課程演講-陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法課件

陶瓷材料強(qiáng)度的影響因素及改善方法匯報(bào)人：

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指導(dǎo)老師：胥鈞耀

小組成員：

※※陶瓷材料強(qiáng)度的影響因素及改善方法匯報(bào)人：※※1CONTENT簡介Overview材料強(qiáng)度Strength改善方法Method影響因素Factor陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法CONTENT簡介材料強(qiáng)度改善方法影響因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響簡介陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法4

陶瓷具有耐高溫、耐磨耗、耐腐蝕、低熱傳導(dǎo)率以及理論高強(qiáng)度等許多優(yōu)良特性，作為結(jié)構(gòu)材料而得到廣泛的應(yīng)用。按照其化學(xué)組成可以分為氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷及硼化物等陶瓷。簡介陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法4陶瓷具簡介4陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法陶瓷材料氧化物陶瓷氮化物陶瓷碳化物陶瓷硼化物陶瓷氧化物中作為陶瓷的主要有Al2O3和ZrO2陶瓷。氮化物中作為陶瓷的主要有Si3N4和AlN陶瓷。碳化物中作為陶瓷的主要有SiC和B4C陶瓷。硼化物中作為陶瓷的主要有、ZrB2、TiB2。簡介4陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法陶瓷材料氧化物陶瓷氮化陶瓷材料的優(yōu)缺點(diǎn)陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法5陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)一般熔點(diǎn)高，在高溫下具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性；陶瓷的導(dǎo)熱性低于金屬材料，陶瓷還是良好的隔熱材料；陶瓷的線膨脹系數(shù)比金屬低，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，陶瓷具有良好的尺寸穩(wěn)定性；大多數(shù)陶瓷材料在高溫下不易氧化，并對酸、堿、鹽具有良好的抗腐蝕能力；大多數(shù)陶瓷具有良好的電絕緣性；陶瓷材料還有獨(dú)特的光學(xué)性能、磁性能。陶瓷材料的缺點(diǎn)

抗拉強(qiáng)度較低，塑性和韌性很差，可靠性較差。陶瓷材料的優(yōu)缺點(diǎn)陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法5陶瓷材料的陶瓷材料的強(qiáng)度陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法6

強(qiáng)度是陶瓷材料最基本的力學(xué)性能，陶瓷材料的性能由其化學(xué)鍵所決定，由于在室溫下幾乎不能產(chǎn)生滑移或位錯(cuò)運(yùn)動，因而很難產(chǎn)生塑性變形，所以其破壞方式為脆性斷裂。

陶瓷的斷裂強(qiáng)度具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）陶瓷材料的實(shí)際斷裂強(qiáng)度比理論斷裂強(qiáng)度低得多，往往低于金屬，大量試驗(yàn)結(jié)果表明，陶瓷的實(shí)際強(qiáng)度比其理論值小2~3個(gè)數(shù)量級，只有晶須和纖維的實(shí)際強(qiáng)度較接近理論值；2）陶瓷材料的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大得多，其差別的程度大大超過金屬；3）氣孔和材料密度對陶瓷斷裂強(qiáng)度有重大影響。陶瓷材料的強(qiáng)度陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法6影響材料強(qiáng)度的因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法7

通常陶瓷材料都是用燒結(jié)的方法制造的，在晶界上大都存在著氣孔、裂紋和玻璃相即非晶相等。而且有時(shí)在晶內(nèi)，也存在有氣孔、層錯(cuò)、位錯(cuò)等缺陷。陶瓷的強(qiáng)度除決定于本身材料外，上述微觀組織因素對強(qiáng)度也有顯著的影響（微觀組織敏感性），其中氣孔率與晶粒尺寸是兩個(gè)最重要的影響因素。影響材料強(qiáng)度的因素主要包含以下幾點(diǎn)：1）氣孔率對強(qiáng)度的影響2）晶粒尺寸對強(qiáng)度的影響3）晶界相的性質(zhì)與厚度、晶粒形狀對強(qiáng)度的影響影響材料強(qiáng)度的因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法7影響材料強(qiáng)度的因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法8氣孔率對強(qiáng)度的影響

氣孔是絕大多數(shù)陶瓷的主要組織缺陷之一，氣孔明顯地降低了載荷作用橫截面積。同時(shí)氣孔也是引起應(yīng)力集中的地方。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多孔陶瓷的強(qiáng)度隨氣孔束的增加近似按指數(shù)規(guī)律下降。有關(guān)氣孔率與溫度的關(guān)系式有多種提案，其中最常用的經(jīng)驗(yàn)公式：

影響材料強(qiáng)度的因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法8氣孔率對影響材料強(qiáng)度的因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法9晶粒尺寸對強(qiáng)度的影響

陶瓷材料的強(qiáng)度和晶粒尺寸的關(guān)系與金屬有類似的規(guī)律，但對燒結(jié)體陶瓷來講，要做出只有晶粒尺寸大小不同而其它組織參量都相同的試樣是非常困難的，但無論如何，室溫?cái)嗔褟?qiáng)度隨晶粒尺寸的減小而增高。晶界相的性質(zhì)與厚度、晶粒形狀對強(qiáng)度的影響

晶界相最好能起阻止裂紋過界擴(kuò)展并松弛裂紋尖端應(yīng)力場的作用。晶界玻璃相的存在對強(qiáng)度是不利的，所以應(yīng)盡量減少晶界玻璃相的數(shù)量，并通過熱處理使其晶化。對單相多晶陶瓷材料，晶粒形狀最好為均勻的等軸晶粒，這樣承載時(shí)變形均勻而不易引起應(yīng)力集中，從而使強(qiáng)度得到充分發(fā)揮。影響材料強(qiáng)度的因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法9晶粒尺寸陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法10

從斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)看，克服陶瓷的脆性和提高其強(qiáng)度的關(guān)鍵是：提高陶瓷材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力；減緩裂紋尖端的應(yīng)力集中效應(yīng)。前者主要是提高材料的斷裂能，后者的關(guān)鍵在于減小材料內(nèi)部所含裂紋缺陷的尺度。

材料強(qiáng)度的本質(zhì)是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、分子）間的結(jié)合力，從對材料的形變及斷裂的分析可知，在晶體結(jié)構(gòu)既定的情況下，控制強(qiáng)度的主要因素有三個(gè)，即：彈性模量E，斷裂功γ（斷裂表面能）和裂紋尺寸C。因此，提高陶瓷材料強(qiáng)度的方法主要有以下幾個(gè)：微晶，高密度與高純度預(yù)加應(yīng)力化學(xué)強(qiáng)化陶瓷材料的增韌相變增韌微裂紋增韌表面殘余壓應(yīng)力增韌彌散增韌陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法10陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法11微晶，高密度與高純度

為了消除缺陷，提高晶體的完整性，細(xì)、密、勻、純是當(dāng)前陶瓷發(fā)展的一個(gè)重要方面。近年來出現(xiàn)了許多微晶、高密度、高純度陶瓷，例如：用熱壓工藝制造的Si3N4陶瓷密度接近理論值，幾乎沒有氣孔，特別值得提出的是各種纖維材料及晶須。表1幾種陶瓷材料的塊體、纖維及晶須的抗拉強(qiáng)度陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法11微晶，陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法12預(yù)加應(yīng)力

人為預(yù)加應(yīng)力，在材料表面造成一層壓應(yīng)力層，就可提高材料的抗張強(qiáng)度。將玻璃加熱到轉(zhuǎn)變溫度以上而低于熔點(diǎn)，然后淬冷，使得表面立即冷卻變成剛性的，而內(nèi)部仍處于軟化狀態(tài)，不存在應(yīng)力。在以后繼續(xù)冷卻中，內(nèi)部將比表面以更大速率收縮，此時(shí)是表面受壓，內(nèi)部受拉，結(jié)果在表面形成殘留壓應(yīng)力。圖1熱韌化玻璃板受橫向變曲荷載時(shí)，殘余應(yīng)力、作用應(yīng)力及合成應(yīng)力分布陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法12預(yù)加應(yīng)陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法13化學(xué)強(qiáng)化

通過改變表面的化學(xué)組成，使表面的摩爾體積大于內(nèi)部。由于表面體積脹大受到內(nèi)部材料的限制，就產(chǎn)生一種雙向的壓應(yīng)力?？梢哉J(rèn)為這種表面壓力和體積變化的關(guān)系近似服從胡克定律，即：

此外，將表面拋光及化學(xué)處理用以消除表面缺陷也能提高強(qiáng)度。陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法13化學(xué)強(qiáng)陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法14陶瓷材料的增韌

所謂增韌，是指提高陶瓷材料強(qiáng)度及改善陶瓷的脆性。與金屬材料相比，陶瓷材料有極高的強(qiáng)度，其彈性模量比金屬大很多。但大多數(shù)陶瓷材料缺乏塑性變形能力和韌性。韌化的主要機(jī)理有應(yīng)力誘導(dǎo)相變增韌，相變誘發(fā)微裂紋增韌，殘余應(yīng)力增韌等。相變增韌微裂紋增韌表面殘余壓應(yīng)力增韌彌散增韌陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法14陶瓷材陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法15相變增韌

利用多晶多相陶瓷中某些相成分在不同溫度的相變，從而增韌的效果，統(tǒng)稱為相變增韌。

當(dāng)部分穩(wěn)定ZrO2陶瓷燒結(jié)致密后，四方相ZrO2顆粒彌散分布于其它陶瓷基體中（包括ZrO2本身），冷卻時(shí)，亞穩(wěn)四方相顆粒受到基體的抑制而處于壓應(yīng)力狀態(tài)，這時(shí)基體沿顆粒連線方向也處于壓應(yīng)力狀態(tài)。材料在外力作用下所產(chǎn)生的裂紋尖端附近由于應(yīng)力集中的作用，存在張應(yīng)力場，從而減輕了對四方相顆粒的束縛，在應(yīng)力的誘發(fā)作用下會發(fā)生向單斜相的轉(zhuǎn)變并發(fā)生體積膨脹，相變和體積膨脹的過程除消耗能量外，還將在主裂紋作用區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力，二者均阻止裂紋的擴(kuò)展，只有增加外力做功才能使裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，于是材料強(qiáng)度和新裂韌性大幅度提高。陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法15相變增陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法16明亮的扁平橢圓形區(qū)域是立方結(jié)構(gòu)的氧化鋁基底中的四方結(jié)構(gòu)氧化(b)

形變區(qū)在臨界裂紋的一個(gè)薄層內(nèi)，明亮的部分是變形單余氧化鋯圖2相變增韌氧化鋯陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法16明亮的陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法17

因此，這種微結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生三種不同的增韌機(jī)理。在氧化鋯中具有亞穩(wěn)態(tài)四方相的盤狀沉淀的微粒，如圖2所示。

首先，隨著裂紋發(fā)展導(dǎo)致的應(yīng)力增加。會使四方結(jié)構(gòu)的沉淀相通過馬氏體相變轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡苯Y(jié)構(gòu)，這一相變吸收了能量并導(dǎo)致體積膨脹產(chǎn)生張應(yīng)力。這種微區(qū)的形變在裂紋附近尤為明顯。

其次，相變的粒子周圍的應(yīng)力場會吸收額外的能量，并形成許多微裂紋。這些微結(jié)構(gòu)的變化有效地降低了裂紋尖端附近的有效應(yīng)力強(qiáng)度。

最后，由于沉淀顆粒對裂紋的阻滯作用和局域殘余應(yīng)力場的效應(yīng)，會引起裂紋的偏轉(zhuǎn)。裂紋偏轉(zhuǎn)又引起裂紋的表面積和有效表面能增加，從而增加材料的韌性。陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法17陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法18微裂紋增韌

部分穩(wěn)定ZrO2陶瓷在燒結(jié)冷卻過程中，存在較粗四方相向單斜相的轉(zhuǎn)變，引起體積膨脹，在基體中產(chǎn)生彌散分布的裂紋或者主裂紋擴(kuò)展過程中在其尖端過程區(qū)內(nèi)形成的應(yīng)力誘發(fā)相變導(dǎo)致的微裂紋，這些尺寸很小的微裂紋在主裂紋尖端擴(kuò)展過程中會導(dǎo)致主裂紋分叉或改變方向，增加了主裂紋擴(kuò)展過程中的有效表面能，此外裂紋尖端應(yīng)力集中區(qū)內(nèi)微裂紋本身的擴(kuò)展也起著分散主裂紋尖端能量的作用，從而抑制了主裂紋的快速擴(kuò)展，提高了材料的韌性。陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法18微裂紋陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法19表面殘余壓應(yīng)力增韌

陶瓷材料可以通過引入殘余壓應(yīng)力達(dá)到增強(qiáng)韌化的目的?？刂坪瑥浬⑺姆絑rO2顆粒的陶瓷在表層發(fā)生四方相向單斜相相變，引起表面體積膨脹而獲得表面殘余壓應(yīng)力。由于陶瓷斷裂往往起始于表面裂紋，表面殘余壓應(yīng)力有利于阻止表面裂紋的擴(kuò)展，從而起到了增強(qiáng)增韌的作用。彌散增韌

在基體中滲入具有一定顆粒尺寸的微細(xì)粉料，達(dá)到增韌的效果，這稱為彌散增韌。這種細(xì)粉料可能是金屬粉末，加入陶瓷基體以后，通過塑性變形來吸收彈性應(yīng)變能的釋放量，從而增加了斷裂表面能，改善了韌性。細(xì)粉末也可能是非金屬顆粒，在與基體生料顆粒均勻混合之后，在燒結(jié)或熱壓時(shí)，多半存在于晶界相中，以其高彈性模量和高溫強(qiáng)度增加了整體的斷裂表面能，特別是高溫?cái)嗔秧g性。陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法19表面殘THANKSTHANKS20陶瓷材料強(qiáng)度的影響因素及改善方法匯報(bào)人：

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※※陶瓷材料強(qiáng)度的影響因素及改善方法匯報(bào)人：※※21CONTENT簡介Overview材料強(qiáng)度Strength改善方法Method影響因素Factor陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法CONTENT簡介材料強(qiáng)度改善方法影響因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響簡介陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法4

陶瓷具有耐高溫、耐磨耗、耐腐蝕、低熱傳導(dǎo)率以及理論高強(qiáng)度等許多優(yōu)良特性，作為結(jié)構(gòu)材料而得到廣泛的應(yīng)用。按照其化學(xué)組成可以分為氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷及硼化物等陶瓷。簡介陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法4陶瓷具簡介4陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法陶瓷材料氧化物陶瓷氮化物陶瓷碳化物陶瓷硼化物陶瓷氧化物中作為陶瓷的主要有Al2O3和ZrO2陶瓷。氮化物中作為陶瓷的主要有Si3N4和AlN陶瓷。碳化物中作為陶瓷的主要有SiC和B4C陶瓷。硼化物中作為陶瓷的主要有、ZrB2、TiB2。簡介4陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法陶瓷材料氧化物陶瓷氮化陶瓷材料的優(yōu)缺點(diǎn)陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法5陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)一般熔點(diǎn)高，在高溫下具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性；陶瓷的導(dǎo)熱性低于金屬材料，陶瓷還是良好的隔熱材料；陶瓷的線膨脹系數(shù)比金屬低，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，陶瓷具有良好的尺寸穩(wěn)定性；大多數(shù)陶瓷材料在高溫下不易氧化，并對酸、堿、鹽具有良好的抗腐蝕能力；大多數(shù)陶瓷具有良好的電絕緣性；陶瓷材料還有獨(dú)特的光學(xué)性能、磁性能。陶瓷材料的缺點(diǎn)

抗拉強(qiáng)度較低，塑性和韌性很差，可靠性較差。陶瓷材料的優(yōu)缺點(diǎn)陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法5陶瓷材料的陶瓷材料的強(qiáng)度陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法6

強(qiáng)度是陶瓷材料最基本的力學(xué)性能，陶瓷材料的性能由其化學(xué)鍵所決定，由于在室溫下幾乎不能產(chǎn)生滑移或位錯(cuò)運(yùn)動，因而很難產(chǎn)生塑性變形，所以其破壞方式為脆性斷裂。

陶瓷的斷裂強(qiáng)度具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）陶瓷材料的實(shí)際斷裂強(qiáng)度比理論斷裂強(qiáng)度低得多，往往低于金屬，大量試驗(yàn)結(jié)果表明，陶瓷的實(shí)際強(qiáng)度比其理論值小2~3個(gè)數(shù)量級，只有晶須和纖維的實(shí)際強(qiáng)度較接近理論值；2）陶瓷材料的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大得多，其差別的程度大大超過金屬；3）氣孔和材料密度對陶瓷斷裂強(qiáng)度有重大影響。陶瓷材料的強(qiáng)度陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法6影響材料強(qiáng)度的因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法7

通常陶瓷材料都是用燒結(jié)的方法制造的，在晶界上大都存在著氣孔、裂紋和玻璃相即非晶相等。而且有時(shí)在晶內(nèi)，也存在有氣孔、層錯(cuò)、位錯(cuò)等缺陷。陶瓷的強(qiáng)度除決定于本身材料外，上述微觀組織因素對強(qiáng)度也有顯著的影響（微觀組織敏感性），其中氣孔率與晶粒尺寸是兩個(gè)最重要的影響因素。影響材料強(qiáng)度的因素主要包含以下幾點(diǎn)：1）氣孔率對強(qiáng)度的影響2）晶粒尺寸對強(qiáng)度的影響3）晶界相的性質(zhì)與厚度、晶粒形狀對強(qiáng)度的影響影響材料強(qiáng)度的因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法7影響材料強(qiáng)度的因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法8氣孔率對強(qiáng)度的影響

氣孔是絕大多數(shù)陶瓷的主要組織缺陷之一，氣孔明顯地降低了載荷作用橫截面積。同時(shí)氣孔也是引起應(yīng)力集中的地方。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多孔陶瓷的強(qiáng)度隨氣孔束的增加近似按指數(shù)規(guī)律下降。有關(guān)氣孔率與溫度的關(guān)系式有多種提案，其中最常用的經(jīng)驗(yàn)公式：

影響材料強(qiáng)度的因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法8氣孔率對影響材料強(qiáng)度的因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法9晶粒尺寸對強(qiáng)度的影響

陶瓷材料的強(qiáng)度和晶粒尺寸的關(guān)系與金屬有類似的規(guī)律，但對燒結(jié)體陶瓷來講，要做出只有晶粒尺寸大小不同而其它組織參量都相同的試樣是非常困難的，但無論如何，室溫?cái)嗔褟?qiáng)度隨晶粒尺寸的減小而增高。晶界相的性質(zhì)與厚度、晶粒形狀對強(qiáng)度的影響

晶界相最好能起阻止裂紋過界擴(kuò)展并松弛裂紋尖端應(yīng)力場的作用。晶界玻璃相的存在對強(qiáng)度是不利的，所以應(yīng)盡量減少晶界玻璃相的數(shù)量，并通過熱處理使其晶化。對單相多晶陶瓷材料，晶粒形狀最好為均勻的等軸晶粒，這樣承載時(shí)變形均勻而不易引起應(yīng)力集中，從而使強(qiáng)度得到充分發(fā)揮。影響材料強(qiáng)度的因素陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法9晶粒尺寸陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法10

從斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)看，克服陶瓷的脆性和提高其強(qiáng)度的關(guān)鍵是：提高陶瓷材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力；減緩裂紋尖端的應(yīng)力集中效應(yīng)。前者主要是提高材料的斷裂能，后者的關(guān)鍵在于減小材料內(nèi)部所含裂紋缺陷的尺度。

材料強(qiáng)度的本質(zhì)是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、分子）間的結(jié)合力，從對材料的形變及斷裂的分析可知，在晶體結(jié)構(gòu)既定的情況下，控制強(qiáng)度的主要因素有三個(gè)，即：彈性模量E，斷裂功γ（斷裂表面能）和裂紋尺寸C。因此，提高陶瓷材料強(qiáng)度的方法主要有以下幾個(gè)：微晶，高密度與高純度預(yù)加應(yīng)力化學(xué)強(qiáng)化陶瓷材料的增韌相變增韌微裂紋增韌表面殘余壓應(yīng)力增韌彌散增韌陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法10陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法11微晶，高密度與高純度

為了消除缺陷，提高晶體的完整性，細(xì)、密、勻、純是當(dāng)前陶瓷發(fā)展的一個(gè)重要方面。近年來出現(xiàn)了許多微晶、高密度、高純度陶瓷，例如：用熱壓工藝制造的Si3N4陶瓷密度接近理論值，幾乎沒有氣孔，特別值得提出的是各種纖維材料及晶須。表1幾種陶瓷材料的塊體、纖維及晶須的抗拉強(qiáng)度陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法11微晶，陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法12預(yù)加應(yīng)力

人為預(yù)加應(yīng)力，在材料表面造成一層壓應(yīng)力層，就可提高材料的抗張強(qiáng)度。將玻璃加熱到轉(zhuǎn)變溫度以上而低于熔點(diǎn)，然后淬冷，使得表面立即冷卻變成剛性的，而內(nèi)部仍處于軟化狀態(tài)，不存在應(yīng)力。在以后繼續(xù)冷卻中，內(nèi)部將比表面以更大速率收縮，此時(shí)是表面受壓，內(nèi)部受拉，結(jié)果在表面形成殘留壓應(yīng)力。圖1熱韌化玻璃板受橫向變曲荷載時(shí)，殘余應(yīng)力、作用應(yīng)力及合成應(yīng)力分布陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法12預(yù)加應(yīng)陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法13化學(xué)強(qiáng)化

通過改變表面的化學(xué)組成，使表面的摩爾體積大于內(nèi)部。由于表面體積脹大受到內(nèi)部材料的限制，就產(chǎn)生一種雙向的壓應(yīng)力?？梢哉J(rèn)為這種表面壓力和體積變化的關(guān)系近似服從胡克定律，即：

此外，將表面拋光及化學(xué)處理用以消除表面缺陷也能提高強(qiáng)度。陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法13化學(xué)強(qiáng)陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法14陶瓷材料的增韌

所謂增韌，是指提高陶瓷材料強(qiáng)度及改善陶瓷的脆性。與金屬材料相比，陶瓷材料有極高的強(qiáng)度，其彈性模量比金屬大很多。但大多數(shù)陶瓷材料缺乏塑性變形能力和韌性。韌化的主要機(jī)理有應(yīng)力誘導(dǎo)相變增韌，相變誘發(fā)微裂紋增韌，殘余應(yīng)力增韌等。相變增韌微裂紋增韌表面殘余壓應(yīng)力增韌彌散增韌陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法14陶瓷材陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法15相變增韌

利用多晶多相陶瓷中某些相成分在不同溫度的相變，從而增韌的效果，統(tǒng)稱為相變增韌。

當(dāng)部分穩(wěn)定ZrO2陶瓷燒結(jié)致密后，四方相ZrO2顆粒彌散分布于其它陶瓷基體中（包括ZrO2本身），冷卻時(shí)，亞穩(wěn)四方相顆粒受到基體的抑制而處于壓應(yīng)力狀態(tài)，這時(shí)基體沿顆粒連線方向也處于壓應(yīng)力狀態(tài)。材料在外力作用下所產(chǎn)生的裂紋尖端附近由于應(yīng)力集中的作用，存在張應(yīng)力場，從而減輕了對四方相顆粒的束縛，在應(yīng)力的誘發(fā)作用下會發(fā)生向單斜相的轉(zhuǎn)變并發(fā)生體積膨脹，相變和體積膨脹的過程除消耗能量外，還將在主裂紋作用區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力，二者均阻止裂紋的擴(kuò)展，只有增加外力做功才能使裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，于是材料強(qiáng)度和新裂韌性大幅度提高。陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法15相變增陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法16明亮的扁平橢圓形區(qū)域是立方結(jié)構(gòu)的氧化鋁基底中的四方結(jié)構(gòu)氧化(b)

形變區(qū)在臨界裂紋的一個(gè)薄層內(nèi)，明亮的部分是變形單余氧化鋯圖2相變增韌氧化鋯陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法16明亮的陶瓷材料的強(qiáng)度影響因素及改善方法改善材料強(qiáng)度的方法17

因此，這種微結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生三種不同的增韌機(jī)理。在氧化鋯中具有亞穩(wěn)態(tài)四方相的盤狀沉淀的微粒，如圖2所