Page 105 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 蔡治城，等： 陶瓷材料Ⅰ型动态断裂韧性的新型测试方法 第 2 期

韧性进行测试。
在测试中，为了验证应变片法测量裂纹起
裂时间的准确性，采用了高速摄影系统对试样的
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起裂过程进行观测，拍摄帧率为 3.72×10 Hz。实
验前在试样表面预制了条形纹以清晰观察试样
的变形情况。试件预制条形纹及起裂前后的形
貌，如图 8 所示。
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在 1.27 TPa∙m ∙s 加载速率下，试样的起裂
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过程见图 9。定义应力波传至试样端面时为初
(a) Original specimen (b) Prefabricated striped (c) The recovered
始时刻（0 μs）；在 5.38 μs 时，试件受载侧出现轻 specimen specimen
微变形；8.07 μs 时，可观察到试件侧面及条纹发
图 8 实验前后的氧化铝陶瓷试件
生明显的弯曲变形；在 13.45 μs 时刻，试件发生
Fig. 8 Specimen of alumina ceramic before and after experiment
起裂。因此，该试样的起裂时刻介于 10.76 μs 至
13.45 μs 之间，与应变片法测得的起裂时间 11.00 μs 相一致。此后，裂纹沿加载方向扩展，表明试样发生
了Ⅰ型断裂。

Intact Crack Crack
propagation

Fracture

0 μs 2.69 μs 5.38 μs 8.07 μs 10.76 μs 13.45 μs 16.14 μs

图 9 试样断裂过程高速摄影图（1.27 TPa·m ·s ）
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−1
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Fig. 9 High-speed images of the fracture process of the specimen (1.27 TPa·m ·s )
图 10、图 11 分别为氧化铝陶瓷的Ⅰ型动态断裂韧性和起裂时间随加载速率的变化关系。随着加载
速率的提高，氧化铝陶瓷的动态断裂韧性由 8.39 MPa·m 1/2 逐渐增加到 15.76 MPa·m ，提高了 87.8%。同
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时，试样的起裂时间随着加载速率的增加而持续减小。以上结果表明，氧化铝陶瓷的Ⅰ型动态断裂韧性
具有明显的加载速率效应。文献 [25] 使用不同类型的试样和准静态公式得到了氧化铝陶瓷Ⅰ型动态断
裂韧性，其中三点弯曲试样结果见图 10。对比可知，氧化铝陶瓷在较低加载速率下的断裂韧性低于本文
结果，但仍表现出加载速率的强化效应，该现象与本文结果一致。
对于陶瓷材料而言，内部微观结构的不同将直接引起其能量耗散的差异，使得材料表现出不同的断
裂韧性值。此外，随着加载速率的增加，外界能量以更快的速度输入到试样中，从而引起试样起裂时间
减小 [33-37] ，并导致试样断口形貌发生变化。因此，有必要通过对试样断口的分析进一步探讨材料动态断
裂韧性的加载速率效应及其内在机理。

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