专利名称:脆性材料强度测试方法及其测试仪的制作方法
本发明属于材料力学性能测试领域。用钢球冲击简支薄圆片的方法测定脆性材料的强度。
苏联《工厂实验室》(1973).39.5道勃洛霍托夫(ДОБРОХОТОВ)等人曾报导了一种用球形端面的重锤从一定高度自由下落，冲击平板支承的硅、锗圆片测试脆性的方法，按样品破碎程度把硅、锗单晶的脆性分成六级。其缺点在于不能定量测定强度值;若用通常测定力学性能的万能试验机测定半导体材料强度，制样比较困难。
本发明的目的在于通过确立一种方法，制造一种简单仪器，方便地定量测定硅、锗单晶等脆性材料的强度。
本发明研制了一种用钢球冲击边缘简支圆片定量测定脆性材料抗弯强度的仪器，如附图所示。1/4圆周形滑轨(1)表面有刻度，内有滑槽，通过颛钉(8)可上下微调。方形简支板(6)中间有作简支架用的倾斜15°的台阶状圆孔，使试样(7)垂直平稳简支，通过燕尾槽插入档板(5)。通过螺钉把托架(3)维持在滑槽的任一高度，拉出抽板(4)钢球(2)自由下滚正好打在试样中心。逐渐升高托架，直到钢球打破试样为止。根据试样的直径和强度选用大小不同的简支板和钢球。由试样破碎时钢球下滚高度H(毫米)，钢球重量P(千克)，简支半径A(毫米)和试样厚度B(毫米)用下式计算试样的抗弯强度σ(千克 平方毫米)。
1/2σ＝X(PH/B)·1 A[YlnA B+Z]其中X、Y、Z为计算系数，对硅单晶为207.5、0.6208、1.146，对于锗单晶为188.2、0.6208、1.146;对于玻璃为121.4、0.6063、1.130;对于氧化铝陶瓷为303.9、0.6014;1.125;对于铸铁为170.7、0.6208、1.146。对不同的材料由相应的X、Y、Z和不同的H、P、A和B值可绘制出一系列的抗弯强度数值表和曲线族，供测试中查找。
与苏联用重锤下落测圆片脆性的方法相比，本发明可直接定量测定抗弯强度，强度值可由公式算出或由表、曲线查出;与万能实验机或冲击实验机等测强度的常规方法相比，本测试仪结构简单、制样容易、测试方便、数据分散性小。
用本仪器测试了一种直拉<111>硅单晶的抗弯强度。把硅单晶切成厚1毫米的圆片，先后用粗、细金钢砂研磨，每边减薄0.05毫米，用CP4-A每边抛去0.04毫米，处理后的圆片放入相应的简支半径为14、15或16毫米的简支板，插入挡板的燕尾槽。选用12克的钢球，逐渐升高位置直到打破试样。由钢球重置、下滚高度、样品厚度及简支半径求出抗弯强度。该单晶9个圆片测得的抗弯强度平均值为55.7千克/平方毫米，方差4.8千克/平方毫米。同一根单晶制成的样条，用三点弯方法测得抗弯强度平均值为53.2千克/平方毫米，方差为14.8千克/平方毫米。
权利要求
1.脆性材料的一种抗弯强测试方法，属于材料力学性能测试领域，采用钢球冲击圆片试样的方式，本发明特征在于垂直放置、边缘简支的薄圆片试样，中心受到滑轨上滚下的钢球冲击破碎时，由钢铁重量P(千克)、下滚的高度H(毫米)、简支半径A(毫米)和圆片厚度B(毫米)以及不同材料的计算X、Y、Z，按公式1/2σ=X(PH/B)·1/A[YlnA/B+Z]求试样的抗弯强度σ(千克/平方毫米)。
2.根据权利要求
1所说的公式，其特征在于对硅单晶，计算系数X、Y、Z分别为207.5、0.6208和1.146。
3.根据权利要求
1所说的公式，其特征在于对锗单晶，计算系数X、Y、Z分别为188.2、0.6208和1.146。
4.根据权利要求
1所说的公式，其特征在于对玻璃，计算系数X、Y、Z分别为121.4、0.6063和1.130。
5.根据权利要求
1所说的公式，其特征在于对氧化铝陶瓷，计算系数X、Y、Z分别为303.9、0.6014和1.125。
6.根据权利要求
1所说的公式，其特征在于对铸铁，计算系数X、Y、Z分为170.7、0.6203和1.146。
7.脆性材料的一种抗弯强度测试仪，属于材料力学性能测试仪器领域，采用钢球冲击圆片试样中心的方法，本发明的特征在于用大小不同的钢球，从上下可微调的1/4圆周形滑轨上滚下，冲击垂直放置边缘简支薄圆片试样来定量测定抗弯强度。
8.根据权利要求
7所说的测试仪，其特征在于有不同简支半径的方形简支板，其中有倾斜15°的台阶状圆孔作简支架，通过燕尾槽插入挡板。
9.根据权利要求
7所说的测试仪，其特征在于有一托架，通过螺钉定位在滑槽的任一高度，拉出抽板可使钢球自由下滚。
专利摘要
脆性材料强度的测试方法及测试仪，属于材料力学性能测试领域。用滑轨上滚下的钢球冲击边缘简支圆片的方法测定抗弯强度。给出了硅、锗、玻璃、氧化铝陶瓷和铸铁等脆性材料抗弯强度定量计算公式，并制作了相应的抗弯强度测试仪。
文档编号G01N3/30GK85100343SQ85100343
公开日1986年3月10日 申请日期1985年4月1日
发明者谢书银, 石志仪, 施锦行 申请人:中南矿冶学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan