Page 106 - 《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

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Ref.[25]
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Dynamic fracture toughness/(MPa·m 1/2 ) 12 8 6 Fracture initiation time/μs 15
This work
18
14
10
12

4
2
0 0.5 1.0 1.5 2.0 9 6 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
Loading rate/(TPa·m ·s ) Loading rate/(TPa·m ·s )
1/2
−1
−1
1/2
图 10 氧化铝陶瓷动态断裂韧性的加载速率效应 图 11 氧化铝陶瓷起裂时间随加载速率的变化
Fig. 10 Effect of loading rate on dynamic fracture Fig. 11 Variation of fracture initiation time of alumina
toughness of alumina ceramics ceramic specimen with loading rate
3.2 断口分析
−1
1/2
为了解氧化铝陶瓷加载速率效应的内在机理，采用扫描电子显微镜对 0.45 和 1.83 TPa∙m ∙s 加载
速率下的试样断口进行分析，分别见图 12 及图 13。

Fracture direction
Cleavage Cleavage
step step
Transgranular
fracture

50 μm 40 μm 5 μm 5 μm
(a) Crack tip morphology (b) Cleavage step (c) Enlargement of (b) (d) Transgranular fracture

1/2
−1
图 12 0.45 TPa·m ·s 加载速率下氧化铝陶瓷断口形貌
1/2
Fig. 12 Fracture morphology of alumina ceramic at 0.45 TPa·m ·s −1

Cleavage
Fracture direction step
Transgranular
fracture
Slip Cleavage
band step
Slip
band

50 μm 50 μm 10 μm 5 μm
(a) Crack tip morpholog (b) Enlargement of (a) (c) Enlargement of (b) (d) Slip band

图 13 1.83 TPa·m ·s 加载速率下氧化铝陶瓷断口形貌
1/2
−1
1/2
Fig. 13 Fracture morphology of alumina ceramic at 1.83 TPa·m ·s −1
−1
图 12(a) 为 0.45 TPa∙m ∙s 加载速率下裂尖边缘附近区域的断口形貌。可见断口整体较为粗糙，且
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存在较多解理面。局部放大可看到大量解理台阶（见图 12(b)），这是脆性断裂的典型特征。进一步放大
后，可观察到大量冰糖状晶粒及小刻面，见图 12(c)。图中所呈现的大量晶粒形貌表明氧化铝陶瓷在较低
加载速率下主要发生沿晶断裂。此外，图 12(d) 展示了在晶粒内部形成的微裂纹（黄色箭头处），该裂纹
贯穿了整个晶粒，但未扩展至相邻的其他晶粒。

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