材料力学性能测试技术的进展与趋势
材料作为有用的物质，就在于它本身所具有的某种性能，所有零部件在运行过程中以及产品在使用过程中，都在某种程度上承受着力或能量、温度以及接触介质等的作用，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。材料性能测试与组织表征的目的就是要了解和获知材料的成分、组织结构、性能以及它们之间的关系。而人们要有效地使用材料，首先必须要了解材料的力学性能以及影响材料力学性能的各种因素，因此，材料力学性能的测试是所有测试项目中最重要和最主要的内容之一。
在人类发展的历史长河过程中，人们已经建立了许多反映材料表面的和内在的各种关于力学、物理等相关材料性能的测试和分析技术，近现代科学的发展已使材料性能测试分析从经验发展并建立在现代物理理论和试验的基础之上，并且，随着人们对材料的力学性能和使用性能的广泛研究和深入理解，也显著促进了材料力学性能测试技术、理论、方法和设备的迅速发展。
力学性能测试技术与方法发展的趋势和特征
随着现代科学技术的发展、生产及经济建设的需要以及层出不穷服务于高科技和现代文明需求的新材料的出现，人们一直不断地完善和建立新的各种材料性能测试的指标体系和相应的测试方法。尤其是，由于近代物理学、微电子学、材料学、计算机技术、自动控制技术等学科的迅速发展，提供了很多敏感元件、转换元件、检测器件、显示与记录装置等新器材和新技术，使材料性能测试技术出现了新的面貌，不仅使很多原来的测试仪器和方法得到很大的改进和更新，而且还建立了大量的新测试技术和方法以及相应地研制了一系列的新设备，解决了许多以往不能解决的问题。
材料性能测试是将反映材料内在特性的信息进行提取和显示的过程。材料力学性能测试的内容很多，所涵盖的面及领域也较广，测试的对象涉及了钢铁、有色金属和合金、陶瓷、水泥、高分子材料、复合材料以及包括纳米材料、薄膜材料、生物医学材料、非晶合金等新型材料。１９世纪初期，英国最先设计和制造出了卧式拉伸试验机。随后，机械式、液压式、电磁式等各种类型的材料试验机相继问世，测试设备也由简到繁逐步改进。１９４９年美国设计并制造出了电子拉伸试验机。２０世纪６０年代以后，电子技术与无线电技术,随着计算机技术的高速发展，使材料力学性能测试技术获得了显著提高。２０世纪８０年代以来，对服役条件下材料力学性能原位观测的发展尤为突出，一些单项性能测试新技术也得到了发展，如对陶瓷、表面涂敷材料等。迄今已发展起来的力学性能测试技术和方法主要有：拉伸、压缩、弯曲、扭转、硬度、冲击、摩擦、磨损等静、动载试验，还有线弹性和弹塑性条件下的断裂力学、平面应变断裂韧度、延性材料裂纹尖端张开位移、动态断裂韧度、疲劳裂纹扩展速率及门槛值，以及其他条件下材料断裂韧度的试验方法及影响材料断裂韧度的主要因素等。在高温条件下材料的力学性能除考虑载荷因素外，还必须考虑温度和时间这两个很重要的因素，高温条件下的力学性能试验有蠕变试验、持久强度试验、蠕变裂纹扩展速率试验、蠕变疲劳复合试验以及应力松弛试验等。这些传统和常规的材料力学性能测试技术和方法，大都已形成规范手册、教材及国际测试标准或国家标准。
由此可见，在材料力学性能测试过程中需要考虑的参量很多，除了要考虑材料测试时加载的载荷和速率及频率等条件，例如：是轴向、径向、表面、弹性、塑性、总应变等应变，还是拉、压、弯、扭、剪切、复合应力等应力；应力是有规律变化的，还是随机变化的；是低速、中速、高速、超高速的应变速率，还是低频、中频、高频、超高频等应力循环频率等。另外还要考虑测试试样的尺寸和形状，例如：是一般、特小、特大、棒状、板状、管状、矩形、漏斗形、丝状、带状、薄膜、环形，还是带缺口、带人工裂纹或缺陷、模拟实物小试样、全尺寸构件等等。
力学性能测试技术的新进展和特点
材料力学性能测试新技术的发展是随着现代科技以及材料科学与工程的发展而发展的。当今，现代科学技术发展的主要领域有：航空航天、火箭、卫星；热核反应发电站；深海探井钻探；高温燃汽轮机；高压贮罐以及生物环境医学仿生等。在高科技的许多情况下，其工作条件非常复杂恶劣，如超高压、超高温、超低温、超真空、超高纯、超高速冷却、超高强、超辐射、耐腐蚀等，这就对材料的力学性能、材料试验技术提出了更高的要求。
１ 微纳材料力学性能测试技术的发展和应用
众所周知，材料的力学性能随尺寸发生变化，晶粒尺寸是影响传统金属多晶材料（晶粒尺寸在微米以上量级）力学性能的重要因素。当材料的晶粒尺度进一步减小到纳米量级时，其力学性能就不能再用简单的外推方法得出。纳米试验力学研究有两种途径，一是对常规的硬度测试技术、云纹法等宏观力学测试技术进行改造，使它们能适应纳米力学测量的需要，另一类是开发如原子力显微镜、摩擦力显微镜等新的纳米力学测试设备，建立新原理、新方法。
２ 薄膜力学性能测试技术的发展与应用
薄膜是一种特殊形态的材料，在微电子等领域得到了广泛的应用。薄膜材料的力学性能与大块材料的力学性能有较大差异，许多传统的力学测试技术与设备也不能直接用于薄膜材料的测试。薄膜的弯曲试验主要用于测定金属和非金属（如ＳｉＯ２、ＳｉＮ狓、硅等）材料的弹性模量、膜内残余应力、屈服强度和抗弯强度等。陈隆庆等针对薄膜的力学测试技术问题，较系统地阐述了压痕法、单轴拉伸法、两轴拉伸法、薄膜弯曲法、复合薄膜的测试法、微结构法和薄膜的疲劳性能研究等方法来测试薄膜的力学性能、残余应力和弹性模量。对于薄膜结合力的测试，通常可以采取胶粘法和直接法。胶粘法适用于结合力比较小的薄膜，即薄膜与基体间的结合力必须小于薄膜与胶粘剂之间的粘结力，所选用的粘结剂固化后其体积收缩率应该很小，一般可采用环氧树脂类的粘结剂。胶粘法可以采用引拉、剥离和拉倒法进行测试。
力学性能测试技术未来发展趋势及关注重点
整个现代材料测试技术正朝着快速、简便、精确、自动化、多功能等方向迅猛发展，对于力学性能测试领域，积极采用现代高科技手段，建立现代力学性能测试新技术和方法以及应用微电子技术、计算机技术、电液伺服控制技术、现代化仪器仪表控制技术等来加强和提高材料检测技术水平和效率是很有现实意义的。
随着现代科学技术和材料科学的不断发展，在力学性能测试领域也将不断地出现一些新的和值得进一步深入探讨的力学性能测试项目，如前所述的纳米材料、薄膜材料、生物材料以及复合材料等。由于复合材料组分的不均匀和各向异性，使其变形和断裂过程与一般材料的不同，这些性质以及它们引起的特殊力学行为是均质的、各向同性的材料所不具备的，致使一般的金属材料力学性能测试方法并不适用于复合材料。
（资料来源于-陈文哲（福建工程学院，福州３５０１０８））
