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1、西安交通大学博士学位论文6新型云母微晶玻璃的力学性能摘要:对所研制的新型云母微晶玻璃的性能进行了弹性模量(E),弯曲强度和冲击韧性的测评分析。结果表明:材料成分、云母晶体在母相中的分布、晶体的体积份数均对E产生影响.晶化温度较高,晶体体积份数较多时,E较高.弯曲强度与晶体片形态、厚度,晶体体积份数均有关,晶片长度和晶片厚度对宏观强度的影响更为主要。冲击韧性随晶体体积分数的增加而提高。6.1引言力学性能是材料工程应用的重要指标,往往是选择材料使用领域的先决条件【肖纪美.金属的韧性与韧化,上海科学技术出版社,P12,1980】，对于新型材料各种力学性
2、能指标的高低、稳定性及受生产工艺的影响程度决定着该材料应用领域的广度与可靠性【S.Habelitz,G.Carletal.Mechanicalpropertiesoforientedmicaglassceramic,JournalofNon-CrystallineSolids220(1997)291-298,L.Heymann,E.Noack,L.Kaempfe.Anexeperimentalstudyontheinfluenceofshearontheflowbehabior,spontaneouscrystallization,microst
3、ructureandmechanicalpropertiesofafluorophlogopiteglass-ceramic.MaterialsScienceandEngineeringA196(1995)261-273】，本研究的新型云母微晶玻璃由于成分的改变,导致材料物理性能与其它类型云母微晶玻璃差异较大，对于一种新型材料的开发,了解其性能的特点及优势十分必要。为此本文对所研制的新型云母微晶玻璃的性能进行了测评与分析，并进行大量重复试验以验证各力学性能指标的稳定性。本章以材料力学性能为主线,其它物理性质将随对问题的分析适时给出.6.2弹性模量
4、6.2.1试验方法与条件弹性变形是材料的一项十分重要的力学性能指标.它表达了材料结构(原子、分子间键合力和排列方式)抵抗外力作用发生可恢复的变形的能力.评价材料弹性变形能力的内在指标是材料的弹性模量(E或G),大多数金属材料由于具有塑变性能,人们对弹性模量指标,更多是关心材料的E对工程材料的刚度影响和对弹性能的吸收能力.但对玻璃,陶瓷类少、无塑性变形能力的材料弹性变形显得十分可贵,几乎可以认为它是材料受外力作用下抵抗断裂破坏(裂纹萌生和扩展)的唯一的自调整性能.因此它对玻璃、陶瓷类材料是一个十分关键的指标.88西安交通大学博士学位论文本文试验采用
5、静态法测定材料的E，为寻求高准确度,试验在Instron1195高精度设备上进行,载荷信号采用0.25%精度载荷传感器。挠度信号采集利用0.3%精度应变计置于弯曲式样下端以便消除试验机及压头,支点等系统的间隙影响。载荷与挠度采集的信号通过二次仪表,放大到理想程度.弹性模量数据测取的示意图如图6.1所示。静态测试法由Sinha最早提出【Hampshire,Stuart.Oxynitrideglasses,theirpropertiesandcrystallisation–areview,JournalofNon-CrystallineSolidsV
6、olume:316,Issue:1,February,2003,pp.64-73】.随后的大量研究表明,当挠度测量精度<0.2um，样品尺寸精度在±0.02mm，载荷感量<0.5g时该方法弹性模量准确度误差可达±2%【玻璃测试技术，南京玻璃纤维研究设计院编著,,p中国建筑工业出版社1987.6】。依据这一观点,本文试验参数选取为:载荷满程为100N,位移放大为5000×,试样跨度为60mm,以尽量提高测量精度.计算时的取值范围选在断裂强度值的30~75%.计算矩形试样断面E的公式为：（6.1）E:弹性模量（Pa）;P:载荷（v）;L:跨距（cm）
7、;a:试样厚度（cm）;b:试样宽度(cm);h:试样高度(cm).6.2.2试验内容与结果图6.1弹性模量力值与位移测取方式从评价本文新型云母微晶玻璃的弹性模量(E)特点和晶体含量对E影响的研究出发,作者对研究材料的玻璃态的E、不同的晶体体积份数的E和在两种不同晶化温度下(650℃,750℃)的E进行了测算和比较分析.本文材料玻璃态的E及与其它常规玻璃的E对比见表6.1.表6.1几种玻璃E的对比材料石英玻璃铝硅酸盐玻璃硼硅酸盐玻璃本文玻璃E×104Mpa7.18.16.26.7玻璃体E的大小主要取决于材料成分组成及各元素的化学键强度.现代玻璃制
8、造工业中人们通常用近似公式计算E值.最常用的加合法公式如下:(6.2)式中为玻璃中各氧化物的弹性系数;为玻璃中各氧化物的重量百分比.相关
