應力集中

想靠拉扯把一個封好的塑膠袋撕開，它會頑固地伸長。但先用剪刀在邊緣剪一個小口，它馬上就裂開，撕痕從那個小切口一路直奔。那個小口並沒有削弱整個袋子，而是把你所有的拉力集中到一個小點上。力在尖銳特徵處的這種擁擠，就是應力集中（stress concentration），也是陶瓷之所以在遠低於其鍵結原則上能承受的應力下就斷裂的根本原因。

應力在受力固體中的流動，很像溪水流過石頭：流線在必須擠過障礙處聚攏、加速，障礙越尖，擠得越密。英格利斯（Inglis）算出了受力板中橢圓孔的結果：孔尖處的應力大約是外加應力乘以（1 + 2a/b），其中 a 是橫越荷載方向的半長、b 是沿荷載方向的半寬，或約為 2 times sigma times sqrt(a/rho)，其中 rho 是尖端的半徑。裂縫就是被壓得幾乎扁平的橢圓，於是 rho 縮小到接近原子尺度，倍數變得極大，常是十倍到一百倍甚至更多。因此一個不算大的平均應力，就能在尖銳瑕疵的尖端達到整個鍵結強度，而材料的其餘部分幾乎毫無感覺。

這正是脆性與瑕疵之所以是致命組合的原因。延性金屬會靠屈服把尖端鈍化，把峰值應力攤開、馴服；陶瓷無法屈服，於是集中維持兇猛，尖端應力一路攀升，直到某個鍵斷裂、裂縫前進。設計者靠驅逐尖角來對抗它：慷慨的圓角與倒圓邊、拋光而無加工刮痕的表面、以倒角取代直角肩。關鍵教訓是：陶瓷的強度不由它平均的鍵結決定，而由最尖、位置最糟的瑕疵決定，因為應力就是在那裡偷偷堆積起來的。