第5章 陶瓷材料 一、陶瓷材料的分类 氧化物陶瓷 按成分： 氮化物陶瓷 硼化物陶瓷 按用途：日用陶瓷 特种陶瓷
5.1 陶瓷的力学性能 一、弹性性能 1、弹性和弹性模量 弹性模量仍可用虎克定律描述：σ=Eε E—原子间距的微小变化所需外力的大小。 5.1 陶瓷的力学性能 一、弹性性能 1、弹性和弹性模量 弹性模量仍可用虎克定律描述：σ=Eε E—原子间距的微小变化所需外力的大小。 2、温度对E的影响：温度升高，原子间距增大，弹性模量降低。 热膨胀系数小，弹性模量高。 3、E与熔点的关系：E与熔点成正比例关系， Tm↑，E↑ 氧化物<氮化物<硼化物<碳化物
大多数陶瓷材料的泊松比都小于金属的泊松比（BeO、MgO除外） 4、E与致密度的关系：随气孔率增加，E急剧下降。即致密度提高，E提高。 E=EOexp(-BP) P——气孔率 5、复合材料的E：随组元的含量而改变 二相系统中，E=E1V1+E2V2 （混合定律） 只可粗估，精确靠实测。
二、硬度：与强度间无对应关系 测定方式：维氏HV，显微Hm，洛氏HR 测试表面应用金刚石研磨膏抛光成镜面。
1、高温硬度：用维氏或显微硬度法测定，测定方法简便，与高温强度有一定对应关系，长时保载可显示其蠕变特性，故用于表征其高温性能。 2、硬度与其他性能之间的关系 E≈20HV，常温下成立。 温度升高，HV下降明显，E/HV随T升高而增大。 HV/KIC：某种程度可表示材料的脆性断裂程度。
三、强度 室温强度：只能测到断裂强度σ+值。 一般只测弯曲强度，拉伸强度很少测定. 1、组织因素对强度的影响 陶瓷的缺陷：晶界上：气孔、裂纹、玻璃相 晶内：气孔、孪晶界、层错、位错等 a、 气孔率对强度的影响：强度随气孔率的增加近似按指数规律下降。 Ryskewitsch公式：σ=σOexp(-αP) P——气孔率，σO-P=0时的强度，α——常数，在4～7之间。 当P=10%时，σ下降到σO的一半。硬瓷P=3%, 陶器P=10%～15%。 ∴为获得高强度，应制备接近理论密度的无气孔陶瓷材料。
2、晶粒尺寸对强度的影响：符合Hall-Patch关系，d减小，强度σ↑，σ+ ∝d-1/2。 努力获得细晶粒组织，对提高室温强度有利而无害。 3、晶界相的性质与厚度，晶粒形状对强度的影响 晶界相：低熔点，但促进致密化。 晶界相最好能起阻止裂纹过界扩展并松弛裂纹尖端应力的作用。 玻璃相对强度不利，应尽量减少，可通过热处理使其晶化。 晶粒形状：最好为均匀的等轴晶粒。 高强度单相多晶陶瓷的显微组织要求：⑴晶粒尺寸小，晶体缺陷少；⑵晶粒尺寸均匀，等轴；⑶含量适当，并尽量减少晶界玻璃相含量；⑷减少气孔率，尽量接近理论密度。
2、温度对强度的影响 陶瓷的最大特点：高温强度比金属高得多。有三区： A区：T < 0.5 Tm，无塑变，Gf基本保持不变； B区：T > 0.5 Tm，有塑变，Gf随T上升明显降低； C区：T继续升高，二维滑移系开动，有交滑移产生，松弛了应力集中，Gf随T升高而上升。 温度对陶瓷强度的影响，从中可得最高使用温度在Gf明显降低前的温度。
四、断裂韧性： 用线弹性断裂力学来描述其断裂行为。 评介参数：KIC 金属的KIC比陶瓷高1～2个数量级。实际应用中，应设法大幅提高和改善陶瓷的韧性。
5.2 陶瓷的韧化 一、相变韧化 ZrO2同素异构转变及相变韧化的概念 ZrO2同素异构转变： 5.2 陶瓷的韧化 一、相变韧化 ZrO2同素异构转变及相变韧化的概念 ZrO2同素异构转变： 液相（L）→立方相（c）→正方相（t）→单斜相（m） 其中t→m转变时将产生3%～5%的体积膨胀，属M相变。 相变韧化：将ZrO2的t→m相变Ms点稳定到比室温稍低，而Md（形变M点）点比室温高，使其在承载时由应力诱发产生t→m相变，由于相变产生的体积效应和形状效应而吸收大量的能量，从而表现异常高的韧性。
二、PSZ、TZP和FSZ 为使t→m相变稳定在室温承载时发生，必须加入稳定剂（Y2O3），使ZrO2可分别获得t+m双相，c+t双相，c+t+m三相，纯t相或纯c相组织。只有纯m相无相变韧化。 PSZ(Partially Stabilized Zirconia)部分稳定化氧化锆： t+m,c+t,c+t+m三相均含有亚稳t相的复相组织，可产生t→m相变韧化效应。 TZP(Tetrayunal Zirconia Polycrystal)正方相氧化锆多晶：纯t相。 FSZ(Fully Stabilized Zirconia)全稳定氧化锆：纯c相。