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MSP(Modified Small Punch)试验法是适合陶瓷等脆性材料的小样品力学性能评价方法。该方法结合了冲压测试和双轴弯曲试验的优势,其最大特点是采用圆形或方形片状小样品,样品制备简单、测试简便,而且具有样品固定方便、能精确确定高温塑性变形位移等突出优势,因此在室温和高温的材料评价中得到广泛应用。
然而,MSP试验法作为一种新型方法,测试设置缺乏系统性,其结果也不够直观,与传统方法结果缺乏可比性。如果能确定MSP试验法和传统方法规律性的相似和差异,就能使MSP试验法的结果更可靠可信。因此,当传统评价方法受到条件限制时,MSP试验法就能作为有效的补充方法,为科研和工程发展提供数据参考。
本论文以高性能测试机硬件和测试软件作为载荷驱动和数据收集平台,选择具有循环加载功能的INSTRON8501动态数字液压伺服材料试验机,采用高致密、高刚度和高强度的SiC陶瓷材料制作MSP测试模具,并将前人的承载模设计改为分体结构,建立了具有循环加载的MSP试验系统;并通过实验讨论各实验参数对MSP试验结果的影响,得到较合理的测试参数条件,以便得到可靠的MSP试验结果。
弯曲试验法是评价陶瓷材料的标准方法,以其结果可靠而得到公认。本论文通过计算机模拟和实验对比,从应力状态分析和强度结果比较两方面验证,MSP试验法的应力状态和弯曲试验类似,MSP强度和弯曲强度有对应关系;并建立经验公式,从而可以由MSP试验法得到弹性模量和弯曲强度。
MSP试验法在室温测试中得到广泛应用,如可用于评价陶瓷基板、生物陶瓷和陶瓷涂层等。虽然MSP试验法应力状态和弯曲试验类似,但MSP试验法为双轴应力状态,而弯曲试验为面对称应力状态,二者还是存在区别。特别是采用MSP试验法评价压电陶瓷材料时,就会得到弯曲试验中观察不到的曲折状载荷.位移曲线,由此能得到断裂强度和最大载荷;而且MSP试验法的评价结果和微观结构结果相对应。另外,MSP方法由于样品固定方便、应力状态和弯曲试验类似,用于陶瓷疲劳评价也具有独特优势。采用该方法评价氧化铝陶瓷材料的动态疲劳和循环疲劳,能方便地测得动态疲劳应力腐蚀指数和循环疲劳强度损伤。
MSP试验法容易实现高温测试,而且样品温度均匀性更好,高温变形能也能精确测得,所以该方法在高温测试中优势尤为突出。本论文中,采用MSP方法评价Mo/PSZ系复合材料的高温强度,讨论了MSP强度结果和微观组织结构的对应关系;另外,采用MSP试验法评价MoSi2/Oxide系复合材料的脆韧转变温度,不仅测试方便、节省材料、其结果和微观组织结构对应,而且其结果还能指导工程加工。因此,MSP试验法对高温材料评价具有独特意义。
对MSP试验法基础及其应用的研究表明,MSP试验法是适于评价陶瓷材料室温和高温力学性能的有效、高效、方便和可靠的测试方法。