微细石英/玻璃丝材在高温环境下的拉伸力学行为实验分析

在现代精密仪器、光学器件及航空航天等领域，弹簧玻璃丝和石英丝作为关键的超精细、高性能材料，其力学性能的可靠性直接决定了最终产品的质量与寿命。特别是在高温工作环境下，这些微细材料的拉伸强度、弹性模量等参数的变化至关重要。然而，由于其直径仅几十微米，且材质脆弱，对测试设备的精度、夹具的设计以及环境模拟能力提出了极高要求。

针对这一技术挑战，科准测控结合成熟的材料测试经验，制定了专业的高温拉伸测试方案。本文将系统介绍如何利用万能拉力试验机与高温环境箱，精确完成对弹簧玻璃丝和石英丝在20°C至100°C温度范围内的力学性能测定，包括其断裂力值、弹性系数及抗拉强度等关键指标。

一、 测试原理

本测试的核心原理是静态拉伸测试。将试样（弹簧玻璃丝或石英丝）的两端分别固定在万能拉力试验机的上下夹具上，在设定的高温环境中，驱动横梁以恒定的速度移动，对试样施加轴向拉伸载荷，直至其断裂。从而得到以下数据：

最大力值：试样在断裂前所能承受的最大拉力。

抗拉强度：最大力值除以试样的原始横截面积（需预先精确测量直径）。

弹性系数（杨氏模量）：在材料的弹性变形阶段，应力与应变的比值。通过分析力值-位移曲线的线性段斜率，并结合试样的标距和截面积计算得出。

二、 参考标准

GB/T 228.1-2021 《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》

ASTM E8/E8M 《金属材料拉伸试验方法》

ISO 6892-1 《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》

三、 测试设备与配置

1、KZ-68SC-05XY 万能拉力试验机

1. 高温环境试验箱

工作温度范围20°C至100°C，可精确控制并保持测试所需的恒定高温环境，以模拟材料的实际工作条件。

3、专用夹具

尖嘴波纹小夹具 & 波纹铝夹具：针对直径仅几十微米的脆性丝材专门设计。

尖嘴设计：便于精确夹持微细样品，防止打滑。

波纹夹面：增大摩擦力，均匀分散夹持力，有效避免因应力集中而导致的试样在夹持处提前断裂。

四、 测试方案详解

1. 样品准备

使用千分尺或激光测径仪精确测量每根丝材的直径，至少在不同位置测量三次取平均值，用于计算横截面积。

确定并标记有效的拉伸标距。

2. 测试流程

夹具安装：根据试样类型选择合适的夹具（尖嘴波纹夹具优先）并安装在试验机上。

试样装夹：小心翼翼地将试样垂直、对中地装入上下夹具中，以极小的预紧力轻轻夹紧，确保试样不受扭转或侧向力。

环境箱设置：关闭环境箱门，设定目标温度（如20°C, 50°C, 100°C等），待温度稳定并保持一段时间后开始测试。

测试参数设置：在软件中选择对应的传感器量程，设置合适的拉伸速度（通常较低，如1-5 mm/min，以确保数据采集的充分性）。

开始测试：启动试验机，系统自动执行拉伸测试，实时绘制力值-位移曲线，并记录断裂全过程。

数据采集与分析：测试结束后，软件自动计算并输出最大力值、弹性系数、抗拉强度等结果。

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