“木刚易折，水滴石穿”。古人根据生活经验总结出的规律，往往浅显易懂、深入浅出。有时候，真正的强大并非源于刚硬，却往往归于柔韧。一个掌握柔韧能力的人，往往如脱胎换骨一般，在社会中游刃有余。做人如此，陶瓷亦如是。
陶瓷材料的键性主要是离子键与共价键，而且往往是两种键杂交在一起，这就决定了其本质：刚硬有余，韧性不足。陶瓷显而易见的本征属性就是——脆性，具体表现为在外加应力作用下会突然断裂，抗冲击强度低、温度剧变承受能力差，极大地限制了其应用范围。对于一些军用或特殊场合使用的特种陶瓷而言，提高陶瓷韧性才能使其“脱胎换骨”，雄霸天下！
根据Griffith微裂纹理论，实际材料中存在许多微裂纹或缺陷，在外力作用下这些裂纹或缺陷会因应力集中而扩展，导致断裂失效现象发生。因此，脆性材料的断裂强度σ与微裂纹密切相关，可从下面的公式中看出：
其中，E代表弹性模量，γ代表断裂表面能，u代表泊松比，c代表裂纹尺寸。
显然，材料强度σ与微裂纹尺寸c相关，裂纹尺寸c越大，材料强度越低，越容易失效。事实上，材料强度σ是经典强度理论对材料的一种表征手段，但它没有抓住断裂的本质，不能预防低应力下的脆性断裂。不过，我们可以从中提取出与裂纹尺寸不相关的部分，由断裂力学理论出发，建立另外一种材料表征手段——断裂韧性KIc，用以评价材料阻止裂纹扩展的能力。对于脆性材料：
其中，E代表弹性模量，γ代表断裂表面能，u代表泊松比。
公式中，E和u是非结构敏感的，因此提高材料断裂韧性KIc主要从提高断裂表面能角度出发。陶瓷断裂模式有穿晶断裂和晶界断裂两种，相对于晶粒，晶界的强度往往较低，因此裂纹沿晶界扩展的情况较多。由此，大多数增韧方式的对象往往都是晶界。换言之，陶瓷“脱胎换骨”的关键在于晶界。
l 特种陶瓷增韧方法汇总
特种陶瓷增韧方式及机理
增韧方式 | 机理 | 举例 |
相变增韧 | 利用陶瓷中组成相的相变来增韧，相变过程可吸收、消耗晶界中裂纹扩展的能量 | 裂纹应力可诱导ZrO2的马氏体相变，即由四方相转为单斜相（体积增大3-5%），消耗裂纹扩展的能量 |
弥散增韧 | 在陶瓷基体中加入一定尺寸的微细粉料，利用晶界中第二相对裂纹的偏转、弯曲等作用达到增韧效果 | 将纳米LiTaO3细粉加入氧化铝陶瓷中，断裂韧性可达5MPa·m1/2以上 |
纤维/晶须增韧 | 在陶瓷基体中加入高强度、高模量的陶瓷纤维或晶须，利用桥联、裂纹偏转、拔出效应等方式增韧 | 含20% SiC晶须的莫来石陶瓷断裂韧性可提高2-2.5倍 |
显微结构增韧 | 优化陶瓷材料配方或工艺，获得强韧化的显微结构 | |
金属-陶瓷复合 | 在陶瓷基体中加入金属粉末，利用金属的塑性变形吸收能量来增韧 | Al2O3/Ni复合陶瓷的断裂韧性由4.3MPa·m1/2增加到9.7MPa·m1/2 |
左：氧化锆相变增韧机理，右：纳米LiTaO3增韧氧化铝陶瓷（弥散增韧）
左：碳纤维增韧碳化硅陶瓷（纤维增韧），右：柱状显微结构氮化硅（显微结构增韧）
l 断裂韧性测试方法汇总
由于不同测试方法测得的断裂韧性数值往往存在差别，因此根据测试样品的特点选择合适的断裂韧性测试方法，尤为重要。下表列出了几种常见的断裂韧性测试方法。
断裂韧性测试方法汇总
测试方法 | 制样方法 | 特点 |
单边切口梁法 | 试样为长条状（长*宽*厚=L*B*W），在底面中间位置，沿宽度方向，制作切深为c的切口，c/W=0.4～0.6；B≈1/2W | 应用较广泛，国内外比较流行，但因受切口钝化影响，对于细晶粒瓷，测试结果偏大 |
压痕法 | 在简支梁试样受拉面的中部，用Knoop压头制作一人工的非贯穿尖锐裂纹，裂纹长度方向垂直于梁的纵轴 | 压痕接近于实际材料的表面尖锐小裂纹，适用于致密的陶瓷及玻璃；但压痕尺寸的测量受人为判断影响 |
双扭法 | 试样呈薄板状，一般尺寸为2*24*30～2*24*40mm3；在试样底面，沿长度方向，在宽度的中点开一条槽，槽深占厚度的1/3～1/2 | 适用于薄片状材料，国际公认此法较为成熟，获得的数据较准确；但试样尺寸较大，且属于大裂纹，与常见裂纹有差别 |
作者：王京
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