陶瓷材料的性能不僅與材料的自身特性有關(guān)，同時(shí)也與施加在材料上的外加載荷的加載速度、環(huán)境溫度和形變程度有關(guān)。其中材料的加載應(yīng)變率便是一個(gè)決定因素。不同加載應(yīng)變率下材料所反應(yīng)的性能可能截然不同。

應(yīng)變指的是材料在外力作用下的變形程度，應(yīng)變率即為材料變形速度的快慢。應(yīng)變率在10²-10⁴/s的范圍屬于高應(yīng)變形變范疇。常用的陶瓷材料高應(yīng)變率形變測(cè)試技術(shù)有侵徹深度測(cè)試、盤撞擊測(cè)試、動(dòng)態(tài)壓痕測(cè)試、分離式霍普金森壓桿測(cè)試、泰勒撞擊實(shí)驗(yàn)等方法。

侵徹深度測(cè)試技術(shù)

侵徹深度測(cè)試（DOP）是Bless等人為測(cè)試材料高應(yīng)變率載荷下性能設(shè)計(jì)的方法。測(cè)試時(shí)陶瓷材料需制備成薄平板，放置于方形鋁/鋼質(zhì)塊體上，采用子彈射擊。目前此實(shí)驗(yàn)技術(shù)已成為裝甲材料抗單測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)方法。

侵徹深度測(cè)試（DOP）技術(shù)示意圖

雖然該技術(shù)廣泛應(yīng)用于陶瓷材料高應(yīng)變率性能的等級(jí)評(píng)價(jià)，但僅限于不同材料在同一種子彈下的測(cè)試對(duì)比。且測(cè)試后沖擊區(qū)域損壞不能用來(lái)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也只能表明材料抵抗特定沖擊的變形情況，不能用于沖擊過程、顯微結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的分析。

盤撞擊測(cè)試技術(shù) 

盤撞擊測(cè)試技術(shù)由Hazell等人設(shè)計(jì)，使用一個(gè)高速盤在不同速度下撞擊材料并通過測(cè)試應(yīng)力波數(shù)據(jù)計(jì)算雨貢紐彈性極限（HEL）。雨貢紐彈性極限是應(yīng)力和速率曲線中動(dòng)態(tài)彈性行為極限，類似于在應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的屈服強(qiáng)度。

 盤撞擊測(cè)試技術(shù)示意圖 

該技術(shù)也可測(cè)試試樣在子彈速度下的壓縮性能。類似于DOP實(shí)驗(yàn)，測(cè)試后試樣碎裂無(wú)法進(jìn)行后續(xù)測(cè)試表征。但可提供準(zhǔn)確的參數(shù)供高應(yīng)變率變形模擬使用。

分離式霍普金森壓桿測(cè)試技術(shù) 

分離式霍普金森壓桿技術(shù)是將試樣夾在入射桿和輸入桿的中間，通過高速的撞擊桿擊打入射桿產(chǎn)生壓縮入射波后傳遞給試樣測(cè)試材料在高應(yīng)變率載荷作用下的抗壓強(qiáng)度。

動(dòng)態(tài)壓痕測(cè)試技術(shù) 

動(dòng)態(tài)壓痕測(cè)試方法分為兩種：動(dòng)態(tài)維氏硬度壓痕測(cè)試和小型子彈壓痕測(cè)試。此技術(shù)是Koeppel和Subhash等人以霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)改變而來(lái)，維氏硬度壓頭被放置在入射桿頂端并在另一段放置動(dòng)量收集裝置防止多次壓痕產(chǎn)生。測(cè)試后根據(jù)靜態(tài)維氏硬度壓痕法計(jì)算出動(dòng)態(tài)載荷載荷下材料的硬度和韌性。此技術(shù)可對(duì)比不同應(yīng)變率載荷下材料的形變特征。

動(dòng)態(tài)壓痕測(cè)試技術(shù)示意圖 

泰勒撞擊實(shí)驗(yàn) 

該方法由Taylor首次提出，用于測(cè)試材料動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度。測(cè)試時(shí)，材料需制備成圓柱狀并快速撞擊平面鐵盤。測(cè)試過程中，材料應(yīng)變率的大小可以通過調(diào)節(jié)發(fā)射速度實(shí)現(xiàn)。泰勒撞擊實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，但在應(yīng)用初期需要根據(jù)撞擊后材料的變形尺寸等參數(shù)進(jìn)行定量計(jì)算，因此無(wú)法應(yīng)用于脆性材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試，且在測(cè)試高硬度材料時(shí)，撞擊用的鐵制平板易變形或損壞導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果失真。

參考資料：

龔江宏. 陶瓷材料斷裂韌性測(cè)試技術(shù)在中國(guó)的研究進(jìn)展

任小彬. 材料沖擊拉伸試驗(yàn)的若干問題探討

胡時(shí)勝. 一種用于材料高應(yīng)變率試驗(yàn)的裝置

胡一文. SEVNB法測(cè)試陶瓷材料斷裂韌性研究

盧芳云. 霍普金森桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)

肖漢寧. 高性能結(jié)構(gòu)陶瓷及其應(yīng)用

趙鵬鐸. 分離式霍普金森壓剪桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)及其應(yīng)用研究

高云飛.氧化鋁、碳化硅及其復(fù)相陶瓷高應(yīng)變形變率研究