陶瓷材料的脆性以及5种常见解决对策

陶瓷材料的脆性特征

2、显微结构特征

3、无塑变特征

常温下大多数陶瓷材料在外力作用下没有或只有很小的塑性变形，这就导致陶瓷材料断裂时都比较突然，即呈现出脆性。

脆性断裂是当材料受力后将在低于其本身结合强度的情况下作应力再分配，而外加应力的速率超过应力再分配的速率时没有其它吸收能量的过程，应力无法松弛，则集中用于裂纹的扩展上，使得扩展速度十分迅速，最终导致突发性破坏。脆性断裂是裂纹扩展的终结。

1、晶粒尺寸与裂纹

• 由于陶瓷制备工艺的复杂性，晶内裂纹的存在几乎不可避免，减少晶粒尺寸可以使陶瓷材料脆性得到改善。
• 晶粒尺寸减小，晶粒增多，会加大裂纹扩展的阻力。
• 细晶粒的应力集中效应比粗晶粒小。
• 粗晶粒的弹性和热性各向异性往往会导致微裂纹的出现，使得内应力加大、断裂能降低。

2、气孔率与裂纹

• 陶瓷材料的强度、弹性模量随气孔率的增大而减小。气孔的增多会使材料的密度下降，即减少了负荷面积。气孔存在于晶界处会引起应力集中，在外力作用下易形成裂纹。
• 气孔率增加，晶粒间接触面积减小，气孔间距缩短，有利于裂纹的形成与扩展，增加材料的脆性。
• 多相交界处的气孔，本身便相当于裂纹。

3、晶界与裂纹

1、增大微晶数量，提高瓷体密度与纯度

• 提高原料微粉质量。在满足其它工艺要求的前提下，使粉体尽可能细化，粒子的大小与形状均一，化学纯度与相结构单一性好。
• 科学选择烧结温度，选择最佳工艺条件，防止晶粒长大。
• 确定适当添加物和加入量，抑制晶粒异常长大，促进致密化。

2、相变增韧

3、复合材料增韧

• 在陶瓷基体中加入另一种粒子材料或纤维材料形成复合材料来增韧。
• 粒子的塑性变形可以吸收一部分能量，从而使裂纹尖端区域高度集中的应力得以部分消除，提高材料对裂纹扩展的抗力。
• 高强度、高模量的纤维既能为基体分担大部分外加应力，又可阻止基体内裂纹的扩展。

4、预加应力

5、工艺优化

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原文始发于微信公众号（艾邦新消费电子资讯）：陶瓷材料的脆性以及5种常见解决对策