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재료의 파괴인성(KIC)은 다음과 같이 정의된다.
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따라서, 재료의 파괴인성을 측정하기 위해서는 c 크기의 균열을 가지는 시편에 응력을 가하 여 파괴를 일으킨 후, 그 파괴응력(σf)를 구하면 될 것이다. 위 식에서 기하학적 상수 Y는 시편 및 균열의 형상에 의존하며 응력분석에 의해 얻어진다 [1].
재료의 파괴인성을 구하는 실험방법에는 다음의 여러 가지 방법이 있다.
형태가 가지런한 균열을 비교적 용이하게 도입할 수 있다.그러나, 이 방법은 선균열이 기울어져 진행되었거나 선균열전선이 현저하게 기울어지면 타당한 파괴인성값을 얻을 수 없으므로 양호한 선균열을 도입하기 위해서는 세심한 주의가 필요하다.
시편 형상이 단순하고 파괴 역학적 해석의 정밀도가 높다.
측정이 용이한 꺾임방식이다.
꺾임강도 시험(KS L1591)의 시편 및 꺾임파괴 시험후의 파편을 이용할 수 있다.
측정치의 재현성이 좋고 측정자에 따른 편차도 적다.
파인세라믹스의 파괴인성값(KIC) 측정방법으로 선균열 도입 방법 (이하 SEPB법)은 이미 KS L1600으로 표준화 되어 있다. 이 방법은 Fig. 1.과 같이 6개의 과정으로 이루어지는데 소정의 크 기를 갖는 시험편에 선균열도입치구를 사용하여 예리한 pop-in 균열을 도입하고 이것을 꺾임파괴 한 후 파단면에서 선균열 길이를 측정하여 파괴인성을 구하는 방법이다.
Fig. 1. Schematic of single-edge-precracked beam method.
시험편의 형상은 직육면체로서 크기 및 제작 조건은 아래와 같다.
시험편의 크기: 폭(W) 4±0.1㎜
두께(B) 3±0.1㎜
길이(L) 18㎜ 또는 36㎜
시편의 표면거칠기: 0.8 S 이하
면의 평행도 및 수직도: 0.01㎜ 이하
시험편의 수: 5개 이상
선균열 발생기점의 도입은 시험편의 인장면에 비커스 경도기로 한 개 또는 세 개의 압입자국 을 만들거나 또는 다이아몬드 블레이드로 놋치를 만드는 방법을 사용한다. 이 때 선균열 발생기 점의 도입조건은 아래와 같다.
기점도입위치: 시험편의 한끝에서 9±0.1㎜ 또는 18±0.1㎜
기점도입정밀도: 시험편과 수직으로 ±2°
기점도입 방법
비커스(누프) 압흔의 경우-압자 압입수: 1점(두께방향의 중심위치) 또는 3점(두께 B의 4분할 위치에 3점)놋치의 경우
-압자 압입방향: 압흔의 대각선이 시험편 길이 방향에 직교
-압자 인가하중: 10㎏f (98 N)-놋치 형상: 직선 놋치
-놋치의 폭: 0.2㎜ 이하
-놋치의 깊이: 0.5±0.1㎜ (0.6㎜ 깊이 이상의 놋치는 pop-in 균열이 발생하지 않는 경 우 가 있음)
-놋치선단의 형상: 특별히 규정하지 않음
선균열 도입치구는 Fig. 2와 같이 압자(pusher), 앤빌(anvil) 및 위치 결정용 자(setting jig)로 구성되어 있으며, 치구의 내압 한계는 6000㎏f이다. 6000㎏f 이상의 과부하를 가하면 앤빌에 오목 부가 생기는 경우가 있으므로, 가능한한 5000㎏f 이하의 하중을 가하는 것이 좋다. 통상 세라믹스 의 선균열 발생 하중은 5000㎏f 이하이다.
치구의 앤빌은 Fig. 2와 같이 양면 모두 이용할 수 있는 앤脊맥坪