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陶瓷“脆”的原因
陶瓷材料都是由離子鍵或共價鍵所組成的多晶結(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)力就會在這些裂紋的尖端集中。陶瓷材料中沒有其他可以消耗外來能量的系統(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。
簡單來說，陶瓷“脆”的原因主要有兩個：
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，不難看見許多小孔洞，而且組成陶器的顆粒也比較粗大。就拿瓷器來說，用肉眼可能看不出有什么細(xì)微缺陷，但果通過顯微鏡觀察，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)展速度會進(jìn)一步加劇。這就解釋了一個現(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，如果一開始就用猛火急燒，就會出現(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
通過對金屬熱處理和材料科學(xué)的認(rèn)識，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，陶瓷的脆性問題可以從以下幾個方面入手。
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�，其中的氧化鋯便生成兩種晶體：立方晶體和四方晶體。當(dāng)陶瓷受到外力作用時，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有可以吸收外來能量的機(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)展可通過它們的解離來吸收外來能量，而不至于損害整個材料。
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)合來造就對外來能量的吸收系統(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，必然會在兩個物質(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)是納米級的晶粒存在于另一種物質(zhì)的微米級晶粒之中（被稱之為納米-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與其他金屬部件連接起來。另一面則是耐高溫的陶瓷材料。這是極其巧妙的思路：它很好地避開了陶瓷脆性的弱點(diǎn)，滿足使用上的要求。
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，陶瓷材料脆性問題的解決就有望了。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題，經(jīng)過多年的研究論證，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題，尚不能作定論。材料發(fā)展的總趨勢是向多功能發(fā)展，陶瓷材料更不能例外!
