(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211018426.0 (22)申请日 2022.08.24 (71)申请人 钢研纳克检测技 术股份有限公司 地址 100089 北京市海淀区高梁桥 斜街13 号 申请人 中国人民解 放军92228部队 (72)发明人 任群　赵雷　万卫浩　张文宇　 王海舟　曹京宜　方志刚　殷文昌　 臧勃林　 (74)专利代理 机构 北京中睿智恒知识产权代理 事务所(普通 合伙) 16025 专利代理师 侯文峰 (51)Int.Cl. G01N 3/42(2006.01) G01N 3/02(2006.01)G06V 20/69(2022.01) G06V 10/422(2022.01) (54)发明名称 一种用于陶瓷材料断裂韧性的表征方法及 系统 (57)摘要 本发明公开了一种用于陶瓷材料断裂韧性 的表征方法及系统， 包括： 获取陶瓷材料样品， 根 据陶瓷材料的材料特征， 对样品的表 面进行切割 打磨抛光， 制备待测区域； 通过对待测区域， 进行 显微维氏压痕和裂纹的预制， 采集获取具有显微 维氏压痕和裂纹的区域图像； 通过图像识别分析 获取显微维氏压痕和裂纹的尺 寸参数， 判断裂纹 类型， 确定裂纹类型对应的断裂韧性经验计算公 式； 基于每种裂纹类型对应的断裂韧性经验计算 公式， 表征陶瓷材料样品的断裂韧性值； 本发明 利用图像识别技术对单点/高通量预制压痕区域 的压痕尺寸、 裂纹尺寸分别进行快速识别， 获得 断裂韧性快速 /高通量检测及原位分布。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115420637 A 2022.12.02 CN 115420637 A 1.一种用于陶瓷材 料断裂韧性的表征 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取陶瓷材料样品， 根据陶瓷材料的材料特征， 对样品的表面进行切割打磨抛光， 制备 待测区域； 通过对所述待测区域， 进行显微维氏压痕和裂纹的预制和图像采集， 获取具有所述显 微维氏压痕和所述裂纹的区域图像； 通过图像识别分析， 确定所述显微维氏压痕和所述裂纹的尺寸参数， 判断裂纹类型， 获 取所述裂纹类型对应的断裂韧性经验计算公式； 基于每种所述裂纹类型对应断裂韧性经验计算公式， 计算表征所述陶瓷材料样品断裂 韧性值。 2.根据权利要求1所述 一种用于陶瓷材 料断裂韧性的表征 方法， 其特 征在于： 在获取陶瓷材料样品的过程中， 根据样品硬度、 导电性以及形状、 测试需求， 设置取样 规则、 切割方法、 线切割进给速率、 切割路径， 制备 所述陶瓷材 料样品。 3.根据权利要求2所述 一种用于陶瓷材 料断裂韧性的表征 方法， 其特 征在于： 在制备待测区域的过程中， 根据陶瓷材料硬度和耐磨性， 选择砂纸对样品的表面进行 打磨抛光， 其中， 所述砂纸包括金刚砂纸、 碳化硅砂纸、 人造金刚砂纸、 水砂纸中的一种或多 种的组合。 4.根据权利要求3所述 一种用于陶瓷材 料断裂韧性的表征 方法， 其特 征在于： 在对所述待测区域进行显微维氏压痕和裂纹的预制的过程中， 根据陶瓷材料硬度、 测 试区域形状和尺寸、 测试需求， 选择压头为金刚石压头， 设置载荷(4.9N ‑2450N)、 保载时间 (5s‑20s)、 测试间隔(5倍 ‑20倍压痕对角线尺 寸， 或根据国家标准进行设置)、 阵列设置(m × n； 1≤m≤100,1≤n≤100)， 获得所述显微维氏压痕和所述裂纹的单点及相应的高通量阵 列。 5.根据权利要求 4所述一种用于陶瓷材 料断裂韧性的表征 方法， 其特 征在于： 在采集尺寸参数的过程中， 基于所述显微维氏压痕和所述裂纹的特征尺寸， 根据单点 测试或阵列测试， 选择单张拍摄模式或全视场高通量拍摄模式， 调整亮度、 对比度、 对焦， 对 所述待测区域进 行图像采集， 并根据实际需要对所述待测区域的阵列测试区域进 行图像拼 接； 通过图像识别分析技术(包括基于阈值分割的图像识别技术、 基于机器学习的图像识 别分析技术)， 对采集图像进行图像识别分析， 确定显微维氏压痕菱形对角线尺寸、 扩展裂 纹尺寸参数。 6.根据权利要求5所述 一种用于陶瓷材 料断裂韧性的表征 方法， 其特 征在于： 在识别裂纹类型的过程中， 根据所述显微维氏压痕菱形对角线尺寸的第一平均尺寸， 以及所述扩展裂纹尺寸的第二平均尺寸， 判断采集图像中的裂纹类型， 其中， 当0≤l/a≤ 2.5时， 所述裂纹为巴氏裂纹(Pal mqvist Crack,P型裂纹)， 当c/a≥2.5时， 所述裂纹为 半月 形裂纹(Median  Crack,M型裂纹)， 2a表示第一平均尺寸， l表示第二平均尺寸， c表 示显微维 氏压痕中心点到裂纹尖端距离 。 7.根据权利要求6所述 一种用于陶瓷材 料断裂韧性的表征 方法， 其特 征在于： 在获取断裂韧性经验计算公式的过程中， 所述M型裂纹的断裂韧性经验计算公式表示 为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115420637 A 2其中， E和HV分别代表材料的杨氏模 量和维氏硬度， P在显微维氏压痕载荷值， c为显微压 痕中心点到裂纹尖端距离 。 8.根据权利要求7 所述一种用于陶瓷材 料断裂韧性的表征 方法， 其特 征在于： 所述P型裂纹的断裂韧性经验计算公式表示 为： 其中， l为裂纹长度， a为显微压痕对角线半长， 约束因子 9.根据权利要求8所述 一种用于陶瓷材 料断裂韧性的表征 方法， 其特 征在于： 在获取断裂韧性经验计算公式的过程中， 所述维氏硬度的表达式为： 10.一种用于陶瓷材料断裂韧性的表征方法， 其特征在于， 所采用的图像识别技术包括 基于阈值分割的图像识别技术、 基于机器学习算法的图像识别分析技术等图像识别分析技 术。 11.一种用于陶瓷材 料断裂韧性的表征系统， 其特 征在于， 包括： 数据采集模块， 用于 显微维氏压痕和裂纹的预制及进行图像采集及获取； 数据处理模块， 用于通过图像识别分析确定所述显微维氏压痕和所述裂纹的尺寸参 数， 判断陶瓷扩展裂纹类型， 确定所述裂纹类型对应的断裂韧性经验计算公式； 表征模块， 用于基于每种所述裂纹类型对应的所述断裂韧性经验计算公式， 计算表征 所述陶瓷材 料样品的断裂韧性 值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115420637 A 3