摘要

陶瓷的很多优点是其他材料无法比拟的，但它致命的弱点是脆性。陶瓷材料的脆性极大地影响了材料性能的可靠性和一致性。研究陶瓷材料的脆性，提出改善脆性的有效途径，已成为陶瓷材料研究者特别关注的问题。

解决陶瓷材料脆性的方法

陶瓷中弱界面体系的建立

(1)纤维增强陶瓷基复合材料

在陶瓷基体中以一定的方式加入纤维(或晶须)，一方面可以使高强度的纤维(或晶须)分担所施加的载荷，另一方面可以利用纤维(或晶须)与陶瓷基体之间的弱界面(这是可以做到的)创造一个外部能量吸收系统，从而达到改善陶瓷材料脆性的目的。

(2)复合陶瓷材料

当两种不同的材料在一起时，由于它们的热膨胀系数和弹性模量不同，两种材料之间不可避免地会存在应力。晶粒界面上的这种应力是弱界面的主要来源。最近许多研究结果表明，如果一种物质在另一种物质的微米级晶粒中有纳米级晶粒，则称之为纳米-微米晶间复合。

(3)自增韧陶瓷材料

人们可以通过特殊的工艺处理，使陶瓷坯体中的部分成分形成一定长径比的形状。例如，当少量液相参与氧化铝陶瓷的烧结过程时，可以导致氧化铝晶粒的各向异性生长，在氧化铝基体中形成无数长径比大的棒状晶体。它能在相当程度上提高氧化铝陶瓷材料的强度和韧性。另一个例子是在氮氧化硅(赛隆)陶瓷中，其α；和β；共存和β；该相是具有一定纵横比的长柱状晶体。所有这些陶瓷材料都表现出优异的机械性能。

(4)层压复合材料

受自然界中贝壳微结构的启发，人们提出了叠层复合材料的概念。即两种不同成分的材料以三明治的方式堆叠，形成具有多个平行界面的层状复合材料。

所设计的材料结构具有许多垂直于应力方向的弱界面。这些弱界面是导致主裂纹扩展路径畸变的主要原因，也是提高材料韧性的重要因素。同时，由于层的两面在界面处是不同的材料，由于它们之间的弹性模量和热膨胀系数的差异，必然会产生残余应力。这种残余应力在一定范围内，是强韧化的主要原因。

(5)陶瓷材料的晶界应力设计。

由于物理性能的差异，在晶界处引入不同相的材料组成的复相陶瓷或不同成分的玻璃态材料，人为地造成陶瓷材料内部的物理失配，从而在材料的边界处造成合适的应力状态，从而起到吸收、消耗或转移所施加能量的作用，达到陶瓷材料强韧化的目的。

增韧氧化锆陶瓷材料

自1975年R.C.Garvie、R.H.Hannink和R.T.Pascoe提出陶瓷钢的概念以来，氧化锆增韧陶瓷材料的研究一直很繁荣。

增韧氧化锆陶瓷的出现为改善陶瓷材料的脆性提供了新思路。在氧化锆增韧陶瓷材料中，四方氧化锆多晶(TZP)是最重要的一种，它具有先进陶瓷材料中最好的室温力学性能。

功能梯度材料

在陶瓷涂层的制备过程中，为了获得较厚的涂层，或者由于金属基体与陶瓷涂层在热性能和机械性能上的较大差异，往往需要采用涂层成分的梯度变化，以获得性能良好、结合强度高的陶瓷涂层。1987年，日本学者MasayukiNiino、ToshioHirai和龙三渡边龙利用物质成分的梯度变化，做出一种两面性质完全不同的物质，这是一种全新的想法。

纳米陶瓷材料

从对材料微观结构的了解来看，材料中的晶粒大小与材料的性能直接相关。当陶瓷材料的晶粒细化达到纳米级水平时，材料的性能会出现明显的异常。

概念的延伸

在纳米-微米复合材料中，为什么第二相必须是陶瓷？能不能换成金属或者有机聚合物？于是出现了多相材料的概念。

实际上，多相材料并不是一个新概念。有一个所谓的& ldquo几十年前。金属/陶瓷材料；向有机材料如橡胶或树脂中添加无机填料。现在只是给这些旧观念注入新的内涵。

前期的研究工作表明，金属/陶瓷体系不仅对材料起到强韧化的作用，而且在电学和热学性能上也有一些奇特的表现，是一个值得进一步探索的研究方向。

摘要

陶瓷材料的脆性一直是困扰陶瓷材料研究者的一个基本问题。许多研究集中在如何改善或减缓陶瓷材料的脆性对材料性能的影响，提高陶瓷材料的可靠性和一致性。

半个世纪的研究工作成果提出了许多行之有效的方法。一是在陶瓷材料中建立弱界面，如纤维增强陶瓷基复合材料、多相陶瓷材料、自增韧陶瓷材料、陶瓷材料晶界应力设计等，得到认可。还有氧化锆增韧陶瓷材料、功能梯度材料、叠层材料、纳米陶瓷材料。在此基础上，提出了多相材料。同时，我们也注意到了各种方式的协同效应。

总之，可以在很大程度上改善陶瓷材料的脆性，但能否解决陶瓷材料的脆性问题，尚无定论。材料的研究向多功能发展，这是材料发展的大趋势，陶瓷材料也不例外！