[科普中国]-裂纹弯曲

裂纹弯曲是陶瓷基复合材料的韧化的一种理论。当裂纹扩展时由于强化相的阻碍使得尖端路径弯曲，从而使测得的断裂韧性值提高。在该理论中，假定由于第二相的存在使在材料中扩展的裂纹尖端由直线变成曲线是韧化的根本所在。其解析方法与金属中存在杂质时对位错的作用相同。该机理多在第二相与基体结合强的场合观察到。在颗粒强化玻璃、纤维强化玻璃等玻璃基复合材料中进行了较多的观察1。

性质裂纹弯曲的讨论适用于在裂纹弯曲过程中不遭受破坏的强的颗粒或纤维，且具有强的界面结合。图所示为由裂纹弯曲引起的比断裂韧性的提高。这里必须注意的是，即使是发生了裂纹弯曲，但如果在裂纹的不稳定传播时不能充分起作用，则即使有一定的韧化作用，也一般对强度的提高没有帮助。例如，对应较弱的、在裂纹弯曲尖端遭受破坏的第二相，裂纹弯曲的强韧化效果就很小。

裂纹弯曲加韧研究发现，在ZnO中加入ZrO2后断裂韧性增大，但系统中不存在相变，也无微裂纹生成。因而人们提出机理：在两相或多相材料中，由于相性质失配而引起裂纹在外加粒子周围发生倾斜与弯曲，降低了裂纹扩展的驱动力，从而产生增韧。ZrO2弥散粒子的加入就像销钉一样锁住裂纹前端，从而阻止裂纹的进一步扩展。因而这种增韧机理也称“针扎作用”。

裂纹偏转是裂纹的非平面扩展现象。在外加粒子随机分布的情况下，所产生的增韧效果取决于外加粒子的稠密度和颗粒形状。颗粒长径比大者（如棒状或片状颗粒）所引起的增韧效果比等轴颗粒好2。

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张尉 - 副教授 - 西南大学