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陶瓷“脆”的原因
陶瓷材料都是由離子鍵或共價(jià)鍵所組成的多晶結(jié)構(gòu)，它缺乏能促使材料變形的滑移系統(tǒng),。材料一旦受到外加的負(fù)荷，加上陶瓷工藝在材料表面構(gòu)成的微缺陷的存在,，都有可能構(gòu)成裂紋源,，應(yīng)力就會(huì)在這些裂紋的尖端集中。陶瓷材料中沒(méi)有其他可以消耗外來(lái)能量的系統(tǒng),，只有以新的自由能予以交換,。這樣的結(jié)果就造成裂紋的快速擴(kuò)展而表現(xiàn)為所謂脆性斷裂。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),，陶瓷“脆”的原因主要有兩個(gè)：
1.陶器的燒成溫度較低,，通常為800℃～1000℃，因此氣孔率比較高,。在陶器碎片的斷面上,，不難看見(jiàn)許多小孔洞，而且組成陶器的顆粒也比較粗大,。就拿瓷器來(lái)說(shuō),，用肉眼可能看不出有什么細(xì)微缺陷，但果通過(guò)顯微鏡觀察,，在瓷器碎片的斷面上,，就可以看到許多細(xì)微的傷痕、裂紋,、氣孔和夾雜物,、晶體缺陷和表面?zhèn)�,，它們都可能成為陶瓷裂紋的發(fā)源地。
2.陶瓷屬于脆性材料,，不具有塑性變形能力,，一旦出現(xiàn)裂紋，就只好打破砂鍋“紋”到底了,。在熱沖擊的條件下,，由于陶瓷的導(dǎo)熱性較差，熱膨脹系數(shù)大,，熱應(yīng)力由此增加,，因此，裂紋的擴(kuò)展速度會(huì)進(jìn)一步加劇,。這就解釋了一個(gè)現(xiàn)象：在日常生活中,，如果我們用砂鍋燉煮食物，只能用文火慢慢加熱,，如果一開(kāi)始就用猛火急燒,，就會(huì)出現(xiàn)砂鍋炸裂事故。即使是燒好以后,，也不能用水急冷,。
如何克服陶瓷脆性
通過(guò)對(duì)金屬熱處理和材料科學(xué)的認(rèn)識(shí)，我們知道金屬的性能與金屬中化學(xué)成分,、缺陷以及采用的熱處理工藝有很大的關(guān)系,。因此，陶瓷的脆性問(wèn)題可以從以下幾個(gè)方面入手,。
1. 自增韌陶瓷材料
從原材料方面,，在氧化鋯陶瓷的原料中添加少量的氧化釔、氧化鎂,、氧化鈣等粉末,。經(jīng)高溫?zé)瞥裳趸喬沾珊螅渲械难趸啽闵蓛煞N晶體：立方晶體和四方晶體,。當(dāng)陶瓷受到外力作用時(shí),，四方晶體便變成一種單斜晶體，體積迅速“膨脹”,。由于晶體的體積急速增大,，進(jìn)而可阻止陶瓷中原先存在的細(xì)微裂紋的擴(kuò)展。這樣,，陶瓷就不會(huì)破裂了,。
2. 建立陶瓷材料中弱界面系統(tǒng)
既然在陶瓷材料中沒(méi)有可以吸收外來(lái)能量的機(jī)構(gòu)存在，在陶瓷材料中造就弱界面結(jié)構(gòu),，就可以使裂紋的擴(kuò)展可通過(guò)它們的解離來(lái)吸收外來(lái)能量,，而不至于損害整個(gè)材料,。
纖維補(bǔ)強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料
把纖維(或晶須)以一定的方式加入到陶瓷基體中去，一方面可以使高強(qiáng)度的纖維(晶須)分擔(dān)外加的負(fù)荷,，另一方面可以利用纖維(或晶須)與陶瓷基體的弱界面結(jié)合來(lái)造就對(duì)外來(lái)能量的吸收系統(tǒng),，從而達(dá)到改善陶瓷材料脆性的目的。
復(fù)相陶瓷材料
兩種不同的材料在一起,，由于熱膨脹系數(shù)和彈性模量的不同，必然會(huì)在兩個(gè)物質(zhì)之間產(chǎn)生應(yīng)力,，這種在晶粒界面上所存在的應(yīng)力是造就弱界面的主要根源,。很多研究結(jié)果表明，若其中有一種物質(zhì)是納米級(jí)的晶粒存在于另一種物質(zhì)的微米級(jí)晶粒之中（被稱(chēng)之為納米-微米晶內(nèi)復(fù)合）,，它們的強(qiáng)度與韌性居然有驚人地提高,。
3．功能梯度材料
在制作陶瓷涂層的工藝中，為了獲得較厚的涂層,，或者是由于金屬基體與陶瓷涂層在熱學(xué)和力學(xué)性能上的較大差異,，往往需要采用涂層組成的梯度變化，以求得到性能好和結(jié)合強(qiáng)度高的陶瓷涂層,。
這種材料一面的組分是金屬材料,，它可以在很大程度上像金屬材料那樣使用，它的韌性高,，可以用金屬的工藝來(lái)與其他金屬部件連接起來(lái),。另一面則是耐高溫的陶瓷材料。這是極其巧妙的思路：它很好地避開(kāi)了陶瓷脆性的弱點(diǎn),，滿(mǎn)足使用上的要求,。
4．納米陶瓷材料
從材料顯微結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)上，材料中晶粒尺寸與材料性能有直接的關(guān)系,。當(dāng)陶瓷材料的晶粒尺寸達(dá)到納米的尺度,，材料的超塑性行為是普遍地存在的話(huà)，陶瓷材料脆性問(wèn)題的解決就有望了,。但是,，要使陶瓷材料的晶粒尺寸達(dá)到納米的尺度，并不是很容易能做到的事情,。
小結(jié)
陶瓷材料的脆性一直是困惑陶瓷材料研究工作者的基本問(wèn)題,，經(jīng)過(guò)多年的研究論證，陶瓷材料的脆性在很大程度上得到改善,。但是否可以解決陶瓷材料的脆性問(wèn)題,，尚不能作定論。材料發(fā)展的總趨勢(shì)是向多功能發(fā)展,，陶瓷材料更不能例外!
