中國粉體網(wǎng)訊  眾所周知，陶瓷材料均有一個(gè)致命的缺陷——脆性。陶瓷材料的脆性由其化學(xué)性質(zhì)和顯微結(jié)構(gòu)所決定的，是陶瓷材料與生俱來的特性。其脆性越大，即表示其斷裂韌性越低，這在一定程度上限制了它的應(yīng)用。

陶瓷脆性的本質(zhì)主要由化學(xué)鍵性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)所決定，在陶瓷中缺少獨(dú)立的滑移系，材料一旦處于受力狀態(tài)就難于通過滑移所引起的塑性形變來松弛應(yīng)力。從顯微結(jié)構(gòu)上看，脆性的根源在于微裂紋的存在，易于引起應(yīng)力高度集中，繼而微裂紋擴(kuò)展以致斷裂。

斷裂力學(xué)性能是評(píng)價(jià)陶瓷材料力學(xué)性能的重要指標(biāo)，預(yù)測結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能所必需的一個(gè)重要參數(shù)是斷裂韌性。斷裂韌性是材料重要的基本力學(xué)參數(shù)之一，用來表征材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力，是度量材料韌性好壞的重要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)陶瓷服役性能及可靠性的關(guān)鍵力學(xué)性能指標(biāo)。其對(duì)于結(jié)構(gòu)陶瓷的研發(fā)、制備、選材與設(shè)計(jì)具有決定性意義。

就氧化鋯陶瓷而言，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，穩(wěn)定劑種類和含量、晶粒尺寸等是氧化鋯四方相保留到室溫的關(guān)鍵影響因素。在眾多穩(wěn)定劑中，Y₂O₃穩(wěn)定氧化鋯陶瓷 (Y-ZrO₂) 的綜合力學(xué)性能最好而被廣泛應(yīng)用。至目前報(bào)道，其抗彎強(qiáng)度可高達(dá)1.5 GPa，斷裂韌性為2MPa·m^1/2 ~ 20 MPa·m^1/2�？梢园l(fā)現(xiàn)，Y-ZrO₂的斷裂韌性值在以往的報(bào)道中具有較大差異。這是由兩方面的原因?qū)е碌模阂环矫�，陶瓷材料斷裂韌性的測試方法眾多，但沒有一種快捷、可靠的測試方法來準(zhǔn)確評(píng)價(jià)氧化鋯的斷裂韌性，因此，對(duì)于同一種Y₂O₃穩(wěn)定氧化鋯陶瓷材料，測試方法的不同往往得到的斷裂韌性具有較大的差異；另一方面，Y₂O₃穩(wěn)定的多晶氧化鋯陶瓷中，穩(wěn)定劑含量對(duì)其力學(xué)性能有很大影響。常見的氧化鋯結(jié)構(gòu)件陶瓷含有2mol%~ 3mol%的Y₂O₃，相組成以四方相氧化鋯為主，具有較高的斷裂韌性。而在電子、光學(xué)等方面應(yīng)用的氧化鋯功能陶瓷，相組成以立方相氧化鋯為主，其斷裂韌性較差。到目前為止，關(guān)于Y-ZrO₂陶瓷材料力學(xué)性能的系統(tǒng)性研究依然較少。其次，Y-ZrO₂常與氧化鋁進(jìn)行復(fù)合，制備綜合性能優(yōu)異的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷（ZTA）和氧化鋁增強(qiáng)氧化鋯陶瓷（ATZ），其斷裂韌性也因氧化鋯和氧化鋁的組成比例不同具有一定差異，其研究備受國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。

在眾多陶瓷材料斷裂韌性測試方法中，SENB法由于測試簡便而被廣泛應(yīng)用，但由于切口鈍化，使其測量的斷裂韌性結(jié)果偏高。2014年饒平根教授研究團(tuán)隊(duì)首次將飛秒激光微加工技術(shù)運(yùn)用到 SEVNB法測量結(jié)構(gòu)陶瓷的斷裂韌性，可靠準(zhǔn)確測試了氮化硅、氧化鋁、氧化鋯等典型結(jié)構(gòu)陶瓷的斷裂韌性。到目前為止，該團(tuán)隊(duì)這種改良的SEVNB法也已應(yīng)用于氧化鋯、硼化鋯、碳化硅纖維增韌硼化鋯、碳納米管增韌氧化鋯、氧化鋯增韌氧化鋁、硬質(zhì)合金等多種材料，顯示出了良好的可重復(fù)性和可靠性。

中國粉體網(wǎng)將于2023年12月20-21日在湖北宜昌舉辦“第六屆新型陶瓷技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇”，屆時(shí)華南理工大學(xué)饒平根教授將帶來《陶瓷材料斷裂機(jī)理及Y-ZrO₂基結(jié)構(gòu)陶瓷斷裂韌性可靠評(píng)價(jià)》的報(bào)告。本報(bào)告將介紹陶瓷材料的斷裂機(jī)理，并解析結(jié)構(gòu)陶瓷脆性斷裂的原因。

來源：

崔金平等：可靠評(píng)價(jià)Y-ZrO₂及Y-ZrO₂/Al₂O₃陶瓷斷裂韌性研究進(jìn)展

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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