中國粉體網訊 眾所周知，陶瓷材料均有一個致命的缺陷——脆性。陶瓷材料的脆性由其化學性質和顯微結構所決定的，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用。
陶瓷脆性的本質主要由化學鍵性質和晶體結構所決定，在陶瓷中缺少獨立的滑移系，材料一旦處于受力狀態就難于通過滑移所引起的塑性形變來松弛應力。從顯微結構上看，脆性的根源在于微裂紋的存在，易于引起應力高度集中，繼而微裂紋擴展以致斷裂。
斷裂力學性能是評價陶瓷材料力學性能的重要指標，預測結構材料的力學性能所必需的一個重要參數是斷裂韌性。斷裂韌性是材料重要的基本力學參數之一，用來表征材料阻止裂紋擴展的能力，是度量材料韌性好壞的重要指標，也是評價陶瓷服役性能及可靠性的關鍵力學性能指標。其對于結構陶瓷的研發、制備、選材與設計具有決定性意義。
就氧化鋯陶瓷而言，據文獻報道，穩定劑種類和含量、晶粒尺寸等是氧化鋯四方相保留到室溫的關鍵影響因素。在眾多穩定劑中，Y2O3穩定氧化鋯陶瓷 (Y-ZrO2) 的綜合力學性能最好而被廣泛應用。至目前報道，其抗彎強度可高達1.5 GPa，斷裂韌性為2MPa·m1/2 ~ 20 MPa·m1/2�？梢园l現，Y-ZrO2的斷裂韌性值在以往的報道中具有較大差異。這是由兩方面的原因導致的：一方面，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確評價氧化鋯的斷裂韌性，因此，對于同一種Y2O3穩定氧化鋯陶瓷材料，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穩定的多晶氧化鋯陶瓷中，穩定劑含量對其力學性能有很大影響。常見的氧化鋯結構件陶瓷含有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、光學等方面應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，關于Y-ZrO2陶瓷材料力學性能的系統性研究依然較少。其次，Y-ZrO2常與氧化鋁進行復合，制備綜合性能優異的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷（ZTA）和氧化鋁增強氧化鋯陶瓷（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，其研究備受國內外學者的關注。
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用，但由于切口鈍化，使其測量的斷裂韌性結果偏高。2014年饒平根教授研究團隊首次將飛秒激光微加工技術運用到 SEVNB法測量結構陶瓷的斷裂韌性，可靠準確測試了氮化硅、氧化鋁、氧化鋯等典型結構陶瓷的斷裂韌性。到目前為止，該團隊這種改良的SEVNB法也已應用于氧化鋯、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、硬質合金等多種材料，顯示出了良好的可重復性和可靠性。
中國粉體網將于2023年12月20-21日在湖北宜昌舉辦“第六屆新型陶瓷技術與產業高峰論壇”，屆時華南理工大學饒平根教授將帶來《陶瓷材料斷裂機理及Y-ZrO2基結構陶瓷斷裂韌性可靠評價》的報告。本報告將介紹陶瓷材料的斷裂機理，并解析結構陶瓷脆性斷裂的原因。
來源：
崔金平等：可靠評價Y-ZrO2及Y-ZrO2/Al2O3陶瓷斷裂韌性研究進展
（中國粉體網編輯整理/空青）
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