【原创】科技之光|如何准确评价陶瓷断裂韧性?——访华南理工大学饶平根教授


来源:中国粉体网   星耀

[导读]  2021年9月28-29日,由中国粉体网主办的“2021第四届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”在河南郑州隆重召开,期间,我们邀请到与会专家、学者做客“对话”栏目,进行视频访谈。本期为您分享的人物专访是来自华南理工大学的饶平根教授。

中国粉体网讯  2021年9月28-29日,由中国粉体网主办的“2021第四届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”在河南郑州隆重召开,期间,我们邀请到与会专家、学者做客“对话”栏目,进行视频访谈。本期为您分享的人物专访是来自华南理工大学的饶平根教授。



中国粉体网记者:饶教授您好!首先,请问您的主要研究方向是什么?近年来的研究成果有哪些?


饶教授:感谢中国粉体网邀请我来参加这次会议,也感谢有这次机会跟大家交流。自从我工作以来,研究方向主要是先进陶瓷领域。另外,因为广东是我们陶瓷产业大省,包括先进陶瓷和传统陶瓷,所以我有一部分工作也在传统陶瓷领域。我的研究包括基础研究和应用研究,近几年研究主要集中在陶瓷断裂韧性评价方面。


我们都知道陶瓷很脆,到底有多脆,怎么来评价,以前行内也做了很多工作,但是这些评价方法都不准。断裂韧性评价不像强度评价那么简单,它是要预制一条非常尖锐的裂纹,以前那些方法都不是特别的完善。近八九年来我带领了3个博士、6个硕士专门来做陶瓷以及陶瓷基复合材料的断裂韧性评价这一块,取得了很好的成果,已经发表了近20篇学术论文,有一些也获得了国家发明专利。


另外,因为陶瓷还是典型的脆性材料,所以在断韧性评价可靠的基础上,我们也花费了很多精力研究如何对陶瓷进行增韧处理。


中国粉体网记者:请问,陶瓷材料断裂韧性评价方法主要有哪些?需要哪些主要仪器设备?


饶教授:关于陶瓷断裂韧性评价方法,国内外最常用的就是单边切口梁(SENB)法。因为断裂韧性的定义就是材料阻止裂纹扩展的能力,怎么来评价,就是要人工预制一条贯通的尖锐裂纹,但是在以前,预制贯通的尖锐的裂纹并不那么容易实现,最常用的方法是用金刚石切出一个槽来。目前产业界和学术界主要是用SENB法来评价陶瓷断裂韧性。用到的设备主要是精密切割机,要用不同厚度的金刚石刀片来切,测试结果偏大。


第二种方法叫做显微压痕(IM)法,就是用硬度仪在样品上面打个压痕,有裂纹扩展。但是这种方法只是一种经验,而且计算公式很多,所以行内认为这种方法并不可靠。


第三种方法就是国标法,即SEPB法,是通过先压一个痕,然后进行桥压来获得一条长度满足测试条件的尖锐裂纹,这种方法虽然是国标,理论上是可行的,但实际上很难操作。


第四种方法就是SEVNB法。传统的SEVNB法是前面的操作都有,开个槽之后,然后用剃须刀片再切一个V型槽出来,虽然剃须刀片很薄,但是这个跟飞秒激光切出来的超尖V切口(小于0.5 mm)相比较,切口会偏大一些。


中国粉体网记者:饶教授,请问陶瓷材料断裂韧性评价常用于哪些陶瓷产品?


饶教授:只要涉及到力学性能的陶瓷产品,都要测断裂韧性。比如说我们的手机,手机背板材料之前有金属的,因为金属对信号有一定屏蔽作用,所以在5G覆盖之后,手机背板材料主要是塑料、玻璃和陶瓷。手机在使用过程中不小心就可能摔到地上了,一定会牵涉到断裂韧性的。还有就是手表,比如我这块,就是氮化硅材质的,也是用到陶瓷断裂韧性的。总之,包括日常用品和航天、军工材料,基本上涉及到材料力学性能的陶瓷,都是要测断裂韧性的。所以断裂韧性一个非常重要的力学性能。


中国粉体网记者:请问饶教授,在实际生产应用中,国外在陶瓷材料韧性评价方面是否领先于我们,体现在哪些方面?


饶教授:上个世纪八九十年代,那个时候标准、测试方法都是国外定的,在理论分析方面他们做的比较多一点。但是我们国内近些年,特别是我用飞秒激光来可以准确评价断裂韧性之后,在计算、模拟还有实验这一块,应该说我们国家现在是领先的。


确实很久以前,在理论和实验方面国外领先,但是现在,自从我2014年在《J.Euro.Ceram.Soc.》上发表那篇用飞秒激光来预制超尖裂纹的论文之后,也引起了国际上很多的反响,国内外很多人对我们这种方法高度关注,所以在这个断韧性评价这一块,国外现在并不领先。


中国粉体网记者:您对于本届全国新型陶瓷高峰论坛有何建议?


饶教授:这次来参加中国粉体网组织的高峰论坛,我感觉非常满意。首先,你们前期组织、沟通都非常到位。我也参加了很多论坛,有些论坛在音响效果、ppt清晰度这些方面做的都不太到位,还有些是在展会会场内举行的,经常会有广播干扰到嘉宾的演讲。但今天我们来到粉体网会场,我感觉非常满意,无论是前期组织也好,还是会场的音响效果、显示屏的清晰度,我都感到非常满意,希望你们也做得更好。


中国粉体网记者:感谢饶教授接受我们的采访,谢谢!


(中国粉体网编辑整理/星耀)

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作者:星耀

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