ISO 15733:2015

Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) - Mechanical properties of ceramic composites at ambient temperature in air atmospheric pressure - Determination of tensile properties

ISO 15733:2015 specifies the conditions for determination of tensile properties of ceramic matrix composite materials with continuous fibre reinforcement at room temperatures. This International Standard applies to all ceramic matrix composites with a continuous fibre reinforcement, unidirectional (1D), bi-directional (2D), and tri-directional (xD, with 2 x ≤ 3), loaded along one principal axis of reinforcement. NOTE In most cases, ceramic matrix composites to be used at high temperature in air are coated with an antioxidation coating.

Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des céramiques composites à température ambiante sous air à pression atmosphérique — Détermination des propriétés en traction

ISO 15733:2015 spécifie les conditions de détermination des propriétés en traction des matériaux composites à matrice céramique avec renfort de fibres à température ambiante. La présente Norme internationale s'applique à tous les composites à matrice céramique avec renfort de fibres, unidirectionnel (1D), bidirectionnel (2D), et tridirectionnel (xD, avec 2 x ≤ 3) sollicités suivant un axe principal de renfort. NOTE Dans la plupart des cas, les composites à matrice céramique destinés à un usage à haute température sous air sont protégés par un revêtement anti-oxydation.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 06-Aug-2015
• ICS: 81.060.30 - Advanced ceramics
• Technical Committee: ISO/TC 206 - Fine ceramics
• Drafting Committee: ISO/TC 206/WG 4 - Composites
• Current Stage: 9092 - International Standard to be revised
• Start Date: 08-Dec-2023
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Revises: ISO 15733:2001 - Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) - Test method for tensile stress-strain behaviour of continuous, fibre- reinforced composites at room temperature
• Effective Date: 26-May-2012

Overview

ISO 15733:2015 specifies how to determine the tensile properties of ceramic matrix composites (CMCs) with continuous fibre reinforcement at ambient temperature in air (atmospheric pressure). Applicable to unidirectional (1D), bi‑directional (2D) and tri‑directional (xD, 2 < x ≤ 3) reinforcement architectures, the standard defines test principles, specimen geometries, apparatus requirements and result calculation methods for measuring tensile strength, strain, and proportionality/pseudo‑elastic modulus of fine/advanced ceramics and ceramic composites.

Keywords: ISO 15733:2015, ceramic matrix composites, tensile properties, fine ceramics, tensile testing.

Key Topics and Requirements

• Scope and material types: Applies to CMCs with continuous fibres loaded along a principal reinforcement axis; notes common use of antioxidation coatings for high‑temperature service.
• Test principle: Tensile loading at constant crosshead displacement rate or constant strain rate; simultaneous measurement of force and longitudinal deformation.
• Apparatus:
  • Force measurement conforming to ISO 7500‑1 (grade 1 or better).
  • Load train and grips that ensure alignment and prevent bending/torsion.
  • Extensometer suitable for small deformations (mechanical class ≤ 2 per ISO 9513) or electro‑optical systems with appropriate marking.
  • Calibrated digital data recording and micrometers per ISO 3611.
• Specimen types and preparation:
  • Several specimen geometries (Type 1 reduced‑section, Type 2 straight‑sided for modulus, Type 3 with tabs) with recommended dimensions, tolerances and machining/inspection practices.
  • Guidance on as‑fabricated vs machined specimens, gauge length, and representative volume in gauge region.
• Test procedure and data:
  • Mounting, extensometer placement, displacement rates, measurement of dimensions, validity criteria.
  • Calculations for tensile strength, effective tensile strength (accounting for coatings), strain at maximum force, and proportionality ratio/pseudo‑elastic modulus.
• Reporting: Required test data, specimen origin, and calculated results to ensure reproducibility and traceability.

Applications and Users

Who uses ISO 15733:2015:

• Materials and mechanical testing laboratories performing ceramic composites tensile testing.
• R&D teams in aerospace, power generation, automotive and advanced manufacturing developing CMC components.
• Quality assurance and certification bodies verifying CMC mechanical performance for room‑temperature service. Practical uses:
• Comparing reinforcement architectures (1D/2D/3D) and processing routes.
• Verifying material batches and coatings (effective cross‑section considerations).
• Supplying standardized tensile data for design, simulation and component validation.

Related Standards

• ISO 7500‑1 - Verification of tension/compression testing machines (force measurement).
• ISO 3611 - Micrometers for external measurements.
• ISO 9513 - Extensometer calibration classes.
• ISO 17161 - Alignment procedures for tensile testing (referenced for alignment verification).

This standard ensures consistent, repeatable measurement of tensile properties for advanced ceramic composites, enabling reliable materials selection and qualification in high‑performance applications.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15733
Second edition
2015-08-01
Fine ceramics (advanced ceramics,
advanced technical ceramics) —
Mechanical properties of ceramic
composites at ambient temperature
in air atmospheric pressure —
Determination of tensile properties
Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des céramiques
composites à température ambiante sous air à pression
atmosphérique — Détermination des propriétés en traction
Reference number
©
ISO 2015
© ISO 2015, Published in Switzerland
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ii © ISO 2015 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 1
4 Principle . 3
5 Apparatus . 3
5.1 Test machine . 3
5.2 Load train. 3
5.3 Extensometer . 3
5.4 Data recording system . 4
5.5 Micrometers . 4
6 Test specimens. 4
7 Test specimen preparation . 7
7.1 Machining and preparation . 7
7.2 Number of test of specimens . 8
8 Test procedures . 8
8.1 Test set-up: other considerations . 8
8.1.1 Displacement rate . 8
8.1.2 Measurement of test specimens dimensions . 8
8.2 Testing technique . 8
8.2.1 Specimen mounting. 8
8.2.2 Setting of extensometer . 8
8.2.3 Measurements . 8
8.3 Test validity . 8
9 Calculation of results . 9
9.1 Test specimen origin . 9
9.2 Tensile strength . 9
9.3 Strain at maximum tensile force . 9
9.4 Proportionality ratio or pseudo-elastic modulus, elastic modulus . 9
10 Test report .10
Bibliography .12
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 206, Fine ceramics.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 15733:2001), which has been technically
revised.
iv © ISO 2015 – All rights reserved

INTERNATIONAL STANDARD ISO 15733:2015(E)
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical
ceramics) — Mechanical properties of ceramic composites
at ambient temperature in air atmospheric pressure —
Determination of tensile properties
1 Scope
This International Standard specifies the conditions for determination of tensile properties of
ceramic matrix composite materials with continuous fibre reinforcement at room temperatures. This
International Standard applies to all ceramic matrix composites with a continuous fibre reinforcement,
unidirectional (1D), bi-directional (2D), and tri-directional (xD, with 2 < x ≤ 3), loaded along one
principal axis of reinforcement.
NOTE In most cases, ceramic matrix composites to be used at high temperature in air are coated with an
antioxidation coating.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 3611, Geometrical product specifications (GPS) — Dimensional measuring equipment: Micrometers for
external measurements — Design and metrological characteristics
ISO 7500-1:2004, Metallic materials — Verification of static uniaxial testing machines — Part 1:
Tension/compression testing machines — Verification and calibration of the force-measuring system
3 Terms, definitions and symbols
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
calibrated length
l
part of the test specimen that has uniform and minimum cross-section area
3.2
gauge length
L
o
initial distance between reference points on the test specimen in the calibrated length
3.3
initial cross-section area
S
o
initial cross-section area of the test specimen within the calibrated length
3.4
effective cross-section area
S
o eff
total area corrected by a factor, to account for the presence of a coating
3.5
longitudinal deformation
A
increase in the gauge length between reference points under a tensile force
3.6
longitudinal deformation under maximum tensile force
A
m
increase in the gauge length between reference points under maximum tensile force
3.7
tensile strain
ε
relative change in the gauge length defined as the ratio A/L
o
3.8
tensile strain under maximum force
ε
m
relative change in the gauge length defined as the ratio A /L
m o
3.9
tensile stress
σ
tensile force supported by the test specimen at any time in the test divided by the initial cross-section
area (S )
o
3.10
effective tensile stress
σ
eff
tensile force supported by the test specimen at any time in the test divided by the effective cross-
section area (S )
o eff
3.11
maximum tensile force
F
m
highest recorded tensile force in a tensile test on the test specimen when tested to failure
3.12
tensile strength
σ
m
ratio of the maximum tensile force to the initial cross-section area (So)
3.13
effective tensile strength
σ
m eff
ratio of the maximum tensile force to the effective cross-section area
3.14
proportionality ratio or pseudo-elastic modulus
EP
slope of the initial linear section of the stress-strain curve, if any
Note 1 to entry: Examination of the stress-strain curves for ceramic matrix composites allows definition of the
following cases:
a) Material with an initial linear domain in the stress-strain curve.
For ceramic matrix composites that have a mechanical behaviour characterized by an initial linear section, the
proportionality ratio is defined as:
()σσ−
EP()σσ, =
()εε−
2 © ISO 2015 – All rights reserved

where (ε ,σ ) and (ε ,σ ) lie near the lower and the upper limits of the linear section of the stress-strain curve.
1 1 2 2
The proportionality ratio or pseudo-elastic modulus is termed the elastic modulus, E, in the single case where the
linearity starts near the origin.
b) Material with no-linear section in the stress-strain curve.
In this case only stress-strain couples can be fixed.
3.15
effective proportionality ratio
EP
eff
slope of the linear section of the stress-strain curve, if any, when the effective tensile stress is used
4 Principle
A test specimen of specified dimensions is loaded in tension. The test is performed at constant crosshead
displacement rate, or constant deformation rate (or constant loading rate). Force and longitudinal
deformations are measured and recorded simultaneously.
NO
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 15733
Deuxième édition
2015-08-01
Céramiques techniques — Propriétés
mécaniques des céramiques
composites à température ambiante
sous air à pression atmosphérique
— Détermination des propriétés en
traction
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) —
Mechanical properties of ceramic composites at ambient temperature
in air atmospheric pressure — Determination of tensile properties
Numéro de référence
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ISO 2015
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
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Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2015 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et symboles . 1
4 Principe . 3
5 Appareillage . 3
5.1 Machine d’essai . 3
5.2 Système d’application d’effort . 3
5.3 Extensomètre . 3
5.4 Système d’enregistrement des données . 4
5.5 Micromètres . 4
6 Éprouvettes . 4
7 Préparation des éprouvettes . 8
7.1 Usinage et préparation . 8
7.2 Nombre d’éprouvettes . 8
8 Modes opératoires d’essai . 8
8.1 Configuration d’essai: autres considérations . 8
8.1.1 Vitesse de déplacement . 8
8.1.2 Mesurage des dimensions des éprouvettes . 8
8.2 Technique de l’essai . 8
8.2.1 Montage de l’éprouvette . 8
8.2.2 Réglage de l’extensomètre . 8
8.2.3 Mesurages . 8
8.3 Validité de l’essai . 9
9 Calcul des résultats . 9
9.1 Origine de l’éprouvette . 9
9.2 Résistance en traction . 9
9.3 Déformation à la force maximale de traction . 9
9.4 Coefficient de proportionnalité ou module pseudo-élastique, module élastique .10
10 Rapport d’essai .11
Bibliographie .12
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer
un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 206, Céramiques techniques.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 15733:2001), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
iv © ISO 2015 – Tous droits réservés

NORME INTERNATIONALE ISO 15733:2015(F)
Céramiques techniques — Propriétés mécaniques des
céramiques composites à température ambiante sous
air à pression atmosphérique — Détermination des
propriétés en traction
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie les conditions de détermination des propriétés en traction
des matériaux composites à matrice céramique avec renfort de fibres à température ambiante. La
présente Norme internationale s’applique à tous les composites à matrice céramique avec renfort de
fibres, unidirectionnel (1D), bidirectionnel (2D), et tridirectionnel (xD, avec 2 < x ≤ 3) sollicités suivant
un axe principal de renfort.
NOTE Dans la plupart des cas, les composites à matrice céramique destinés à un usage à haute température
sous air sont protégés par un revêtement anti-oxydation.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 3611, Spécification géométrique des produits (GPS) — Équipement de mesurage dimensionnel:
Micromètres d’extérieur — Caractéristiques de conception et caractéristiques métrologiques
ISO 7500-1:2004, Matériaux métalliques — Vérification des machines pour essais statiques uniaxiaux —
Partie 1: Machines d’essai de traction/compression — Vérification et étalonnage du système de mesure de
force
3 Termes, définitions et symboles
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
longueur utile
l
partie de l’éprouvette où la section est la plus faible et est uniforme
3.2
longueur de jauge
L
o
distance initiale entre les points de référence dans la longueur utile de l’éprouvette
3.3
aire initiale de la section
S
o
aire initiale de la section de l’éprouvette dans la longueur utile
3.4
aire effective de la section
S
o eff
aire totale de la section corrigée par un facteur, prenant en compte la présence d’un revêtement
3.5
allongement
A
augmentation de la longueur de jauge entre les points de référence sous une force de traction
3.6
allongement sous une force maximale de traction
A
m
augmentation de la longueur de jauge entre les points de référence sous une force maximale de traction
3.7
déformation de traction
ε
modification relative de la longueur de jauge définie comme le rapport A/L
o
3.8
déformation de traction sous une force maximale
ε
m
modification relative de la longueur de jauge définie comme le rapport A /L
m o
3.9
contrainte de traction
σ
force de traction supportée par l’éprouvette à tout instant de l’essai, divisée par l’aire de la section
initiale (S )
o
3.10
contrainte de traction effective
σ
eff
force de traction supportée par l’éprouvette à tout instant de l’essai, divisée par l’aire de la section
effective (S )
o eff
3.11
force maximale de traction
F
m
force de traction la plus élevée enregistrée, atteinte par l’éprouvette lors d’un essai de traction conduit
jusqu’à rupture
3.12
résistance en traction
σ
m
rapport de la force maximale de traction à l’aire de la section initiale (So)
3.13
résistance en traction effective
σ
m eff
rapport de la force maximale de traction à l’aire de la section effective
3.14
coefficient de proportionnalité ou module pseudo-élastique
EP
pente de la partie linéaire de la courbe contrainte-déformation, si elle existe
Note 1 à l’article: L’examen des courbes contrainte-déformation des composites à matrice céramique conduit à
définir les cas suivants:
a) matériau présentant une zone linéaire dans la courbe contrainte-déformation;
Pour les matériaux composites à matrice céramique dont le comportement mécanique est caractérisé par une
partie linéaire, le coefficient de proportionnalité est défini par:
2 © ISO 2015 – Tous droits réservés

()σσ−
EP()σσ, =
()εε−
où (ε ,σ ) et (ε ,σ ) caractérisent les points proches de la limite inférieure et de la limite supérieure de la partie
1 1 2 2
linéaire de la courbe contrainte-déformation.
Le coefficient de proportionnalité ou module pseudo-élastique est appelé module élastique, E, dans le seul cas où
la linéarité est très proche de l’origine.
b) matériau présentant une courbe contrainte-déformation non linéaire.
Dans ce cas, seuls des couples contrainte-déformation peuvent être fixés.
3.15
coefficient de proportionnalité effectif
EP
eff
pente de la partie linéaire de la courbe contrainte-déformation, si elle existe, lorsque la contrainte de
traction effective est utilisée
4 Principe
Une éprouvette de dimensions spécifiées est soumise à un essai de traction. L’essai est réalisé à vitesse
constante de déplacement de traverse, ou à vitesse constante de déformation (ou à vitesse constante
d’effort). La force et les déformations longitudinales sont mesurées et enregistrées simultanément.
NOTE L’utilisation d’une vitesse d’effort constante ne donne une courbe de traction valide que lorsque le
matériau se comporte de façon linéaire jusqu’à la rupture.
5 Appareillage
5.1 Machine d’essai
La machine d’essai doit être équipée d’un système de mesure de la force appliquée à l’éprouvette qui
doit être de classe 1 ou mieux, conformément à l’ISO 7500-1:2004.
5.2 Système d’application d’effort
Le système d’application d’effort doit être tel que la charge indiquée par la cellule d’effort et
...