基于激光切割的Si_3N_4陶瓷断裂韧性测试方法

提出一种采用激光切割技术在Si3N4陶瓷表面预制微小切口,并结合SENB法测定陶瓷材料断裂韧性的新方法。利用连续激光束在陶瓷表面加工出切口,在三点弯曲实验前后分别运用激光共聚焦显微镜(LSCM)和扫描电镜(SEM)测量切口宽度和深度,而后计算陶瓷材料断裂韧性。在此基础上分析激光输出功率P、激光辐照光斑直径D和激光切割速率Vw与材料断裂韧性值的内在联系。结果表明:输出的激光能量密度达到陶瓷切割加工阈值后,光束在试件表面制得对应切口;切口深宽比为4.3～4.8时测得的Si3N4陶瓷断裂韧性值具有较高精度。

K_(1c)测试试件的尺寸要求和理论依据

本文证明了在裂纹小于某一个跟材料性能有关的值时,K_(lc)=σ_fa^(1/2)·y 为常量这个断裂力学的基本假设不成立。传统的 K_(lc)试件尺寸要求的理论依据是不正确的。在此基础上,通过求出断裂强度的上限而导出了 K_(lc) 公式的有效范围和尺寸要求的表达式。从理论上澄清了以下三个问题:1.为什么 K_(lc)的测试须有尺寸要求?2.怎么要求不同材料的试样尺寸?3.不满足要求时 K_(lc)如何变化?