新型陶瓷,必須克服普通陶瓷脆性這壹漏洞。許多科學家經過不懈努力,使人們找到了克服陶瓷脆性的藥方。
首先,從改善內部結構著手。研究表明,在氧化鋯陶瓷的原料中,添加少量的氧化釔、氧化鎂、氧化鈣等粉末,經高溫燒制成氧化鋯陶瓷後,其中的氧化鋯便生成兩種晶體,它們被稱為立方晶體和四方晶體。當陶瓷受到外力作用時,四方晶體便變成壹種單斜晶體,體積迅速“膨脹”。由於晶體的體積急速增大,可阻止陶瓷中原先存在的細微裂紋的擴展。這樣,陶瓷就不會破裂了。
其次,可在改善陶瓷的表面狀態方面下工夫。通常情況下,陶瓷的斷裂大都從表面的缺陷開始,所以,改善陶瓷的表面狀態,猶如為防止陶瓷的破損設下了第壹道屏障。改善的具體方法為:通過化學或機械拋光技術消除陶瓷的表面缺陷;對氮化矽、碳化矽等非氧化物,只要通過控制表面氧化技術,便可消除表面缺陷或者使裂紋尖端變鈍;要想達到表面強化和增韌的目的,也可以通過熱加工來完成。
第三,將纖維均勻地分布於陶瓷原料之中,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,在陶瓷原料之中加入纖維,具有三大作用:①纖維不易拉斷,在工作時可承擔大部分外加負荷,從而減輕了陶瓷的負擔,進而不易產生裂紋;②纖維與陶瓷體結合在壹起以後、具有很大的摩擦力。於是,就可以加強陶瓷的韌性了;③即使陶瓷內出現了細微裂紋,纖維也能將它們緊緊拉住,不至於進壹步擴展開來。
新穎陶瓷可以制作成陶瓷榔頭、陶瓷菜刀、陶瓷剪刀等工業產品和生活用具。從外觀上看,這些陶瓷制品與普通的鋼鐵制品並沒有什麽不同,只是毫無鋼鐵的成分。
“新型陶瓷”又稱“韌性陶瓷”。韌性陶瓷除了不怕撞擊不怕摔打的優點以外,還具有強度大、硬度高、不怕化學腐蝕等優點。它除了可以制作榔頭和刀、剪以外,還可以制造開瓶器、螺絲刀、斧頭、鋸子等器具。
用韌性陶瓷制作的這些新產品的長處是顯而易見的:用陶瓷菜刀切食物,不會在食物上留下令人討厭的鐵腥味,它特別適合於切生吃的食物和熟食;陶瓷剪刀的鋒利程度不亞於鋼制剪刀,還可以用來裁剪紙張、綢布等;由於它不會帶磁性,因此特別適宜於剪接錄音磁帶和錄像磁帶。
韌性陶瓷還可以用來制作手表殼,制造加工金屬用的切削工具、防彈盔甲、人造骨骼和關節等。不過,材料科學家對韌性陶瓷最感興趣的是利用它代替金屬材料制造發動機。