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9.4 增韌機理
9.4.1顆粒增韌
（1）非相變第二相顆粒增韌
假設(shè)第二相顆粒與基體不存在化學(xué)反應(yīng)，熱膨脹系數(shù)失配在第二相顆粒及周圍基體內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力場是陶瓷得到增韌的主要根源之一。 當(dāng)αp＞αm時，當(dāng)顆粒處于拉應(yīng)力狀態(tài)，而基體徑向處于拉伸狀態(tài)、切向處于壓縮狀態(tài)時，可能產(chǎn)生具有收斂性的環(huán)向微裂；裂紋在基體中發(fā)展，增加了裂紋擴展路徑，因而增加了裂紋擴展的阻力 當(dāng)αp＜αm時，若顆粒在某一裂紋面內(nèi)，則裂紋向顆粒擴展時將先直接達到顆粒與基體的界面。此時如果外力不再增加，則裂紋就在此釘扎，這就是裂紋釘扎增韌機理的本質(zhì)。
若外加應(yīng)力進一步增大，裂紋繼續(xù)擴展，或穿顆粒發(fā)生穿晶斷裂，或繞過顆粒，沿顆粒與基體的界面擴展，裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)。即使發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因偏轉(zhuǎn)程度較小，界面斷裂能低于基體斷裂能，增韌的幅度也較小。
（2）延性顆粒增韌
在脆性陶瓷基體中加入第二相延性顆粒能明顯提高材料的斷裂韌性。其增韌機理包括由于裂紋尖端形成的塑性變形區(qū)導(dǎo)致裂紋尖端屏蔽以及由延性顆粒形成的延性裂紋橋。當(dāng)基體與延性顆粒的和E值相等時，利用延性裂紋橋可達佳增韌效果。但當(dāng)和E值相差足夠大時，裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)繞過金屬顆粒，增韌效果較差。
（ 3）納米顆粒增強增韌
將納米顆粒加入到陶瓷中時，材料的強度和韌性大大改善。增強顆粒與基體顆粒的尺寸匹配與殘余應(yīng)力是納米復(fù)合材料中的重要增強、增韌機理。
（4）相變增韌
當(dāng)將氧化鋯顆粒加入其它陶瓷基體中時，氧化鋯的相變使陶瓷的韌性增加。單斜相(m) ZrO2→ 四方相(t ) ZrO2 →立方相ZrO2
1170℃C 2370℃C
t→ m轉(zhuǎn)變具有馬氏體的特征，伴隨有3～5%的體積膨脹。這一相變溫度正處在室溫與燒結(jié)溫度之間，對材料的韌性和強度有很大影響。如果在ZTA（ZrO2 / Al2O3）中加入某些穩(wěn)定氧化物（如Y2O3等），則會擬制ZrO2的t m相變。當(dāng)從制備溫度冷卻下來時，通過控制晶粒尺寸(小于室溫相變臨界尺寸)，可以制備出全部或部分為四方相(t) ZrO2組成的氧化鋯多晶陶瓷。
此時四方ZrO2處于亞穩(wěn)態(tài)，當(dāng)材料受外力作用時，在應(yīng)力的誘導(dǎo)下，發(fā)生t→m相變。相變吸收能量而阻礙裂紋的繼續(xù)擴展，同時相變顆粒發(fā)生體積膨脹，并在其周圍產(chǎn)生大量的微裂紋，阻礙了主裂紋的擴展。因而不但提高了材料的強度而且提高了韌性。
