、概述

    KLP-10KN型數顯陶瓷力學性能綜合試驗機采用液壓加荷機構實現勻速加荷。廣泛用于測量工程陶瓷、電瓷、日用陶瓷、水泥、磚瓦制品的壓縮強度，彎曲強度，抗折強度，彈性模量的測試。更換不同的夾具，用于測定抗彎，抗折，耐破，抗壓，彈性模量等性能等參數。適應工程質量檢測，工廠產品質量檢測，教學可研等行業。

二、主要技術參數

1、zui大載荷：10KN；

2、加壓行程： 160mm；

3、加荷速度：5～700（N/S）可調；

4、變形范圍：0-5mm，精度：小于0.5%；

5、壓頭直徑：50mm

6、臺面尺寸：100*100(mm)，zui大可達200*200(mm)，

   可以根據用戶實驗樣品要求定制。

7、彎曲強度為三點彎試驗模具，支承臺面壓桿直徑10mm, 跨距可調整。

8、數據電腦處理精度：小于0.5%；

9、可連接上位機實現計算機控制及數據處理操作。

10、電源：220V，0.3KW;

三、結構及工作原理

（）結構

該儀器由電動加載機構，夾具、數顯壓力檢測裝置及控制系統組成。

（二）工作原理

先根據試驗要求安裝好選定的壓具，根據壓具高度調節好上壓板，將試樣放置在壓具內。打開電源開關，按“加載”按扭，電機經減速器減速，驅動螺母軸套，將旋轉運動變成直線運動，帶動壓力傳感器、下壓板和壓具上升，當壓具與上壓板接觸時開始對試樣加荷，其力通過壓力傳感器傳遞到數顯表上，當被測試樣破碎時，數顯表即保留其zui大值，且停止加載。

四、操作步驟

1、根據不同的試樣和所采用的方法標準安裝好試樣壓具，且調整好上壓板位置。

2、接通電源，將面板上電源開關打開，數顯壓力表得電。

3、按照測試標準方法要求，安裝好試樣。

4、按下清零鍵，對數顯壓力表進行清零。

5、調節“速度調節”旋鈕，可改變加載卸載速度，按“加載”按扭。加載指示燈亮，下壓板上升，當試樣受力達到極限，試樣受破壞，且力也隨之減少，但其數顯示表仍保持顯示zui大值，自動停止電機加載，并記下zui大值。

6、“加載”“卸載”“停止”按鈕可控制下壓板上升，下降，停止。

7、測試完后，關閉電源并清潔儀器。

如果需要測試幾個試樣即將試樣放置好后，重復上述“4－7”操作步驟。

8、 按照各自選定的方法標準處理數據，確定其抗壓強度。

9、 數據計算：

a、將測量數據代入下式計算抗壓強度，結果保留三位有效數字。

1        d₁+d₂

A=  ­—— π（­————）²

4         2

        P

R_C = ­——

A

式中:A­—— 試樣受壓面積（mm²）；

d₁、d_2­—— 試樣上、下受壓面的直徑（mm）；

P ­—— 試樣破壞時的壓力（N）；

R_C—— 多孔陶瓷抗壓強度（MPa）

b、數據處理按以下原則進行

（1）當所有試樣的強度觀測值的zui大相對誤差≤15%時，以它們的平均值作為檢驗結果。

                ︱zui大值（或zui小值）－平均值︱

zui大相對誤差= ­——————————————— ×100

平均值

（2）zui大相對誤差＞15%時，應舍棄相對誤差zui大的觀測值，然后將剩余觀測值再按上述方法計算驗證，直到符合規定為止。

（3）舍去的觀測值數目，若達到試樣總數的40%時，應重新取樣檢驗。

10、以下為彈性模量和壓縮強度試驗方法：

精細陶瓷彈性模量試驗方法（彎曲法）

1）試樣制備

試樣從待測制品上切取或用與待測制品相同的工藝制成，每組試樣的數量不少于5個。其尺寸如下圖1所示。按照GB/T 1182的規定試樣相對面的平行度不大于0.02 mm，相鄰面的垂直度不大于0. 02 mm按GB/T 1031規定試樣上下面的表面粗糙度Rz不大于1.60μm。

2）試驗步驟

（1）測量試樣中部的寬度和厚度，0.01 mm.

L_T — 試樣全長，L+6mm;

b — 試樣寬度，4mm;

h 試樣厚度，采用應變片或采用位移計三點彎曲時:1mm<h<0.06L;

  采用位移計四點彎曲時:1mm<h<0.045L；

L — 支撐跨距;

圖1 試樣尺寸示意圖

(2) 測量跨距，0.01 mm。把試樣放在支座正中，使試樣與支撐輥軸線垂直。

(3) 按GB/T 6569方法所測彎曲強度的70%的載荷作為加載的載荷上限，在應力應變曲線的直線范圍內，以小于或等于。. 1 mm/min的位移速率加載每次記錄下對初載荷和末載荷及其對應的撓度值。載荷增量應在材料的線彈性范圍內。

3）應變測量或位移測量

(1) 應變測量:采用應變測量裝置測量試樣應變時，在三點彎曲時應變片的長度不得大于1 mm,在四點彎曲時應變片長度不得大于5 mm。應變片粘貼于試樣跨距的中央，記錄加載過程中載荷與應變的變化值。

(2) 位移測量:采用位移測量裝置測量彎曲撓度或加載點位移時，為使所測撓度不包含有系統的接觸變形(特別是對于厚度與跨距比值大于0.06的情況)，應進行撓度修正試驗。可采用彈性模量不低于被測試樣的材料制成大剛度的修正試樣(可用碳化鎢，E=600 GPa)。修正試樣的長和寬與試樣致，厚度應不小于試樣的5倍以上。也可采用相同跨距，寬度和厚度立方的乘積為原試樣的100倍的修正試樣。假設修正試樣在與試樣相同的載荷范圍內，其彎曲撓度近似為零，所測修正試樣的彎曲撓度實際上是接觸變形，以此作為被測試樣撓度的修正值。即實際撓度值Y=Ym-Yc(Ym為撓度測量值，Yc為撓度修正值)

4）結果計算

(1) 三點彎曲加載方式測量的彈性模量

使用應變片時，參照圖2,按式(1)計算彈性模量:

E_b3= 3L(P₂P₁)/2bh2(ε₂ε₁)×10^-3   …………(1)

式中：E_b3  — 三點彎曲加載方式測量的彈性模量，單位吉帕(GPa) ;

P_1，P₂ — 分別為材料在線性范圍內加載的初載荷和末載荷，單位牛頓(N);

L — 試樣支座間的距離，單位毫米(mm) ;

b — 試樣寬度，單位毫米(mm) ;h — 試樣厚度，單位毫米(mm) ;

ε1,ε2 — 分別為與P1和P2對應的試樣跨中的應變，無量綱。

采用位移測量裝置測量試樣彎曲撓度或加載點位移時，以試樣位移測量值Ym與試樣位移測量修正值Yc之差作為實際撓度Yt,參照圖3，按式(2)用載荷增量和撓度增量來計算彈性模量:

…………(2)  

式中:Y_t1，Y_t2— 分別為與載荷P₁和P₂對應的跨中撓度，單位毫米(mm)

其余各項同式(1)

精細陶瓷壓縮強度試驗方法

1)試樣

(1)取樣:試樣應從待測制品中切取或直接按待測制品的制造工藝制備，不應有可見破損或裂紋。每組試樣數量不少于10個。

(2)試樣形狀及尺寸:如圖4所示，試樣形狀為圓柱形或橫截面為正方形的方棱柱。圓柱形試樣底面直徑為5 mm士0.1 mm，高度為12.5mm士0.1mm橫截面為正方形的方棱柱試樣截面邊長為5 mm士0. 1 mm，高度為12. 5 mm士0.1mm。對于壓電陶瓷，其長度應沿極化方向取12.5 mm士0.1mm，不去除電極面。

(3)試樣處理:上下表面應研磨成平面并相互平行，平行度*.01 mm，與軸心垂直度誤差不大于0.01mm。上下表面的邊緣作45°的倒角或圓弧倒角，深度為0.1 mm-0.2 mm。試樣表面粗糙度Rz按GB/T 1031規定不大于3.2μm

2)試驗方法

(1)測量試樣的直徑或截面尺寸，0.02 mm。

(2)小心地將試樣、接觸塊中心對準試驗機壓板的中心，在試樣與接觸塊之間墊以墊片。在試樣周圍放置防護罩以防止試驗時試樣碎片飛出(見圖5)

(3)對試樣連續施加試驗力，橫梁位移速率為0.2 mm/min，記錄試樣壓縮破壞時的臨界載荷。

(4)對于壓電陶瓷，應在極化十天后按1-3條方法進行試驗。

(5)對于準脆性陶瓷和可加工陶瓷樣品，破壞后的樣品可能發生剪切破壞而不是粉碎性破壞，宜保留樣品做斷口分析。

(6)每個壓縮試驗完成后應仔細清掃接觸塊以及壓板，以免碎片影響到下個試樣的試驗。

c倒角深度0.1 mm-0.2 mm;  r倒角半徑;

h試樣高度;                d — 試樣截面直徑或邊長。

圖4 試驗樣品形狀和尺寸示意圖

1上壓頭；

2— 接觸塊；

3— 墊片；

4— 試驗樣品；

5— 防護罩；

6— 接觸塊；

7—下壓頭；

8— 球缺接觸面；

9— 試驗機底座；

圖5 陶瓷壓縮試驗的樣品和加載示意圖

4)結果計算

(1)單個試樣的壓縮強度按式(1)計算

…………(1)     

式中:δ_c— 壓縮強度，單位兆帕(MPa) ;

P — 臨界載荷，單位牛頓(N);

A — 試樣橫截面積，(對圓柱試樣A=πd²/4;對于正方截面試樣A= d²)，單位平方毫米(mm²)壓縮強度計算有效數字修約到整數位，當測定值小于100 MPa時，有效數字修約到三位.

(2)平均值的計算:

…………(2)

式中:   — 壓縮強度的平均值，單位兆帕(MPa) ;

n — 被測試樣數量;

— 第i個試樣的壓縮強度，單位兆帕(MPa) o

(3)按試(2)算出標準偏差，有效數字修約到三位:

………(3) 

式中:  S — 標準偏差，單位兆帕(MPa) ; 其他同式(1),

精細陶瓷彎曲強度試驗方法

1)試驗設備

圖6 彎曲強度測試結構

2)試樣

(1)試樣尺寸

1.1 試樣的機加工

試樣的尺寸在圖7中已標明。梁試樣的橫截面的長寬公差為±0.2 mm。縱向表面平行度公差為0.015 mm

1.2 自然燒結或熱處理過的試樣

試樣的尺寸可能會跟所規定的有差異，但凡與1.1和圖7的規定有偏離，都應在報告中注明。

(2)試樣的加工處理

2.1 概述

試樣外表加工可有不同的選擇少受拉面的兩條長邊緣應像圖7那樣進行倒角。建議所有的四個長的側面都要拋光研磨。在各種的情況中，試樣的末端表面不需要特殊處理。雖然表面的處理過程不是本標準的主要部分，但建議對表面的粗糙度進行測量和報告。

圖7 試樣尺寸示意圖

2.2 自然燒結的試樣(無機械加工)

燒結后的試樣未經過任何機械加工。此時可以用燒結出的試樣直接測試。應在燒結前做表面的研磨。

注:燒結后試樣特別容易扭曲和翹曲。可能不符合1.1中提出的平行度要求，此時應使用全可調的夾具。

2.3 常規的加工

采用常規的加工方法時要力求使樣品的損傷達到zui小(使加工過程導致的表面損傷和殘余應力盡可能zui小)。試樣的受拉面的長邊緣應像圖7中那樣倒角處理。

2.4 試樣的數量

彎曲強度試驗的試樣不應少于十個。如果要進行個統計強度分析(例如，Weibull統計分析)，則少要做30個試樣。

注:使用30個以上試樣有助于獲得可靠的強度分布參數，例如Weibull模數.使用30個試樣也有助于檢測材料的含缺陷概率。

3)試驗步驟

(1)用精度為0.002 mm的千分尺測量試樣的寬度(b)和厚度(d)。試樣的尺寸測量可以在測試前或測試后。如果試驗前測量試樣尺寸，應盡可能在接近中點的地方測量;如果試驗后測量試樣尺寸，應在試樣的斷裂處或接近斷裂處測量試樣尺寸。應小心操作避免測量時引人表面損傷。

(2)選用合適的三點或四點彎曲夾具進行測試。當試樣的平行度不符合要求時，應使用全可調的夾具。

(3)在測試中應保證上下輥棒的清潔，保證輥棒沒有嚴重的劃痕并能自由的滾動。

(4)把試樣放在測試夾具的兩根下輥棒中間，將4 mm寬的那面接觸輥棒。如果試樣只有兩個長邊被倒角，放試樣的時候應確保倒角在受拉面。小心放置試樣避免損傷。試樣兩端應伸出支撐輥棒的接觸點大約相等的距離。前后距離誤差小于0.1 mm，見圖6。

(5)測試時，預壓力不應大于強度預期值的10%。檢查試樣和所有輥棒的線接觸情況以保證個連續的線性載荷。如果加載曲線不是連續均勻的則卸載，并按要求調節夾具以達到連續均勻的加載。

(6)必要的時候加載過程中可沿著輥棒畫線來對試樣做標記，以確定兩個加壓輥棒(四點彎曲)或中間的輥棒(三點彎曲)的位置是否變化。同時也可以判斷斷裂后殘片的受壓面或受拉面。畫線可使用比較軟的繪圖鉛筆或標簽筆。

(7)在試樣的周圍放些棉、紗、泡沫或其他材料，防止試樣在斷裂時飛出碎片。這些材料不應影響加載結構或夾具調節以及輥棒的運動。

注:上面的做法能避免不必要的二次碎裂，并且能收集*次斷裂時的碎片以便斷口分析。

(8)應在測試夾具周圍放保護屏防止斷裂碎片飛濺。

(9)試驗機橫梁的速率應為0.5 mm/mine

(10)使用(9)中的橫梁速率，假設試驗夾具是剛性的，那么斷裂的時間通常應在3s到30 s,

(11)對于時間因素的影響，例如慢裂紋擴展或環境侵蝕(來自實驗室環境中的水蒸氣)，即使是在很短的測試時間內對某些材料的彎曲強度也有很大的影響。為了消除或減少環境因素的影響，可以選擇下列方法:在試驗夾具的表面增加個環境隔離層(例如干凈的聚乙烯薄膜);試驗前用氮氣沖洗試樣;在流動的干燥氮氣中進行試驗;或者在試樣的敏感面上祖蓋層石蠟(在170℃左右處理1 h-2 h),然后在實驗室環境中進行測試。但是石蠟涂層會影響隨后的裂紋現象的觀察分析。

(12)確保試驗載荷的均勻性，并記錄試樣斷裂時的zui大載荷。記錄載荷的精度在±1%或更高。

(13)清理碎片并準備試驗分析。

注:只有少數碎片需要保留。很小的碎片通常不需要，因為它們是二次碎裂的結果，不包含原始斷裂的信息。根據經驗不難確定哪些碎片是很重要的并應被保留下來.附錄B可以作為進步的參考。在試驗后應用鑷子收拾碎片，或戴著手套以避免引人污染物影響隨后的裂紋顯微觀察分析。

(14) 如果斷裂是發生在四點彎曲中的橫梁內側，那么先觀察斷裂起始點作為初步的觀察。試樣的斷裂也可能發生在橫梁的外側或者在個內側加載點上。這些現象應包含在試驗設定范圍內。由附錄B可以得到更多的關于彎曲試樣的斷裂示例的解釋。

注1:附錄B是個對于斷裂源尺寸和位置以及強度離散性的般推理。即斷裂源處在內跨距之外的情況通常發生在強度離散性比較高的材料，這會導致較低的Weibull模數如果有很多的斷裂發生在內跨距之外，或者很多斷裂直接發生在四點彎曲加載處，有可能測試儀器沒有調試好。應停止測試，把問題解決后再繼續。

注2:多重碎裂對于高強度陶瓷來說很常見。在大多數情況下，二次碎裂會直接發生在個加載壓頭處。這是正常的，而且得到的強度結果可能會非常高.

(15)試驗過程中應測量記錄實驗室濕度和溫度。

4)計算

(1)三點彎曲的彎曲強度按式(1)計算:

…………(1)    

式中:  —彎曲強度，單位兆帕(MPa) ;  L— 夾具的下跨距，單位毫米(mm);

其他同公式(1)

注1:根據本標準的規定，三點彎曲夾具的下支撐跨距是30 mm或40 mm.

注2:公式1正規的彎曲強度計算公式。它們給出了在試樣斷裂時的zui大應力。在某些情況下，例如，如果試樣不是在zui大應力處斷裂，強度計算公式就需要修正。

(2)平均強度  和標準差s按式(2)、式(3)計算:

…………(2)    

…………(3)    

式中:    — 第z個試樣的強度，單位兆帕(MPa) ;

s— 標準差，單位兆帕(MPa);

n— 試樣總數。

五、數顯儀表部分詳讀其使用說明書。見KSF003說明

注意：儀表參數不要輕易改變，否則不能正常工作

六、設備的維護及保養

1、 儀器要經常保持干凈、整潔、經常涂油、保持設備機械部分不銹蝕。

2、 儀器及控制部分要經常通電，以保證各電子、電器元件不受潮霉變。

3、 儀器每年校定次。

附錄A、KSF003測力控制儀使用說明

• 概述

     KFS003測力控制儀是種常用測力儀表，廣泛應用在材料的力學試驗上，以測量材料的抗折，抗壓，抗拉強度。儀表采用次微控制器設計。具有結構緊湊，采樣處理速度快，峰值壓力數據捕獲及時準確的特點。

儀表工作原理：壓力機對試件加壓，壓力傳感器輸出的電信號經放大器放大，微控制器對其高速采樣處理。測得試件承受壓力值，在數碼管上顯示出來，加壓時記錄zui大值，如果壓力值迅速減小或者消失，下降速度達1N/ms（可鍵盤設定）以上時，表明試件破壞斷裂，儀表鎖定斷錢的zui大壓力值不變。表內斷電器吸合，外部電路動作，停止加力。峰值指示燈亮，作為繼電器動作的指示。當壓力超限（超過壓力傳感器zui大允許值），超荷指示燈亮，繼電器也吸合，通過外部電路對傳感器進行保護。

儀表可連接微型打印機，打印測量數據。還具有RS-232C接口，可向其他設備傳輸測量數據。以上兩項由用戶定貨時選配。

• 主要技術規格：

 1.電    源：    AC220V 50HZ ±10%           

2.環境溫度：   -10—45℃

 3.zui大濕度：    90% R.H 不可結露            

4.功    耗：    4W

 5.儀表尺寸：    160（W）×80（H）×160（D）

6.傳感器電源：  DC±60V

 7.A/D轉換速度： 500次/秒                  

8.測量精度：    0.2% F.S

 9.顯示范圍：    0-9999

• 操作使用說明

   前面板上共有7個按鍵，通過這7個按鍵，配合面板上6個數碼管的數據，進行操作，說明如下：

   1、[數字]鍵：輸入數字。每按下次，“輸入數位”上數字遞加1。數碼管上閃爍位為“輸入數位”。該鍵般在調校儀表時使用。

   2、[移位]鍵：“輸入數位”調整鍵。每按次，“輸入數位”向右移動位。該鍵般在調校儀表時使用。

   3、[零位]鍵：測量壓力機的“零位”。按[零位]鍵，儀表開始測零，顯示數碼管上有數據變化，2秒鐘測完，測量時“零位”的模擬電壓值送顯示，格式是2 *.***，2 表示模擬電壓， *.***表示數值，單位V.“零位”測量完畢后，顯示數碼管轉向顯示峰值壓力，儀表自動進入測試狀態。零位測定后數據長期保存，直下次重測更新。儀表初裝在壓力機上與傳感器連接好后，必須先測定“零位”才能進行測力操作。平常若儀表“零位”發生變化，也需要重新測定。

   4、[復位]鍵：微控制器的硬件復位按鍵操作后，儀表重新執行初始化程序，顯示數碼管轉向顯示峰值壓力。

   5、[功能]鍵：根據數碼管“功能號”位（zui高位）上的數字，按該鍵，執行與功能號對應的操作命令。共有0-8#項命令。[功能]鍵還兼用有退出功能：*次按下為執行，第二次按下退到“0#”待命狀態。儀表處在待命狀態特征是：“功能號”位上數字為0并閃爍，其它位上無顯示。下面分項說明：

• 0#命令：使儀表進入測試狀態的命令，執行該命令，先清除上次的記錄，重新進入測量狀態。儀表內繼電器在開始執行次命令時被復位（線圈斷電）。

在測試過程中，壓力機對試件加壓，數碼管上顯示壓力值，當試件發生破壞斷裂，壓力突降，峰值鎖定，不再隨壓力變化。繼電器立即動作，使壓力機停止加壓，峰值鎖定指示燈亮，完成次測試。

重復按[功能]鍵，退出本次測試。

測試操作步驟舉列：

    ②1#命令：顯示瞬時壓力值，如果要求儀表顯示試件所受的瞬時壓力，用1#命令，操作步驟如下表：

③2#命令：顯示傳感器信號電壓（經放大），范圍是0-5.000V。僅在檢查（觀察）傳感器和放大器時使用。

④3#命令：空命令。

⑤4#命令：標定命令。先用壓力機對傳感器施加個確定的標準力，再通過數字鍵把該力值輸入儀表，啟動“4#”命令，儀表將根據標準壓力與實測壓力，以及原系數進行計算，得出新計量系數K，從而使測量值等于標準值。（注意：操作不當將破壞原數據，造成測量誤差）

  標定操作舉例：

  例如加5000N標準力在傳感器上進行標定，具體操作是：

儀表系數K在隨機壓力機出廠時，由廠方通過標定已經整定好，該數據隨機提供給用戶，用戶也可以通過下述5#命令調出系數K。

 ⑥5#命令：顯示系數K或者直接對系數K進行人工設定（修正）。用戶倘若因某種原因破壞了系數K，造成測量不準，可用本命令進行系數恢復，免去重新標定的麻煩。舉例說明如下：

 把原系數1440修改成1480，操作步驟如下：

 ⑦6#命令：設定材料的抗折等級。試驗材料受力突變下降時，速度達到定程度，儀表便鎖定數據。下降速度與試材性質有關。根據材料的性質，分0-4 五檔，0級zui敏感，4級zui遲鈍。出廠時調置1級，用戶可自行通過6號命令設定。例如由1級修改成2級，操作步驟如下表：

⑧7#命令：設定壓力傳感器zui大允許加壓值，以保護傳感器，（設定方法參照5#命令）

⑨8#命令：設定小數點位數，0-2位有效，通過設定小數點位置，儀表可以適應各種量程需要。（設定方法參照6#命令）

 注：以上4#-8#五項命令，可以對內部參數進行修改，修改時只有當“輸入位”移zui低位（該位閃爍）時，再按[功能]鍵，儀表才會對參數進行修改。否則只顯示相應號參數值。同理，不要求儀表修改參數而只要求顯示參數時，只要輸入相應的參數號，按[功能]鍵即可。

 6、[加荷]鍵：由儀表啟動，對試材加壓，有獨立外接按鍵啟動時，此鍵為空操作，不起作用。

 7、[卸荷]鍵：由儀表啟動，對試材卸壓，有獨立外接按鍵啟動時，此鍵為空操作，不起作用。

附錄B、陶瓷測試試樣的典型斷裂模型

低強度的陶瓷，由于有較低的斷裂能量，斷裂是典型的裂為兩塊。中等和高強度的陶瓷斷裂般裂為多塊。顯微觀察可以幫助確定斷裂源位置，見圖A

1— 壓縮偏移(剪切唇);                             2— 斷裂源;

3— 裂紋分叉和雙壓縮偏移導致Y形斷口;

4— 由于彈性能釋放產生的二次斷裂(常常發生在四點彎曲的上輥棒附近，斷裂起源于受壓面);

5— 二次斷裂，通常在試樣的個棱上;          6— 基本斷裂源;

7— 裂紋分叉并彎曲擴展回到受拉面;            8 二次破裂;

9— 上壓輥棒處的二次破裂;                    10— 靠近輥棒的初始斷裂源點;

11— 純彎曲區之外的破裂;                     12純彎曲區之外的斷裂圖;

a受壓面;                                  b受拉面;

c斷裂表面垂直于受拉面;                    d上面的碎片不重要，可以忽略

圖A 陶瓷試樣測試中的典型斷裂