①陶瓷,是用物理化學方法制造出來的最早的人造材料。一萬多年以前,它的誕生使人類由舊石器時代進入了新石器時代。然而,陶瓷的脆性一直是它的致命弱點,如果能夠克服這個弱點,再加上它原有的耐磨、耐高溫、耐腐蝕等非常有價值的性能,那么陶瓷材料的前途將遠遠超過現代的優質合金。
②可喜的是,經過科學家的不懈努力,終于找到了克服陶瓷脆性的“藥方”。
③首先,從改善內部結構著手。研究表明,在陶瓷的原料中添加少量的氧化釔、氧化鎂、氧化鈣等粉末,經高溫煉制成氧化鋯陶瓷后,其中的氧化鋯便生成兩種晶體:立方晶體和四方晶體。當陶瓷受到外力作用時,四方晶體便變成一種單斜晶體,體積迅速“膨脹”。由于晶體的體積急速增大,進而可阻止陶瓷中原先存在的細微裂紋的擴展,陶瓷就不會破裂了。有人在氧化鋁坯料中加入二氧化鋯,當加入量為基體體積的15%時,陶瓷的硬度可以提高3倍,有人稱之為“陶瓷鋼”。
④其次,將纖維均勻地分布于陶瓷的原料中,以提高陶瓷的強度和韌性,其原理與我們在石灰中加入紙筋相類似。這是因為,將纖維加入陶瓷原料中,具有以下三大作用:纖維不易拉斷,在工作時可承擔大部分外加負荷,減輕陶瓷的負擔,使裂紋不易產生;纖維與陶瓷體結合在一起后,具有很大的摩擦力,于是,陶瓷的韌性可以大大增加;即使陶瓷出現了細微裂紋,纖維也能將它們緊緊拉住,使裂紋不至于進一步擴展開來。
⑤第三,還在改善陶瓷表面狀態方面下功夫。一般來說,陶瓷的斷裂大都從表面開始,因此,改善陶瓷表面狀態就猶如為防止陶瓷的破損設下了一道屏障。具體方法為:通過化學和機械拋光技術消除陶瓷的表面缺陷;對氮化硅、碳化硅等非氧化物,只要通過控制表面氧化技術,就可消除表面缺陷或使裂紋尖端變鈍;通過熱處理也可達到表面強化或增韌的目的。
⑥經過特殊加工的陶瓷,再也不是那種碰不得、摔不起的“瓷娃娃”了,即使把它丟在水泥地上也毫無損傷。這種打不碎的陶瓷,目前已經廣泛應用于一些高科技領域,如用來制造汽車、飛機、快艇的發動機和其他重要零部件。這類陶瓷材料無疑將有廣闊的發展前景。