋的橫截面是長方形。能量釋放率可以由J-積分計算，再結(jié)合斷裂準則，即可以建立利用側(cè)向力和壓入深度計算斷裂韌度的關系式。

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