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第4章 新颖陶瓷

所谓新颖陶瓷,必须克服普通陶瓷脆性这一缺点。经过许多科学家的不懈努力,现在人们终于找到了克服陶瓷脆性的药方。

首先,从改善内部结构着手。研究表明,在氧化锆陶瓷的原料中,添加少量的氧化钇、氧化镁、氧化钙等粉未,经高温烧制成氧化锆陶瓷后,其中的氧化锆便生成两种晶体,它们叫立方晶体和四方晶体。当陶瓷受到外力作用时,四方晶体便变成一种单斜晶体,体积迅速“膨胀”。由于晶体的体积急速增大,进而可阻止陶瓷中原先存在的细微裂纹的扩展。这样,陶瓷就不会破裂了。

其次,可在改善陶瓷的表面状态方面下功夫。一般说来,陶瓷的断裂大都从表面的缺陷开始,因此,改善陶瓷的表面状态,犹如为防止陶瓷的破损设下了第一道屏障。具体方法为:通过化学或机械抛光技术消除陶瓷的表面缺陷;对氮化硅、碳化硅等非氧化物,只要通过控制表面氧化技术,便可消除表面缺陷或者使裂纹尖端变钝;通过热处理也可达到表面强化和增韧的目的。

第三,将纤维均匀地分布于陶瓷原料之中,以提高陶瓷的强度和韧性。其原理与我们在石灰中加入纸筋相类似。这是因为,将纤维加入陶瓷原料之中,具有三大作用:①纤维不易拉断,在工作时可承担大部分外加负荷,从而减轻了陶瓷的负担,进而使裂纹不易产生;②纤维与陶瓷体结合在一起以后、具有很大的摩擦力,于是,陶瓷的韧性可大大提高;③即使陶瓷内出现了细微裂纹,纤维也能将它们紧紧拉住,不至于进一步扩展开来。

新颖陶瓷可以制作成陶瓷榔头、陶瓷菜刀、陶瓷剪刀等工业产品和生活用具。从外观上看,这些陶瓷制品与普通的钢铁制品并没有什么不同,只是毫无钢铁的成分。“新颖陶瓷”又称“韧性陶瓷”。

韧性陶瓷除了不怕撞击不怕摔打的优点以外,还具有强度大、硬度高、不怕化学腐蚀等优点。它除了可以制作榔头和刀剪以外,还可以制造开瓶器、螺丝刀、斧头、锯子等器具。

至于说到这些新产品的长处,那是显而易见的:用陶瓷菜刀切食物,不会在食物上留下令人讨厌的铁腥味,它特别适合于切生吃的食物和熟食;陶瓷剪刀的锋利程度不亚于钢制剪刀,可以用来裁剪纸张、绸布等。由于它不会带磁性,因此特别适宜于剪接录音磁带和录像磁带。

韧性陶瓷还可以用来制做手表壳,制造加工金属用的切削工具、防弹盔甲、人造骨骼和关节呢。不过,材料科学家对韧性陶瓷最感兴趣的是利用它代替金属材料制造发动机。

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