1、陶瓷增韌方法及其研究進展主講人：v引言v 陶瓷材料的致命缺點是脆性，低可靠性和低重復性，這些不足嚴重影響了陶瓷材料的應用范圍。v 只有改善陶瓷的斷裂韌性，實現材料強韌化，提高其可靠性和使用壽命，才能使陶瓷材料真正地成為一種廣泛應用的新型材料，v 因此，陶瓷增韌技術一直是陶瓷研究的熱點。v最原始的增韌方法層狀增韌v 一枝易折彎,幾枝竹斷節難層狀結構復合陶瓷模型和獨石結構陶瓷模型的載荷-位移曲線v 陶瓷的斷裂主要是由于裂紋擴展導致的，那么如何組織裂紋擴展呢？v 1、分散裂紋尖端應力v 2、消耗裂紋擴展的能量，增大裂紋擴展所需克服的能壘v 3、轉換裂紋擴展的能量陶瓷增韌增韌方法增韌機理相變增韌纖維/

2、晶須增韌納米增韌裂紋彎曲/轉向殘留應變能效應顆粒增韌自增韌拉脫/橋接效應相轉變微裂紋增韌拉脫/橋接效應纖維、晶須增韌原理 圖1中，在緊靠裂紋尖端的晶體，由于變形而給裂紋表面加上了閉合應力，抵消裂紋尖端的外應力，鈍化裂紋擴展，從而起到了增韌作用;此外，裂紋擴展時，柱狀晶體的拔出時也要克服摩擦力，也會起到增韌的作用。裂紋彎曲轉向顆粒、纖維晶須增韌、自增韌原理 圖2中，由于柱狀晶的存在，導致裂紋發生偏轉，改變和增加了裂紋擴展的路徑，從而鈍化裂紋增加了裂紋擴展阻力。相轉變增韌 亞穩定四方相t-ZrOz在裂紋尖端應力場的作用下發生一相變，形成單斜相，產生體積膨脹，從而對裂紋形成壓應力，阻礙裂紋擴展，起到

3、增韌的作用。 這就是著名的Garvie應力誘導相變增韌機理。殘余應變能增韌v 與相轉變的原理基本相似，在裂紋進行擴展之前，首先得克服陶瓷樣品本身的內部殘余應變能，從而達到增韌的目的。微裂紋增韌v 在裂紋應力尖端加入韌性材料，使其產生微裂紋，達到分散應力的目的，減少裂紋前進的動力，從而增加材料的韌性。v 在材料發生相轉變時，往往也會導致殘余應變能效應以及產生微裂紋。因此，相轉變增韌的效果是顯著的。納米增韌v 第一種是“細化理論”，認為納米相的引入能抑制基體晶粒的異常長大，使基體結構均勻細化，從而提高納米陶瓷復合材料強度韌性。v 第二種是“穿晶理論”，認為納米復合材料中，基體顆粒以納米顆粒為核發生

4、致密化而將納米顆粒包裹在基體晶粒內部形成“晶內型”結構。v 這樣便能減弱主晶界的作用，誘發穿晶斷裂，使材料斷裂時產生穿晶斷裂而不是沿晶斷裂，從而提高納米陶瓷復合材料強度和韌性。v 第三種是“釘扎”理論，認為存在于基體晶界的納米顆粒產生“釘扎”效應，從而限制了晶界滑移和孔穴、蠕變的發生，晶界的增強導致納米復相陶瓷韌性的提高。v 在實際增韌過程中往往是由幾種增韌機理同時起作用，而不是某個單獨機理，應根據實際情況來選擇具體的增韌機理。復合增韌v 結構復合材料中，不同的增韌機理主要通過線性效應起作用，如：加和效應、平均效應、相補效應、相抵效應。陶瓷增韌技術的局限性v 陶瓷增韌技術雖然眾多，但是各種增韌技術都有自身的特點和局限性，如：v 顆粒彌散增韌操作比較簡單，但增韌效果不顯著。v 納米級顆粒引入陶瓷基體中取得了很好的增強增韌效果，但制備納米復相陶瓷成本較高。v 相變增韌效果顯著，但只能應用于氧化鋯陶瓷中，其他材料則無法采用。未來陶瓷的發展趨勢v 仿生結構設計也是增韌的一種新途徑。通過對自然界中天然材料特殊結構(如木、竹、貝殼珍珠層)的模仿，有可能制備出與這些材料具有相似顯微結構的高強高韌陶瓷材料。 v 多層陶瓷結構就是基于貝殼仿生結構而出現的一種高韌性陶瓷復合材料，在陶瓷增韌方面展現了很好的前景。THE END 其實生活中真的