、概述

    KLP-10KN型数显陶瓷力学性能综合试验机采用液压加荷机构实现匀速加荷。广泛用于测量工程陶瓷、电瓷、日用陶瓷、水泥、砖瓦制品的压缩强度，弯曲强度，抗折强度，弹性模量的测试。更换不同的夹具，用于测定抗弯，抗折，耐破，抗压，弹性模量等性能等参数。适应工程质量检测，工厂产品质量检测，教学可研等行业。

二、主要技术参数

1、zui大载荷：10KN；

2、加压行程： 160mm；

3、加荷速度：5～700（N/S）可调；

4、变形范围：0-5mm，精度：小于0.5%；

5、压头直径：50mm

6、台面尺寸：100*100(mm)，zui大可达200*200(mm)，

   可以根据用户实验样品要求定制。

7、弯曲强度为三点弯试验模具，支承台面压杆直径10mm, 跨距可调整。

8、数据电脑处理精度：小于0.5%；

9、可连接上位机实现计算机控制及数据处理操作。

10、电源：220V，0.3KW;

三、结构及工作原理

（）结构

该仪器由电动加载机构，夹具、数显压力检测装置及控制系统组成。

（二）工作原理

先根据试验要求安装好选定的压具，根据压具高度调节好上压板，将试样放置在压具内。打开电源开关，按“加载”按扭，电机经减速器减速，驱动螺母轴套，将旋转运动变成直线运动，带动压力传感器、下压板和压具上升，当压具与上压板接触时开始对试样加荷，其力通过压力传感器传递到数显表上，当被测试样破碎时，数显表即保留其zui大值，且停止加载。

四、操作步骤

1、根据不同的试样和所采用的方法标准安装好试样压具，且调整好上压板位置。

2、接通电源，将面板上电源开关打开，数显压力表得电。

3、按照测试标准方法要求，安装好试样。

4、按下清零键，对数显压力表进行清零。

5、调节“速度调节”旋钮，可改变加载卸载速度，按“加载”按扭。加载指示灯亮，下压板上升，当试样受力达到极限，试样受破坏，且力也随之减少，但其数显示表仍保持显示zui大值，自动停止电机加载，并记下zui大值。

6、“加载”“卸载”“停止”按钮可控制下压板上升，下降，停止。

7、测试完后，关闭电源并清洁仪器。

如果需要测试几个试样即将试样放置好后，重复上述“4－7”操作步骤。

8、 按照各自选定的方法标准处理数据，确定其抗压强度。

9、 数据计算：

a、将测量数据代入下式计算抗压强度，结果保留三位有效数字。

1        d₁+d₂

A=  ­—— π（­————）²

4         2

        P

R_C = ­——

A

式中:A­—— 试样受压面积（mm²）；

d₁、d_2­—— 试样上、下受压面的直径（mm）；

P ­—— 试样破坏时的压力（N）；

R_C—— 多孔陶瓷抗压强度（MPa）

b、数据处理按以下原则进行

（1）当所有试样的强度观测值的zui大相对误差≤15%时，以它们的平均值作为检验结果。

                ︱zui大值（或zui小值）－平均值︱

zui大相对误差= ­——————————————— ×100

平均值

（2）zui大相对误差＞15%时，应舍弃相对误差zui大的观测值，然后将剩余观测值再按上述方法计算验证，直到符合规定为止。

（3）舍去的观测值数目，若达到试样总数的40%时，应重新取样检验。

10、以下为弹性模量和压缩强度试验方法：

精细陶瓷弹性模量试验方法（弯曲法）

1）试样制备

试样从待测制品上切取或用与待测制品相同的工艺制成，每组试样的数量不少于5个。其尺寸如下图1所示。按照GB/T 1182的规定试样相对面的平行度不大于0.02 mm，相邻面的垂直度不大于0. 02 mm按GB/T 1031规定试样上下面的表面粗糙度Rz不大于1.60μm。

2）试验步骤

（1）测量试样中部的宽度和厚度，0.01 mm.

L_T — 试样全长，L+6mm;

b — 试样宽度，4mm;

h 试样厚度，采用应变片或采用位移计三点弯曲时:1mm<h<0.06L;

  采用位移计四点弯曲时:1mm<h<0.045L；

L — 支撑跨距;

图1 试样尺寸示意图

(2) 测量跨距，0.01 mm。把试样放在支座正中，使试样与支撑辊轴线垂直。

(3) 按GB/T 6569方法所测弯曲强度的70%的载荷作为加载的载荷上限，在应力应变曲线的直线范围内，以小于或等于。. 1 mm/min的位移速率加载每次记录下对初载荷和末载荷及其对应的挠度值。载荷增量应在材料的线弹性范围内。

3）应变测量或位移测量

(1) 应变测量:采用应变测量装置测量试样应变时，在三点弯曲时应变片的长度不得大于1 mm,在四点弯曲时应变片长度不得大于5 mm。应变片粘贴于试样跨距的中央，记录加载过程中载荷与应变的变化值。

(2) 位移测量:采用位移测量装置测量弯曲挠度或加载点位移时，为使所测挠度不包含有系统的接触变形(特别是对于厚度与跨距比值大于0.06的情况)，应进行挠度修正试验。可采用弹性模量不低于被测试样的材料制成大刚度的修正试样(可用碳化钨，E=600 GPa)。修正试样的长和宽与试样致，厚度应不小于试样的5倍以上。也可采用相同跨距，宽度和厚度立方的乘积为原试样的100倍的修正试样。假设修正试样在与试样相同的载荷范围内，其弯曲挠度近似为零，所测修正试样的弯曲挠度实际上是接触变形，以此作为被测试样挠度的修正值。即实际挠度值Y=Ym-Yc(Ym为挠度测量值，Yc为挠度修正值)

4）结果计算

(1) 三点弯曲加载方式测量的弹性模量

使用应变片时，参照图2,按式(1)计算弹性模量:

E_b3= 3L(P₂P₁)/2bh2(ε₂ε₁)×10^-3   …………(1)

式中：E_b3  — 三点弯曲加载方式测量的弹性模量，单位吉帕(GPa) ;

P_1，P₂ — 分别为材料在线性范围内加载的初载荷和末载荷，单位牛顿(N);

L — 试样支座间的距离，单位毫米(mm) ;

b — 试样宽度，单位毫米(mm) ;h — 试样厚度，单位毫米(mm) ;

ε1,ε2 — 分别为与P1和P2对应的试样跨中的应变，无量纲。

采用位移测量装置测量试样弯曲挠度或加载点位移时，以试样位移测量值Ym与试样位移测量修正值Yc之差作为实际挠度Yt,参照图3，按式(2)用载荷增量和挠度增量来计算弹性模量:

…………(2)  

式中:Y_t1，Y_t2— 分别为与载荷P₁和P₂对应的跨中挠度，单位毫米(mm)

其余各项同式(1)

精细陶瓷压缩强度试验方法

1)试样

(1)取样:试样应从待测制品中切取或直接按待测制品的制造工艺制备，不应有可见破损或裂纹。每组试样数量不少于10个。

(2)试样形状及尺寸:如图4所示，试样形状为圆柱形或横截面为正方形的方棱柱。圆柱形试样底面直径为5 mm士0.1 mm，高度为12.5mm士0.1mm横截面为正方形的方棱柱试样截面边长为5 mm士0. 1 mm，高度为12. 5 mm士0.1mm。对于压电陶瓷，其长度应沿极化方向取12.5 mm士0.1mm，不去除电极面。

(3)试样处理:上下表面应研磨成平面并相互平行，平行度*.01 mm，与轴心垂直度误差不大于0.01mm。上下表面的边缘作45°的倒角或圆弧倒角，深度为0.1 mm-0.2 mm。试样表面粗糙度Rz按GB/T 1031规定不大于3.2μm

2)试验方法

(1)测量试样的直径或截面尺寸，0.02 mm。

(2)小心地将试样、接触块中心对准试验机压板的中心，在试样与接触块之间垫以垫片。在试样周围放置防护罩以防止试验时试样碎片飞出(见图5)

(3)对试样连续施加试验力，横梁位移速率为0.2 mm/min，记录试样压缩破坏时的临界载荷。

(4)对于压电陶瓷，应在极化十天后按1-3条方法进行试验。

(5)对于准脆性陶瓷和可加工陶瓷样品，破坏后的样品可能发生剪切破坏而不是粉碎性破坏，宜保留样品做断口分析。

(6)每个压缩试验完成后应仔细清扫接触块以及压板，以免碎片影响到下个试样的试验。

c倒角深度0.1 mm-0.2 mm;  r倒角半径;

h试样高度;                d — 试样截面直径或边长。

图4 试验样品形状和尺寸示意图

1上压头；

2— 接触块；

3— 垫片；

4— 试验样品；

5— 防护罩；

6— 接触块；

7—下压头；

8— 球缺接触面；

9— 试验机底座；

图5 陶瓷压缩试验的样品和加载示意图

4)结果计算

(1)单个试样的压缩强度按式(1)计算

…………(1)     

式中:δ_c— 压缩强度，单位兆帕(MPa) ;

P — 临界载荷，单位牛顿(N);

A — 试样横截面积，(对圆柱试样A=πd²/4;对于正方截面试样A= d²)，单位平方毫米(mm²)压缩强度计算有效数字修约到整数位，当测定值小于100 MPa时，有效数字修约到三位.

(2)平均值的计算:

…………(2)

式中:   — 压缩强度的平均值，单位兆帕(MPa) ;

n — 被测试样数量;

— 第i个试样的压缩强度，单位兆帕(MPa) o

(3)按试(2)算出标准偏差，有效数字修约到三位:

………(3) 

式中:  S — 标准偏差，单位兆帕(MPa) ; 其他同式(1),

精细陶瓷弯曲强度试验方法

1)试验设备

图6 弯曲强度测试结构

2)试样

(1)试样尺寸

1.1 试样的机加工

试样的尺寸在图7中已标明。梁试样的横截面的长宽公差为±0.2 mm。纵向表面平行度公差为0.015 mm

1.2 自然烧结或热处理过的试样

试样的尺寸可能会跟所规定的有差异，但凡与1.1和图7的规定有偏离，都应在报告中注明。

(2)试样的加工处理

2.1 概述

试样外表加工可有不同的选择少受拉面的两条长边缘应像图7那样进行倒角。建议所有的四个长的侧面都要抛光研磨。在各种的情况中，试样的末端表面不需要特殊处理。虽然表面的处理过程不是本标准的主要部分，但建议对表面的粗糙度进行测量和报告。

图7 试样尺寸示意图

2.2 自然烧结的试样(无机械加工)

烧结后的试样未经过任何机械加工。此时可以用烧结出的试样直接测试。应在烧结前做表面的研磨。

注:烧结后试样特别容易扭曲和翘曲。可能不符合1.1中提出的平行度要求，此时应使用全可调的夹具。

2.3 常规的加工

采用常规的加工方法时要力求使样品的损伤达到zui小(使加工过程导致的表面损伤和残余应力尽可能zui小)。试样的受拉面的长边缘应像图7中那样倒角处理。

2.4 试样的数量

弯曲强度试验的试样不应少于十个。如果要进行个统计强度分析(例如，Weibull统计分析)，则少要做30个试样。

注:使用30个以上试样有助于获得可靠的强度分布参数，例如Weibull模数.使用30个试样也有助于检测材料的含缺陷概率。

3)试验步骤

(1)用精度为0.002 mm的千分尺测量试样的宽度(b)和厚度(d)。试样的尺寸测量可以在测试前或测试后。如果试验前测量试样尺寸，应尽可能在接近中点的地方测量;如果试验后测量试样尺寸，应在试样的断裂处或接近断裂处测量试样尺寸。应小心操作避免测量时引人表面损伤。

(2)选用合适的三点或四点弯曲夹具进行测试。当试样的平行度不符合要求时，应使用全可调的夹具。

(3)在测试中应保证上下辊棒的清洁，保证辊棒没有严重的划痕并能自由的滚动。

(4)把试样放在测试夹具的两根下辊棒中间，将4 mm宽的那面接触辊棒。如果试样只有两个长边被倒角，放试样的时候应确保倒角在受拉面。小心放置试样避免损伤。试样两端应伸出支撑辊棒的接触点大约相等的距离。前后距离误差小于0.1 mm，见图6。

(5)测试时，预压力不应大于强度预期值的10%。检查试样和所有辊棒的线接触情况以保证个连续的线性载荷。如果加载曲线不是连续均匀的则卸载，并按要求调节夹具以达到连续均匀的加载。

(6)必要的时候加载过程中可沿着辊棒画线来对试样做标记，以确定两个加压辊棒(四点弯曲)或中间的辊棒(三点弯曲)的位置是否变化。同时也可以判断断裂后残片的受压面或受拉面。画线可使用比较软的绘图铅笔或标签笔。

(7)在试样的周围放些棉、纱、泡沫或其他材料，防止试样在断裂时飞出碎片。这些材料不应影响加载结构或夹具调节以及辊棒的运动。

注:上面的做法能避免不必要的二次碎裂，并且能收集*次断裂时的碎片以便断口分析。

(8)应在测试夹具周围放保护屏防止断裂碎片飞溅。

(9)试验机横梁的速率应为0.5 mm/mine

(10)使用(9)中的横梁速率，假设试验夹具是刚性的，那么断裂的时间通常应在3s到30 s,

(11)对于时间因素的影响，例如慢裂纹扩展或环境侵蚀(来自实验室环境中的水蒸气)，即使是在很短的测试时间内对某些材料的弯曲强度也有很大的影响。为了消除或减少环境因素的影响，可以选择下列方法:在试验夹具的表面增加个环境隔离层(例如干净的聚乙烯薄膜);试验前用氮气冲洗试样;在流动的干燥氮气中进行试验;或者在试样的敏感面上祖盖层石蜡(在170℃左右处理1 h-2 h),然后在实验室环境中进行测试。但是石蜡涂层会影响随后的裂纹现象的观察分析。

(12)确保试验载荷的均匀性，并记录试样断裂时的zui大载荷。记录载荷的精度在±1%或更高。

(13)清理碎片并准备试验分析。

注:只有少数碎片需要保留。很小的碎片通常不需要，因为它们是二次碎裂的结果，不包含原始断裂的信息。根据经验不难确定哪些碎片是很重要的并应被保留下来.附录B可以作为进步的参考。在试验后应用镊子收拾碎片，或戴着手套以避免引人污染物影响随后的裂纹显微观察分析。

(14) 如果断裂是发生在四点弯曲中的横梁内侧，那么先观察断裂起始点作为初步的观察。试样的断裂也可能发生在横梁的外侧或者在个内侧加载点上。这些现象应包含在试验设定范围内。由附录B可以得到更多的关于弯曲试样的断裂示例的解释。

注1:附录B是个对于断裂源尺寸和位置以及强度离散性的般推理。即断裂源处在内跨距之外的情况通常发生在强度离散性比较高的材料，这会导致较低的Weibull模数如果有很多的断裂发生在内跨距之外，或者很多断裂直接发生在四点弯曲加载处，有可能测试仪器没有调试好。应停止测试，把问题解决后再继续。

注2:多重碎裂对于高强度陶瓷来说很常见。在大多数情况下，二次碎裂会直接发生在个加载压头处。这是正常的，而且得到的强度结果可能会非常高.

(15)试验过程中应测量记录实验室湿度和温度。

4)计算

(1)三点弯曲的弯曲强度按式(1)计算:

…………(1)    

式中:  —弯曲强度，单位兆帕(MPa) ;  L— 夹具的下跨距，单位毫米(mm);

其他同公式(1)

注1:根据本标准的规定，三点弯曲夹具的下支撑跨距是30 mm或40 mm.

注2:公式1正规的弯曲强度计算公式。它们给出了在试样断裂时的zui大应力。在某些情况下，例如，如果试样不是在zui大应力处断裂，强度计算公式就需要修正。

(2)平均强度  和标准差s按式(2)、式(3)计算:

…………(2)    

…………(3)    

式中:    — 第z个试样的强度，单位兆帕(MPa) ;

s— 标准差，单位兆帕(MPa);

n— 试样总数。

五、数显仪表部分详读其使用说明书。见KSF003说明

注意：仪表参数不要轻易改变，否则不能正常工作

六、设备的维护及保养

1、 仪器要经常保持干净、整洁、经常涂油、保持设备机械部分不锈蚀。

2、 仪器及控制部分要经常通电，以保证各电子、电器元件不受潮霉变。

3、 仪器每年校定次。

附录A、KSF003测力控制仪使用说明

• 概述

     KFS003测力控制仪是种常用测力仪表，广泛应用在材料的力学试验上，以测量材料的抗折，抗压，抗拉强度。仪表采用次微控制器设计。具有结构紧凑，采样处理速度快，峰值压力数据捕获及时准确的特点。

仪表工作原理：压力机对试件加压，压力传感器输出的电信号经放大器放大，微控制器对其高速采样处理。测得试件承受压力值，在数码管上显示出来，加压时记录zui大值，如果压力值迅速减小或者消失，下降速度达1N/ms（可键盘设定）以上时，表明试件破坏断裂，仪表锁定断钱的zui大压力值不变。表内断电器吸合，外部电路动作，停止加力。峰值指示灯亮，作为继电器动作的指示。当压力超限（超过压力传感器zui大允许值），超荷指示灯亮，继电器也吸合，通过外部电路对传感器进行保护。

仪表可连接微型打印机，打印测量数据。还具有RS-232C接口，可向其他设备传输测量数据。以上两项由用户定货时选配。

• 主要技术规格：

 1.电    源：    AC220V 50HZ ±10%           

2.环境温度：   -10—45℃

 3.zui大湿度：    90% R.H 不可结露            

4.功    耗：    4W

 5.仪表尺寸：    160（W）×80（H）×160（D）

6.传感器电源：  DC±60V

 7.A/D转换速度： 500次/秒                  

8.测量精度：    0.2% F.S

 9.显示范围：    0-9999

• 操作使用说明

   前面板上共有7个按键，通过这7个按键，配合面板上6个数码管的数据，进行操作，说明如下：

   1、[数字]键：输入数字。每按下次，“输入数位”上数字递加1。数码管上闪烁位为“输入数位”。该键般在调校仪表时使用。

   2、[移位]键：“输入数位”调整键。每按次，“输入数位”向右移动位。该键般在调校仪表时使用。

   3、[零位]键：测量压力机的“零位”。按[零位]键，仪表开始测零，显示数码管上有数据变化，2秒钟测完，测量时“零位”的模拟电压值送显示，格式是2 *.***，2 表示模拟电压， *.***表示数值，单位V.“零位”测量完毕后，显示数码管转向显示峰值压力，仪表自动进入测试状态。零位测定后数据长期保存，直下次重测更新。仪表初装在压力机上与传感器连接好后，必须先测定“零位”才能进行测力操作。平常若仪表“零位”发生变化，也需要重新测定。

   4、[复位]键：微控制器的硬件复位按键操作后，仪表重新执行初始化程序，显示数码管转向显示峰值压力。

   5、[功能]键：根据数码管“功能号”位（zui高位）上的数字，按该键，执行与功能号对应的操作命令。共有0-8#项命令。[功能]键还兼用有退出功能：*次按下为执行，第二次按下退到“0#”待命状态。仪表处在待命状态特征是：“功能号”位上数字为0并闪烁，其它位上无显示。下面分项说明：

• 0#命令：使仪表进入测试状态的命令，执行该命令，先清除上次的记录，重新进入测量状态。仪表内继电器在开始执行次命令时被复位（线圈断电）。

在测试过程中，压力机对试件加压，数码管上显示压力值，当试件发生破坏断裂，压力突降，峰值锁定，不再随压力变化。继电器立即动作，使压力机停止加压，峰值锁定指示灯亮，完成次测试。

重复按[功能]键，退出本次测试。

测试操作步骤举列：

    ②1#命令：显示瞬时压力值，如果要求仪表显示试件所受的瞬时压力，用1#命令，操作步骤如下表：

③2#命令：显示传感器信号电压（经放大），范围是0-5.000V。仅在检查（观察）传感器和放大器时使用。

④3#命令：空命令。

⑤4#命令：标定命令。先用压力机对传感器施加个确定的标准力，再通过数字键把该力值输入仪表，启动“4#”命令，仪表将根据标准压力与实测压力，以及原系数进行计算，得出新计量系数K，从而使测量值等于标准值。（注意：操作不当将破坏原数据，造成测量误差）

  标定操作举例：

  例如加5000N标准力在传感器上进行标定，具体操作是：

仪表系数K在随机压力机出厂时，由厂方通过标定已经整定好，该数据随机提供给用户，用户也可以通过下述5#命令调出系数K。

 ⑥5#命令：显示系数K或者直接对系数K进行人工设定（修正）。用户倘若因某种原因破坏了系数K，造成测量不准，可用本命令进行系数恢复，免去重新标定的麻烦。举例说明如下：

 把原系数1440修改成1480，操作步骤如下：

 ⑦6#命令：设定材料的抗折等级。试验材料受力突变下降时，速度达到定程度，仪表便锁定数据。下降速度与试材性质有关。根据材料的性质，分0-4 五档，0级zui敏感，4级zui迟钝。出厂时调置1级，用户可自行通过6号命令设定。例如由1级修改成2级，操作步骤如下表：

⑧7#命令：设定压力传感器zui大允许加压值，以保护传感器，（设定方法参照5#命令）

⑨8#命令：设定小数点位数，0-2位有效，通过设定小数点位置，仪表可以适应各种量程需要。（设定方法参照6#命令）

 注：以上4#-8#五项命令，可以对内部参数进行修改，修改时只有当“输入位”移zui低位（该位闪烁）时，再按[功能]键，仪表才会对参数进行修改。否则只显示相应号参数值。同理，不要求仪表修改参数而只要求显示参数时，只要输入相应的参数号，按[功能]键即可。

 6、[加荷]键：由仪表启动，对试材加压，有独立外接按键启动时，此键为空操作，不起作用。

 7、[卸荷]键：由仪表启动，对试材卸压，有独立外接按键启动时，此键为空操作，不起作用。

附录B、陶瓷测试试样的典型断裂模型

低强度的陶瓷，由于有较低的断裂能量，断裂是典型的裂为两块。中等和高强度的陶瓷断裂般裂为多块。显微观察可以帮助确定断裂源位置，见图A

1— 压缩偏移(剪切唇);                             2— 断裂源;

3— 裂纹分叉和双压缩偏移导致Y形断口;

4— 由于弹性能释放产生的二次断裂(常常发生在四点弯曲的上辊棒附近，断裂起源于受压面);

5— 二次断裂，通常在试样的个棱上;          6— 基本断裂源;

7— 裂纹分叉并弯曲扩展回到受拉面;            8 二次破裂;

9— 上压辊棒处的二次破裂;                    10— 靠近辊棒的初始断裂源点;

11— 纯弯曲区之外的破裂;                     12纯弯曲区之外的断裂图;

a受压面;                                  b受拉面;

c断裂表面垂直于受拉面;                    d上面的碎片不重要，可以忽略

图A 陶瓷试样测试中的典型断裂