3.2陶瓷材料的强化与韧化1、陶瓷材料的力学性能特点：陶瓷材料强化研究不如金属材料深入；通常金属材料强度提高，塑性往往下降，韧性也随之降低；而陶瓷材料强度提高，断裂韧性也随之增大，所以陶瓷材料的增韧常常与增强联系在一起。强度（断裂强度）高，硬度大，E大，共价键具有方向性，难以发生位错的运动与增殖，易发生脆性断裂，即强度较高、韧性差。第31页，共35页，星期日，2025年，2月5日（1）组织缺陷先在的缺陷、裂纹等（2）微观组织结构气孔率、晶粒尺寸、晶粒形状、晶界相、第二相、不同相的热膨胀系数差异等。（3）温度较低温度下，温度对陶瓷材料的强度影响不大，仍然是脆性断裂；在较高温度下，材料在发生断裂前出现少量的微塑性变形。2、影响强度的因素第32页，共35页，星期日，2025年，2月5日3、陶瓷材料的韧化(1)相变增韧Garvie应力诱导相变增韧过程：四方t-ZrO2→单斜m-ZrO2，产生体积膨胀形成相变区。产生的相变应力反作用于裂纹尖端，减缓或完全抑制了裂纹的扩展，从而提高断裂韧性。Al2O3/ZrO2是典型的相变增韧陶瓷t-ZrO2m-ZrO2裂纹相变区第33页，共35页，星期日，2025年，2月5日在陶瓷基体相和分散相之间，温度变化引起的热膨胀差或相变引起的体积差产生弥散均布的微裂纹，当导致断裂的主裂纹扩展时，这些均匀分布的微裂纹会促使主裂纹分叉，使主裂纹扩展路径曲折前进，增加了扩展过程中的表面能，从而使裂纹快速扩展受到阻碍，增加了材料的韧性。(2)微裂纹增韧（3）复合强化增韧如纤维、晶须或颗粒增强的金属/陶瓷或陶瓷/陶瓷复合材料可以达到强化、增韧的效果，尤其是纳米颗粒的增韧效果十分显著。第34页，共35页，星期日，2025年，2月5日感谢大家观看第35页，共35页，星期日，2025年，2月5日**四大强化机制：沉淀强化和细晶强化是工业合金中提高材料屈服强度最常用的手段。**金属的屈服对金属构件来说，即意味着失效。**固溶强化的实质是在金属材料中引入点缺陷，特别是加入置换原子和间隙原子，扰乱原子在点阵中的排列，使位错的运动即滑移受到干扰，从而实现强化的目的。固溶强化一般也是通过凝固过程实现的，即通过凝固形成固溶体，溶质原子即起点缺陷的作用。固溶强化可使材料的强度显著提高，这种强度的增加可保持到高温，使材料获得良好的抗蠕变能力。纯铜的σb为220MPa,硬度为40HB,断面收缩率ψ为70%。当加入1%镍形成单相固溶体后,强度升高到390MPa,硬度升高到70HB,而断面收缩率仍有50%。所以固溶体的综合机械性能很好,常常作为结构合金的基体相。固溶体与纯金属相比,物理性能有较大的变化,如电阻率上升,导电率下降,磁矫顽力增大。**均匀固溶强化理论：单个原子或原子团的形式无规则地在基体中分布，位错在基体中运动，产生交互作用。Mott－Nabarro理论和Fleischer理论
Mott－Nabarro理论认为均匀固溶强化主要是由溶质与基体原子的错配度产生的内应力场造成。位错线在运动时是可弯曲的，弯曲的程度反映了溶质原子作用的强弱。在Mott－Nabarro理论中只考虑了原子尺寸因素，Fleischer理论则进一步综合考虑弹性模量与原子尺寸的共同影响。Fleischer理论在铜基合金中得到了很好的证实。而在铁基合金中，尺寸因素在固溶强化中起主要作用。**错配度指的是原子原子半径的关系。低碳钢很容易形成柯氏气团**柯氏气团对位错形成钉扎作用，需要使用更大的外力克服柯氏气团才能使位错继续移动，而一旦克服了柯氏气团，位错运动所需要的外力降低，宏观上就表现为屈服现象。
**所谓吕德斯带是指退火的低碳钢薄板在冲压加工时，由于局部的突然屈服产生不均匀变形，而在钢板表面产生条带状皱褶的一种现象。在拉伸时，试样表面出现的与拉伸轴呈40°角的粗糙不平的皱纹称为吕德斯带（注意：吕德斯带不是滑移带）即先产生微量塑性变形**晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示。**从位错塞积或其他模型可以推导出多晶金属的屈服强度（σy）与晶粒直径(d)的关系**多晶体内各晶粒变形是不均匀的，其不均匀程度会因晶粒大小的不同而有很大差异。晶粒越细小，这种不均匀程度越小，因为晶粒越小，塞积在晶界的位错群所产生的应力场将很容易的影响到相邻晶粒的整个体积，也就容易启动相邻晶粒的位错源而产生协调变形，是变形不均匀程度减小。所以不容易在晶粒中产生应力集中，继而达到塑性提高的效果。**形核率Ｎ与长大速度Ｇ一般都随过冷度△Ｔ的增大而增大，但两者的增长速率不同，