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陶(tao)(tao)瓷材(cai)(cai)(cai)料(liao)具(ju)有(you)高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化(hua)等優(you)點，可(ke)用作結(jie)構材(cai)(cai)(cai)料(liao)、刀具(ju)材(cai)(cai)(cai)料(liao)及功(gong)能材(cai)(cai)(cai)料(liao)。其中(zhong)，常見的(de)(de)(de)**陶(tao)(tao)瓷材(cai)(cai)(cai)料(liao)如氧化(hua)鋁、氧化(hua)鋯、氧化(hua)硅(gui)、碳(tan)化(hua)硅(gui)、氮化(hua)硅(gui)等，被廣泛的(de)(de)(de)應用于航(hang)空航(hang)天、汽車(che)、生物醫學、電子和機械設備等行業。目前,陶(tao)(tao)瓷材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)脆性是制約(yue)其發展的(de)(de)(de)主要因素(su)之一(yi)，因此(ci)增(zeng)韌(ren)—成(cheng)為(wei)陶(tao)(tao)瓷材(cai)(cai)(cai)料(liao)研究領域的(de)(de)(de)核心問(wen)題(ti)。那么，陶(tao)(tao)瓷材(cai)(cai)(cai)料(liao)為(wei)什么會這么脆呢？

眾所(suo)周知，金(jin)屬材(cai)(cai)料(liao)很容易產生塑(su)性(xing)變形，原因是金(jin)屬鍵(jian)(jian)(jian)沒有方(fang)向性(xing)。而(er)在陶瓷材(cai)(cai)料(liao)中，原子(zi)間(jian)的(de)結合鍵(jian)(jian)(jian)為共價鍵(jian)(jian)(jian)和離(li)子(zi)鍵(jian)(jian)(jian)，共價鍵(jian)(jian)(jian)有明(ming)顯(xian)的(de)方(fang)向性(xing)和飽和性(xing)，而(er)離(li)子(zi)鍵(jian)(jian)(jian)的(de)同號離(li)子(zi)接(jie)近時斥力很大，所(suo)以(yi)主要由離(li)子(zi)晶(jing)體(ti)(ti)和共價晶(jing)體(ti)(ti)組成的(de)陶瓷，滑(hua)移系(xi)很少，一般在產生滑(hua)移以(yi)前就發生斷裂。這就是室(shi)溫下陶瓷材(cai)(cai)料(liao)脆性(xing)的(de)根本原因。

根據Griffith理論，固體材料斷裂(lie)強度主要(yao)取決于(yu)材料的(de)三個基本性能參(can)數：彈性模(mo)量 E 、斷裂(lie)表面能 γ 以及臨界裂(lie)紋尺(chi)寸 c[1]。

影響陶瓷材料斷裂強(qiang)度(du)的一些主要因素

材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)韌(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)可(ke)以用(yong)(yong)斷(duan)裂韌(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)的(de)值(zhi)量化。從(cong)斷(duan)裂力學的(de)觀點看，增(zeng)(zeng)強陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)(liao)韌(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)的(de)關鍵在于：提高陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)(liao)抵抗裂紋(wen)擴(kuo)展的(de)能力；減(jian)緩裂紋(wen)前端(duan)的(de)應(ying)力集中(zhong)效應(ying)[2]。此外,采用(yong)(yong)**的(de)制備加工(gong)技術(shu)也(ye)可(ke)以增(zeng)(zeng)強陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)(liao)的(de)韌(ren)(ren)(ren)(ren)性(xing)。目(mu)前陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)的(de)機(ji)理(li)大(da)(da)致有(you)以下六(liu)種(zhong)：相變增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)；微裂紋(wen)增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)；裂紋(wen)偏轉和(he)橋聯；晶(jing)須/纖維增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)；疇(chou)轉和(he)孿晶(jing)增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)；自增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)。實際上，陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)的(de)增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)機(ji)制通常不止一(yi)種(zhong)，而(er)是(shi)以上幾種(zhong)機(ji)制的(de)疊(die)加，即為協同韌(ren)(ren)(ren)(ren)化。下面(mian)為大(da)(da)家詳細的(de)介紹陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)常見的(de)增(zeng)(zeng)韌(ren)(ren)(ren)(ren)機(ji)理(li)及其應(ying)用(yong)(yong)。

1. 相變增韌

簡介：相變增韌，通過第 二相的相變消耗大量裂紋擴展所需的能量，使得裂紋前端應力(li)松弛，阻礙(ai)裂紋的(de)(de)進(jin)一(yi)步擴展(zhan)。同時，相(xiang)變(bian)產生的(de)(de)體積(ji)膨脹使周(zhou)圍基體受壓(ya)，促使其它裂紋閉合，從而(er)提(ti)高斷裂韌性和強(qiang)度。這種相(xiang)變(bian)增(zeng)韌也稱為(wei)應力(li)誘發相(xiang)變(bian)、相(xiang)變(bian)誘發韌性。

利用氧化(hua)鋯（ZrO2）的馬氏體相變使得氧化(hua)鋯陶瓷材料(liao)韌性大幅(fu)提升，是迄今為(wei)止極(ji)成功(gong)的增韌方法(fa)之(zhi)一。純ZrO2晶體有(you)單(dan)斜相（m）、正(zheng)方相（t）和立(li)方相（c）三種結(jie)構。隨溫度變化(hua)會發生以下同素異構轉變：

在(zai)(zai)冷(leng)卻過程中(zhong)，t→m相變伴隨著4 - 5%的(de)體積膨(peng)脹，因此純ZrO2陶瓷在(zai)(zai)冷(leng)卻過程中(zhong)很(hen)容易發生破損。后來，通過在(zai)(zai)ZrO2中(zhong)加入(ru)適量的(de)CaO、MgO、Y2O3和(he)CeO等(deng)穩定(ding)劑，并控制加熱冷(leng)卻條件，使(shi)高溫相（t或c或二(er)者同時）部分地存在(zai)(zai)于(yu)室溫，形成部分穩定(ding)ZrO2，提(ti)高了(le)氧化鋯陶瓷的(de)韌(ren)性(xing)。

在ZrO2四方相多晶體（TZP）或以四方相ZrO2為第二相顆粒的陶瓷基復合材料（如PSZ，ZTA）中，裂紋前端附件高應力的作用導致四方相ZrO2晶粒發生相變（t→m相變），這種馬氏體相變產生的晶格膨脹和剪切在裂紋前端形成屏蔽，釋放了裂紋前端的擴展驅動力，從而提高了材料的斷裂韌(ren)性(xing)。

應力誘發相變原(yuan)理示意圖(tu)

應用(yong)(yong)：ZrO2增(zeng)韌陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)材料是(shi)目前使(shi)用(yong)(yong)極(ji)為(wei)廣(guang)(guang)泛(fan)的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)之一，廣(guang)(guang)泛(fan)用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)機(ji)械、電子、石油、化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)(gong)、航天、防止、測量儀(yi)器、機(ji)床、生物工(gong)(gong)(gong)(gong)程和(he)(he)(he)(he)醫療器械等(deng)(deng)行業。部分穩定的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)具有導熱率低(di)、強度(du)和(he)(he)(he)(he)韌性(xing)(xing)好、彈性(xing)(xing)模量低(di)、抗熱沖擊和(he)(he)(he)(he)工(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)溫度(du)高（1100 °C）等(deng)(deng)優點，可用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)制造(zao)發動機(ji)和(he)(he)(he)(he)內(nei)(nei)燃機(ji)的零件(jian)。ZrO2增(zeng)韌陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)在內(nei)(nei)燃機(ji)中的應用(yong)(yong)是(shi)極(ji)為(wei)成功的。由于(yu)(yu)(yu)工(gong)(gong)(gong)(gong)作(zuo)溫度(du)高，因(yin)(yin)此利用(yong)(yong)ZrO2制作(zuo)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)絕熱內(nei)(nei)燃機(ji)可以省去散熱器、水泵和(he)(he)(he)(he)冷卻管等(deng)(deng)部件(jian)，從而提(ti)升內(nei)(nei)燃機(ji)的熱效率。氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)無磁性(xing)(xing)、不(bu)導電、不(bu)生銹、耐磨(mo)，因(yin)(yin)此在生物醫學(xue)器械領域(yu)和(he)(he)(he)(he)刀具工(gong)(gong)(gong)(gong)具領域(yu)中應用(yong)(yong)廣(guang)(guang)泛(fan)。部分穩定氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)可用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)制作(zuo)人(ren)(ren)造(zao)骨骼、人(ren)(ren)造(zao)關節和(he)(he)(he)(he)人(ren)(ren)工(gong)(gong)(gong)(gong)牙(ya)齒(chi)等(deng)(deng)，ZrO2增(zeng)韌陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)刀片由于(yu)(yu)(yu)具有非常高的刀刃(ren)強度(du)和(he)(he)(he)(he)耐磨(mo)性(xing)(xing)能，可用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)加工(gong)(gong)(gong)(gong)合金(jin)鋼。此外，部分穩定氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鋯(gao)成型的結構陶(tao)(tao)(tao)瓷(ci)(ci)件(jian)如光纖接插(cha)件(jian)、套管和(he)(he)(he)(he)跳線等(deng)(deng)，在市場上已廣(guang)(guang)泛(fan)應用(yong)(yong)。

2. 微裂紋增韌

簡介：微(wei)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)增(zeng)韌(ren)的(de)根(gen)本原因是增(zeng)大了(le)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴展(zhan)(zhan)路徑(jing)，即提高(gao)了(le)材(cai)料斷裂(lie)(lie)(lie)過程中，裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴展(zhan)(zhan)所(suo)需克(ke)服表(biao)面能增(zeng)加(jia)(jia)做(zuo)的(de)功。微(wei)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)增(zeng)韌(ren)是一種(zhong)常(chang)用(yong)的(de)陶瓷(ci)增(zeng)韌(ren)機制(zhi)，在陶瓷(ci)基體相(xiang)和(he)分散(san)(san)相(xiang)之(zhi)間(jian)，由于溫度變化引起(qi)的(de)熱膨脹(zhang)差或相(xiang)變引起(qi)的(de)體積差，會產生彌散(san)(san)分布的(de)微(wei)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)，當(dang)導致斷裂(lie)(lie)(lie)的(de)主裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴展(zhan)(zhan)時(shi)，這些均勻分布的(de)微(wei)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)會促(cu)使主裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)分岔，使主裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴展(zhan)(zhan)路徑(jing)曲折不平，增(zeng)加(jia)(jia)了(le)擴展(zhan)(zhan)過程中的(de)表(biao)面能，從而使裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)快速擴展(zhan)(zhan)受(shou)到(dao)阻礙，增(zeng)加(jia)(jia)材(cai)料韌(ren)性[3]。

ZTA微裂紋模型

應(ying)用：目前，應(ying)用微(wei)(wei)裂(lie)(lie)紋(wen)增(zeng)韌(ren)的陶瓷材料主要(yao)為ZrO2增(zeng)韌(ren)的氧化鋁陶瓷（ZTA）[4]。ZTA的增(zeng)韌(ren)包含微(wei)(wei)裂(lie)(lie)紋(wen)增(zeng)韌(ren)和(he)相(xiang)變(bian)增(zeng)韌(ren)兩(liang)種機(ji)理，其中微(wei)(wei)裂(lie)(lie)紋(wen)又可(ke)分為球(qiu)形顆粒開裂(lie)(lie)和(he)顆粒相(xiang)變(bian)應(ying)變(bian)引起機(ji)體開裂(lie)(lie)兩(liang)種。ZTA復(fu)合(he)陶瓷具有優良的抗腐蝕性(xing)、抗熱震性(xing)、高(gao)強度(du)和(he)高(gao)韌(ren)性(xing)，可(ke)用于制作加工(gong)鑄鐵和(he)合(he)金的陶瓷刀具、耐磨(mo)瓷球(qiu)和(he)生物(wu)醫用材料如牙(ya)齒等。

3. 裂紋偏轉和橋聯(lian)

簡介：通過陶瓷基體中，高強度高韌性的第二相顆粒的彌散或者顆粒的移動，使得裂紋在擴展過程中，由于分散相粒子的阻礙作用，裂紋前端會沿顆粒發生彎曲。另外，當分散相粒子與基體相交界周圍產生殘余壓應力，裂紋遇到分散粒子時，原來的前進方向會發生轉向。顆粒與基體的熱膨脹系數是決定增韌效果的主要因素。裂紋橋聯通常發生在裂紋前(qian)端，依靠橋(qiao)聯單元連(lian)接裂(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)兩個表面并在兩個界面之間產(chan)生閉合應(ying)力，從而導(dao)致(zhi)強度因子隨裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展而增加。裂(lie)(lie)紋(wen)橋(qiao)聯可(ke)能發生穿(chuan)晶(jing)破(po)壞(huai)，也有可(ke)能出現裂(lie)(lie)紋(wen)繞(rao)過(guo)橋(qiao)聯單元沿晶(jing)發展及偏轉(zhuan)的(de)(de)情況。裂(lie)(lie)紋(wen)橋(qiao)聯增韌值與橋(qiao)聯單元粒徑的(de)(de)平方根成正(zheng)比。復合材(cai)料(liao)中存在的(de)(de)微(wei)裂(lie)(lie)紋(wen)也會(hui)導(dao)致(zhi)主裂(lie)(lie)紋(wen)在擴(kuo)展過(guo)程中發生偏轉(zhuan)，增加復合材(cai)料(liao)的(de)(de)韌性。

裂紋偏(pian)轉(zhuan)和橋聯示(shi)意圖

目前(qian)，在陶瓷(ci)基體(ti)(ti)中加入的(de)(de)第(di)二相(xiang)(xiang)顆粒(li)通常為(wei)強(qiang)度較高的(de)(de)氮化物和(he)碳化物陶瓷(ci)顆粒(li)。塑性(xing)良好的(de)(de)金(jin)屬(shu)顆粒(li)作(zuo)為(wei)第(di)二相(xiang)(xiang)顆粒(li)也可以(yi)增(zeng)強(qiang)脆(cui)性(xing)陶瓷(ci)基體(ti)(ti)的(de)(de)韌性(xing)。金(jin)屬(shu)粒(li)子作(zuo)為(wei)延性(xing)第(di)二相(xiang)(xiang)引入陶瓷(ci)基體(ti)(ti)內，不(bu)僅可以(yi)改善陶瓷(ci)的(de)(de)燒結性(xing)能，也可以(yi)以(yi)多種方式阻(zu)礙陶瓷(ci)中裂紋的(de)(de)擴展,使得復合(he)材料(liao)的(de)(de)抗彎強(qiang)度和(he)斷裂韌性(xing)得以(yi)提高。其增(zeng)韌機制有(you)兩種：

裂紋前端的僑聯去和過程區

(1)擴展裂紋的上下表面在裂紋前端后方一定的距離內被完整的顆粒所釘住，顆粒通過阻止裂紋的張開而減小了裂紋前端的應(ying)力強度因子(zi)，從而實(shi)現增韌(ren)。

(2)裂(lie)紋(wen)擴展過程中導致顆粒的塑(su)性(xing)變形，消(xiao)耗了宏觀裂(lie)紋(wen)擴展的驅動力。

上(shang)述兩種機(ji)理(li)中，顆粒橋聯機(ji)理(li)起作用[5]。

應用：在(zai)Al2O3或(huo)Si3N4等材(cai)料的(de)陶(tao)瓷(ci)基體中加入SiC和(he)(he)TiC等顆粒物制作的(de)陶(tao)瓷(ci)刀具已(yi)廣泛使用。裂(lie)紋偏轉和(he)(he)橋(qiao)聯增(zeng)韌不(bu)受溫(wen)度(du)限制，同時又可以避免(mian)微裂(lie)紋對材(cai)料的(de)劣化作用，是(shi)高溫(wen)結構陶(tao)瓷(ci)比(bi)較有(you)潛力的(de)增(zeng)韌方法之一[6]。

4. 晶須/纖維增韌

簡介：實踐證明晶須/纖(xian)(xian)維(wei)增(zeng)強(qiang)增(zeng)韌(ren)(ren)(ren)機理可使(shi)材(cai)料(liao)的(de)(de)強(qiang)度(du)(du)和韌(ren)(ren)(ren)性(xing)都大幅度(du)(du)地提高，被認為是高溫結構陶(tao)(tao)瓷很有(you)希(xi)望的(de)(de)增(zeng)韌(ren)(ren)(ren)機理。晶須/纖(xian)(xian)維(wei)自身(shen)特(te)性(xing)及纖(xian)(xian)維(wei)與陶(tao)(tao)瓷基體(ti)的(de)(de)界面結合特(te)性(xing)是影響纖(xian)(xian)維(wei)增(zeng)韌(ren)(ren)(ren)的(de)(de)主要因素。在陶(tao)(tao)瓷基體(ti)中摻(chan)入高強(qiang)度(du)(du)高韌(ren)(ren)(ren)性(xing)的(de)(de)晶須/纖(xian)(xian)維(wei)，可使(shi)宏觀裂(lie)紋在穿過晶須/纖(xian)(xian)維(wei)時受阻，從而提高陶(tao)(tao)瓷材(cai)料(liao)的(de)(de)強(qiang)度(du)(du)和韌(ren)(ren)(ren)性(xing)。其增(zeng)韌(ren)(ren)(ren)機理為：陶(tao)(tao)瓷基體(ti)中晶須/纖(xian)(xian)維(wei)的(de)(de)脫粘、拔出(chu)和橋(qiao)連。

纖維增韌原理示意圖

（1）當(dang)纖(xian)維(wei)或晶(jing)(jing)須(xu)與(yu)基(ji)體的(de)結合(he)力(li)較(jiao)弱，晶(jing)(jing)粒的(de)斷裂(lie)(lie)強(qiang)度(du)超(chao)過裂(lie)(lie)紋的(de)擴展應(ying)力(li)時，裂(lie)(lie)紋會偏離原來而(er)沿晶(jing)(jing)須(xu)/纖(xian)維(wei)與(yu)基(ji)體的(de)結合(he)面擴展，引起晶(jing)(jing)須(xu)/纖(xian)維(wei)—基(ji)體界面脫(tuo)粘(zhan)，阻礙裂(lie)(lie)紋擴展；

（2）當晶須/纖維較短或發生斷裂時，纖維/晶須在裂紋在擴展過程中脫粘并拔出，晶須/纖維的斷裂及拔出都會使得裂紋前端應(ying)力松弛，減緩裂紋的(de)擴展(zhan)，消耗裂紋擴展(zhan)的(de)能量；

（3）陶(tao)瓷基體中的晶(jing)須/纖維產生(sheng)橋連時(shi)，其兩(liang)端會牽拉住兩(liang)裂紋(wen)面，即在裂紋(wen)表面產生(sheng)壓應力，抵消一部分(fen)外加壓力的作用，阻止裂紋(wen)的進一步擴展(zhan)。

應用(yong)(yong)：目前常(chang)用(yong)(yong)的晶須/纖(xian)(xian)維(wei)(wei)材料(liao)為SiC、Si3N4和Al2O3等材料(liao)，陶瓷基體通常(chang)為Al2O3、ZrO2、Si3N4和莫來石等。纖(xian)(xian)維(wei)(wei)增韌陶瓷主(zhu)要(yao)用(yong)(yong)途有(you)兩(liang)類：要(yao)求高(gao)(gao)(gao)強度(du)、高(gao)(gao)(gao)硬(ying)度(du)和高(gao)(gao)(gao)溫結構穩定性的材料(liao)；絕熱(re)、高(gao)(gao)(gao)溫空(kong)氣過濾材料(liao)、金屬(shu)的增強材料(liao)，適用(yong)(yong)于航天(tian)和化(hua)學工業。利用(yong)(yong)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)增韌陶瓷材料(liao)制作的零部件(jian)可以用(yong)(yong)于爆(bao)破箱、熔融器和密封件(jian)等，輕質增強纖(xian)(xian)維(wei)(wei)構建還可用(yong)(yong)于設計(ji)飛(fei)機(ji)發(fa)動機(ji)。

用碳(tan)纖維補強的(de)石(shi)英(ying)基(ji)復合(he)材料是很有成(cheng)效(xiao)的(de)應用案例之一。在(zai)石(shi)英(ying)基(ji)體中加入25 vol%的(de)碳(tan)纖維組成(cheng)的(de)復合(he)材料，其強度(du)和韌性都顯著(zhu)提(ti)高，表現出優異的(de)抗(kang)機械沖擊和熱(re)沖擊性能，并成(cheng)功(gong)的(de)用于我(wo)國的(de)空間技術中。

連續(xu)碳纖維增(zeng)韌的(de)(de)SiC復合材(cai)料，不僅(jin)具有很高的(de)(de)強度，而且(qie)斷裂韌性高，在空(kong)間技術上(shang)是極(ji)為有用的(de)(de)材(cai)料[7]。碳納米管-陶瓷(ci)基復合材(cai)料，除具有優良的(de)(de)力(li)學(xue)性能外(wai)，熱學(xue)和電(dian)學(xue)性能上(shang)也有優異(yi)表(biao)現

5. 疇(chou)轉和孿晶增韌

簡(jian)介(jie)：疇轉和(he)(he)孿晶增(zeng)(zeng)韌(ren)是將壓(ya)(ya)電陶(tao)瓷(ci)作(zuo)為第二相加入結構(gou)陶(tao)瓷(ci)中，以(yi)達到(dao)(dao)增(zeng)(zeng)韌(ren)和(he)(he)增(zeng)(zeng)強的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。在裂(lie)(lie)紋擴(kuo)展過(guo)(guo)(guo)(guo)程中，陶(tao)瓷(ci)基體中的(de)(de)壓(ya)(ya)電第二相不僅對裂(lie)(lie)紋有橋聯(lian)和(he)(he)偏(pian)折作(zuo)用，壓(ya)(ya)電效應(ying)和(he)(he)電疇偏(pian)轉也會(hui)消耗裂(lie)(lie)紋擴(kuo)展驅動力(li)，從而(er)起到(dao)(dao)增(zeng)(zeng)韌(ren)作(zuo)用。因此，在壓(ya)(ya)電相增(zeng)(zeng)韌(ren)的(de)(de)陶(tao)瓷(ci)材料中，除(chu)裂(lie)(lie)紋橋聯(lian)和(he)(he)偏(pian)折增(zeng)(zeng)韌(ren)后，裂(lie)(lie)紋擴(kuo)展的(de)(de)能(neng)量還(huan)可以(yi)通(tong)過(guo)(guo)(guo)(guo)三種途(tu)徑(jing)釋(shi)放：通(tong)過(guo)(guo)(guo)(guo)壓(ya)(ya)電效應(ying)將機(ji)械能(neng)轉化為電能(neng)；通(tong)過(guo)(guo)(guo)(guo)應(ying)力(li)誘導(dao)鐵電相發生相變而(er)消耗能(neng)量；通(tong)過(guo)(guo)(guo)(guo)應(ying)力(li)導(dao)致(zhi)壓(ya)(ya)電第二相中疇壁運動提(ti)高(gao)復合(he)材料的(de)(de)斷裂(lie)(lie)韌(ren)性[8]。

壓電陶(tao)瓷顆粒(li)增(zeng)韌示意圖

應用：這(zhe)一(yi)方法(fa)在BaTiO3/Al2O3、Nd2Ti2O2/Al2O3和LaTaO3/Al2O3復合陶(tao)瓷上得到了很好的(de)(de)(de)增韌效果(guo)。BaTiO3/Al2O3是(shi)其中(zhong)非常典型(xing)的(de)(de)(de)案(an)例。但(dan)BaTiO3含量(liang)較(jiao)高時，增韌相與(yu)基(ji)體(ti)之(zhi)間發(fa)生(sheng)反應，生(sheng)成大量(liang)的(de)(de)(de)雜相，復合材料的(de)(de)(de)斷裂韌性反而降低，因此這(zhe)種增韌方法(fa)的(de)(de)(de)關鍵(jian)在鐵電相與(yu)基(ji)體(ti)的(de)(de)(de)共存。

6. 自增韌

簡介：自(zi)增(zeng)韌(ren)也(ye)稱原(yuan)位增(zeng)韌(ren)，即在陶瓷(ci)基體中加入可以生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)第(di)(di)二(er)相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)料，控制(zhi)生(sheng)成(cheng)(cheng)(cheng)條件和反(fan)應過(guo)程(cheng)(cheng)，直接通過(guo)高溫(wen)化(hua)學(xue)反(fan)應或者相變(bian)過(guo)程(cheng)(cheng)，在基體中生(sheng)長出均(jun)(jun)勻分布的(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶須、高長徑比(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶粒和晶片形態的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)強體，形成(cheng)(cheng)(cheng)陶瓷(ci)復合(he)材料。自(zi)增(zeng)韌(ren)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)韌(ren)化(hua)機理類(lei)似于(yu)晶須/纖(xian)維增(zeng)韌(ren)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作用，主要(yao)是(shi)借助自(zi)生(sheng)增(zeng)強體的(de)(de)(de)(de)(de)(de)拔出、橋聯與(yu)裂紋的(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏(pian)轉(zhuan)機制(zhi)。這種方法可以克服(fu)加入第(di)(di)二(er)相增(zeng)韌(ren)中存(cun)在的(de)(de)(de)(de)(de)(de)兩相不相容、分布不均(jun)(jun)等(deng)問題，因此得到的(de)(de)(de)(de)(de)(de)復合(he)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強度和韌(ren)性都高于(yu)第(di)(di)二(er)相增(zeng)韌(ren)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)同種材料。

應用：自增韌(ren)(ren)在陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)復(fu)(fu)合材(cai)(cai)料中應用廣(guang)泛(fan)，包括Si3N4、Sialon、Al-Zr-C、Ti-B-C、SiC、Al2O3、ZrB2/ZrC0.6/Zr材(cai)(cai)料和玻璃陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)等(deng)。自增韌(ren)(ren)復(fu)(fu)合陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)材(cai)(cai)料與(yu)外加(jia)纖維、晶須(xu)增韌(ren)(ren)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)復(fu)(fu)合材(cai)(cai)料相比，優點(dian)在于不(bu)須(xu)先制備纖維或晶須(xu)，降低了制備成本；另(ling)外燒結過程中不(bu)會對纖維和晶須(xu)造成損傷，與(yu)基(ji)體之間(jian)界(jie)面結合較好。自增韌(ren)(ren)陶(tao)瓷(ci)(ci)(ci)復(fu)(fu)合材(cai)(cai)料一(yi)般會使材(cai)(cai)料的斷(duan)裂韌(ren)(ren)性提高，但斷(duan)裂強度會有所(suo)下降。