陶瓷材料的特点及研究进展

陶瓷（ceramic）材料由氮化硅（Si3 N4）、碳化硅（SiC）、三氧化二铝（Al2 O3）等耐火材料粉末烧结而成，与金属相比，它具有很好的耐热性能，在1 000℃以上高温下仍有很高的静强度及蠕变断裂强度。陶瓷本质上是脆性材料，对微小缺陷十分敏感，断裂韧度较低。陶瓷材料的增韧一直是研究者努力的目标。

陶瓷的韧度受三个方面的影响。一是位错移动阻力与断裂应力的相对大小；二是位错源的密度；三是滑移系的数目。譬如，在具有强共价-离子键的Al2 O3中，位错移动阻力较大，在熔点的3/5以上的高温下，才有可能发生滑移。在MgO（离子键）中滑移相对容易发生，但随温度下降，位错运动阻力迅速增加。具有离子-金属混合键的AgCl中，位错移动阻力较小，韧度较好。

Al2 O3是完全脆性材料。Al2 O3的断裂强度远小于理论强度，这是由于试样表面缺陷的影响。表9-2所示为Al2O3在不同表面条件下的强度，可见表面质量对强度有很大影响。

表9-2　Al2 O3室温断裂强度［12］(www.xing528.com)

MgO是半脆性材料。在半脆性陶瓷中，位错是可动的，位错的相互作用可引发裂纹。此外，表面缺陷、机械接触也可引发裂纹。在这类材料的断裂过程中，裂纹有一个长大的过程，断裂应力更靠近流变应力，而不是Griffith应力。

陶瓷材料的疲劳损伤一般为时间的函数，而不是循环周次的函数，断裂形式多为沿晶断裂。在静载作用下，当应力达到一定值时，材料中的微裂纹有一个较慢的长大过程，经过一段时间之后才发生断裂，这一现象称为滞后断裂（delayed fracture）或静疲劳（static fatigue）。

由粉末烧结得到的多晶体陶瓷材料中含有许多微孔洞，其尺寸具有分散性，因此，材料强度也有较大的分散性，往往需要用统计的方法进行处理。