陶瓷材料的性能不僅與材料的自身特性有關(guān)，同時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)變率形變測試技術(shù)有侵徹深度測試、盤撞擊測試、動態(tài)壓痕測試、分離式霍普金森壓桿測試、泰勒撞擊實(shí)驗(yàn)等方法。

侵徹深度測試技術(shù)

侵徹深度測試（DOP）是Bless等人為測試材料高應(yīng)變率載荷下性能設(shè)計(jì)的方法。測試時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試的標(biāo)準(zhǔn)方法。

侵徹深度測試（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)變率性能的等級評價，但僅限于不同材料在同一種子彈下的測試對比。且測試后沖擊區(qū)域損壞不能用來分析，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。

盤撞擊測試技術(shù) 

盤撞擊測試技術(shù)由Hazell等人設(shè)計(jì)，使用一個高速盤在不同速度下撞擊材料并通過測試應(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。

 盤撞擊測試技術(shù)示意圖 

該技術(shù)也可測試試樣在子彈速度下的壓縮性能。類似于DOP實(shí)驗(yàn)，測試后試樣碎裂無法進(jìn)行后續(xù)測試表征。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試材料在高應(yīng)變率載荷作用下的抗壓強(qiáng)度。

動態(tài)壓痕測試技術(shù) 

動態(tài)壓痕測試方法分為兩種：動態(tài)維氏硬度壓痕測試和小型子彈壓痕測試。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，維氏硬度壓頭被放置在入射桿頂端并在另一段放置動量收集裝置防止多次壓痕產(chǎn)生。測試后根據(jù)靜態(tài)維氏硬度壓痕法計(jì)算出動態(tài)載荷載荷下材料的硬度和韌性。此技術(shù)可對比不同應(yīng)變率載荷下材料的形變特征。

動態(tài)壓痕測試技術(shù)示意圖 

泰勒撞擊實(shí)驗(yàn) 

該方法由Taylor首次提出，用于測試材料動態(tài)屈服強(qiáng)度。測試時，材料需制備成圓柱狀并快速撞擊平面鐵盤。測試過程中，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，因此無法應(yīng)用于脆性材料的動態(tài)力學(xué)性能測試，且在測試高硬度材料時，撞擊用的鐵制平板易變形或損壞導(dǎo)致測試結(jié)果失真。

參考資料：

龔江宏. 陶瓷材料斷裂韌性測試技術(shù)在中國的研究進(jìn)展

任小彬. 材料沖擊拉伸試驗(yàn)的若干問題探討

胡時勝. 一種用于材料高應(yīng)變率試驗(yàn)的裝置

胡一文. SEVNB法測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