中国粉体网讯 众所周知，陶瓷材料均有一个致命的缺陷——脆性。陶瓷材料的脆性由其化学性质和显微结构所决定的，是陶瓷材料与生俱来的特性。其脆性越大，即表示其断裂韧性越低，这在一定程度上限制了它的应用。
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。
断裂力学性能是评价陶瓷材料力学性能的重要指标，预测结构材料的力学性能所必需的一个重要参数是断裂韧性。断裂韧性是材料重要的基本力学参数之一，用来表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料韧性好坏的重要指标，也是评价陶瓷服役性能及可靠性的关键力学性能指标。其对于结构陶瓷的研发、制备、选材与设计具有决定性意义。
就氧化锆陶瓷而言，据文献报道，稳定剂种类和含量、晶粒尺寸等是氧化锆四方相保留到室温的关键影响因素。在众多稳定剂中，Y2O3稳定氧化锆陶瓷 (Y-ZrO2) 的综合力学性能最好而被广泛应用。至目前报道，其抗弯强度可高达1.5 GPa，断裂韧性为2MPa·m1/2 ~ 20 MPa·m1/2。可以发现，Y-ZrO2的断裂韧性值在以往的报道中具有较大差异。这是由两方面的原因导致的：一方面，陶瓷材料断裂韧性的测试方法众多，但没有一种快捷、可靠的测试方法来准确评价氧化锆的断裂韧性，因此，对于同一种Y2O3稳定氧化锆陶瓷材料，测试方法的不同往往得到的断裂韧性具有较大的差异；另一方面，Y2O3稳定的多晶氧化锆陶瓷中，稳定剂含量对其力学性能有很大影响。常见的氧化锆结构件陶瓷含有2mol%~ 3mol%的Y2O3，相组成以四方相氧化锆为主，具有较高的断裂韧性。而在电子、光学等方面应用的氧化锆功能陶瓷，相组成以立方相氧化锆为主，其断裂韧性较差。到目前为止，关于Y-ZrO2陶瓷材料力学性能的系统性研究依然较少。其次，Y-ZrO2常与氧化铝进行复合，制备综合性能优异的氧化锆增韧氧化铝陶瓷（ZTA）和氧化铝增强氧化锆陶瓷（ATZ），其断裂韧性也因氧化锆和氧化铝的组成比例不同具有一定差异，其研究备受国内外学者的关注。
在众多陶瓷材料断裂韧性测试方法中，SENB法由于测试简便而被广泛应用，但由于切口钝化，使其测量的断裂韧性结果偏高。2014年饶平根教授研究团队首次将飞秒激光微加工技术运用到 SEVNB法测量结构陶瓷的断裂韧性，可靠准确测试了氮化硅、氧化铝、氧化锆等典型结构陶瓷的断裂韧性。到目前为止，该团队这种改良的SEVNB法也已应用于氧化锆、硼化锆、碳化硅纤维增韧硼化锆、碳纳米管增韧氧化锆、氧化锆增韧氧化铝、硬质合金等多种材料，显示出了良好的可重复性和可靠性。
中国粉体网将于2023年12月20-21日在湖北宜昌举办“第六届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”，届时华南理工大学饶平根教授将带来《陶瓷材料断裂机理及Y-ZrO2基结构陶瓷断裂韧性可靠评价》的报告。本报告将介绍陶瓷材料的断裂机理，并解析结构陶瓷脆性断裂的原因。
来源：
崔金平等：可靠评价Y-ZrO2及Y-ZrO2/Al2O3陶瓷断裂韧性研究进展
（中国粉体网编辑整理/空青）
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