多孔陶瓷材料的彈性模量
多孔陶瓷的用途很多,它的第二相主要是氣孔,其彈性模量為零。顯然多孔陶瓷材料的彈性模量要低于致密的同類陶瓷材料的彈性模量。圖1給出了一些陶瓷材料的彈性模量與氣孔體積分數的關系曲線。試圖采用單一參量——氣孔率來描述多孔陶瓷材料彈性模量的變化,但是材料的應力、應變在很大程度上取決于氣孔的形態及其分布。Dean和Lopez經過仔細的研究提出一個半經驗公式來計算多孔陶瓷的彈性模量E,即:
E=E0(1-bψ氣孔)
E0為無孔狀態的彈性模量;φ氣孔為氣孔體積分數;
b為經驗常數,主要決定于氣孔的狀態。
從圖1可見,對于Al2O3和Si3N4實驗數據與擬合曲線,有明顯上凹的趨勢。這可能是由于人為確定氣孔形貌引起的誤差。

圖1彈性模量E與氣孔率的關系,實線為最好的擬合直線
雙相陶瓷的彈性模量
彈性模量決定于原子間結合力,即鍵型和鍵能。對組織狀態不敏感,因此通過熱處理來改變材料的彈性模量是極為有限的。但是可以由不同組元構成二相系統的復相陶瓷,從而改變彈性模量。
總的模量可以用混合定律來描述。圖2給出了兩相層片相間的復相陶瓷材料的三明治結構模型圖。

圖2三明治結構復相陶瓷
按Voigt模型加兩相應變相同,即平行層面拉伸時,則復相陶瓷的模量E∥:
E∥=E1ψ1+E2ψ2
按Reuss模型,假設各相的應力相同,即垂直于層面拉伸時,給出二相陶瓷材料的彈性模量E⊥表達式:

后來Hqshin和Shtrikman采取更嚴格的限制條件,利用復相陶瓷的有效體積模量和切變模量來計算兩相陶瓷的彈性模量取得了更好的結果,在圖3中列出了三種模型與實驗數據的比較。該圖表明混合定律是不能準確地計算復相陶瓷的彈性模量。因為等應力、等應變假設不完全合理。

圖3彈性模量計算模型和實驗數據比較
圖3列出了Al2O3加入ZrO2和SiCw增韌時的彈性模量變化,有圖可見,在其他性能允許的條件下,在一定范圍內可以通過調整兩相比例來獲得所需的彈性模量。

圖3Al2O3+ZrO2+SiCW氣相陶瓷的彈性模量