隨著航空航天、能源動(dòng)力等gao端裝備領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芤蟮娜找鎳?yán)苛，能夠在及端高溫環(huán)境下保持優(yōu)異性能的陶瓷基復(fù)合材料（Ceramic Matrix Composites, CMCs）已成為新一代熱結(jié)構(gòu)部件的關(guān)鍵材料。其高溫下的力學(xué)行為，特別是拉伸性能，直接決定了部件的設(shè)計(jì)可靠性與服役壽命。因此，獲取準(zhǔn)確的高溫拉伸性能數(shù)據(jù)至關(guān)重要。
科準(zhǔn)測(cè)控小編將帶您深入探討陶瓷基復(fù)合材料的高溫拉伸測(cè)試。本文將系統(tǒng)介紹測(cè)試的基本原理、遵循的標(biāo)準(zhǔn)、所需的核心儀器以及詳細(xì)的操作流程，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和工程師提供一份實(shí)用、全面的技術(shù)參考，助力材料研發(fā)與質(zhì)量管控。
一、 試驗(yàn)原理與目的
1. 原理
高溫拉伸測(cè)試的核心原理是在模擬的高溫環(huán)境中，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣施加軸向拉伸載荷，使其均勻變形直至斷裂。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄載荷、位移、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，繪制出應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從而揭示材料在高溫下的變形、損傷及失效全過(guò)程。
2. 目的
本測(cè)試旨在精確測(cè)定陶瓷基復(fù)合材料在高溫環(huán)境下的關(guān)鍵力學(xué)性能參數(shù)，主要包括：
高溫拉伸強(qiáng)度： 材料在斷裂前所能承受的最大工程應(yīng)力。
楊氏模量： 材料在彈性變形階段應(yīng)力與應(yīng)變的比值，表征其抵抗彈性變形的能力。
延伸率/斷裂應(yīng)變： 材料斷裂時(shí)的非彈性應(yīng)變，反映其韌性。
這些參數(shù)是評(píng)估材料在高溫、高應(yīng)力和復(fù)雜工況下適用性與可靠性的核心依據(jù)，為工程設(shè)計(jì)、壽命預(yù)測(cè)和材料優(yōu)化提重要的數(shù)據(jù)支持。
二、 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
ASTM C1275: 《連續(xù)纖維增強(qiáng)高級(jí)陶瓷在環(huán)境溫度下拉伸性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》。
ISO 17161: 《精細(xì)陶瓷（高級(jí)陶瓷、高級(jí)工業(yè)陶瓷）— 在高溫下陶瓷復(fù)合材料拉伸性能的測(cè)定》。
三、 測(cè)試儀器
1、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)
作為測(cè)試主體，負(fù)責(zé)提供精確且穩(wěn)定的拉伸載荷和控制橫梁位移速率。
2、高溫爐系統(tǒng)
這是高溫測(cè)試的核心附件，其性能直接決定溫度控制的精確度。
A、加熱方式：采用上、中、下三區(qū)獨(dú)立控制的電阻絲同步加熱，確保了爐膛內(nèi)形成均勻、穩(wěn)定的高溫環(huán)境，符合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣標(biāo)距內(nèi)溫度偏差的嚴(yán)格要求。
B、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：采用可開(kāi)合式結(jié)構(gòu)，便于夾持安裝試樣；部分設(shè)計(jì)還具備旋轉(zhuǎn)開(kāi)啟功能，使得試驗(yàn)機(jī)在不做高溫測(cè)試時(shí)能快速恢復(fù)為室溫試驗(yàn)平臺(tái)。
C、溫度測(cè)量：爐體本身配備三組熱電偶用于監(jiān)測(cè)并控制三個(gè)區(qū)域的溫度。最關(guān)鍵的是，為了直接并精確測(cè)量試樣表面的真實(shí)溫度，需使用1至3組熱電偶通過(guò)點(diǎn)焊或捆綁的方式直接附著在試樣標(biāo)距段表面。
3、液壓或氣動(dòng)夾緊系統(tǒng)： 用于牢固夾持試樣，并通常配備循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，以防止高溫傳遞至試驗(yàn)機(jī)傳感器和作動(dòng)器，保護(hù)設(shè)備并保證夾緊力穩(wěn)定。
4、專(zhuān)用夾具： 通常采用帶冷卻通道的轉(zhuǎn)接夾具。夾具與試樣接觸面常設(shè)計(jì)有氧化鋁陶瓷隔熱片，進(jìn)一步阻隔熱傳導(dǎo)，確保試樣標(biāo)距段位于均勻高溫區(qū)，而夾持端保持低溫。
5、視頻引伸計(jì)
四、 測(cè)試流程
1. 試樣制備
形狀與尺寸： 通常采用“狗骨狀"或“啞鈴狀"試樣以減小應(yīng)力集中，確保斷裂發(fā)生在平行標(biāo)距段。具體尺寸需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或研究目的設(shè)計(jì)。
加工方法： 采用激光切割、線切割等精密加工技術(shù)從CMCs板上切取，確保邊緣質(zhì)量，減少加工損傷。
2. 尺寸測(cè)量
在試樣平行段的不同位置（通常至少5個(gè)點(diǎn)）精確測(cè)量寬度和厚度，取平均值用于計(jì)算橫截面積。
3. 表面處理（噴涂散斑）
為配合DIC系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量，需在試樣表面噴涂耐高溫的黑白啞光散斑。散斑應(yīng)均勻、高對(duì)比度，且能與試樣表面在高溫下共同變形而不脫落。
4. 裝夾試樣
調(diào)整試驗(yàn)機(jī)上下夾頭距離以適應(yīng)試樣長(zhǎng)度。
將試樣放入冷卻夾具中，確保對(duì)中。
緩慢均勻地?cái)Q緊夾緊螺栓，施加適當(dāng)?shù)膴A緊力，既要防止試樣滑移，又要避免壓壞夾持段。
5. 設(shè)備清零與調(diào)試：
在力控制模式下，輕微松弛夾緊力，確保試樣無(wú)初始應(yīng)力，隨后將力傳感器“清零"。
搭建并調(diào)整DIC攝像系統(tǒng)，對(duì)焦于試樣散斑區(qū)域，確保視野清晰。
6. 升溫與保溫
啟動(dòng)高溫爐，按預(yù)設(shè)速率加熱至目標(biāo)溫度。
到達(dá)目標(biāo)溫度后，需保溫一段時(shí)間（如15-30分鐘），確保試樣內(nèi)部溫度均勻一致。
7. 進(jìn)行測(cè)試
設(shè)置恒定的橫梁位移速度（如0.5 mm/min）。
啟動(dòng)測(cè)試程序，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)施加拉伸載荷，DIC系統(tǒng)同步采集圖像數(shù)據(jù)。
持續(xù)測(cè)試直至試樣wan全斷裂。
8. 數(shù)據(jù)處理與分析
利用軟件處理DIC圖像和載荷-位移數(shù)據(jù)，生成工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
從曲線中分析特征點(diǎn)（如比例極限、強(qiáng)度、斷裂應(yīng)變）。
通過(guò)計(jì)算線性段的斜率確定彈性模量。
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