摘要：随着航空航天、能源动力等高端装备领域对材料性能要求的日益严苛，能够在极端高温环境下保持优异性能的陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites, CMCs）已成为新一代热结构部件的关键材料。其高温下的力学行为，特别是拉伸性能，直接决定了部件

随着航空航天、能源动力等高端装备领域对材料性能要求的日益严苛，能够在极端高温环境下保持优异性能的陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites, CMCs）已成为新一代热结构部件的关键材料。其高温下的力学行为，特别是拉伸性能，直接决定了部件的设计可靠性与服役寿命。因此，获取准确的高温拉伸性能数据至关重要。

科准测控小编将带您深入探讨陶瓷基复合材料的高温拉伸测试。本文将系统介绍测试的基本原理、遵循的标准、所需的核心仪器以及详细的操作流程，旨在为相关领域的研究人员和工程师提供一份实用、全面的技术参考，助力材料研发与质量管控。

一、试验原理与目的

1. 原理

高温拉伸测试的核心原理是在模拟的高温环境中，对标准试样施加轴向拉伸载荷，使其均匀变形直至断裂。通过实时监测并记录载荷、位移、应变等数据，绘制出应力-应变曲线，从而揭示材料在高温下的变形、损伤及失效全过程。

2. 目的

本测试旨在精确测定陶瓷基复合材料在高温环境下的关键力学性能参数，主要包括：

高温拉伸强度：材料在断裂前所能承受的最大工程应力。

杨氏模量：材料在弹性变形阶段应力与应变的比值，表征其抵抗弹性变形的能力。

延伸率/断裂应变： 材料断裂时的非弹性应变，反映其韧性。

这些参数是评估材料在高温、高应力和复杂工况下适用性与可靠性的核心依据，为工程设计、寿命预测和材料优化提供不可或缺的数据支持。

二、测试标准

ASTM C1275: 《连续纤维增强高级陶瓷在环境温度下拉伸性能的标准试验方法》。

ISO 17161: 《精细陶瓷（高级陶瓷、高级工业陶瓷）— 在高温下陶瓷复合材料拉伸性能的测定》。

三、测试仪器

1、万能材料试验机

作为测试主体，负责提供精确且稳定的拉伸载荷和控制横梁位移速率。

2、高温炉系统

这是高温测试的核心附件，其性能直接决定温度控制的精确度。

A、加热方式：采用上、中、下三区独立控制的电阻丝同步加热，确保了炉膛内形成均匀、稳定的高温环境，符合标准对试样标距内温度偏差的严格要求。

B、结构设计：采用可开合式结构，便于夹持安装试样；部分设计还具备旋转开启功能，使得试验机在不做高温测试时能快速恢复为室温试验平台。

C、温度测量：炉体本身配备三组热电偶用于监测并控制三个区域的温度。最关键的是，为了直接并精确测量试样表面的真实温度，需使用1至3组热电偶通过点焊或捆绑的方式直接附着在试样标距段表面。

3、液压或气动夹紧系统：用于牢固夹持试样，并通常配备循环水冷却系统，以防止高温传递至试验机传感器和作动器，保护设备并保证夹紧力稳定。

4、专用夹具：通常采用带冷却通道的转接夹具。夹具与试样接触面常设计有氧化铝陶瓷隔热片，进一步阻隔热传导，确保试样标距段位于均匀高温区，而夹持端保持低温。

5、视频引伸计

四、测试流程

1. 试样制备

形状与尺寸：通常采用“狗骨状”或“哑铃状”试样以减小应力集中，确保断裂发生在平行标距段。具体尺寸需根据标准或研究目的设计。

加工方法：采用激光切割、线切割等精密加工技术从CMCs板上切取，确保边缘质量，减少加工损伤。

2. 尺寸测量

在试样平行段的不同位置（通常至少5个点）精确测量宽度和厚度，取平均值用于计算横截面积。

3. 表面处理（喷涂散斑）

为配合DIC系统进行应变测量，需在试样表面喷涂耐高温的黑白哑光散斑。散斑应均匀、高对比度，且能与试样表面在高温下共同变形而不脱落。

4. 装夹试样

调整试验机上下夹头距离以适应试样长度。

将试样放入冷却夹具中，确保对中。

缓慢均匀地拧紧夹紧螺栓，施加适当的夹紧力，既要防止试样滑移，又要避免压坏夹持段。

5. 设备清零与调试：

在力控制模式下，轻微松弛夹紧力，确保试样无初始应力，随后将力传感器“清零”。

搭建并调整DIC摄像系统，对焦于试样散斑区域，确保视野清晰。

6. 升温与保温

启动高温炉，按预设速率加热至目标温度。

到达目标温度后，需保温一段时间（如15-30分钟），确保试样内部温度均匀一致。

7. 进行测试

设置恒定的横梁位移速度（如0.5 mm/min）。

启动测试程序，试验机自动施加拉伸载荷，DIC系统同步采集图像数据。

持续测试直至试样完全断裂。

8. 数据处理与分析

利用软件处理DIC图像和载荷-位移数据，生成工程应力-应变曲线。

从曲线中分析特征点（如比例极限、强度、断裂应变）。

通过计算线性段的斜率确定弹性模量。

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来源：吾心吾知