陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座

引言陶瓷材料致命缺点是脆性，低可靠性和低重复性，这些不足严重影响了陶瓷材料应用范围。只有改进陶瓷断裂韧性，实现材料强韧化，提升其可靠性和使用寿命，才能使陶瓷材料真正地成为一个广泛应用新型材料，所以，陶瓷增韧技术一直是陶瓷研究热点。陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第1页最原始增韧方法—层状增韧一枝易折弯,几枝竹断节难层状结构复合陶瓷模型和独石结构陶瓷模型载荷--位移曲线陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第2页

陶瓷断裂主要是因为裂纹扩展造成，那么怎样组织裂纹扩展呢？1、分散裂纹尖端应力2、消耗裂纹扩展能量，增大裂纹扩展所需克服能垒3、转换裂纹扩展能量陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第3页陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第4页拉脱/桥接效应—纤维、晶须增韧原理图1中，在紧靠裂纹尖端晶体，因为变形而给裂纹表面加上了闭合应力，抵消裂纹尖端外应力，钝化裂纹扩展，从而起到了增韧作用;另外，裂纹扩展时，柱状晶体拔出时也要克服摩擦力，也会起到增韧作用。陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第5页裂纹弯曲转向—颗粒、纤维晶须增韧、自增韧原理

图2中，因为柱状晶存在，造成裂纹发生偏转，改变和增加了裂纹扩展路径，从而钝化裂纹增加了裂纹扩展阻力。陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第6页相转变增韧另外，相转变增韧也是能够应用于功效陶瓷。如：铁电/压电性畴转变增韧机制，在压电陶瓷材料中，利用使产生裂纹外应力转变为电能，从而到达增韧目标。

亚稳定四方相t--ZrOz在裂纹尖端应力场作用下发生一相变，形成单斜相，产生体积膨胀，从而对裂纹形成压应力，妨碍裂纹扩展，起到增韧作用。这就是著名Garvie应力诱导相变增韧机理。陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第7页残余应变能增韧与相转变原理基本相同，在裂纹进行扩展之前，首先得克服陶瓷样品本身内部残余应变能，从而到达增韧目标。陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第8页微裂纹增韧在裂纹应力尖端加入韧性材料，使其产生微裂纹，到达分散应力目标，降低裂纹前进动力，从而增加材料韧性。在材料发生相转变时，往往也会造成残余应变能效应以及产生微裂纹。所以，相转变增韧效果是显著。陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第9页纳米增韧

第一个是“细化理论”，认为纳米相引入能抑制基体晶粒异常长大，使基体结构均匀细化，从而提升纳米陶瓷复合材料强度韧性。陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第10页

第二种是“穿晶理论”，认为纳米复合材料中，基体颗粒以纳米颗粒为核发生致密化而将纳米颗粒包裹在基体晶粒内部形成“晶内型”结构。这么便能减弱主晶界作用，诱发穿晶断裂，使材料断裂时产生穿晶断裂而不是沿晶断裂，从而提升纳米陶瓷复合材料强度和韧性。陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第11页

第三种是“钉扎”理论，认为存在于基体晶界纳米颗粒产生“钉扎”效应，从而限制了晶界滑移和孔穴、蠕变发生，晶界增强造成纳米复相陶瓷韧性提升。陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第12页

在实际增韧过程中往往是由几个增韧机理同时起作用，而不是某个单独机理，应依据实际情况来选择详细增韧机理。复合增韧结构复合材料中，不一样增韧机理主要经过线性效应起作用，如：加和效应、平均效应、相补效应、相抵效应。陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第13页陶瓷增韧技术不足陶瓷增韧技术即使众多，不过各种增韧技术都有本身特点和不足，如：颗粒弥散增韧操作比较简单，但增韧效果不显著。纳米级颗粒引入陶瓷基体中取得了很好增强增韧效果，但制备纳米复相陶瓷成本较高。相变增韧效果显著，但只能应用于氧化锆陶瓷中，其它材料则无法采取。陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第14页未来陶瓷发展趋势仿生结构设计也是增韧一个新路径。经过对自然界中天然材料特殊结构(如木、竹、贝壳珍珠层)模仿，有可能制备出与这些材料含有相同显微结构高强高韧陶瓷材料。多层陶瓷结构就是基于贝壳仿生结构而出现一个高韧性陶瓷复合材料，在陶瓷增韧方面展现了很好前景。陶瓷增韧方法及其研究进展专家讲座第15页THEEND其实生活中真能给我们很多启示，只要把基本知识学