石墨材料的力学性能

石墨材料的力学性能 (mechanical properties of graphite materials)

在力的作用下石墨材料所表现出的各种性能，又称为机械性能。石墨体在外力作用下发生形变，如果形变不超过弹性极限，外力卸除后形变可恢复原状，这种性能称为弹性，表示石墨弹性的参数有比例极限、弹性极限、弹性模量、弹性柔量、泊松比等。(见石墨晶体的弹性、多晶石墨的弹性)外力卸除后不能消失的形变，称为残余形变。石墨保持残余形变的能力，称为石墨的塑性，因而残余形变又称为塑性形变。表示石墨塑性的参数有屈服极限(流动极限)、延伸率、应力-应变关系等。(见多晶石墨的应力-应变性能)石墨抵抗外力的能力称为石墨的强度。表示石墨强度的参数有抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度和抗压强度等。(见多晶石墨的强度)石墨抵抗裂纹扩展的能力称为石墨的断裂韧性，表示石墨断裂韧性的参数有临界应力强度因子、裂纹扩展力、裂纹开口位移等。(见石墨的断裂韧性)石墨在一定应力下的塑性形变随时间的延续而增大，这一过程称为蠕变。表征蠕变的参数有蠕变应力指数、蠕变时间指数等。(见石墨的蠕变)在交变应力作用下，石墨体内部的能量损耗，称为内耗。表征内耗的参数有内耗峰，共振曲线的半峰宽度等。(见炭质材料和石墨材料的内耗)石墨对外界物体侵入的局部抵抗能力，称为硬度，是比较石墨材料软硬的指标。由于规定了不同的测试方法，所以有不同的硬度指标。对石墨材料来说，总的可分为压入硬度和回跳硬度两类。各种硬度的力学含义不同，互相不能直接换算，但可通过试验加以对比。压人硬度是用一定的载荷，将规定的具有一定形状和尺寸的特制压头，压入被测试件，以试件表面局部塑性形变的大小，来计算试件的硬度。由于压头、载荷及压入持续时间的不同，压入硬度有多种，如布氏硬度、洛氏硬度、努普硬度、维氏硬度等。(见硬度测试方法)回跳硬度是用特制的小球或小锤从一定高度自由下落，冲击被测试件，并以试件在冲击过程中储存应变能的多少来表征硬度的大小，而应变能的大小则用小锤回跳的高度来确定。

力学性能的测定值，一般分散性较大。同一试样要测定多达数十次，同一牌号的石墨，要选取多批试件，进行多次测定才能得到具有代表性的数据。这点十分重要。只测定几次或仅取几个试样进行测定，这样得到的数据，一般可靠性不高。以密度高达1.93g/cm³的高密模压石墨为例，每一力学性能的测定均在500次以上，大量实测数据的统计分析结果见下表。