陶瓷材料基礎-陶瓷力學性能-課件

陶瓷材料基礎陶瓷材料基礎陶瓷制備工程結構陶瓷陶瓷力學性能陶瓷熱性能陶瓷光學性能授課內容2ppt課件陶瓷制備授課內容2ppt課件陶瓷制備工程結構陶瓷陶瓷力學性能陶瓷熱性能陶瓷光學性能授課內容3ppt課件陶瓷制備授課內容3ppt課件參考書目金志浩等，工程陶瓷材料.西交大出版社，2000。斯溫著，郭景坤等譯.陶瓷的結構和性能.科學出版社，1998。王永齡.功能陶瓷性能與應用.北京：科學出版社，2003。高瑞平等著.先進陶瓷物理與化學原理及技術.科學出版社，2001。周玉.陶瓷材料學.哈爾濱工業(yè)大學出版社，1995。W.D.金格瑞，清華大學無機非金屬材料教研室譯.陶瓷導論.中國建筑工業(yè)出版社，1982。劉維良、喻佑華.先進陶瓷工藝學.武漢理工大學出版社，2004。M.Barsoum著.FundamentalsofCeramics.TheMcGraw-Hillcompanies,Inc.1997。4ppt課件參考書目金志浩等，工程陶瓷材料.西交大出版社，2000。4概述材料力學性能研究材料在外力作用下發(fā)生彈性或塑性形變、材料抵

抗形變的能力和材料失效或被破壞的規(guī)律。離子鍵共價鍵混合鍵脆性大、塑性差、不易加工、熱震差、強度分散硬度高、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕優(yōu)點缺點裂紋易擴展—應力集中----陶瓷材料突然斷裂5ppt課件概述材料力學性能研究材料在外力作用下發(fā)生彈性或塑性形陶瓷材料力學性能主要致力于：改善材料的韌性、強度（尤其是高溫強度）。在很長一段時間，陶瓷材料的力學性能是人們最為關注和研究最多的物理性能。概述6ppt課件陶瓷材料力學性能主要致力于：在很長一段時間，陶瓷材料的力學性第一節(jié)陶瓷彈性性能什么是彈性變形？材料受外力作用后原子偏離其平衡位置和產生很小變形的過程，當外力被撤除后，原子又能恢復原狀，這種現(xiàn)象叫作彈性變形。σ=Eε胡克定律：E為材料常數(shù)，稱為楊氏模量或彈性模量（拉伸變形）τ=GγG為材料常數(shù)，稱為剪切模量σ=Kεv壓縮應力σ與體積應變εv的關系系數(shù)K為壓縮模量7ppt課件第一節(jié)陶瓷彈性性能什么是彈性變形？材料受外力作用后原子偏離剪切模量、壓縮模量與拉伸模量的關系G=E/2（1+ν）K=E/3（1-ν）ν為泊松比楊氏模量的大小依次是碳化物、氮化物和氧化物陶瓷的化學鍵決定了其楊氏模量高于金屬材料，約10倍的差距，此外，陶瓷的壓縮模量比拉升模量高。陶瓷與金屬的比較陶瓷的特性-本征脆性8ppt課件剪切模量、壓縮模量與拉伸模量的關系G=E/2（1+ν）K=E陶瓷彈性變形的本質實際上是在外力的作用下原子間距由平衡位產生很小位移的結果。這個原子間微小的位移所允許的臨界值很小，超過此值，就會產生化學鍵的斷裂（室溫下的陶瓷）或產生原子面滑移塑性變形（高溫下的陶瓷）。彈性模量反應的是原子間距的微小變化所需外力的大小。固體中兩原子間的引力與斥力曲線（CondonMoase曲線）兩原子間的平衡距離為d，彈性模量即是兩原子間從d0離開或靠近時所需要的外力，即d0處曲線的斜率。盡管原子間所允許的彈性位移范圍很小，但所需的外力卻很大。即彈性模量對原子間距的彈性變化敏感，所以彈性模量要比塑性變形加工硬化指數(shù)高得多。物體的彈性變形對應于原子間距的均勻變化，因此彈性變形所需的外力與原子間結合能量有關，即影響彈性模量的重要因素是原子間結合力，即化學鍵。9ppt課件陶瓷彈性變形的本質實際上是在外力的作用下原子間距由平衡位產生陶瓷彈性模量數(shù)據氧化物<氮化物≈硼化物<碳化物10ppt課件陶瓷彈性模量數(shù)據氧化物<氮化物≈硼化物<碳化物10ppt課件1）多晶材料：

結晶相、玻璃態(tài)相和氣孔相。對于多相材料，其楊氏模量與這幾種材料各自的楊氏模量值以及每個材料所占的體積分數(shù)有關，可以表為：

E=E1V1+E2V2+

這里Vi代表各相占據的體積分數(shù)。

2）復合材料：

通常有

E>E1V1+E2V2+

這里Vi代表各相占據的體積分數(shù)。陶瓷影響陶瓷材料楊氏模量的幾個因素11ppt課件1）多晶材料：2）復合材料：陶瓷影響陶瓷材料楊氏模量3）材料的組成相及顯微結構：

例如在陶瓷材料中通常都有一定比例的氣孔相，當氣孔的體積分數(shù)較小時，可以認為氣孔相的E=0，材料的楊氏模量可以表為：

E=E0(1-kp）

這里，E0為材料中不存在有氣孔時的楊氏模量值，k為與氣孔形狀有關的常數(shù)，p為氣孔的體積分數(shù)，即氣孔率。陶瓷材料楊氏模量值與氣孔率的關系也有不同的表達形式，如

E=E0(1-k1p+k2p2)

或者，E=E0exp(-kp）式中的k1、k2、k均為常數(shù)。總之，存在有氣孔時，陶瓷材料的楊氏模量值會有所下降，材料的泊松比也隨材料中所含氣孔率的增加而有所降低?？傊?，隨著氣孔率的增加，陶瓷的彈性模量急劇下降。陶瓷影響陶瓷材料楊氏模量的幾個因素12ppt課件3）材料的組成相及顯微結構：總之，隨著氣孔率的增加，4）楊氏模量的數(shù)值與溫度關系：

可以表為：

E=E0–BTexp(-TC/T）

這里E0為溫度在0℃時材料的楊氏模量值，B與TC均為由物質本身決定的常數(shù)。從式中可知，隨溫度的升高，陶瓷材料的楊氏模量值降低，但對某些材料也有例外，石英等材料隨溫度升高，楊氏模量值也隨之增加。陶瓷影響陶瓷材料楊氏模量的幾個因素13ppt課件4）楊氏模量的數(shù)值與溫度關系：陶瓷影響陶瓷材料楊氏模量的幾個5）楊氏模量與物質熔點關系：

物質熔點高低與物質中原子的結合力大小有關，楊氏模量值與熔點一般有線性關系，在溫度低于300K時，

其中，k為常數(shù)，Tm為熔點，Va為原子或者分子的體積。因此，熔點高的材料，其楊氏模量值也大。陶瓷影響陶瓷材料楊氏模量的幾個因素14ppt課件5）楊氏模量與物質熔點關系：陶瓷影響陶瓷材料楊氏模量的幾個因總體來說，陶瓷材料的彈性模量與組成相的種類和分布、氣孔率及溫度等的關系密切，而與材料中各相的晶粒大小及表面狀態(tài)的關系不大，結構敏感性較小。小結15ppt課件總體來說，陶瓷材料的彈性模量與組成相的種類和第二節(jié)陶瓷的硬度硬度是材料的重要力學性能參數(shù)之一，它是材料抵抗外力引起形變的量度。

陶瓷的硬度金屬與陶瓷材料的區(qū)別金屬材料的硬度測定時測表面的塑性變形程度，因此金屬材料的硬度與強度之間有直接的對應關系。而陶瓷材料屬于脆性材料，硬度測定時，在壓頭壓入區(qū)域會發(fā)生包括壓縮剪斷等復合破壞的偽塑性變形。因此陶瓷材料的硬度很難與強度直接對應起來。16ppt課件第二節(jié)陶瓷的硬度硬度是材料的重要力學性能參數(shù)之一，它是材料陶瓷材料硬度測試方法-金剛石壓頭加載壓入法可沿用金屬材料硬度測試方法試驗方法及設備漸變，試樣小而經濟硬度作為材料的本身物性參數(shù)，可獲得穩(wěn)定的數(shù)值維氏硬度測定的同時，可以測得斷裂韌性陶瓷材料硬度測試的特點維氏硬度顯微硬度勞克維爾硬度莫氏硬度17ppt課件陶瓷材料硬度測試方法-金剛石壓頭加載壓入法可沿用金屬材料硬度維氏硬度

維氏硬度試驗是用對角面為136o的金剛石四棱錐體作壓頭，在9.807~490.3(1~50kgf)的載荷作用下，壓入陶瓷表面，保持一定時間后卸除載荷，材料表面便留下一個壓痕。測量壓痕對角線的長度并計算壓痕面積，求出單位面積上承受的載荷－應力，即維氏硬度值HV：

P為載荷（N），S為壓痕表面積（mm2），θ為金剛石壓頭對角面，d為壓痕對角線平均長度（mm）.硬度量綱與應力相同。一般為GPa或Mpa。18ppt課件維氏硬度P為載荷（N），S為壓痕表面(a)(b)(c)(d)(a)(b)每組照片：左為納米涂層壓痕，右為微米涂層壓痕（維氏）100g300g500g19ppt課件(a)(b)(c)(d)(a)(b)每組照片：左為納米涂層壓顯微硬度顯微硬度使用的載荷為0.4903-9.807N，由于使用載荷小，壓痕尺寸也笑，因此用顯微硬度試驗方法可以對微觀組織中不同的相，或不同的晶粒的硬度分別進行測試。在顯微硬度使用的載荷范圍內，當用小的載荷測定高硬度時，硬度值與載荷有一定的依賴性，因此測定時應盡量使用大載荷。20ppt課件顯微硬度顯微硬度使用的載荷為0.4903-9.807N，由于勞克維爾硬度勞氏硬度試驗方法與前面兩種硬度不同，它不是通過測定壓痕對角線長度來計算硬度，而是首先加上基準載荷，再加上試驗載荷，然后再回到基準載荷，測試二次載荷下壓頭壓入深度差h(微米），再根據定義求出硬度值。金剛石壓頭為圓錐形，尖端曲率半徑為0.2mm，圓錐角為120o。21ppt課件勞克維爾硬度勞氏硬度試驗方法與前面兩種硬度不同，它不是通過測莫氏硬度莫氏硬度是表示礦物硬度的一種標準。應用劃痕法將棱錐形金剛鉆針刻劃所試礦物的表面而發(fā)生劃痕,習慣上礦物學或寶石學上都是用莫氏硬度。用測得的劃痕的深度分十級來表示硬度。滑石(talc)1（硬度最?。?，石膏(gypsum)2，方解石(calcite)3，螢石(fluorite)4，磷灰石(apatite)5，正長石(feldspar;orthoclase;periclase)6，石英(quartz)7，黃玉(topaz)8，剛玉(corundum)9，金剛石(diamond)10。莫氏硬度也用于表示其他固體物料的硬度。鉆石即金剛石，莫氏硬度為1022ppt課件莫氏硬度莫氏硬度是表示礦物硬度的一種標準。應用劃痕法將棱錐形決定材料硬度的因素晶體結構：例如金剛石和石墨，金剛石的sp3四面體鍵結構使其成為自然界中最硬的材料，石墨為sp2層狀結構，軟到可以做潤滑劑和鉛筆芯。晶體取向：單晶體的硬度與晶體取向有關，例如金剛石單晶的（111）密排面是硬度最大的晶面。晶粒大?。翰牧系挠捕扰c晶粒大小有關，納米晶材料的硬度比大晶粒材料的硬度大。一般的，納米/納米多層膜的硬度可以有大幅度提高，例如納米復合膜Ti-Si-N的硬度甚至超過了金剛石的硬度。因此，設計和制造納米復合材料有可能得到超高硬度。23ppt課件決定材料硬度的因素晶體結構：例如金剛石和石墨，金剛石的sp決定材料硬度的因素晶體結構：例如金剛石和石墨，金剛石的sp3四面體鍵結構使其成為自然界中最硬的材料，石墨為sp2層狀結構，軟到可以做潤滑劑和鉛筆芯。晶體取向：單晶體的硬度與晶體取向有關，例如金剛石單晶的（111）密排面是硬度最大的晶面。晶粒大?。翰牧系挠捕扰c晶粒大小有關，納米晶材料的硬度比大晶粒材料的硬度大。一般的，納米/納米多層膜的硬度可以有大幅度提高，例如納米復合膜Ti-Si-N的硬度甚至超過了金剛石的硬度。因此，設計和制造納米復合材料有可能得到超高硬度。24ppt課件決定材料硬度的因素晶體結構：例如金剛石和石墨，金剛石的sp決定材料硬度的因素氣氛影響：陶瓷材料的硬度在大氣中比在真空中的值小，而金屬材料兩者幾乎沒有區(qū)別，這是因為硬度與氣氛的關系取決于壓頭和材料的磨損。在摩擦系數(shù)大的真空中的壓痕，其周圍的損傷波及到較遠處，蝕坑擴展得大。在大氣環(huán)境下硬度降低是因為氣氛的作用，這個軟化的范圍大約在表面以下2-3微米處。25ppt課件決定材料硬度的因素氣氛影響：陶瓷材料的硬度在大氣中比在真空中第三節(jié)陶瓷的強度陶瓷強度陶瓷材料的強度，特別是用作高溫結構材料的強度是材料力學性能的重要表征。陶瓷強度的特點陶瓷材料主要由共價和離子鍵以及混合鍵結合的，因此晶體中原子或離子的任何移動都會破壞這種鍵結構。陶瓷材料中一般包含的原子數(shù)目較多，晶格較大，位錯矢量較大，使位錯較難生成，也不易滑移和增殖，因此陶瓷材料的范性形變很小，脆性大、易斷裂。陶瓷材料的強度時高度結構敏感性的，不僅取決于材料本身，還與材料的應力狀態(tài)、制備方法、測量方法，以及晶體結構、微結構和晶體缺陷等密切相關。26ppt課件第三節(jié)陶瓷的強度陶瓷強度陶瓷材料的強度，特別是用作高溫結構陶瓷與金屬的應力-應變曲線模型金屬陶瓷陶瓷的室溫強度是彈性變形抗力，即當彈性變形達到極限程度而發(fā)生斷裂的應力。強度與彈性模量一樣，是材料本身的物理參數(shù)，它決定于材料的成分、組織結構，同時也隨外界條件變化而變化。27ppt課件陶瓷與金屬的應力-應變曲線模型金屬陶瓷陶瓷的室溫強度是彈性變理論斷裂強度

理想晶體的斷裂強度相當于將構成晶體的原子之間的化學鍵拉開所需要的力。

Y為無量綱因子，與裂紋在材料中的位置和幾何形狀，外加應力的作用方式以及試樣本身的尺寸和形狀有關，一般可取為；E為材料的彈性模量；

S為拉開單位面積原子所需要的表面能；a為原子間距。

理論斷裂強度28ppt課件理論斷裂強度理想晶體的斷裂強度相當于將構成晶體的原子理論斷裂強度與楊氏模量值有以下的簡單關系：

σth≈E/10。

陶瓷材料楊氏模量的平均值較金屬大10倍，因此從理論上預計，陶瓷材料的強度應該比金屬高。但是實驗表明，陶瓷材料的強度總體上比金屬要低，原因主要是陶瓷中存在有大量的缺陷和微裂紋，因此大大降低了材料的強度。理論斷裂強度理論計算氧化鋁的強度值約為50GPa，幾乎沒有缺陷的氧化鋁晶須的強度為14GPa，表面經研磨的氧化鋁單晶棒的強度為7GPa，而燒結制備的氧化鋁的抗張強度只有0.2~0.27GPa。29ppt課件理論斷裂強度與楊氏模量值有以下的簡單關系：理論斷裂強度-

Griffith理論實際材料的斷裂，并非是像理想晶體那樣的原子鍵的破壞，而是比原子鍵容易破壞的多，即材料內部存在微小裂紋的擴展連接而導致材料整體的斷裂。斷裂定義：裂紋失穩(wěn)擴展導致試樣或構件破壞30ppt課件理論斷裂強度-Griffith理論實際材料的斷裂，并非是像當外力σ滿足發(fā)生斷裂，此時σf為斷裂強度。他根據能量準則導出應力與裂紋關系表達式（平面應力狀態(tài)）：為表面能，c為裂紋長度。裂紋長度只有達到一定值后，才能發(fā)生材料的斷裂.31ppt課件當外力σ滿足發(fā)生斷裂，應力強度因子與斷裂韌性應力強度因子：

當應力強度因子達到某一臨界值時，則裂紋失穩(wěn)擴展而導致斷裂，此時的臨界應力強度因子稱為斷裂韌性。對于Ι型裂紋，失穩(wěn)擴展條件為：斷裂韌性與表面能和楊氏模量的關系：32ppt課件應力強度因子與斷裂韌性應力強度因子：當應力強度因子達到某一金屬材料的斷裂韌性大于陶瓷材料33ppt課件金屬材料的斷裂韌性大于陶瓷材料33ppt課件應力強度因子與斷裂韌性陶瓷的斷裂過程都是以其內部或表面存在缺陷為起點而發(fā)生的。

說明：晶粒和氣孔尺寸在決定陶瓷材料強度方面與裂紋尺寸有等效作用。當內部缺陷成為裂紋斷裂原因時，隨試樣體積的增加，缺陷存在的概率增加，材料強度下降；表面缺陷成為斷裂源時，隨表面積增加，缺陷存在概率也增加，材料強度也下降。34ppt課件應力強度因子與斷裂韌性陶瓷的斷裂過程都是以其內部強度測定方法強度的測量可以通過多種途徑。由于陶瓷材料脆性大，因此很少測量其拉伸強度(tensilestrength)，通常多測量其彎曲強度(flexurestrength)、壓縮強度(compressstrength)、扭轉強度(torsionstrength)和沖擊強度(impactstrength)35ppt課件強度測定方法強度的測量可以通過多種途徑。由于陶瓷材料脆性大，影響陶瓷材料強度的因素1）氣孔氣孔的存在會降低材料的彈性模量，從而降低強度。氣孔明顯的降低了載荷作用的橫截面積，氣孔附近也是材料中應力集中的區(qū)域。同時，氣孔又可能誘發(fā)微裂紋，由于氣孔周邊微裂紋的尺寸與晶粒尺寸大小相近，因此細晶樣品中由于氣孔而引發(fā)的微裂紋，以及因此導致樣品斷裂的危害要比粗晶體樣品小得多。氣孔周圍晶體的微缺陷比較復雜，一般來說，隨材料中氣孔率的增加，強度明顯下降。

36ppt課件影響陶瓷材料強度的因素1）氣孔36ppt課件影響陶瓷材料強度的因素1）氣孔

陶瓷材料強度與氣孔率的關系：式中，

0為氣孔率p為零時材料的強度，b為常數(shù)，其值在4-7之間。由上式，陶瓷材料的強度隨氣孔率的增加而呈指數(shù)下降。因此，如果希望陶瓷材料的強度高，在制備過程中應該采用一些特殊的方法，如加壓或提高燒結溫度等辦法，以降低材料中的氣孔率。37ppt課件影響陶瓷材料強度的因素1）氣孔陶瓷材影響陶瓷材料強度的因素2）晶粒尺寸

細化顆粒也是提高陶瓷材料強度的有效手段，但兩者的強化機制并不相同。金屬材料中顆粒細小形成了大量的晶界，這些晶界會阻礙位錯的運動，使得材料的強度有所提高。而在陶瓷中晶粒細化后，材料中的晶粒數(shù)目大大增加，由于在晶界兩側的晶粒取向并不相同，裂紋移動至此往往受阻，不容易得到擴展，因此提高了材料的強度。38ppt課件影響陶瓷材料強度的因素2）晶粒尺寸38ppt課件晶粒尺寸對陶瓷材料強度的影響可以用Hall-Petch關系式來描述：

為無限大單晶體的強度，c為系數(shù)，與材料的結構和顯微結構有關，d為晶粒尺寸。由Hall-Petch關系，材料的晶粒尺寸越小，其屈服應力越大，陶瓷材料的強度隨晶粒尺寸變小而有所增加。

影響陶瓷材料強度的因素2）晶粒尺寸39ppt課件晶粒尺寸對陶瓷材料強度的影響可以用Hall-舉例：晶粒尺寸對材料強度的影響TiO2的晶粒尺寸與彎曲強度之間的關系

晶粒內或晶粒間界上發(fā)生的裂紋都局限在一個晶粒的尺寸內，因此，晶粒尺寸越大，材料的強度越低。40ppt課件舉例：晶粒尺寸對材料強度的影響TiO2的晶粒尺寸與彎曲強度之影響陶瓷材料強度的因素3）溫度與材料強度的相關性陶瓷材料的強度當溫度T<0.5Tm時，基本保持不變，當溫度高于0.5Tm時才出現(xiàn)明顯的降低。低溫區(qū)A區(qū)，無明顯塑性變形。中間溫度B區(qū)，斷裂受塑性變形控制，斷裂應力受位錯塞積機制控制。更高溫C區(qū)，交滑移產生。41ppt課件影響陶瓷材料強度的因素3）溫度與材料強度的相關性影響陶瓷材料強度的因素3）其它因素

第二相引入和沉淀對基體強化，晶間相強化等。42ppt課件影響陶瓷材料強度的因素3）其它因素第二相引入和沉淀對第四節(jié)陶瓷韌性和增韌方法陶瓷的脆性斷裂

陶瓷材料的斷裂行為與材料中的塑性變形是密切相關的，作為在高溫下使用的結構材料，塑性形變和蠕變特性是其重要的性能判據。塑性(Plasticity)：材料在外加應力去除后，部分應變不能被復原的特性稱為材料的塑性。延展性(Ductility)：材料發(fā)生塑性形變而不發(fā)生斷裂的能力稱為延展性。塑性變形衡量方式：（1）在恒定速率增加的載荷作用下材料的應變量來衡量；（2）在恒定應變速率下測量相應的應力值來衡量。43ppt課件第四節(jié)陶瓷韌性和增韌方法陶瓷的脆性斷裂陶瓷材料

不同材料，以及同種材料在不同的結晶狀態(tài)下的應力-應變關系可以相差很大。

陶瓷1，金屬2和天然橡膠3的應力應變曲線晶體材料中，滑移（glide）和孿晶（twin）是塑性變形的兩種基本形式。對于同一種材料，在較低溫度下易產生孿晶，在較高溫度下則滑移變得容易。44ppt課件不同材料，以及同種材料在不同的結晶狀態(tài)下的應力-應變陶瓷和金屬的脆性相差如此之大，主要原因是：化學鍵性質不同微觀結構上存在巨大差異相組成上的區(qū)別晶體的各向異性加工手段的不同45ppt課件陶瓷和金屬的脆性相差如此之大，主要原因是：化學鍵性質不同45脆-延轉變

許多陶瓷材料存在脆性-延性轉變溫度，如KCl在150℃以上出現(xiàn)二次滑移，到250℃發(fā)生脆-延轉變。高溫塑性并不全是位錯滑移的作用，還包含有擴散、位錯攀移(climb)、晶界滑移(slip)及蠕變(creep)的作用。46ppt課件脆-延轉變46ppt課件陶瓷增韌的方法

陶瓷增韌可以通過控制材料顯微結構和使裂紋釘扎、偏轉、彎曲、彌散相顆粒及第二相橋聯(lián)、應力誘導微裂紋、相變等方式來達到。一類是自增韌陶瓷，它是燒結或熱處理等工藝使其微觀組織內部自生出增韌相（組分），如：ZrO2相變增韌陶瓷及α＋β－Sialon自增韌陶瓷；另一類是在試樣制備時，用機械混合方法加入引起增韌作用的第二相（組元），如纖維增韌，晶須增韌及顆粒增韌。47ppt課件陶瓷增韌的方法陶瓷增韌可以通過控制材料顯微結構和使裂陶瓷增韌的方法（1）控制顯微結構：制備微晶、高密度、高純度的陶瓷；控制陶瓷材料的顯微結構，如晶粒形狀和尺寸、晶界特性、氣孔率及氣孔尺寸和分布等。

48ppt課件陶瓷增韌的方法（1）控制顯微結構：48ppt課件（2）復合強化增韌

如采用延性金屬-陶瓷復合材料，制備纖維、晶須或顆粒增強的金屬/陶瓷基及陶瓷/陶瓷基復合材料。（3）相變增韌和復相增韌氧化鋯相變增韌（Garvie，1975年）以及其它的第二相增韌。（4）耦合增韌

將幾種增韌的方法結合起來，例如從顯微結構和晶須增韌兩方面同時進行增韌，將晶須增韌和相變增韌結合起來等。

陶瓷增韌的方法49ppt課件（2）復合強化增韌陶瓷增韌的方法49ppt課件相變增韌舉例：氧化鋯增韌氧化鋁熱壓多晶氧化鋁氧化鋯增韌氧化鋁（白色的顆粒為氧化鋯）50ppt課件相變增韌舉例：氧化鋯增韌氧化鋁熱壓多晶氧化鋁氧化鋯增韌氧化鋁粒子增韌舉例：碳化硅增強氧化鋁自補強氮化硅陶瓷的顯微結構碳化硅板狀粒子增強氧化鋁的顯微結構自補強氮化硅陶瓷的顯微結構51ppt課件粒子增韌舉例：碳化硅增強氧化鋁碳化硅板狀粒子增強自補強氮化硅陶瓷的超塑性

和金屬材料一樣，陶瓷材料在合適的應變和溫度下也會呈現(xiàn)有超塑性（superplasticity）。超塑性的發(fā)生及程度與材料的晶粒大小和形態(tài)、晶粒轉動、長大和重組、晶界和相界遷移、滑動等微觀形態(tài)有關。

超塑性通常分為：相變超塑性和組織超塑性一般認為：組織超塑性需要具備三個條件：（1）小于10μm的等軸晶粒，一般為兩相組織；（2）溫度大于Tm/2；（3）應變速率在10-6－10-2/s間。52ppt課件陶瓷的超塑性和金屬材料一樣，陶瓷材料在合適的應相變超塑性：陶瓷在承載時的溫度循環(huán)產生相變導致材料得到超塑性。組織超塑性：依靠特定的組織在恒定應變速率下

得到超塑性。陶瓷的超塑性53ppt課件相變超塑性：陶瓷在承載時的溫度循環(huán)產生相變陶瓷的超塑性53p陶瓷的超塑性1986年Wakai等人報導在0.3微米細晶粒Y-TZP上得到大于100%的延伸率，之后又發(fā)現(xiàn)其它陶瓷材料，如氧化鋁、羥基磷灰石、Si3N4以及ZrO2/Al2O3、ZrO2/莫來石、Si3N4/SiC等在單軸或雙軸拉伸下也有超塑性。十余年來，細晶粒陶瓷材料超塑性的研究非常活躍，這種組織超塑性也稱為細晶粒超塑性或微晶超塑性。54ppt課件陶瓷的超塑性1986年Wakai等人報導在0陶瓷的超塑性存在機制界面擴散蠕變和擴散范性機制：

認為超塑性主要來源于晶界原子的擴散流變。晶界遷移和粘滯流變