本发明涉及陶瓷力学检测技术领域，具体涉及一种连续纤维增强陶瓷基复合材料室温弯曲强度的检测方法。
背景技术
目前针对连续纤维增强陶瓷基复合材料室温弯曲强度的测试方法和标准有多种，按照不同标准得到的数据存在差异，纤维增强陶瓷基材料是一种多孔类陶瓷材料，试样加工制备过程中不可避免得会出现孔洞、裂纹等较明显缺陷，若严格按照标准尺寸的要求，存有缺陷的测试样作为不合格件无法使用的现象，试样再制备既增加了成本，又延长了测试周期。基于此，需要设计一种针对纤维增强陶瓷基材料的新尺寸，即使试样在宽度或厚度方向上存有缺陷，可在满足宽厚比的基础上再次加工，提高测试件的使用价值。
由于弯曲法测试中试样的受力方向是垂直方向的压力，在保证跨距的前提下，试样太薄一方面计量尺寸时易带来较大的偏差，导致数值计算时误差较大；另一方面，陶瓷类材料脆性大，越薄就会增加残余应力和缺陷的产生机会，这些都对测试结果不利，厚度≥4mm时，2.5d纤维增强陶瓷基材料的径向弯曲120mpa，纬向弯曲78mpa，厚度为1.2mm时，同种结构的纤维增强陶瓷基材料的径向弯曲降为63mpa，纬向弯曲40mpa，衰减近一半。且不同结构的连续纤维增强陶瓷材料取样方向不同会造成测试结果较大的偏差。
上述这些现象对准确详实地表征材料的性能存在弊端，进而易给产品带来质量风险，需要改进。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种连续纤维增强陶瓷基复合材料室温弯曲强度的检测方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种连续纤维增强陶瓷基复合材料室温弯曲强度的检测方法，包括以下步骤：
根据连续纤维增强陶瓷基复合材料纤维增强体的编织方向确定所得试样厚度方向和宽度方向的纤维增强体的构造和/或数量，对连续纤维增强陶瓷基复合材料进行切割、加工制得试样，所述试样的宽厚比为(2.3-2.6):1，且厚度≥4mm；
将所述试样装夹到测试机的夹具上；
对试样进行加载，并采集检测数据，以供经数据处理得到连续纤维增强陶瓷基复合材料相应的弯曲强度数据。
纤维增强陶瓷基材料是一种多孔类陶瓷材料，试样加工制备过程中不可避免得会出现孔洞、裂纹等较明显缺陷，若严格按照标准尺寸的要求，存有缺陷的测试样作为不合格件无法使用的现象，试样再制备既增加了成本，又延长了测试周期。基于此，本发明设计了一种新尺寸，即使试样在宽度或厚度方向上存有缺陷，可在满足宽厚比的基础上再次加工，提高测试件的使用价值。
由于弯曲法测试中试样的受力方向是垂直方向的压力，在保证跨距的前提下，试样太薄一方面计量尺寸时易带来较大的偏差，导致数值计算时误差较大；另一方面，陶瓷类材料脆性大，越薄就会增加残余应力和缺陷的产生机会，这些都对测试结果不利，厚度≥4mm时，2.5d纤维增强陶瓷基材料的径向弯曲120mpa，纬向弯曲78mpa，厚度＜4mm时，相应性能开始衰减，厚度为1.2mm时，同种结构的纤维增强陶瓷基材料的径向弯曲降为63mpa，纬向弯曲40mpa，衰减近一半。试样过厚，会造成所述复合材料的浪费，进而增加测试成本，且无形中增大了加工难度及工作量，最主要的是，随着纤维增强陶瓷基复合材料尺寸的增大，孔洞、裂纹等较明显缺陷出现的几率也随之增加，测试样成为不合格件的几率也随之增大，测试结果出现误差的概率也随之增大，通过大量实验得出的本发明试样所述尺寸不但可以保证材料测试的准确性，而且加工便捷，可有效节约成本。
本发明试样厚度方向和宽度方向的纤维增强体的构造和/或数量，可有效保持试样有效单元，确保检测数值与真实值的相近性，进而如实得出所述复合材料的材料性能。
试样的测试方法包括三点弯曲法或四点弯曲法。
当试样测试方法为三点弯曲法时，所述试样尺寸包括标准尺寸或特殊尺寸，
其中，
试样标准尺寸为120(±1)mm×11(±0.2)mm×4.5(±0.2)mm；
特殊尺寸为试样长度为跨距+22(±0.2)mm，厚度≥4mm，且外跨距/试样厚度≥20。
当试样测试方法为四点弯曲法时，所述试样尺寸包括标准尺寸或特殊尺寸，
其中，
试样标准尺寸为170(±1)mm×11(±0.2)mm×4.5(±0.2)mm；
特殊尺寸为试样长度为跨距+22(±0.2)mm，厚度≥4mm，(外跨距-内跨距)/试样厚度≥20且内跨距＝外跨距/3.2±0.1。
纤维增强体二维增强所述复合材料时，试样在厚度方向纤维增强体为3层及以上，在宽度方向纤维增强体包括3束及以上纤维束。
纤维增强体三维增强所述复合材料时，试样在厚度方向纤维增强体包含1个及以上纤维束单元织物的构造单元；在宽度方向纤维增强体包含1个及以上纤维束单元织物的构造单元。
所述构造单元要求试样在厚度或宽度方向具有完整的纤维束单元。
本发明试样厚度方向和宽度方向的纤维增强体的构造和/或数量，是经过多次对材料外观、微观以及大量数据的分析基础上得出的。所定数据能最大限度得真实反映有效单元和材料性能。低于该数值时纤维在加工过程中损伤较严重，测试数值较之降低30％左右，无法正确评价材料性能。
尺寸测定时精确到0.02mm。
加载速度设定为0.4-0.6mm/min。
记录发生在载荷出现最大值后继续加载至载荷值低于最大值的50％。
出现试样的最大弯曲力矩外侧发生破坏、试样宽度方向出现明显平行裂痕、发生层间破坏及外支辊断裂等现象时，判断试样不合适，需追加新样品。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明示例的连续纤维增强陶瓷基复合材料室温弯曲强度的检测方法，根据连续纤维增强陶瓷基复合材料纤维增强体的编织方向确定所得试样厚度方向和宽度方向的纤维增强体的构造和/或数量，对连续纤维增强陶瓷基复合材料进行切割、加工制得试样，所述试样的宽厚比为(2.3-2.6):1，且厚度≥4mm，本发明试样厚度方向和宽度方向的纤维增强体的构造和/或数量，可有效保持试样有效单元，确保检测数值与真实值的相近性，进而如实得出所述复合材料的材料性能，本发明试样尺寸的选择，确保试样即使在宽度或厚度方向上存有缺陷，可在满足宽厚比的基础上再次加工，提高测试件的使用价值，由于弯曲法测试中试样的受力方向是垂直方向的压力，本发明尺寸可以在保证跨距的前提下，避免试样太薄造成的计量尺寸时易带来较大的偏差，及增加残余应力和缺陷的产生机会的问题，也可避免试样过厚，会造成所述复合材料的浪费，进而增加测试成本，且无形中增大了加工难度及工作量，最主要的是，随着纤维增强陶瓷基复合材料尺寸的增大，孔洞、裂纹等较明显缺陷出现的几率也随之增加，测试样成为不合格件的几率也随之增大，测试结果出现误差的概率也随之增大的问题，然后将所述试样装夹到测试机的夹具上；对试样进行加载，并采集检测数据，以供经数据处理得到连续纤维增强陶瓷基复合材料相应的弯曲强度数据。整个方法科学合理，简单易行，快速有效，且成本较低，值得推广。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：
本实施例提供了一种连续纤维增强陶瓷基复合材料室温弯曲强度的检测方法，包括以下步骤：
s1、根据连续纤维增强陶瓷基复合材料纤维增强体的编织方向确定所得试样厚度方向和宽度方向的纤维增强体的构造和/或数量，对连续纤维增强陶瓷基复合材料进行切割、加工制得试样，所述试样尺寸为标准尺寸，
试样标准尺寸长×宽×厚为120mm×11mm×4.5mm。
试样测试方法为三点弯曲法，试样材质具体为三维结构的石英纤维增强陶瓷复合材料。
尺寸测定时选用精度为0.02mm的游标卡尺，精确到0.02mm。
纤维增强体三维增强所述复合材料时，试样在厚度方向纤维增强体包含1个纤维束单元织物的构造单元；在宽度方向纤维增强体包含1个纤维束单元织物的构造单元；厚度偏差≤平均值的±5％。
s2、将所述试样装夹到测试机的夹具上。
s3、对试样进行加载，并采集检测数据，以供经数据处理得到连续纤维增强陶瓷基复合材料相应的弯曲强度数据。
加载速度设定为0.4mm/min。
与测试机连接的显示器中的加载载荷达到峰值后继续加载，直至载荷值低于最大载荷的50％，停止加载并进行记录；
出现试样的最大弯曲力矩外侧发生破坏、试样宽度方向出现明显平行裂痕、发生层间破坏及外支辊断裂等现象时，判断试样不合适，需追加新样品；非上述现象，记录可用。
三点弯曲强度按
其中，
σf.m为弯曲强度(mpa)，
fm为载荷(n)，
l为跨距(mm)，
b为试样宽度(mm)，
h为试样厚度(mm)。
各弯曲强度数据即弯曲强度性能测试结果为相应弯曲强度有效测试结果的平均值，
平均值按
标准偏差按
其中，xi为测试结果，n为有效测试次数。
实施例二：
本实施例提供了一种连续纤维增强陶瓷基复合材料室温弯曲强度的检测方法，包括以下步骤：
本实施例提供了一种连续纤维增强陶瓷基复合材料室温弯曲强度的检测方法，包括以下步骤：
s1、根据连续纤维增强陶瓷基复合材料纤维增强体的编织方向确定所得试样厚度方向和宽度方向的纤维增强体的构造和/或数量，对连续纤维增强陶瓷基复合材料进行切割、加工制得试样，所述试样尺寸为标准尺寸，
试样测试方法为四点弯曲法，
试样标准尺寸长×宽×厚为170mm×11mm×4.5mm。
试样材质具体为二维结构的石英纤维增强陶瓷复合材料。
尺寸测定时选用精度为0.02mm的游标卡尺，精确到0.02mm。
纤维增强体二维增强所述复合材料时，试样在厚度方向纤维增强体为4层，在宽度方向纤维增强体包括5束纤维束，厚度偏差≤平均值的±5％。
s2、将所述试样装夹到测试机的夹具上。
s3、对试样进行加载，并采集检测数据，以供经数据处理得到连续纤维增强陶瓷基复合材料相应的弯曲强度数据。
加载速度设定为0.6mm/min。
与测试机连接的显示器中的加载载荷达到峰值后继续加载，直至载荷值低于最大载荷的50％，停止加载并进行记录；
出现试样的最大弯曲力矩外侧发生破坏、试样宽度方向出现明显平行裂痕、发生层间破坏及外支辊断裂等现象时，判断试样不合适，需追加新样品；非上述现象，记录可用。
四点弯曲强度按照
其中，
σf.m为弯曲强度(mpa)，
fm为载荷(n)，
l为外跨距(mm)，
li为内跨距(mm)，
b为试样宽度(mm)，
h为试样厚度(mm)。
各弯曲强度数据即弯曲强度性能测试结果为相应弯曲强度有效测试结果的平均值，
平均值按
标准偏差按
其中，xi为测试结果，n为有效测试次数。
实施例三：
本实施例提供了一种连续纤维增强陶瓷基复合材料室温弯曲强度的检测方法，包括以下步骤：
s1、根据连续纤维增强陶瓷基复合材料纤维增强体的编织方向确定所得试样厚度方向和宽度方向的纤维增强体的构造和/或数量，对连续纤维增强陶瓷基复合材料进行切割、加工制得试样，所述试样尺寸为特殊尺寸，
试样测试方法为三点弯曲法，
特殊尺寸为试样长度为跨距+22mm，厚度≥4mm，且外跨距/试样厚度≥20。
尺寸测定时选用精度为0.02mm的游标卡尺，精确到0.02mm。
纤维增强体二维增强所述复合材料时，试样在厚度方向纤维增强体为3层，在宽度方向纤维增强体包括3束纤维束，厚度偏差≤平均值的±5％。
s2、将所述试样装夹到测试机的夹具上。
s3、对试样进行加载，并采集检测数据，以供经数据处理得到连续纤维增强陶瓷基复合材料相应的弯曲强度数据。
加载速度设定为0.4-0.6mm/min。
与测试机连接的显示器中的加载载荷达到峰值后继续加载，直至载荷值低于最大载荷的50％，停止加载并进行记录；
出现试样的最大弯曲力矩外侧发生破坏、试样宽度方向出现明显平行裂痕、发生层间破坏及外支辊断裂等现象时，判断试样不合适，需追加新样品；非上述现象，记录可用。
三点弯曲强度按
其中，
σf.m为弯曲强度(mpa)，
fm为载荷(n)，
l为跨距(mm)，
b为试样宽度(mm)，
h为试样厚度(mm)。
各弯曲强度数据即弯曲强度性能测试结果为相应弯曲强度有效测试结果的平均值，
平均值按
标准偏差按
其中，xi为测试结果，n为有效测试次数。
实施例四：
本实施例与实施例三相同的特征不再赘述，本实施例与实施例三不同的特征在于：
特殊尺寸为试样长度为跨距+22.2mm，厚度≥4mm，且外跨距/试样厚度≥20。
纤维增强体三维增强所述复合材料，试样在厚度方向纤维增强体包含2个纤维束单元织物的构造单元；在宽度方向纤维增强体包含3个纤维束单元织物的构造单元。厚度偏差≤平均值的±5％。
加载速度设定为0.4mm/min。
实施例五：
本实施例与实施例三相同的特征不再赘述，本实施例与实施例三不同的特征在于：
特殊尺寸为试样长度为跨距+21.8mm，厚度≥4mm，且外跨距/试样厚度≥20。
纤维增强体三维增强所述复合材料，试样在厚度方向纤维增强体包含1个纤维束单元织物的构造单元；在宽度方向纤维增强体包含1个纤维束单元织物的构造单元。厚度偏差≤平均值的±5％。
加载速度设定为0.5mm/min。
实施例六：
本实施例与实施例三相同的特征不再赘述，本实施例与实施例三不同的特征在于：
纤维增强体二维增强所述复合材料时，试样在厚度方向纤维增强体为4层，在宽度方向纤维增强体包括4束纤维束，厚度偏差≤平均值的±5％。
实施例七：
本实施例提供了一种连续纤维增强陶瓷基复合材料室温弯曲强度的检测方法，包括以下步骤：
s1、根据连续纤维增强陶瓷基复合材料纤维增强体的编织方向确定所得试样厚度方向和宽度方向的纤维增强体的构造和/或数量，对连续纤维增强陶瓷基复合材料进行切割、加工制得试样，所述试样尺寸为特殊尺寸，
试样测试方法为四点弯曲法，
特殊尺寸为试样长度为跨距+22mm，厚度≥4mm，(外跨距-内跨距)/试样厚度≥20且内跨距＝外跨距/3.2。
尺寸测定时选用精度为0.02mm的游标卡尺，精确到0.02mm。
纤维增强体二维增强所述复合材料时，试样在厚度方向纤维增强体为4层，在宽度方向纤维增强体包括4束纤维束。
s2、将所述试样装夹到测试机的夹具上。
s3、对试样进行加载，并采集检测数据，以供经数据处理得到连续纤维增强陶瓷基复合材料相应的弯曲强度数据。
加载速度设定为0.5mm/min。
与测试机连接的显示器中的加载载荷达到峰值后继续加载，直至载荷值低于最大载荷的50％，停止加载并进行记录；
出现试样的最大弯曲力矩外侧发生破坏、试样宽度方向出现明显平行裂痕、发生层间破坏及外支辊断裂等现象时，判断试样不合适，需追加新样品；非上述现象，记录可用。
四点弯曲强度按照
其中，
σf.m为弯曲强度(mpa)，
fm为载荷(n)，
l为外跨距(mm)，
li为内跨距(mm)，
b为试样宽度(mm)，
h为试样厚度(mm)。
各弯曲强度数据即弯曲强度性能测试结果为相应弯曲强度有效测试结果的平均值，
平均值按
标准偏差按
其中，xi为测试结果，n为有效测试次数。
实施例八：
本实施例与实施例七相同的特征不再赘述，本实施例与实施例七不同的特征在于：
特殊尺寸为试样长度为跨距+22.2mm，厚度≥4mm，(外跨距-内跨距)/试样厚度≥20且内跨距＝外跨距/3.2+0.1。
尺寸测定时选用精度为0.02mm的游标卡尺，精确到0.02mm。
纤维增强体二维增强所述复合材料时，试样在厚度方向纤维增强体为5层，在宽度方向纤维增强体包括5束纤维束，厚度偏差≤平均值的±5％。
加载速度设定为0.5mm/min。
实施例九：
本实施例与实施例七相同的特征不再赘述，本实施例与实施例七不同的特征在于：
特殊尺寸为试样长度为跨距+21.8mm，厚度≥4mm，(外跨距-内跨距)/试样厚度≥20且内跨距＝外跨距/3.2－0.1。
纤维增强体二维增强所述复合材料，试样在厚度方向纤维增强体为3层，在宽度方向纤维增强体包括3束纤维束，厚度偏差≤平均值的±5％。
加载速度设定为0.6mm/min。
实施例十：
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
试样标准尺寸为121mm×11.2mm×4.7mm。
纤维增强体三维增强所述复合材料时，试样在厚度方向纤维增强体包含3个纤维束单元织物的构造单元；在宽度方向纤维增强体包含3个纤维束单元织物的构造单元；厚度偏差≤平均值的±5％。
加载速度设定为0.6mm/min。
实施例十一：
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
试样标准尺寸为119mm×10.8mm×4.3mm。
纤维增强体三维增强所述复合材料时，试样在厚度方向纤维增强体包含2个纤维束单元织物的构造单元；在宽度方向纤维增强体包含2个纤维束单元织物的构造单元；厚度偏差≤平均值的±5％。
加载速度设定为0.5mm/min。
实施例十二：
本实施例与实施例二相同的特征不再赘述，本实施例与实施例二不同的特征在于：
试样标准尺寸为171mm×11.2mm×4.7mm。
纤维增强体二维增强所述复合材料时，试样在厚度方向纤维增强体为5层，在宽度方向纤维增强体包括6束纤维束。
加载速度设定为0.5mm/min。
实施例十三：
本实施例与实施例二相同的特征不再赘述，本实施例与实施例二不同的特征在于：
试样标准尺寸为169mm×10.8mm×4.3mm。
纤维增强体二维增强所述复合材料时，试样在厚度方向纤维增强体为3层，在宽度方向纤维增强体包括3束纤维束。
加载速度设定为0.4mm/min。
实施例十四：
本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：
试样标准尺寸长×宽×厚为120mm×11(±0.2)mm×4.5(±0.2)mm。
加载速度设定为0.5mm/min。
实施例十五：
以石英纤维增强熔融石英陶瓷复合材料(表1中简称为石英纤维增强试样)为例，按照实施例十四的方式进行室温弯曲性能的检测，所得数据如表1所示：
表1：石英纤维增强熔融石英陶瓷复合材料的弯曲强度性能数据
由表1可知，针对一种材质的5个试样，所得弯曲强度数据差异极小，测试准确度高，是目前现有检测方法不能达到的。
其中测试机具体为电子万能材料试验机，型号为：ag-ic100kn。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。