陶瓷材料的超塑性
陶瓷材料的超塑性
刘文娣
齐鲁工业大学材料科学与工程学院材工10-2班山东济南 250353
摘要：虽然陶瓷材料在本质上是一种脆性材料；然而研究已表明细晶陶瓷材料具有超塑性，在高温下能产生很大的拉伸形变。
陶瓷材料的超塑性可以定义为在拉伸载荷下显示异常高的延伸率，断裂前无颈缩发生。
通过对超塑性晶界滑移微观机理的解释，了解超塑性产生的原因，进而分析一下陶瓷材料的形变特征参数，最后简单介绍纳米陶瓷材料，及陶瓷材料超塑性的发展前景。
关键词：陶瓷材料；超塑性；晶界滑移；相变超塑性；陶瓷应用
引言：陶瓷材料由于具有优良的性能,如高强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨、比重小等,因而得到越来越广泛的应用,尤其适合用于在高温、摩擦和腐蚀介质的场合取代金属部件。
陶瓷很容易获得细晶结构，而且结构比较稳定，即使在较高的温度时晶粒长大也不是很明显，这显示了陶瓷具有超塑性变形的潜力，但陶瓷材料在常温下几乎不产生塑性变形，实现超塑性形变要比金属材料困难得多。
陶瓷材料的超塑性可以定义为在拉伸载荷下显示异常高的延伸率，断裂前无颈缩发生。
陶瓷的超塑性要求 1.试验温度应达到材料熔化温度的一半以上；2晶粒尺寸要很小，通常应小于<1μm；3.能稳定保持细晶结构，没有或只有轻微的晶粒生长;4晶粒具有等轴粒状，以利于晶界滑移的发生；5.能抑制空洞的产生和连接以及晶界分离。
一．陶瓷材料超塑性介绍
1.1 超塑性的分类
细晶超塑性：晶粒尺寸通常小于10微米；变形温度T>0.5Tm,并在变形过程中保持恒定应变速率较低。
相变超塑性：并不要求具有超细晶粒组织，而是在一定的温度和应力条件下，经过多次循环相变或同素异构转变而获得大延伸率。
1.2 陶瓷材料超塑性变形的结构特征
晶界滑动是人们普遍接受的变形机制，从晶界的组织结构出发，可以将晶界滑动分为三种类型：第一，界面结构使晶界上的原子比在晶格内的扩散快得多，这种类型的界面一般来说是大角度晶界；第二种类型，晶界间存在少量液相，如果晶相在液相中有一点溶解度，就可以增强晶间的扩散作用；第三种类型，主要
是小角度晶界，推测是晶间位错而产生的超塑性，它具有最大的变形速率，在工艺技术上最有意义。
对于受扩散控制的形变过程，高温超塑性形变的特征方程可表达为：
D G d b n
p kT AGb ⎪⎭⎫ ⎝⎛=σε)(. 式中：.ε为应变速率;A 为常数;G 为剪切模量;b 为伯氏矢量;k 为玻尔兹曼常数;T 为绝对温度;d 为晶粒大小;p 为晶粒尺寸指数;σ为应力;n 为应力指数;D 为扩散系数。
)/ex p(0RT Q D D -=，其中0D 为频率因子;Q 为激活能;R 为气体常数;n ，p 和Q 是描写形变过程的特征参数。
在温度和晶粒尺寸不变的条件下，方程还可进一步简化为:
n A σε=.或m
.εσB =
式中B 为常数，m=l/n ，称为应变速率敏感性因子。
通常当m>0.3(或n ≤3)时，由于流动局部化和颈缩受到有效的抑制，材料才能产生明显的超塑性.。
晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动，叫做滑移。
滑移是在剪应力作用下在一定滑移系统上进行的。
晶体形变后，表面出现一些条纹，在显微镜下可以看到这些条纹组成一些滑移带，
至于多晶陶瓷，其晶粒在空间随机分布，不同方向的晶粒，其滑移面上的剪应力差别很大。
即使个别晶粒已达临界剪应力而发生滑移，也会受到周围晶粒的制约，使滑移受到阻碍而终止。
所以多晶材料更不容易产生滑移。
1.20滑移时存在一位错宽度
1.3 滑移机制
晶体中已滑移的部分和未滑移部分的分界线是以位错作为表征的。
但这种分界并不是有一个鲜明的界线，实际上是一过渡区域，这个过渡区域称为位错的宽度，如图1.2所示。
位错之所以有一定宽度，是两种能量平衡的结果。
从界面能来看，位错宽度越窄界面能越小，但弹性畸变能很高。
反之，位错宽度增加，将集中的弹性畸变能分摊到较宽区域内的各个原子面上，使每个原子列偏离其平衡位置较小，这样，单位体积内的弹性畸变能减小了。
位错宽度是影响位错是否容易运动的重要参数。
位错宽度越大，位错就越易运动。
1.4 陶瓷材料的形变特征参数
应力指数n，含有玻璃相时一般为2以下.粗晶粒的n=1，属于纯扩散蠕变，是受晶格扩散控制的晶界滑移。
n=2时的晶界滑移，是受界面反应控制的扩散；无玻璃相时为3左右；当晶粒尺寸由0.2微米增加到1.5微米时，应力指数由2.6减为1.6.
高温下的晶粒生长引起应变硬化，含有玻璃相时使流动应力下降，强化了超塑性流动，最大变形量增加，形变温度下降。
活化能涉及到变形机理和离子的扩散过程，一般为500-600KJ/mol。
随着晶
粒尺寸的增加而下降，例如当及晶粒尺寸有0.3增加到1.33微米时，活化能由580降低为500 KJ/mol.。
在高温超塑性变形过程中，由于晶界滑移在晶界处产生应力集中，当应力集中超过临界值时，空洞就成核。
空洞主要在应力集中最严重的三晶交汇处成核，随应变的增大而长大，并沿着晶界发展，部分空洞连结在一起形成裂纹，成为断裂的起源，降低了材料的力学性能。
空洞的产生意味着扩散过程来不及松弛晶界滑移所产生的局部应力集中，限制了断裂前的最大变形量。
在受压条件下，晶间脆性的影响不能得到有效的反映，晶间空洞和晶界分离或裂纹受到一定程度的压抑，故所表现出的塑性形变不能严格地体现真正的超塑性行为，只能说明具有高的延展性。
严格地说，按传统习惯把超塑性限定为材料具有异常大的拉伸延展性。
但是过去有许多试验是在受压条件下进行，而且也应用压缩成形，如锻造、挤压等的超塑性加工，故从实际出发，应把异常大的压缩延展性也认为是超塑性.
二．纳米陶瓷的结构与超塑性
纳米陶瓷的显微结构特征是，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是处于纳米量级的水平。
超塑性要求晶粒细小，纳米材料完全符合这一要求，预计纳米陶瓷应该具有很好的超塑性。
纳米材料的晶界层所占的体积分数可能接近于晶粒的体积，晶界便具有举足轻重的作用，许多界相的结合时不对称和松散的，容易在外力作用下产生相对位移。
纳米陶瓷在高温下具有类似于金属的超塑性。
扩散系数比普通材料提高了3个数量级，晶粒尺寸降低了3个数量级，
扩散蠕变速率高出1012倍。
因此，在较低的温度下，纳米陶瓷材料因其高的扩
散蠕变速率可对外力作出迅速反应，造成晶界方向的平移，从而出现超塑性。
纳
米氧化锆陶瓷在1250下，施加不太大的力就约有400%的形变。
三．陶瓷材料超塑性的发展前景
超塑性陶瓷材料的未来应用既取决于它在变形过程中是否成功，也取决于在长期使用中有没有过早破坏的可能性。
迄今为止，已经报道过Al2O3。
ZrO2和Al2O3- ZrO2陶瓷的热锻造；把Y-TZP烧结坯料锻至净形和完全致密化，挤压加工Y-TZP，扩散连接Y-TZP/ Al2O3复合材料。
通过对陶瓷材料超塑性的研究，进而可在一些领域如航天等高新技术领域取代
金属或金属合金，推动陶瓷材料更广泛的应用。
文献：杨斌张小珍《Al2O3陶瓷及其复合材料的超塑性研究》《中国陶瓷工业》2006
年4月第13卷第2期
胡士廉《陶瓷材料的超塑性研究》中国科学院上海冶金研究所材料物理与化
学博士论文 2000年
叶建东陈楷《陶瓷材料的超塑性》《无机材料学报》 1998年03
期
期刊论文：《陶瓷材料超塑性研究进展》第18卷第4期无机材料学报。
陶瓷的分类及性能
陶瓷材料的力学性能陶瓷材料陶瓷、金属、高分子材料并列为当代三大固体材料之间的主要区别在于化学键不同。
金属：金属键高分子：共价键（主价键）范德瓦尔键（次价键）陶瓷：离子键和共价键。
普通陶瓷，天然粘土为原料，混料成形，烧结而成。
工程陶瓷：高纯、超细的人工合成材料，精确控制化学组成。
工程陶瓷的性能：耐热、耐磨、耐腐蚀、绝缘、抗蠕变性能好。
硬度高，弹性模量高，塑性韧性差，强度可靠性差。
常用的工程陶瓷材料有氮化硅、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硼等。
一、陶瓷材料的结构和显微组织1、结构特点陶瓷材料通常是金属与非金属元素组成的化合物；以离子键和共价键为主要结合键。
可以通过改变晶体结构的晶型变化改变其性能。
如“六方氮化硼为松散的绝缘材料；立方结构是超硬材料”2、显微组织晶体相，玻璃相，气相晶界、夹杂（种类、数量、尺寸、形态、分布、影响材料的力学性能。
（可通过热处理改善材料的力学性能）陶瓷的分类玻璃—工业玻璃(光学，电工，仪表，实验室用)；建筑玻璃；日用玻璃陶瓷—普通陶瓷日用，建筑卫生，电器（绝缘），化工，多孔……特种陶瓷-电容器，压电，磁性，电光，高温……金属陶瓷--结构陶瓷，工具（硬质合金），耐热，电工……玻璃陶瓷—耐热耐蚀微晶玻璃，光子玻璃陶瓷，无线电透明微晶玻璃，熔渣玻璃陶瓷…2.陶瓷的生产(1)原料制备（拣选，破碎，磨细，混合）普通陶瓷（粘土，石英，长石等天然材料）特种陶瓷（人工的化学或化工原料--- 各种化合物如氧、碳、氮、硼化合物）(2)坯料的成形（可塑成形，注浆成形，压制成形）(3)烧成或烧结3. 陶瓷的性能(1)硬度是各类材料中最高的。
（高聚物<20HV，淬火钢500-800HV，陶瓷1000-5000HV）(2)刚度是各类材料中最高的（塑料1380MN/m2，钢MN/m2)(3)强度理论强度很高（E/10--E/5）；由于晶界的存在，实际强度比理论值低的多。
2 （E/1000--E/100）。
Al2O3陶瓷及其复合材料的超塑性研究
样， 由于结 构和键性的原 因 ， 滑移 系统少 ， 位错产 生和运 动
结构超塑性又称细 晶超 塑性 ，能产生结构 超塑性的陶瓷材料 包括离子键多晶体 和共 价键 多晶体 、单相 陶瓷和多相复合陶 高 ， 且难 以保证质量 。为了扩大 Ａｌ 陶瓷的应用范 围 ， 并 Ｏ。 必 瓷 ， 中以 Ｙ－ Ｚ 其 Ｔ Ｐ最为典型 。 须更好地解决 Ａ２。 ｌ 陶瓷的加工 与成形工艺 问题 ，由此产生 ０ 产生超塑 性变形 的两 个先决 条件 是嘲 （） 伸 塑性稳 定 ：１ 拉 性， 即不过早产生 明显颈缩 ； ） （ 有效压 制空洞和 晶界分离 。晶 ２ 了 Ａｌ 。 陶瓷的超塑性研 究。 Ｏ （ 由于超 １ 已经证实 ， 一些细晶陶瓷材料在较高的温度 下， 可以具有 体 材料要 具有超塑性 还必 须具 备以下 重要要求 ｍ： ） 定的塑性 。超塑性指 的是多 晶陶瓷在拉应 力下显示异常高 塑性过程受扩散控制 ， 因此 实验温度应足够 高 ， 以便扩散足够 的延伸率 的能力 ， 断裂 前无 明显颈缩发生 。 陶瓷材料超塑性研 快。 实际试验温度通常要达到材料熔 化温度一半以上 ； ） （ 晶粒 ２
超塑性 行为及其最新研究进展 。
收稿 日 ：０ ５ １— ７ 期 ２０ — １ １ 作者 简介 ： 斌 ， ， 杨 男 硕士生
真 实 应 变， ｓ
图 １ —Ｚ Ｙ Ｔ Ｐ陶瓷真实应 力一真 实应变 曲线
（＝ Ｅ５×１ － ～Ｔ Ｉ ５ ℃ ） ０＇ ，＝ ５ Ｏ ｓ
Ｆ ｇ １ Ｃｕ ｖ ｓ ｏ ｔａ ｎ ｒ ｔ Ｓ ｓ ｒ ｓ ｆ ＴＺＰ ｃ ｒ ｍ ｉｓ ｉ． ｒ ｅ ｆｓ ｒ ｉ ａ ｅ Ｖ ｔ ｓ ｏｒ ｅ Ｙ— ｅａ ｃ
维普资讯 ຫໍສະໝຸດ ２０ ０ ６年 第 ２期
超塑性成形资料
1.1超塑性的概念超塑性是指材料在特定条件下，表现出异常高的塑性而不产生缩颈与断裂的现象。
但至今还没有从物理本质上确实切定义。
有的以拉伸试验的延伸率来定义，认为 >200%即为超塑性；有的以应变速率敏感性指数m来定义，认为m>0.3，即为超塑性；还有的认为抗颈缩能力大，即为超塑性。
1.2超塑性的分类根据目前世界上各国学者研究的成果，按照实现超塑性的条件〔组织，温度，应力状态等〕可将超塑性分为三类：1.微晶组织超塑性〔即恒温超塑性或构造超塑性〕一般所指超塑性多属这类，它是国内外研究最多的一种。
当材料是微细的等轴晶粒组织，间距为0.5一5μm，温度大于该材料熔点温度的一半，应变速度为10-4一10-1/s之间时，材料拉伸断裂将呈现超塑性变形的能力。
2.相变超塑性〔变温超塑性或动态超塑性〕将材料在相变温度附近进展热循环，利用相变过程，每一次热循环奉献一小的应变，从而在屡次热循环过程中获得大的延伸率。
3.内应力超塑性和相变超塑性一样进展热循环，利用材料的热膨胀系数的差异产生内应力，内应将有助于基体的塑性流动，从而使材料获得超塑性。
1.3超塑性的特点金属塑性成形时宏观变形有几个特点:大延伸、无缩颈、小应力、易成形。
〔1〕大变形：超塑性材料在单向时延伸率极高，有的可以到8000%说明超塑性材料在变形稳定性方面要比普通材料好很多。
这样使材料的成形性能大大改善，可以使许多形状复杂，一般难以成形的材料变形成为可能。
〔2〕无紧缩：超塑性材料的变形类似于粘性物质的流动，没有〔或很小〕应变硬化效应，但对应变速率敏感，当变形速度增大，材料会强化。
因此，超塑性材料变形时初期有紧缩形成，但由于紧缩部位变形速度增大而发生局部强化，而其余未强化局部继续变形，这样使紧缩传播出去，结果获得巨大的宏观均匀变形。
超塑性的无紧缩是指宏观上的变形结果，并非真的没有紧缩。
〔3〕小应力：超塑性材料在变形过程中，变形抗力可以很小，因为它具有粘性或半粘性流动的特点。
我看超塑性成型技术的发展
就我看超塑性成型技术的发展早在1920年，德国W.Rosenhain等人将冷轧后的Zn-Al-Cu三元共晶合金的铝板慢速弯曲的时候，发现这种脆性材料被弯成180°而未出现裂纹，它和普通晶体材料大不相同。
他们推断这种负荷速度有密切依赖关系的异常现象，可能是由于加工产生了非晶质。
1934年，英国C.E.pearson初次对共晶合金的异常弯曲进行了详细研究。
这种合金的挤压材料很脆，容易破裂，可是C.E.pearson将其缓慢拉伸，得到了伸长率为2000%的试样。
很奇怪的是这种慢速大延伸的金属，在落地实验中呈脆性断裂，这是一个更大的发现，在当时虽然引起了一部分人的强烈反响，但在第二次世界大战的却被搁置了。
第二次世界大战后，前苏联科学家对金属的异常延伸现象进行了系统研究，用Zn-Al共析合金在高温拉伸试验中得到异常的伸长率，并应用于“超塑性”这个词汇。
1962年，美国E.E.Underwood发表了一篇评论解说性文章，从冶金学的角度分析了实现超塑性成形的可能性、条件及基本原理。
人们评价这篇文章是超塑性研究的总结。
从此超塑性研究引起了人们越来越多的重视。
到目前为止，还不能给超塑性下一个确切的、科学的定义。
人们从各种角度粗略的定义为，金属材料在受到拉伸应力时，显示出很大的伸长率而不产生紧缩与断裂现象的性能称为超塑性。
其伸长率可超过100%以上，如钢的伸长率超过500%，纯钛超过300%，铝锌合金超过1000%。
目前常用的超塑性成形的材料主要有铝合金、镁合金、低碳钢、不锈钢及高温合金等。
材料超塑现象的出现是有条件的，既要有材料本身的内在因素，也要有变形时的环境条件。
首先材料本身最好是两相组织的共析或共晶合金，经过一定的处理后其结晶应是等轴、球形、细晶粒组织，晶粒尺寸一般不大于10µm（1µm=10-3mm）即d≤10µm，愈细愈好。
这些材料原是指为实现超塑性而专门研制的合金，如锌合金中的Zn-22%A1、Zn-5%A1，铝合金中的A1-6%Cu-Zr 合金。
【精品文章】陶瓷材料的超塑性加工
陶瓷材料的超塑性加工
塑性是指材料在外力作用下产生永久变形的能力，而超塑性是指材料在特定条件下，呈现出异常低的变形抗力和异常高的流变能力。
不同材料具有不同的塑性变形能力，例如我们小时候玩的泥巴，小孩只需要用很小的力，就能随心所欲改变泥巴的形状，而装饮料的塑料瓶，要改变其形状却没那么容易，于是我们认为，泥巴的塑性比塑料瓶更好。
在材料加工过程中，我们理所当然地希望材料的塑性能够尽量地好，这样我们易于获得各种复杂形状的材料。
金属材料一般都具有良好的塑性，因此可以采用诸如锻造、冲压等塑性加工方法实现材料的成形。
图1 塑性加工方法可以实现金属的异形件生产，作为脆性材料的陶瓷若能实现塑性加工，那么可以方便制造出各种复杂形状的零件，在实现近净成形的同时提高力学性能
（图片陶瓷材料在传统意义上被认为是和砖、岩石等建筑材料一样的脆性材料，其塑性变形的能力很差，但是由于陶瓷热稳定性好、硬度高、耐磨耐腐蚀等特性，人们一直试图突破千百年来陶瓷材料自身塑性的限制，希望能够利用陶瓷的超塑性变形特性，使其像金属一样可以采用塑性加工手段制成精密尺寸的陶瓷零件。
布加迪威龙推动着陶瓷在汽车工业上的应用，其推出了一款大量采用陶瓷材料的豪车，售价高达4500万元。
陶瓷材制相对于传统的金属材料，显然更轻，这样必然实现了汽车轻量化。
对于这种豪车级别的买主，车身轻量化显然不是为了节能减排，而是在追求华丽外表的同时，突破速度的极限。
据悉，该款布加迪威龙百公里的加速度只有2.5秒。
不过，陶瓷材料势。
超塑性的概念
工程陶瓷材料的制造、加工与超塑性
图 １ Ｍｇ ｒ —Ｚ 二元 合金相图［】
Ｍ ｇ Ｚｎ ａ ３
一
２ Ｍｇ—Ｚ 系和 Ｍｇ—Ｚ ｎ ｎ—Ｚ ｒ系
这里 ，Ｓ Ｓ表示 过 饱 和 固溶 体 （ ＳＳ 以下 同 ）其 中 ， ；
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第 ６期
张
静等 ： 含锆 镁合金系 中的合 金相
５ １
注 ：ａ 取 自 Ａ ＴＭ ０ ｂ 取 自 Ｃ Ａ Ｆ ５ ｃ取 自 ｃ Ａ ＦＧ． ；（ ） 自 Ａ ＴＭ ７ 。 其 它 铸 造 合 金 均 取 自 Ａｓ Ｍ Ｂ９ ；其 它 变 形 合 （） Ｓ Ｂ８ ；（ ） Ｓ Ｉ ；（ ） Ｇ． ｓ Ｉ ９ ｄ取 Ｓ ２５ ｒ ３ 金 均取 自 Ａ ｒ Ｂ２ ５ ｓ Ｍ ７ 。未 指 明 时 ， 均指 最 大 含 量 。
ＧＰ 区 呈 圆 盘 状 ， 基 体 完 全 共 格 ， 平 行 于 与 盘
０ ０ Ｓ ８ 呈 ｌ 与基 体 完 全共 格 ， 垂 直 于 棒 锌是 镁 合金 中重要 的 合金 元 素 。 锌在 镁 中 的 固 ｛０ １ Ｍ ；ｌ 棒 状 ，
０ ０ ｝ 密排 六 方 结 构 ， ＝０ ５ ｎ Ｓ ａ ．２ ｍ，ｃ ．５ ｍ； ＝０ ８ ｎ 溶度 为 ６２ ， 了 起 固 溶 强 化 作 用 外 ， 效 硬 化 也 ｛０ １Ｍ ； ．％ 除 时
能使 其 溶 解 或 破 碎 ， 时化 合 物 的 形成 使 固 相 线 温 同 度 降低 ， 而 降 低 了时 效 前 的 固 溶 处 理 效 果 ， 从 因此 ， 通 过一 般 的固溶 处理 不 能 明显 地 提 高 合 金 的 力 学性 能 。含 钍化 合 物 脆 性 较 小 ， 合 金 力 学性 能 的降 低 对
陶瓷材料学
一．名词解释1.相变超塑性：靠陶瓷在承载时的温度循环产生相变来使材料获得超塑性。
2.组织超塑性：靠特定的组织结构在恒定的应变速率下获得超塑性。
3.抗热震性：陶瓷材料抵抗温度变化能力的大小。
4.玻璃的晶化：玻璃结构由长程无序结构的玻璃态转变成规则点阵结构的晶态的相变过程(析晶、失透、反玻化)。
5.均匀成核：在宏观均匀的玻璃中，在没有外来物参与，与相界、结构缺陷等无关的成核过程，又称为本征成核或自发成核。
6.非均匀成核：依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程，又称为非本征成核。
7.自由度数：在温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中，可以在一定范围内任意改变而不会引起旧相消失或新相产生的独立变量的数目。
8.组分：系统中每一个能单独分离出来并能独立存在的化学均匀物质。
9.独立组分数(c)：决定一个相平衡系统成分所必需的最少的组分数。
10.相：相是体系中具有相同物理与化学性质的均匀部分的总和，相与相之间有界面，各相可以用机械方法加以分离，越过界面时性质发生突变。
11.形核率：单位时间，单位体积内所形成的晶核数目。
12.调幅分解：又称为增幅分解或拐点分解，它是一种特殊的固溶体析出形式，其特点是相变时不需要形核过程，而是通过自发的浓度起伏，浓度振幅不断增加，最终固溶体分解为浓度相同而结构不同的两相，即一部分为溶质原子富集区，另一部分为溶质原子贫化区。
13.相转变：指因温度或应力的变化引起晶体结构的变化。
通过分散相的体积变化可以向裂缝表面施加一个压缩应力，从而阻止裂缝增长，故成为一种增韧机理。
主要发生相转变的陶瓷是氧化锆及氧化锆与氧化铝的混合物。
二．简答1.陶瓷的晶体结构？答：（1）面心立方密堆结构；（2）六方密堆结构；（3）体心立方密堆结构。
2.离子晶体及其构成（离子半径）？答：1）原子序数相近时，阴离子半径大于阳离子半径；2）同一周期阳离子价数越大，离子半径越小；3）同一周期阴离子，价数越大，离子半径越大；4）变价元素离子，价数越大，离子半径越小；5）同价离子原子序数越大，离子半径越大。
第五章 陶瓷材料的力学性能11
陶瓷材料的力学性能
引言
陶瓷广泛应用于我们的日常生活中，如建筑材料、饮 食餐具等以及国家战略战备设施，如武器装备、航天领 域上。 传统的陶瓷制品以天然粘土为原料，通过混料、成型、 烧结而成，性能特点是强度低，脆性高。 目前研究的陶瓷分为结构陶瓷和功能陶瓷。
结构陶瓷
主要利用的是材料的耐高温、强度、硬度、韧性、耐磨
（2）相变增韧
必要条件 有亚稳的四方氧化锆颗粒存在
t相的晶粒尺寸是影响 t-m相变的一个重要因素，Ms点随 晶粒尺寸的减少而降低。氧化锆的室温组织存在一个临 界粒径dc，ddc的晶粒室温下已经转变成m相；ddc的晶 粒冷却到室温仍保留为 t 相。所以只有 ddc 的晶粒才有 可能（但不一定）产生相变韧化作用。 当裂纹尖端应力场最高值一定的情况下，应力诱发 t-m 相变存在一个临界晶粒直径d1。只有d1ddc的晶粒才会 应 力 诱 发 相 变 （ stress induced phase transformation），即这部分晶粒才对相变韧化有贡献。
• 表5.2（P111）给出了试验规程及计算公式。 • 表5.4（P111）是劳氏硬度和维氏硬度的对比情况。
三、克劳维尔硬度
四、硬度与其它性能之间的关系
• 图5.5
五、陶瓷材料的表面接触特性
• 1、与金属材料相同，陶瓷材料表面也存在 局部微凸起，其外侧常有水蒸气或碳-氢化 合物形成的表面层，陶瓷材料表面加工还 可以产生显裂纹或其他缺陷。
• 图5.20。
（2）共价键型陶瓷材料
• 图5.21。
3、加载速率对陶瓷强度的影响
• 图5.22。
第五节 陶瓷材料的断裂韧性
一、陶瓷材料的断裂韧性
一、陶瓷材料的断裂韧性
二、陶瓷材料的断裂韧性的测定
材料的超塑性及其变形机理
材料的超塑性及其变形机理专业：材料工程学号：2012177姓名：孙宇材料的超塑性及其变形机理1.材料超塑性的定义超塑性合金是指那些具有超塑性的金属材料。
超塑性是一种奇特的现象。
具有超塑性的合金能像饴糖一样伸长10倍、20倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会断裂。
金属的超塑性现象，是英国物理学家森金斯在1928年发现的，他给这种现象做如下定义：凡金属在适当的温度下（大约相当于金属熔点温度的一半）变得像软糖一样柔软，而应变速度10毫米/秒时产生本身长度三倍以上的延伸率，均属于超塑性。
超塑性材料是指：具有相对细小的晶粒（20微米-30纳米）的金属、陶瓷等，其晶粒分布可以是均匀或不均匀的，且晶粒或相的形状、尺寸或取向具有各向异性或各相同性。
2.超塑性及其宏观变形特征通常认为超塑性是指材料在拉伸条件下，表现出异常高的伸长率而不产生缩δ100％时，即可称为超塑性。
实际上，有的超塑材颈与断裂现象。
当伸长率≥料其伸长率可达到百分之几百，甚至达到百分之几千，如在超塑拉伸条件下Sn-Bi 共晶合金可获得1950％的伸长率，Zn-AI共晶合金的伸长率可达3200％以上。
也有人用应变速率敏感性指数m值来定义超塑性，当材料的m值大于0．3时，材料即具有超塑性。
金属材料在超塑性状态下的宏观变形特征，可用大变形、小应力、无缩颈、易成形等来描述。
1) 大变形超塑性材料在单向拉伸时伸长率占极高，目前已有占达8000％以上的报道。
超塑性材料塑性变形的稳定性、均匀性要比普通材料好得多，这就使材料成形性能大为改善，可以使许多形状复杂，难以成形构件的一次成形变为可能。
2) 小应力材料在超塑性变形过程中的变形抗力很小，它往往具有粘性或半粘性流动的特点，在最佳超塑变形条件下，超塑流变应力σ通常是常规变形的几分之一乃至几十分之一。
例如，Zn-22％Al合金在超塑变形时的流动应力不超过2MPa，钛合金板料超塑成形时，其流动应力也只有几十兆帕甚至几兆帕。