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陶瓷材料的脆性

来源：世展网分类：陶瓷行业资讯 2022-12-14 16:34 阅读：8155

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2025-08-26-08-28

距离275天

脆性是无机非金属材料的一个共同的致命的弱点，陶瓷的脆性，其直观表现是：在外加负荷下，断裂是无先兆的，暴发的。间接表现是:抗机械冲击性和温度急变性差。脆性，也是衡量陶瓷材料性能的重要特征之一，是陶瓷材料的致密弱点。陶瓷脆性的本质主要由化学键性质和晶体结构所决定，在陶瓷中缺少独立的滑移系，材料一旦处于受力状态就难于通过滑移所引起的塑性形变来松弛应力。从显微结构上看，脆性的根源在于微裂纹的存在，易于引起应力高度集中，继而微裂纹扩展以致断裂。

陶瓷材料的脆性特征：

1、共价键特征陶瓷材料中组成化学键的原子间有许多空隙，难以引起位错的移动。共价键有方向性，会使晶体结构复杂，且具有较高的抗畸变和阻碍唯一运动的能力。

2、显微结构特征

陶瓷材料属于多晶体，为多相结构，它的晶界会阻碍位移，聚集的位移会引起裂纹的形成，加上实际晶体结构中点、线、面缺陷的存在，且其内部还存在显微和亚显微裂纹，其结构上的不均匀性更是在所难免。此外，晶界、气孔、晶相、二相夹杂以及裂纹等显微结构因素，都能导致陶瓷材料呈现脆性。

3、无塑变特征

常温下大多数陶瓷材料在外力作用下没有或只有很小的塑性变形，这就导致陶瓷材料断裂时都比较突然，即呈现出脆性。

脆性断裂是当材料受力后将在低于其本身结合强度的情况下作应力再分配，而外加应力的速率超过应力再分配的速率时没有其它吸收能量的过程，应力无法松弛，则集中用于裂纹的扩展上，使得扩展速度十分迅速，最终导致突发性破坏。脆性断裂是裂纹扩展的终结。

显微结构与脆性的关系：

1、晶粒尺寸与裂纹

由于陶瓷制备工艺的复杂性，晶内裂纹的存在几乎不可避免，减少晶粒尺寸可以使陶瓷材料脆性得到改善。晶粒尺寸减小，晶粒增多，会加大裂纹扩展的阻力。细晶粒的应力集中效应比粗晶粒小。粗晶粒的弹性和热性各向异性往往会导致微裂纹的出现，使得内应力加大、断裂能降低。

2、气孔率与裂纹

陶瓷材料的强度、弹性模量随气孔率的增大而减小。气孔的增多会使材料的密度下降，即减少了负荷面积。气孔存在于晶界处会引起应力集中，在外力作用下易形成裂纹。气孔率增加，晶粒间接触面积减小，气孔间距缩短，有利于裂纹的形成与扩展，增加材料的脆性。多相交界处的气孔，本身便相当于裂纹。3、晶界与裂纹对由单一晶相组成的陶瓷材料，在外力作用下扩展的裂纹遇到晶界往往会中止，若晶界上有气孔且应力集中，则裂纹会沿着晶界伸长。多晶材料晶界相中的杂质及第二相晶粒，有时因其脆性和各向异性引起应力即成为裂纹传播的途径，有时因有高的能垒而起着阻止裂纹扩展的作用。