“木剛易折，水滴石穿”。古人根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的規(guī)律，往往淺顯易懂、深入淺出。有時(shí)候，真正的強(qiáng)大并非源于剛硬，卻往往歸于柔韌。一個(gè)掌握柔韌能力的人，往往如脫胎換骨一般，在社會(huì)中游刃有余。做人如此，陶瓷亦如是。

陶瓷材料的鍵性主要是離子鍵與共價(jià)鍵，而且往往是兩種鍵雜交在一起，這就決定了其本質(zhì)：剛硬有余，韌性不足。陶瓷顯而易見(jiàn)的本征屬性就是——脆性，具體表現(xiàn)為在外加應(yīng)力作用下會(huì)突然斷裂，抗沖擊強(qiáng)度低、溫度劇變承受能力差，極大地限制了其應(yīng)用范圍。對(duì)于一些軍用或特殊場(chǎng)合使用的特種陶瓷而言，提高陶瓷韌性才能使其“脫胎換骨”，雄霸天下！

根據(jù)Griffith微裂紋理論，實(shí)際材料中存在許多微裂紋或缺陷，在外力作用下這些裂紋或缺陷會(huì)因應(yīng)力集中而擴(kuò)展，導(dǎo)致斷裂失效現(xiàn)象發(fā)生。因此，脆性材料的斷裂強(qiáng)度σ與微裂紋密切相關(guān)，可從下面的公式中看出：

其中，E代表彈性模量，γ代表斷裂表面能，u代表泊松比，c代表裂紋尺寸。

顯然，材料強(qiáng)度σ與微裂紋尺寸c相關(guān)，裂紋尺寸c越大，材料強(qiáng)度越低，越容易失效。事實(shí)上，材料強(qiáng)度σ是經(jīng)典強(qiáng)度理論對(duì)材料的一種表征手段，但它沒(méi)有抓住斷裂的本質(zhì)，不能預(yù)防低應(yīng)力下的脆性斷裂。不過(guò)，我們可以從中提取出與裂紋尺寸不相關(guān)的部分，由斷裂力學(xué)理論出發(fā)，建立另外一種材料表征手段——斷裂韌性K_Ic，用以評(píng)價(jià)材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力。對(duì)于脆性材料：

其中，E代表彈性模量，γ代表斷裂表面能，u代表泊松比。

公式中，E和u是非結(jié)構(gòu)敏感的，因此提高材料斷裂韌性K_Ic主要從提高斷裂表面能角度出發(fā)。陶瓷斷裂模式有穿晶斷裂和晶界斷裂兩種，相對(duì)于晶粒，晶界的強(qiáng)度往往較低，因此裂紋沿晶界擴(kuò)展的情況較多。由此，大多數(shù)增韌方式的對(duì)象往往都是晶界。換言之，陶瓷“脫胎換骨”的關(guān)鍵在于晶界。

l 特種陶瓷增韌方法匯總

特種陶瓷增韌方式及機(jī)理

左：氧化鋯相變?cè)鲰g機(jī)理，右：納米LiTaO₃增韌氧化鋁陶瓷（彌散增韌）

左：碳纖維增韌碳化硅陶瓷（纖維增韌），右：柱狀顯微結(jié)構(gòu)氮化硅（顯微結(jié)構(gòu)增韌）

l 斷裂韌性測(cè)試方法匯總

由于不同測(cè)試方法測(cè)得的斷裂韌性數(shù)值往往存在差別，因此根據(jù)測(cè)試樣品的特點(diǎn)選擇合適的斷裂韌性測(cè)試方法，尤為重要。下表列出了幾種常見(jiàn)的斷裂韌性測(cè)試方法。

斷裂韌性測(cè)試方法匯總

作者：王京