隨著航空航天、能源動力等gao端裝備領域對材料性能要求的日益嚴苛，能夠在及端高溫環境下保持優異性能的陶瓷基復合材料（Ceramic Matrix Composites, CMCs）已成為新一代熱結構部件的關鍵材料。其高溫下的力學行為，特別是拉伸性能，直接決定了部件的設計可靠性與服役壽命。因此，獲取準確的高溫拉伸性能數據至關重要。

科準測控小編將帶您深入探討陶瓷基復合材料的高溫拉伸測試。本文將系統介紹測試的基本原理、遵循的標準、所需的核心儀器以及詳細的操作流程，旨在為相關領域的研究人員和工程師提供一份實用、全面的技術參考，助力材料研發與質量管控。

一、 試驗原理與目的

1. 原理

高溫拉伸測試的核心原理是在模擬的高溫環境中，對標準試樣施加軸向拉伸載荷，使其均勻變形直至斷裂。通過實時監測并記錄載荷、位移、應變等數據，繪制出應力-應變曲線，從而揭示材料在高溫下的變形、損傷及失效全過程。

2. 目的

本測試旨在精確測定陶瓷基復合材料在高溫環境下的關鍵力學性能參數，主要包括：

高溫拉伸強度： 材料在斷裂前所能承受的最大工程應力。

楊氏模量： 材料在彈性變形階段應力與應變的比值，表征其抵抗彈性變形的能力。

延伸率/斷裂應變： 材料斷裂時的非彈性應變，反映其韌性。

這些參數是評估材料在高溫、高應力和復雜工況下適用性與可靠性的核心依據，為工程設計、壽命預測和材料優化提重要的數據支持。

二、 測試標準

ASTM C1275: 《連續纖維增強高級陶瓷在環境溫度下拉伸性能的標準試驗方法》。

ISO 17161: 《精細陶瓷（高級陶瓷、高級工業陶瓷）— 在高溫下陶瓷復合材料拉伸性能的測定》。

三、 測試儀器

1、萬能材料試驗機

作為測試主體，負責提供精確且穩定的拉伸載荷和控制橫梁位移速率。

2、高溫爐系統

這是高溫測試的核心附件，其性能直接決定溫度控制的精確度。

A、加熱方式：采用上、中、下三區獨立控制的電阻絲同步加熱，確保了爐膛內形成均勻、穩定的高溫環境，符合標準對試樣標距內溫度偏差的嚴格要求。

B、結構設計：采用可開合式結構，便于夾持安裝試樣；部分設計還具備旋轉開啟功能，使得試驗機在不做高溫測試時能快速恢復為室溫試驗平臺。

C、溫度測量：爐體本身配備三組熱電偶用于監測并控制三個區域的溫度。最關鍵的是，為了直接并精確測量試樣表面的真實溫度，需使用1至3組熱電偶通過點焊或捆綁的方式直接附著在試樣標距段表面。

3、液壓或氣動夾緊系統： 用于牢固夾持試樣，并通常配備循環水冷卻系統，以防止高溫傳遞至試驗機傳感器和作動器，保護設備并保證夾緊力穩定。

4、專用夾具： 通常采用帶冷卻通道的轉接夾具。夾具與試樣接觸面常設計有氧化鋁陶瓷隔熱片，進一步阻隔熱傳導，確保試樣標距段位于均勻高溫區，而夾持端保持低溫。

5、視頻引伸計

四、 測試流程

1. 試樣制備

形狀與尺寸： 通常采用“狗骨狀"或“啞鈴狀"試樣以減小應力集中，確保斷裂發生在平行標距段。具體尺寸需根據標準或研究目的設計。

加工方法： 采用激光切割、線切割等精密加工技術從CMCs板上切取，確保邊緣質量，減少加工損傷。

2. 尺寸測量

在試樣平行段的不同位置（通常至少5個點）精確測量寬度和厚度，取平均值用于計算橫截面積。

3. 表面處理（噴涂散斑）

為配合DIC系統進行應變測量，需在試樣表面噴涂耐高溫的黑白啞光散斑。散斑應均勻、高對比度，且能與試樣表面在高溫下共同變形而不脫落。

4. 裝夾試樣

調整試驗機上下夾頭距離以適應試樣長度。

將試樣放入冷卻夾具中，確保對中。

緩慢均勻地擰緊夾緊螺栓，施加適當的夾緊力，既要防止試樣滑移，又要避免壓壞夾持段。

5. 設備清零與調試：

在力控制模式下，輕微松弛夾緊力，確保試樣無初始應力，隨后將力傳感器“清零"。

搭建并調整DIC攝像系統，對焦于試樣散斑區域，確保視野清晰。

6. 升溫與保溫

啟動高溫爐，按預設速率加熱至目標溫度。

到達目標溫度后，需保溫一段時間（如15-30分鐘），確保試樣內部溫度均勻一致。

7. 進行測試

設置恒定的橫梁位移速度（如0.5 mm/min）。

啟動測試程序，試驗機自動施加拉伸載荷，DIC系統同步采集圖像數據。

持續測試直至試樣wan全斷裂。

8. 數據處理與分析

利用軟件處理DIC圖像和載荷-位移數據，生成工程應力-應變曲線。

從曲線中分析特征點（如比例極限、強度、斷裂應變）。

通過計算線性段的斜率確定彈性模量。

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