选用材料的主要依据是它的使用性能、工艺性能和经济性，其中使用性能是首先需要满足的，特别是有针对性的材料力学性能往往是材料设计和使用所追求的主要目标。人们要有效地使用材料，必须首先了解材料的力学性能以及影响材料性能的各种因素，因此，材料力学性能的测试是所有测试项目最重要和最主要的内容之一。
材料的力学性能是指材料在外力作用下变形和破坏的性能，确定材料的力学性能主要是依靠试验的方法[1]。材料力学性能测试的最基础仪器是试验机。按照被测试样在测试过程中的不同受力(变形)特征，试验机大体可分为静态试验机和动态试验机(也称疲劳试验机)。电子万能试验机是以伺服电机作为动力的机器，是静态试验机的主流，具有多种加载方式，可用于金属、非金属、复合材料等进行拉伸、压缩、弯曲等的静态力学性能的测试，是测定各种材料性能的重要设备。因其具有系统可靠、响应快、间隙小、噪音低、加载平稳、精度高等优点，电子万能试验机被广泛地应用于冶金、机械、电子、交通运输等工业部门以及科研单位和大专院校。
本文主要介绍电子万能材料试验机在真空电子材料研究中的应用。随着北京真空电子技术研究所(BVERI)生产科研技术水平的不断发展，对材料力学性能测试的要求也日益提高，针对高压硅橡胶线、氧化铝陶瓷、金属一陶瓷封接强度等真空电子材料的力学性能测试，设计并制作了科学合理的试验夹具，使测试结果更加准确、可靠，操作更加简便；同时还新开展了氧化铝陶瓷整管封接强度测试和金属材料力学性能测试工作，解决了日常科研生产中在材料方面出现的许多实际问题。
l 设备简介
AG-IC电子万能材料试验机能够完成金属材料、非金属材料的常温的拉伸、压缩、弯曲、循环等性能试验。试验机配备有两个传感器，最大载荷分别为50和5 kN。
2电子万能材料试验机在真空电子材料研究中的应用
2．1高压硅橡胶线力学性能测试
2．1．1试样制备
本试验是在高压硅橡胶线未经老化处理时，测定其绝缘材料的最大抗拉力和断裂伸长率。试样统一制备成长度为200 mm的管状试件，抽出导体，夹头之间所测试的试样长度为80 mm，拉伸速度为50 mm／min。依据BVERI制定的《硅橡胶线验收办法》，应同时满足最大抗拉力超过30N、断裂伸长率超过300％为合格。在夹头处拉断的任何试件的试验结果均应作废。
2．1．2测试方法
使用原有的CSS44020型电子万能试验机进行测试时，试验夹具为夹持式夹具，由于该夹具的使用局限性，需在测试前将管状试件两端打结，用游标卡尺分别测量每个试件的结间距，无法精确到80mm。试验过程中打结处会有拉紧、甚至脱落的现象，所以实际所测试的试件长度会比之前所测量的结间距要长一些，致使断裂伸长率的测试结果不准确。同时，夹具完全靠机械夹紧，夹得太紧，夹头处应力集中，往往会出现在夹头处断裂的情况；夹得太松，在测试过程中试件会脱落，这均需要重新取样测试。图1为夹持式夹具高压硅橡胶线测试装置图。综合考虑以上因素，我们重新设计了试验夹具，采用了气动波纹型夹具，首先波纹型夹具可以很好的避免夹持管状试件时夹头应力集中的现象，不会使试件拉伸过程中在夹头处断裂；其次，气动型夹具夹持试件时力度适中，避免了测试过程中试件脱落或夹断。图2为气动波纹型夹具高压硅橡胶线测试装置㈦、
2．1．3结果与讨论
本次试验对同一批高压硅橡胶线采用两种不同夹具进行了比较测试，试验温度为23±5℃，拉伸速度为50 mm／rfiin。结果如表1所示。
从表1可以看出，本次所测试的声2．5 mm规格的高压硅橡胶线最大抗拉力和断裂伸长率均达到了BVERI的测试标准。气动波纹型夹具测试结果数据一致性比较好，同批次试样所测得的最大抗拉力和断裂伸长率也都略高些。另外，测试过程中发现，采用气动波纹型夹具所测试试样均为中间部位断裂，而夹持式夹具所测试试样样两端断裂的现象比较多，因此导致测试结果偏低。
2．2氧化铝陶瓷机械性能测试
2．2．1试验方法
氧化铝陶瓷具有优异的电性能、热性能、机械性能及其它优越的物化性能，因而广泛用于电子、电力、机械、化工及高科技等领域，特别是电力系统大量采用氧化铝陶瓷作真空开关管管壳的结构材料。陶瓷材料的机械强度是其抵抗外加机械负荷的能力，是陶瓷材料重要的力学性能，是设计和使用陶瓷的重要指标之一。
三点弯曲试验是陶瓷材料最常用、发展最完善的试验技术，但是四点弯曲试样上受最大拉应力的表面面积比三点弯曲试样的大，在这么大表面上出现缺陷的概率也就大得多，因此，四点弯曲试验测出的强度往往比三点弯曲试验测出的强度低，反映了试样更大表面的缺陷，更能体现其真实机械性能。因此，设计加工了上跨距为1 cm的四点抗折试验压头，新开展了氧化铝陶瓷材料四点抗折强度测试。
2．2．2结果与讨论
目前三点抗折强度测试应用比较广泛，国家标准GB／T5593规定了95％氧化铝陶瓷三点抗折强度仃≥280 MPa，每根强度不应低于平均抗折强度的90彬2。，对四点抗折强度没有给出具体标准。
本次测试所采用的是95％氧化铝陶瓷圆截面试样，试样尺寸为dp7．2 mm×70 mm，测试速度为0．5 mm／min，分别对两批不同工艺试样进行了测试，测试结果见表2和表3。
从测试结果可以看出，同为95％氧化铝陶瓷，第一批试样的至点和四点抗折强度均明显高于第二批试样。影响95％氧化铝陶瓷性能的原因错综复杂，与原料选择加工、组成的配制、坯料的成型方法、烧结温度、保温时间、烧结气氛和炉窑类型及质量都有很大关系。另外，测试数据显示，四点弯曲试验测出的强度确实比三点弯曲试验测出的强度低。
2．3氧化铝陶瓷-金属封接强度测试
陶瓷一金属封接界面单位面积所承受的最大抗张应力，称为抗拉强度(封接强度)[3]。其测试方法分为三种：标准瓷件法、三点法和整管封接强度测试。本文仅对标准瓷件法和整管封接强度测试方法进行分析讨论。
2．3．1标准瓷件法
2．3．1．1试样制备
标准陶瓷试样采用浇注、热压铸、挤压、干压和等静压等工艺成型，封接面上应平整，不允许有可见的气孔及斑点，粗糙度Ra为0．80～1．60扯m[引。封接之前，应严格清洁处理。
2．3．1．2试验方法
陶瓷一金属封接抗拉件应该在封接面或在封接面附近2 mm内断裂方为有效试样。
图3为原有螺纹式封接试样抗拉试验夹具示意图[5]，该夹具设计的尺寸偏大，标准陶瓷一金属封接抗拉件安装好之后，与夹具之间有很大缝隙，夹具对中不好，与标准试样接触处吻合得也不好，这样就会造成瓷件在圆弧处断裂。此套夹具采用的是螺纹拧紧的，操作起来比较费时费力。另外，随着陶瓷金属化及封接技术水平的提高，陶瓷一金属封接抗拉件抗拉强度也越来越高，有些已达到20 kN左右甚至更高，而德国WPM型试验机最大载荷为20 kN，所以试样就会出现过载荷拉不断的情况，已无法满足测试要求。
针对上述这些问题，我们在AGIC型电子万能材料试验机上设计并加工了新的试验夹具，图4为该夹套式夹具的内部示意图，图5为采用该夹具进行抗拉强度测试装置图。此夹具与标准陶瓷一金属封接抗拉件尺寸非常吻合，保证了夹具对中，避免了在瓷件圆弧处应力集中，造成瓷件在圆弧处断裂的现象，更真实地反映了陶瓷一金属封接抗拉件抗拉强度。另外，测试速度均为6 mm／min的情况下，原先测试一个试样需要5 rain左右，现在只需不到2min，大大节约了测试时间。AG—IC型电子万能材料试验机最大载荷为50 kN，同时也解决了试样过载拉不断的问题。
2．3．1．3结果与讨论
本次测试采用了同批次陶瓷一金属封接抗拉件分别采用两套夹具做了对比试验，测试速度均为6mm／min，测试结果见表4。从表4可以看出，两套夹具的测试数据还是比较一致的，新的夹套式夹具所测数据略高一些，说明我们设计的封接试样抗拉试验夹具在工艺方面还是非常科学合理的，满足了试验需求，而且操作简便，大大提高了测试效率。
2．3．2整管封接强度测试
整管封接强度测试是最直接、真实反映陶瓷一金属封接强度的测试方法，是在真空开关管用的陶瓷管壳断面进行金属化，与金属封接．与其实际工作状态是一致的。由于其载荷值较高，也没有相应的试验夹具，以前一直未开展相关工作，AG—IC电子万能材料试验机引进之后，采用jo kN的楔形夹具，进行了整管封接强度的测试。测试速度为3 mm／min，图6为整管封接强度测试图。表5为不同批次不同工艺整管封接强度测试数据。
2．4金属材料力学性能测试
金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面，即：机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能。
金属材料的机械性能是指金属在一定温度条件下承受外力(载荷)作用时，抵抗变形和断裂的能力，也称为力学性能。
拉伸试验是最常规的金属材料力学性能试验方法．由试验得出的性能指标可以反映材料最基本的力学面貌，用于检验金属材料的制造质量，而且对于研究和改善材料的性能、探讨金属塑性变形的机制也是十分重要的。
本文只做了无氧铜和瓷封合金4J33的常温拉伸试验，根据GB／T228—2002《金属材料室温拉伸试验方法》，做成哑铃型圆试样，标距为35 mm，直径为5 mm。测试速度为1 mm／min。
2．4．1瓷封合金4J33性能测试
瓷封合金4J33常温拉伸试验测试结果见表6。图7为瓷封合金4J33常温拉伸曲线图，从测试结果可以看出，瓷封合金4J33具有中等强度，较好的延伸率和切削性能，易加工成构件。其拉伸曲线图，可以大概分四个阶段。Oa为弹性阶段，变形是弹性的，应力与应变呈线性关系；ab段仍为弹性变形，但应力与应变不再是线性的，之后材料一般会出现屈服现象，但瓷封合金4J33的上、下屈服点不明显，屈服现象也不明显．产生0．2％塑性应变时的应力值为材料的“条件屈服极限”[6]，即19。．。；bc段为强化阶段，应力达到最高限，称为强度极限，也就是材料的抗拉强度arb；cd段为局部变形阶段，试样发生局部变形，在某一局部范围内，横截面的尺寸急剧缩小，出现“颈缩”现象。由于截面的局部收缩，使试样继续变形所需的拉力相应减小，用横截面初始面积算得的名义应力随之下降，至d点时试样被拉断。
2．4．2无氧铜性能测试
无氧铜常温拉伸试验测试结果见表7。图8为无氧铜常温拉伸曲线图，从测试结果可以看出，无氧铜强度比较低，具有较好的加工性能。其拉伸曲线图明显不同于瓷封合金4J33，可以大概分三个阶段，oa为弹性阶段，变形是弹性的，应力与应变呈线性关系；ab段为强化阶段，应力达到最高限，也就是材料的抗拉强度arb；bc段为局部变形阶段，试样发生局部变形，出现“颈缩”现象。至c点时试样被拉断。无氧铜没有屈服阶段，不存在屈服现象，所以只有一个应力特征值arb，不存在屈服应力。
3 结论
(1)气动波纹型夹具的使用很好地避免了夹持管状试件时夹头应力集中和测试过程中试件脱落的现象，不会使试件拉伸过程中在夹头处断裂。测试数据更加真实、准确。
(2)四点抗折试验反映了试样更大表面的缺陷，更能体现其真实机械性能，可以同三点抗折试验同步比较测试。
(3)标准瓷件法夹具的改进以及整管封接强度测试工作的开展，使我们对氧化铝陶瓷一金属封接强度的测试更加全面，同时也提高了测试效率和测试数据准确性。
(4)金属材料应用十分广泛，而金属材料力学性能测试是一个很复杂的领域，目前只做了无氧铜和瓷封合金4J33的常温拉伸试验，从测试数据可以分析材料的基本机械性能，以后应逐步开展各种金属材料的拉伸、压缩和弯曲测试，使材料测试更加全面、可靠。
