ICSXX.XXX.XX

CCSXXXX

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTMXXXXX—202X

石墨抗拉強(qiáng)度檢測(cè)劈裂拉伸法

Testmethodfortensilestrengthofgraphitebydisccompression

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實(shí)施

中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

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引言

人造石墨廣泛應(yīng)用于核工程構(gòu)件，作為慢化劑、反射層、熔鹽流道和堆芯結(jié)構(gòu)材料。

這些構(gòu)件在高溫、強(qiáng)輻照環(huán)境下服役，評(píng)價(jià)其輻照后的抗拉強(qiáng)度對(duì)于反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)和安全

性評(píng)估十分重要。用傳統(tǒng)材料試驗(yàn)方法如ASTMC749或者DIN51914獲取的抗拉強(qiáng)度，

需要較大的試樣。由于輻照倉(cāng)空間有限，難以進(jìn)行大尺寸石墨輻照實(shí)驗(yàn)，這就給獲取輻照

后的石墨試樣造成很大困難，從而影響人造石墨抗拉強(qiáng)度的測(cè)試。采用劈裂拉伸法獲取人

造石墨的抗拉強(qiáng)度，所需試樣的尺寸比較小，可以很好地適應(yīng)輻照倉(cāng)的空間。本標(biāo)準(zhǔn)的制

定可以指導(dǎo)和規(guī)范人造石墨劈裂拉伸試驗(yàn)，很方便地測(cè)試輻照后石墨的抗拉強(qiáng)度。同時(shí)，

國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的石墨抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果能夠相互參考和借鑒，從而提高資源利用率，避免重

復(fù)試驗(yàn)。本標(biāo)準(zhǔn)也可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域的人造石墨，大量節(jié)約試驗(yàn)材料。

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石墨抗拉強(qiáng)度檢測(cè)劈裂拉伸法

警示——使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指出所有可能的安全問(wèn)

題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧⒈ＷC符合國(guó)家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。

1范圍

本文件規(guī)定了劈裂拉伸法的方法。

本文件適用于通過(guò)劈裂拉伸法測(cè)試石墨抗拉強(qiáng)度的流程。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

ASTMC749Standardtestmethodfortensilestress-strainofcarbonandgraphite

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/TXXX界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。（如果GB/TXXX和本文件術(shù)語(yǔ)和定義都有）

3.1

劈裂抗拉強(qiáng)度

依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)獲得的材料抗拉伸強(qiáng)度。

[來(lái)源：GB/TXXXX—20XX，X.X]

4原理

通過(guò)在圓盤(pán)形試樣邊緣加載徑向壓力，會(huì)產(chǎn)生一種垂直于加載軸的橫向拉伸應(yīng)力，該拉伸應(yīng)力使石

墨試樣因開(kāi)裂而破壞，從而獲得劈裂拉伸強(qiáng)度。為獲取一致而有效的劈裂抗拉強(qiáng)度，必須保證起裂點(diǎn)位

于圓盤(pán)中心。根據(jù)規(guī)定條件加載并且起裂點(diǎn)在圓盤(pán)中心時(shí)，通過(guò)徑向壓縮測(cè)得的應(yīng)力即為圓盤(pán)中心位置

處的最大拉伸應(yīng)力。需要強(qiáng)調(diào)的是，這種應(yīng)力值是在復(fù)雜的雙軸應(yīng)力條件下獲取的。測(cè)試者通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?/p>

操作獲得具有高度一致性的測(cè)試結(jié)果可以進(jìn)行相互比較。采用本標(biāo)準(zhǔn)方法，拉伸應(yīng)力垂直于加載軸并

且起裂點(diǎn)在圓盤(pán)中心，可確保圓盤(pán)試樣沿著加載軸發(fā)生徑向斷裂。

5儀器和設(shè)備

5.1加載裝置

5.1.1如圖1，壓力機(jī)用于加載和反饋試樣所受軸向壓力，并能按要求的加載速率向試樣施壓。

1

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圖1:建議的劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)裝置

5.2承載面

測(cè)試機(jī)應(yīng)包括兩個(gè)彎曲的剛性?shī)A具承載區(qū)，如圖2。

圖2:裝載夾具圖

5.2.1彎曲承載塊

彎曲承載塊，用于減少承載塊和試樣間的接觸應(yīng)力。彎曲承載塊的曲率半徑應(yīng)該與試樣的接觸弧成

2

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30°，并且接觸寬度應(yīng)小于試樣半徑R。

5.3裝載夾具

本標(biāo)準(zhǔn)的裝載夾具設(shè)計(jì)如圖2所示，其設(shè)計(jì)尺寸如表1所示。適合的試樣尺寸如表2所示，表中尺

寸可確保承載夾具與試樣接觸弧的臨界角度為30°，如圖3所示

表1:保持30°接觸角的夾具尺寸

名稱夾具尺寸/mm

樣品直徑/mm101520

R57.510

L1171717

L2555

L31.51.51.5

L4121212

W1303030

W2101010

W3101010

W42.593.885.18

W512.5113.1713.83

W6555

a30°30°30°

b15°15°15°

表2:可接受的試樣幾何形狀

樣品尺寸

直徑/mm厚度/mm

105

157.5

2010

3

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圖3:夾具圖

6樣品

試樣應(yīng)選自坯樣，以獲得指定試驗(yàn)條件下的指定等級(jí)和去向的石墨強(qiáng)度。

6.1試樣直徑最小尺寸是10mm，可接受的試樣尺寸如表2所示。厚度值對(duì)應(yīng)直徑試樣所允

許的最大厚度。

6.2試樣數(shù):有效平均值的獲取應(yīng)當(dāng)不少于十個(gè)試樣。如果重復(fù)性測(cè)試結(jié)果可靠（變差系數(shù)

少于5%），試樣數(shù)量可以適量減少。

6.3測(cè)試試樣應(yīng)該是紐扣型的直圓柱狀，其兩端加工成相互平行的平面，且這兩個(gè)平面應(yīng)

垂直于圓柱面，其徑向偏離程度應(yīng)在0.025mm以內(nèi)。所有表面的光潔程度應(yīng)在0.8μm以

內(nèi)。制樣過(guò)程需謹(jǐn)慎以確保所有表面上都不出現(xiàn)裂口或其他缺陷。

6.4確定試樣的厚度和直徑，使其與對(duì)應(yīng)尺寸的偏差小于0.25%。厚度的確定應(yīng)基于三次

以上測(cè)量的平均值，其中一次測(cè)量點(diǎn)應(yīng)在圓盤(pán)中心。直徑應(yīng)取兩次垂直位置處測(cè)量的平均

值。

6.5濕度條件對(duì)石墨抗拉強(qiáng)度有顯著影響。測(cè)試前應(yīng)在不低于130°C的條件下對(duì)試樣干

燥一小時(shí)。如果試樣在干燥后未立即使用，應(yīng)將其存儲(chǔ)在干凈的干燥皿中。

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7試驗(yàn)步驟

7.1標(biāo)記：參考標(biāo)記除了可以輔助確定試樣上的預(yù)設(shè)方向，還可以輔助尺寸測(cè)量。標(biāo)記參

考點(diǎn)時(shí)應(yīng)不損壞試樣表面。對(duì)各向異性石墨，應(yīng)當(dāng)確保標(biāo)記遵從晶粒取向，每個(gè)試樣上的

參考線應(yīng)指向相同的方向。

7.2定位：

7.2.1加載裝置：應(yīng)將其放于球形面座板中心位置，誤差不超過(guò)1.25毫米。

7.2.2試樣放置：試樣上參考點(diǎn)和垂直于加載方法的軸線所成角度應(yīng)不超過(guò)10°，拉

伸載荷和記錄的方向?yàn)榇怪庇诩虞d方向的軸向。由于，各向同性石墨的試樣放

σσAG=WG

置要求沒(méi)有各向異性石墨嚴(yán)格。

7.3加載：用恒定速率運(yùn)動(dòng)的十字頭或壓板運(yùn)動(dòng)向試樣連續(xù)施加載荷，直到試樣最終失效。

所選取的運(yùn)動(dòng)速率應(yīng)使平均斷裂時(shí)間大于30秒。

7.4斷裂方向，可見(jiàn)的斷裂應(yīng)在試樣中心位置起裂并發(fā)生在與拉伸方向垂直的平面上。

8計(jì)算

9.1用Awaji[1]和Hondros[2]方法計(jì)算最大拉應(yīng)力：

2

Pb

σt≈?1

πLRR

9.2采用本標(biāo)準(zhǔn)所描述的30°的夾具設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算：

P

σ≈0.931

tπLR

這里：

是劈裂抗拉強(qiáng)度，單位MPa(psi)

σt

P是試驗(yàn)機(jī)顯示的最大加載，單位N（或者lbf）

L試樣厚度，單位mm(或者in.)

D試樣直徑，單位mm(或者in.)

b接觸長(zhǎng)度，單位mm(或者in.)

R試樣半徑，單位mm(或者in.)

9精密度和測(cè)量不確定度

10試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)當(dāng)包括下列內(nèi)容：

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a）試樣信息，包括：制造商名字，石墨批號(hào)，成型方式，方坯數(shù)量，試樣取向（WG

或者AG）；

b）采樣和測(cè)試數(shù)據(jù)；

c）試樣直徑和厚度；

d）加載速率或者形變速率；

e）所計(jì)算的各個(gè)試樣的劈裂抗拉強(qiáng)度、平均劈裂抗拉強(qiáng)度及其標(biāo)準(zhǔn)差或偏差；

f）斷裂類(lèi)型和位置;

g）測(cè)試時(shí)的氣溫和濕度。

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附錄C

（資料性）

起草單位和主要起草人

本文件起草單位：中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所，貴州大學(xué)，成都方大炭炭復(fù)合材料股份有限

公司,清華大學(xué)，中國(guó)核電工程有限公司，中山大學(xué)

本文件主要起草人：曾廣禮，熊東波，周伯謀，陳紅鳥(niǎo)，李虓，蘇啟暉，趙世貴，黃慶，王晚霞，

王佳敏,孫立斌，史力，賀楷，馬顯鋒

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參考文獻(xiàn)

[1]Awaji,H.andSato,S.,“DiametralCompressiveStressConsideringtheHertzianContact,”

JournaloftheSocietyofMaterialsScience,Japan,Vol27,1978,

[2]Hondros,G.,“TheEvaluationofPoisson’sRatioandYoung’sModulusofMaterialsofaLow

TensileResistancebytheBrazilianTest,”AustralianJournalofAppliedScience,1959.

_________________________________

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前言

本文件參照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》，GB/T20001.4

《標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)規(guī)則第4部分：試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》給出的規(guī)則起草。

請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專(zhuān)利的責(zé)任。

本文件由中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)XXXX領(lǐng)域委員會(huì)（CSTM/FCXX）提出。

本文件由中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)XXXX領(lǐng)域委員會(huì)（CSTM/FCXX）或技術(shù)委員會(huì)

（CSTM/FCXX/TCXX）歸口。

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石墨抗拉強(qiáng)度檢測(cè)劈裂拉伸法

警示——使用本文件的人員應(yīng)有正規(guī)實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文件并未指出所有可能的安全問(wèn)

題。使用者有責(zé)任采取適當(dāng)?shù)陌踩徒】荡胧⒈ＷC符合國(guó)家有關(guān)法規(guī)規(guī)定的條件。

1范圍

本文件規(guī)定了劈裂拉伸法的方法。

本文件適用于通過(guò)劈裂拉伸法測(cè)試石墨抗拉強(qiáng)度的流程。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

ASTMC749Standardtestmethodfortensilestress-strainofcarbonandgraphite

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/TXXX界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。（如果GB/TXXX和本文件術(shù)語(yǔ)和定義都有）

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