超塑性陶瓷材料的性能

陶瓷材料在本质上是一种脆性材料，线膨胀系数都偏低，虽然抗热震性好，但柔韧性不够，在受到正面物理冲击时容易开裂、破损，受到平行拉力时也会被拉裂。因此缺乏塑性的陶瓷材料机加工相当困难，为了解决这一问题，全世界都开始进行超塑性陶瓷的研究。

对于我们的意义：可以了解新材料，也可以根据其理论来辅助解释陶瓷涂料的抗冲击强度等问题。

超塑性陶瓷

超塑性：是指在应力作用下产生异常大的拉扯形变而不发生破坏的能力。超塑性材料具有大延伸、无颈缩、小应力、易成形的特点。

超塑性陶瓷：

1. 添加型，在ZrO2中加入3mol%的Y2O3可得到100%的延伸率。

2. 纳米级，在室温下进行拉伸疲劳实验，发现离子型化合物的氧化物陶瓷（纳米级氧化锆）断裂后表层晶粒表现为塑性变形，具有共价键的氮化硅陶瓷也有微小的塑性行为。

纳米级陶瓷的塑性发现是特种陶瓷研究的重大突破，如果所有的纳米陶瓷都具有可塑性，那么纳米陶瓷将会实现在特定温度条件下像金属那样随意造型和机加工，烧制陶瓷时也无需考虑胚型。

实现陶瓷超塑性的条件

添加型：a.晶格应变能力较大；b.试验温度较高（产生塑性的温度）；c.微晶且不产生明显晶粒长大；d.应力指数较低，一般不大于3

纳米级：由于纳米材料晶粒非常细小，晶界扩散系数比常规材料大，这使得纳米陶瓷可在较低温度下实现塑变。

实现超塑性的两个可能的方向：

1. 利用晶界表面的众多不饱和键来造成晶格沿晶界方向的平移实现（滑移）——单成份陶瓷；

利用外力作用使众多不对称的、不稳定的、松散的晶相结合产生相对位移，破坏暂时的稳定状态，建立新的暂时的稳定状态，宏观实现超塑性。——添加混合型

2. 做到纳米级，纳米陶瓷中晶界所占的体积分数接近于母体晶相的体积，众多晶相的结合最多也是暂时的稳定，在外界能量的迫使下，这种暂时稳定状态会被破坏建立新的平衡。——纳米级

实验已证实：8nm的氧化钛陶瓷和氟化钙陶瓷在180℃有外力作用下呈现塑形弯曲，带裂纹的二氧化钛纳米陶瓷也能经受一定程度的弯曲且裂纹不扩散。

已知的超塑性陶瓷及超塑性温度

Al2O3+0.25wt%MgO 晶粒大小1.6μm 1420℃ 60%的真应变

Al2O3+ZrO2 1450℃，>200%拉伸形变量 1650℃， >500%拉伸形变量

共价键陶瓷材料

SiN4-SiC 拉伸形变量>150%

SiAlON 晶粒大小0.35μm 1550℃ 形变量230%

我们可以借鉴的：

1. 引入纳米陶瓷，极小的晶粒，晶界扩散滑移使其具有可塑性；

2. 不忽视其他非陶瓷类颜填料的作用：如鳞片状石墨的润滑及其他颜填料无规则填充形成的泄力作用等；